Producción y usos de gelatina

Gelatina

gelatin

La gelatina es un polímero proteico extraído de subproductos animales y de pescado mediante extracción con agua caliente. Esta proteína multifuncional y comestible se caracteriza por su naturaleza translúcida, incolora y quebradiza (cuando está seca), así como por sus propiedades insípidas.

Las materias primas utilizadas en la producción de gelatina provienen de diversas fuentes animales, como pieles de cerdo, pieles de bovino, huesos de ganado vacuno y de cerdo (osseína) y pieles de pescado.

Las proteínas originales que dan origen a la gelatina, conocidas como «colágenos», pertenecen a la familia de proteínas del colágeno que constituyen aproximadamente el 30% del contenido total de proteínas del cuerpo animal.

Los colágenos son proteínas estructurales esenciales que se encuentran en diversos tejidos conectivos, incluidos la piel, los huesos, los tendones, los ligamentos, las córneas, los cartílagos, los vasos sanguíneos y los intestinos. Durante el proceso de producción de gelatina, estas proteínas de colágeno se hidrolizan parcialmente.

Las materias primas utilizadas en la producción de gelatina son subproductos animales y pesqueros, incluidas pieles de cerdo, pieles de bovino, huesos de ganado y cerdo (osseína) y pieles de pescado.

Tabla de contenido

1. Producción de gelatina

La gelatina es una proteína disponible comercialmente derivada del colágeno animal que se encuentra en la piel y los huesos. Las principales fuentes de materias primas utilizadas para la producción de gelatina incluyen pieles de vacuno, huesos de bovino y de cerdo y pieles de cerdo.

Para que el colágeno sea soluble en agua caliente, cada materia prima requiere un proceso de pretratamiento específico.

Durante el procedimiento de pretratamiento, el material que contiene colágeno sufre una serie de cambios, como hinchazón y ablandamiento, reticulación e hidrólisis de los enlaces peptídicos de las proteínas no colágenas. Además, del material se extraen diversas impurezas.

Hay dos tipos principales de gelatina: el tipo A, que se produce a partir de materias primas pretratadas con ácido, y el tipo B, que se produce mediante un procesamiento alcalino.

production of gelatin
Figura 1: El proceso típico de producción de gelatina se muestra mediante pasos recuadrados en tonos de azul. Los pasos en negro y gris implican la preparación de materias primas en una forma adecuada para introducirlas en el proceso típico de producción de gelatina. Estos pasos pueden realizarse en las propias fábricas de gelatina o subcontratarse.

1.1. Proceso ácido

El proceso ácido se utiliza normalmente para la piel de cerdo y, en ocasiones, para tipos específicos de oseína. Las pieles de cerdo lavadas se tratan con ácidos minerales diluidos a bajas temperaturas durante aproximadamente 24 horas.

Este pretratamiento es suficiente para romper los enlaces peptídicos lábiles a los ácidos presentes en el colágeno de piel de cerdo. Después de una neutralización parcial, la gelatina se extrae con agua caliente.

La extracción de la gelatina suele realizarse por pasos, con sucesivos aumentos de temperatura y tiempo. Las gelatinas de extracciones secuenciales exhiben distintas propiedades físicas y químicas.

El extracto inicial tiene la mayor fuerza de gel y masa molecular y tiene un color muy bajo.

Las extracciones posteriores, obtenidas a temperaturas elevadas, contienen una mayor proporción de péptidos de bajo peso molecular, lo que da como resultado una menor fuerza del gel y son más intensos en color y turbidez.

1.2. Proceso alcalino

La gelatina tipo B se produce pretratando pieles de vacuno y oseína bovina y porcina con un álcali, como cal o hidróxido de sodio, a temperatura ambiente.

El proceso de encalado varía de varias semanas a varios meses y elimina impurezas, entrecruzamientos y péptidos, principalmente aquellos de origen no colágeno.

El tiempo de encalado es un factor crítico en el procesamiento posterior. Las soluciones diluidas que contienen entre un 3 y un 10 % de gelatina se obtienen mediante extracción con agua caliente.

Las soluciones se filtran para eliminar la materia suspendida, se desionizan para eliminar los iones inorgánicos y luego se concentran hasta un 25-35 % en peso mediante ultrafiltración y evaporación al vacío, se filtran y se esterilizan.

La solución concentrada se enfría rápidamente para formar un gel y se extruye en forma de fideos, que se colocan sobre una red de acero inoxidable para que se sequen con aire limpio y caliente.

La red pasa lentamente a través de una cámara de secado con numerosas zonas que tienen temperatura y humedad controladas. El rango de temperatura típico varía de aproximadamente 30°C a 70°C en la zona final.

La gelatina seca, con un contenido de humedad de alrededor del 10%, se rompe y se muele.

2. Propiedades químicas de la gelatina

Durante la producción de gelatina, la materia prima animal se somete a un tratamiento con ácido diluido (proceso tipo A) o álcali (proceso tipo B) para escindir parcialmente los enlaces cruzados entre cadenas que definen la tolerancia térmica de las fibrillas de colágeno.

