Стабильность желатиновых гелей при длительном хранении

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

Желатин является распространенным ингредиентом широкого спектра продуктов, включая пищевые продукты, фармацевтические препараты и нутрицевтики. Он образует термообратимые гели с равновесной температурой золь-гель перехода (Т_t), близкой к физиологической температуре животного, от которого получен желатин. Так, желатин млекопитающих имеет Т_t, близкую к температуре тела человека. Это свойство придает гелю характерную структуру с ощущением «таяния во рту». Благодаря этим свойствам желатин 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 желатина, 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 желатина 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 рН (ниже 4.6) в пищевых продуктах в качестве профилактической меры против роста микроорганизмов. Понижение рН продукта также сопряжено с определенными трудностями, поскольку способствуют кислотному гидролизу, вызывая расщепление пептидных связей 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 деградации желатина из-за кислотного гидролиза пептидных связей в неупорядоченной спирали молекулы желатина. Деградация может происходить и при пониженной температуре.

FDA также рекомендует снижать активность воды ниже 0,85 в кондитерских изделиях, чтобы предотвратить рост микроорганизмов. 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, ксилит, сорбит, маннит, эритрит и глицерин, 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.

Гуммиарабик (Е414), обычно используемый в качестве пищевого ингредиента и получаемый из экссудата дерева Acacia Senegal, представляет собой сложный полисахарид, содержащий небольшое количество азотистых веществ. В продуктах на основе желатина 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 желатин образуют привлекательные электростатические взаимодействия в диапазоне рН 3.5-4.3, где желатин может подвергаться сложной коацервации с камедью.

Желатин типов А и В получают путем частичного гидролиза коллагена кислотой или щелочью, соответственно. Как правило, желатин типа А получают из свиней, птицы и рыбы, в то время как желатин типа В – из бычьего сырья. Желатин типа В содержит примерно на 65% больше аспарагиновой и глутаминовой кислот, чем желатин типа А, из-за деамидирования аспарагина и глутамина в щелочных условиях, что приводит к увеличению количества отрицательных зарядов. Следовательно, желатин типов В и А имеет изоэлектрическую точку при рН 5 и 8.5, соответственно. В целом желатин рыб содержит меньшее количество аминокислот, то есть гидроксипролина и пролина, и большее количество серина и треонина по сравнению с желатинами млекопитающих. Поэтому желатины из холодноводных рыб имеют более низкую температуру желирования-плавления и прочность геля по сравнению с желатинами млекопитающих. Однако желатин рыб из тепловодных видов обладает физическими и реологическими свойствами, аналогичными желатину 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 яблочной кислоты и д игидрата цитрата тринатрия . Лимонная кислота, 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 желатин 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 желатина, готовили с или без сахарных спиртов (ксилита и сорбита) или камеди арабика с составами, указанными в таблице 1. Соотношение желатин/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 желатина. Для желатина типа А и типа В желатиновые гели с высоким содержанием Блума (260 г) демонстрировали более низкую скорость гидролиза по сравнению с желатином 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 каппа-каррагинане локально притягивают протоны, что приводит к увеличению скорости кислотного гидролиза.

Более низкое значение температуры для желатина рыбьей кожи по сравнению с желатинами млекопитающих ожидалось из-за меньшего содержания в нем аминокислот. 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.

