Стабильность желатиновых гелей
при длительном хранении
Основано на материале статьи: Long-term storage stability of type A and type B gelatin gels: The effect of Bloom strength and co-solutes, Food Hydrocolloids, 2022
#POPOVER1#Желатин#/POPOVER# является распространенным ингредиентом широкого спектра продуктов, включая пищевые продукты, фармацевтические препараты и нутрицевтики. Он образует термообратимые гели с равновесной температурой золь-гель перехода (Тt), близкой к физиологической температуре животного, от которого получен #POPOVER1#желатин#/POPOVER#. Так, #POPOVER1#желатин#/POPOVER# млекопитающих имеет Тt, близкую к температуре тела человека. Это свойство придает гелю характерную структуру с ощущением «таяния во рту». Благодаря этим свойствам #POPOVER1#желатин#/POPOVER# широко используется в качестве ингредиента в кондитерских желе, а также в различных типах систем доставки фармацевтических и нутрицевтических препаратов, таких как мягкие гелевые капсулы, твердые гелевые капсулы и жевательные таблетки. Хотя в застывшем состоянии гель обладает твердыми свойствами, после приема внутрь продукт на основе желатина подвергается воздействию температуры тела, что приводит к его быстрому растворению и высвобождению активного ингредиента.
Продукты на основе #POPOVER1#желатина#/POPOVER#, в том числе жевательные конфеты, могут подвергаться воздействию повышенных температур при хранении и транспортировке. В теплых странах температура хранения может превышать 40 0С в течение определенных периодов времени. Текстурная стабильность влияет на изменение вкуса, текстуры, консистенции и срока годности продукта с течением времени. Стабильность #POPOVER1#желатина#/POPOVER# при хранении является неотъемлемым фактором для промышленности, поскольку при повышенных температурах происходит деградация. В данной статье под стабильностью хранения понимается способность геля сохранять свои механические свойства, такие как жесткость, прочность и эластичность при определенной температуре в течение определенного времени.
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) рекомендует поддерживать низкое значение #POPOVER2#рН#/POPOVER# (ниже 4.6) в пищевых продуктах в качестве профилактической меры против роста микроорганизмов. Понижение #POPOVER2#рН#/POPOVER# продукта также сопряжено с определенными трудностями, поскольку способствуют кислотному #POPOVER3#гидролизу#/POPOVER#, вызывая расщепление #POPOVER4#пептидных связей#/POPOVER# в процессе хранения, что еще больше влияет на текстурную стабильность. Температура хранения также важна с точки зрения скорости кислотного гидролиза. Длительное воздействие повышенной температуры приводит к ускоренной #POPOVER5#деградации#/POPOVER# #POPOVER1#желатина#/POPOVER# из-за кислотного гидролиза пептидных связей в неупорядоченной спирали #POPOVER6#молекулы#/POPOVER# #POPOVER1#желатина#/POPOVER#. Деградация может происходить и при пониженной температуре.
FDA также рекомендует снижать активность воды ниже 0,85 в кондитерских изделиях, чтобы предотвратить рост #POPOVER7#микроорганизмов#/POPOVER#. Снижение активности воды также часто благоприятно сказывается на химической стабильности пищевых продуктов, улучшая текстурную стабильность и срок хранения. В этом контексте сахарные спирты, такие как полиолы, #POPOVER16#ксилит#/POPOVER#, #POPOVER17#сорбит#/POPOVER#, #POPOVER18#маннит#/POPOVER#, #POPOVER19#эритрит#/POPOVER# и #POPOVER20#глицерин#/POPOVER#, широко используются в качестве альтернативы сахару и глюкозному сиропу. Кроме того, полиолы придают сладость, текстуру и структуру конечному продукту. Одним из преимуществ использования сахарных спиртов является низкое содержание калорий в этих соединениях. Кроме того, они способствуют здоровью зубов и являются несахаристым заменителем для людей с диабетом.
#POPOVER8#Гуммиарабик#/POPOVER# (Е414), обычно используемый в качестве пищевого
ингредиента и получаемый из экссудата дерева Acacia Senegal, представляет собой сложный #POPOVER9#полисахарид#/POPOVER#, содержащий небольшое количество азотистых веществ. В продуктах на основе #POPOVER1#желатина#/POPOVER# используется в качестве эмульгатора, вспомогательного вещества, стабилизатора и загустителя. Гуммиарабик отрицательно заряжен при рН выше 2 некоторые локальные участки в белковом составе гуммиарабика несут положительный заряд. Гуммиарабик и #POPOVER1#желатин#/POPOVER# образуют привлекательные электростатические взаимодействия в диапазоне рН 3.5-4.3, где желатин может подвергаться сложной #POPOVER21#коацервации#/POPOVER# с камедью.