Esta descomposición da como resultado la formación de «colágeno soluble en agua caliente» o gelatina, que se extrae con agua caliente que derrite las fibrillas de colágeno en sus cadenas α individuales.

La gelatina es una mezcla polidispersa de fragmentos de proteínas de diferentes masas moleculares, que van desde 15.000 a >400.000 Dalton.

Su composición depende del nivel de hidrólisis química/térmica de las cadenas α y del nivel de hidrólisis entre cadenas. A excepción de las glutaminas y las asparaginas, su composición de aminoácidos corresponde a la del colágeno procesado postraduccionalmente del que deriva.

Las reacciones de desamidación catalizadas por ácidos y bases convierten algunas glutaminas/asparaginas para una gelatina procesada tipo A y la mayoría de las glutaminas y casi todas las asparaginas para una gelatina procesada tipo B en sus contrapartes ácidas.

La gelatina derivada de materia prima porcina o bovina normalmente contiene un mínimo de 11% de hidroxiprolina, que se utiliza con fines de identificación y cuantificación.

El análisis cuantitativo de la gelatina muestra aproximadamente un 50,5% de carbono, un 25,2% de oxígeno, un 17,0% de nitrógeno y un 6,8% de hidrógeno. El contenido de cenizas varía según el origen de la materia prima y el método de procesamiento.

La gelatina derivada de piel de cerdo contiene pequeñas cantidades de cloruros y sulfatos provenientes del tratamiento ácido antes de la extracción, mientras que la gelatina derivada de huesos y pieles contiene sales de calcio y sodio de la cal utilizada en el pretratamiento.

La gelatina seca almacenada en recipientes herméticos a temperatura ambiente permanece estable durante largos períodos, pero puede producirse una degradación en solución debido a niveles extremos de pH, temperatura y enzimas proteolíticas como la papaína o la tripsina.

La gelatina se puede modificar químicamente para alterar sus propiedades, por ejemplo mediante acilación, carbamilación, succinilación, ftalación o carbamilación. Estos productos modificados se utilizan para aplicaciones farmacéuticas y fotográficas especializadas.

La gelatina metacrilatada es un nuevo derivado apto para aplicaciones técnicas. La gelatina también se puede reticular permanentemente haciéndola reaccionar con aldehídos como formaldehído, glioxal o glutaraldehído.

3. Usos de la gelatina

La gelatina, aunque principalmente un producto alimenticio, ha sido valorada no sólo por su aporte nutricional sino también por sus propiedades funcionales. Sus aplicaciones se extienden más allá de la industria alimentaria y son importantes en los campos farmacéutico, cosmético, fotográfico y técnico.

Debido a su estructura molecular y relación estructura-función, la gelatina exhibe una variedad de propiedades, que incluyen formación de gel, unión de agua, espesamiento, formación y estabilización de emulsión, formación y estabilización de espuma, formación de película, adhesión/cohesión, función coloidal protectora e inhibición. de formación de cristales de hielo.

3.1. Industria de alimentos

En la industria alimentaria, la gelatina comestible y el hidrolizado de gelatina son ingredientes comúnmente utilizados para la producción de diversos productos alimenticios.

Diferentes propiedades y aplicaciones requieren la producción de tipos de gelatina específicos.

La gelatina en hoja se usa ampliamente en el hogar debido a su facilidad de medición.

Hay gelatinas instantáneas especiales disponibles para preparar pasteles de crema y postres sin calentar, mientras que la gelatina en polvo y el hidrolizado de gelatina se utilizan en el procesamiento de confitería, productos lácteos, postres, productos cárnicos, bebidas y más.

3.2. Aplicaciones farmacéuticas

En la industria farmacéutica, la gelatina se usa ampliamente para la fabricación de cápsulas duras y blandas, como agente de carga, para recubrir vitaminas insolubles en agua, como componente principal de esponjas quirúrgicas y como aglutinante en tabletas.

La gelatina también se recomienda como complemento alimenticio para reducir el dolor articular, mejorar la salud ósea y realzar la belleza de la piel.

3.3. Productos cosméticos

La gelatina y sus hidrolizados se utilizan comúnmente en productos para el cuidado de la piel y el cabello debido a su naturaleza no tóxica y no irritante.

En las preparaciones para la limpieza de la piel, reducen el potencial de irritación causada por los tensioactivos aniónicos.

En las preparaciones para el cuidado del cabello, los hidrolizados de gelatina protegen la estructura del cabello y minimizan el daño a la estructura y la bioquímica del cabello causado por el ondulado, la decoloración o la coloración permanente.

3.4. Fotografía

La gelatina es un componente esencial de los materiales fotográficos y ocupa la mayor parte de las películas de fotoemulsión.

Sus características únicas, como la transformación sol-gel, la interactividad con iones de plata, la reticulación y la capacidad de hinchamiento en agua, lo convierten en un ingrediente indispensable para el desarrollo de imágenes latentes y la formación de tintes durante el procesamiento de materiales fotográficos.

Referencia