Всплывающие подсказки: Желати́н (фр. gélatine, от лат. gelātus «замороженный», «застывший»; менее распространённая форма: желати́на) — бесцветный или имеющий желтоватый оттенок частично гидролизованный белок коллаген, прозрачная вязкая масса, продукт переработки (денатурации) соединительной ткани животных. / Водоро́дный показа́тель (pH [пэ-аш] ← лат. pondus Hydrogenii «вес водорода») — мера кислотности водных растворов. Является способом выражения активности катионов водорода в растворах. / Гидро́лиз (от др.-греч. ὕδωρ «вода» + λύσις «разложение») — химическая реакция между веществом и водой, в результате которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений (сольволиз водой). / Пептидная связь — вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты. / Дегидрата́ция (иногда ошибочно называют дегидрацией) — реакция отщепления воды от молекул органических соединений и неорганических соединений. / Моле́кула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных атомов. / Микрооргани́змы, или микро́бы (фр. microbe, от греч. μικρό — маленький и βίος — жизнь) — собирательное название живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооружённым глазом. / Гуммиара́бик (лат. gummi — камедь и arabicus — аравийский, отсюда также устар. «аравийская камедь») — твёрдая прозрачная смола, состоящая из высохшего сока различных видов акаций. / Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, полимеры моносахаридов (гликаны). Молекулы полисахаридов представляют собой длинные линейные или разветвлённые цепочки моносахаридных остатков, соединённых гликозидной связью. При гидролизе образуют моносахариды или олигосахариды. У живых организмов выполняют резервные (крахмал, гликоген), структурные (целлюлоза, хитин) и другие функции. / Коллаге́н — гликопротеин, фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма, фасция и т. п.) и обеспечивающий её прочность и эластичность. / Аспарагин не является незаменимой аминокислотой (не требуется в диете), что означает способность человека синтезировать его основными метаболитическими путями. Он находится в значительных количествах в животных (молоко, сыворотка, мясо, птица, яйца, рыба, морепродукты) и растительных (спаржа, помидор, бобовые, орехи, семена, соя, цельные зёрна) источниках. / Глутами́новая кислота́ (2-аминопентандио́вая кислота) — органическое соединение, алифатическая двухосновная аминокислота, входящая в состав белков всех известных живых организмов. / Изоэлектрическая точка (pI) — кислотность среды (pH), при которой определённая молекула или поверхность не несёт электрического заряда. Амфотерные молекулы (цвиттер-ионы) содержат как положительные, так и отрицательные заряды, наличием которых определяется pH раствора. / Гидроксипролин (оксипролин, 4-гидроксипирролидин-α-карбоновая кислота) — нестандартная аминокислота, отличающаяся от пролина наличием гидроксильной группы у одного из атомов углерода.Гидроксипролин входит в состав белка коллагена, входящего в соединительную ткань, а также в желатин. / L-пролин — одна из двадцати протеиногенных аминокислот. Считается, что пролин входит в состав белков всех организмов. Особенно богат пролином основной белок соединительной ткани — коллаген. / Ксилит или Ксилитол, CH2OH(CHOH)3CH2OH — многоатомный спирт (пентанпентаол). Натуральный сахарозаменитель.В пищевой промышленности ксилит зарегистрирован в качестве пищевой добавки E967, как подсластитель, влагоудерживающий агент, стабилизатор и эмульгатор. / Сорби́т, (сорбито́л) — органическое соединение, шестиатомный спирт. Имеет сладкий вкус.Зарегистрирован в качестве пищевой добавки как E420. / Манни́т — шестиатомный спирт — альдит, бесцветные кристаллы, сладкие на вкус, хорошо растворим в воде. Содержится во многих растениях. Маннит и его производные применяют для получения поверхностно-активных веществ, олиф, смол, лаков, взрывчатых веществ, а также в пищевой промышленности (пищевая добавка Е421), парфюмерии. / Эритритол, эритрит, эритрол, (2R,3S)-бутан-1,2,3,4-тетрол — пищевая добавка Е968, органическое соединение, четырёхатомный спирт (тетрит) с химической формулой C4H10O4. В природе (в растениях) встречается только один изомер — мезоэритрит, в продаже эритритол представлен смесью изомеров. / Глицери́н (от греч. γλυκερός «сладкий») — органическое соединение, простейший представитель трёхатомных спиртов. Представляет собой вязкую прозрачную жидкость со сладким вкусом. Пищевая добавка Е422. / Коацервация — расслоение коллоидной системы с образованием коллоидных скоплений коацерватов в виде двух жидких слоев или капель. Коацервация может возникать в результате частичной дегидратации дисперсной фазы коллоида, являясь начальной стадией коагуляции. / Я́блочная кислота́ (оксиянта́рная кислота́, химическая формула — C4H6O5 или НООС−СН2−СН(ОН)−СООН) — слабая органическая кислота, двухосновная предельная оксикислота. Яблочная кислота содержится в незрелых яблоках, винограде, рябине, барбарисе, малине, апельсине, мандарине, лимоне. / Цитра́т на́трия (лат. Natrii citras) — натриевая соль лимонной кислоты Na3C6H5O7. Цитрат натрия имеет средневыраженный солёно-кислый вкус. Цитрат натрия применяется в основном как специя (приправа), придающая особый вкус, или как консервант (пищевая добавка E331). / Лимо́нная кислота́ (химическая формула — C6H8O7) — органическая кислота средней силы, относящаяся к классу предельных карбоновых кислот. Пищевая добавка Е330. / Каррагинан — это природный гелеобразователь, получаемый при переработке красных морских водорослей методом экстракции с последующей очисткой от органических и других примесей — многократным осаждением, фильтрацией и промывкой в воде и спирте. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E407. / Аминокисло́ты, также аминокарбо́новые кисло́ты, АМК — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Возврат к списку