#POPOVER1#Желатин#/POPOVER# типов А и В получают путем частичного гидролиза #POPOVER10#коллагена#/POPOVER# кислотой или щелочью, соответственно. Как правило, #POPOVER1#желатин#/POPOVER# типа А получают из свиней, птицы и рыбы, в то время как #POPOVER1#желатин#/POPOVER# типа В – из бычьего сырья. #POPOVER1#Желатин#/POPOVER# типа В содержит примерно на 65% больше #POPOVER11#аспарагиновой#/POPOVER# и #POPOVER12#глутаминовой кислот#/POPOVER#, чем #POPOVER1#желатин#/POPOVER# типа А, из-за деамидирования аспарагина и глутамина в щелочных условиях, что приводит к увеличению количества отрицательных зарядов. Следовательно, #POPOVER1#желатин#/POPOVER# типов В и А имеет #POPOVER13#изоэлектрическую точку#/POPOVER# при рН 5 и 8.5, соответственно. В целом #POPOVER1#желатин#/POPOVER# рыб содержит меньшее количество аминокислот, то есть #POPOVER14#гидроксипролина#/POPOVER# и #POPOVER15#пролина#/POPOVER#, и большее количество серина и треонина по сравнению с #POPOVER1#желатинами#/POPOVER# млекопитающих. Поэтому желатины из холодноводных рыб имеют более низкую температуру желирования-плавления и прочность геля по сравнению с #POPOVER1#желатинами#/POPOVER# млекопитающих. Однако #POPOVER1#желатин#/POPOVER# рыб из тепловодных видов обладает физическими и реологическими свойствами, аналогичными #POPOVER1#желатину#/POPOVER# млекопитающих.
Для кондитерских изделий и жевательных конфет обычно используется низкое значение рН, чтобы обеспечить микробную стабильность и придать кислинку, что позволяет получить оптимальный конечный продукт в сочетании с органическими кислотами, ароматизаторами, подсластителями и красителями. Из-за чувствительности желатиновых гелей к кислотному гидролизу, значение рН поддерживалось на уровне 4.5 для различных желатиновых гелей при использовании #POPOVER22#яблочной кислоты#/POPOVER# и #POPOVER23#дигидрата цитрата тринатрия#/POPOVER#. #POPOVER24#Лимонная кислота#/POPOVER#, яблочная кислота и их соли являются одними из наиболее часто используемых подкислителей для кондитерских изделий, и они синергетически обеспечивают большую кислинку при сочетании в рецептуре.
Состав желатиновых гелей
Для приготовления желатиновых гелей использовали #POPOVER1#желатин#/POPOVER# из различных источников (бычья, свиная или рыбья кожа) и крепость Блума (160 г, 200 г или 260 г). В качестве буферных солей использовали дигидрат цитрата тринатрия и яблочную кислоту для поддержания стабильного рН около 4,5. Гели, содержащие 160 Bloom бычьего #POPOVER1#желатина#/POPOVER#, готовили с или без сахарных спиртов (ксилита и сорбита) или камеди арабика с составами, указанными в таблице 1. Соотношение #POPOVER1#желатин#/POPOVER#/вода было постоянным для всех гелей за исключением геля с гуммиарабиком.
В этом исследовании изучались стабильность желатиновых гелей типа А и типа В с различной силой Блума при длительном хранении. Для желатиновых гелей типа В также изучалось влияние добавления сопутствующих растворителей, т.е. сахарных спиртов и гуммиарабика. Как и ожидалось, при повышении температуры хранения наблюдалось увеличение скорости гидролиза #POPOVER1#желатина#/POPOVER#. Для #POPOVER1#желатина#/POPOVER# типа А и типа В желатиновые гели с высоким содержанием Блума (260 г) демонстрировали более низкую скорость гидролиза по сравнению с #POPOVER1#желатином#/POPOVER# с низким содержаием Блума (160 г).
В целом желатиновые гели типа А демонстрировали более низкую скорость гидролиза. Из-за предварительной щелочной обработки в желатине типа В содержится 46 остатков аспарагиновой кислоты и 72 остатка глутаминовой кислоты, тогда как в желатине типа А – только 29 остатков аспарагиновой кислоты и 48 остатков глутаминовой кислоты (на 1000 остатков). Следовательно, конденсация протонов вокруг отрицательных зарядов объясняет, почему желатин типа В более восприимчив к кислотному гидролизу, чем желатин типа А, поскольку увеличение плотности протонов увеличивает скорость внутримолекулярного кислотного гидролиза. Этот эффект наблюдался для многих анионных полимеров. Например, отрицательно заряженные сульфатные группы в #POPOVER25#каппа-каррагинане#/POPOVER# локально притягивают протоны, что приводит к увеличению скорости кислотного гидролиза.
Более низкое значение температуры для #POPOVER1#желатина#/POPOVER# рыбьей кожи по сравнению с #POPOVER1#желатинами#/POPOVER# млекопитающих ожидалось из-за меньшего содержания в нем #POPOVER26#аминокислот#/POPOVER#. При 30 0С 200 A-Fish имела повышенное содержание золь-фракции из-за более низкой температуры, которая была ниже 30 0С в течение 32 недель хранения.
Вывод: желатиновые гели типа А демонстрировали лучшую стабильность при хранении, чем желатиновые гели типа В. Кроме того, гели, приготовленные с использованием желатинов с высокой силой Блума, демонстрировали повышенную стабильность при хранении по сравнению с желатинами с низкой силой Блума. Добавление сахарных спиртов повышало стабильность, в то время как гуммиарабик не оказывал значительного влияния на долгосрочную стабильность желатинового геля типа В.