Gélatine: production et utilisations

Gélatine

gelatin

La gélatine est un polymère protéique multifonctionnel translucide, incolore, cassant (lorsqu’il est sec), sans saveur, comestible, extrait à chaud de «collagènes» obtenus à partir de divers sous-produits animaux et de poisson.

Ces « collagènes » parentaux, partiellement hydrolysés lors du processus de fabrication de la gélatine, appartiennent à une famille de protéines, la famille des collagènes, qui représente environ 30 % de la teneur totale en protéines du corps animal.

Les « collagènes » sont les protéines structurelles fondamentales des divers tissus conjonctifs, tels que la peau, les os, les tendons, les ligaments, les cornées, les cartilages, les vaisseaux sanguins et les intestins.

Les principales matières premières utilisées dans la production de gélatine comprennent les peaux de porc, les peaux de bovins, les os de bovin et de porc (osséine) et les peaux de poisson.

Table des matières

1. Production de gélatine

La gélatine est commercialement dérivée du collagène animal des peaux et des os.

Les principales matières premières dans le monde sont les peaux de bovins, les os de bovins et de porcs et les peaux de porc.

Chaque matière première nécessite un prétraitement spécial du matériau contenant du collagène pour le rendre soluble dans l’eau chaude.

Au cours des procédures de prétraitement, le collagène gonfle et se ramollit, les liaisons croisées et en particulier les liaisons peptidiques des protéines non collagènes sont hydrolysées et diverses substances, considérées comme des impuretés, sont extraites.

On distingue deux principaux types de gélatine : le type A issu de matière première prétraitée à l’acide et le type B issu d’un traitement alcalin.

production of gelatin
Figure 1 : Le processus typique de production de gélatine est représenté par des étapes encadrées dans des tons de bleu. Les étapes en noir et gris impliquent la préparation des matières premières sous une forme appropriée pour les alimenter dans le processus de production de gélatine typique. Ces étapes peuvent être réalisées dans les usines de gélatine elles-mêmes ou peuvent être externalisées.

1.1. Processus acide

Le procédé à l’acide est utilisé pour la peau de porc et parfois pour des types particuliers d’osséine.

Les peaux de porc lavées sont traitées avec des acides minéraux dilués pendant environ 24 h à basse température.

Ce prétraitement est suffisant pour rompre les liaisons peptidiques acido-labiles dans le collagène de peau de porc.

Après neutralisation partielle la gélatine est ensuite extraite à l’eau chaude.

Habituellement, la gélatine est extraite par étapes avec des augmentations successives de température et de temps. Les gélatines issues d’extractions successives présentent des propriétés physiques et chimiques différentes.

Le premier extrait a la force de gel et la masse moléculaire les plus élevées et est très peu coloré.

Les extraits ultérieurs, obtenus à des températures élevées, contiennent une plus grande quantité de peptides de faible poids moléculaire et ont donc une force de gel inférieure et sont plus intenses en couleur et en flou.

1.2. Processus alcalin

Pour la production de gélatine de type B, les peaux de bovins et l’osséine porcine et bovine sont prétraitées avec un alcali (chaux ou hydroxyde de sodium) à température ambiante.

Le temps de chaulage varie de plusieurs semaines à plusieurs mois. Le traitement élimine les impuretés et divise les liens croisés et les peptides (encore une fois principalement des peptides non collagènes).

Le temps de chaulage est un paramètre critique pour la suite du traitement. Les solutions diluées obtenues par extraction à l’eau chaude contiennent 3 à 10 % de gélatine.

Les liqueurs sont filtrées et désionisées pour éliminer les matières en suspension et les quantités indésirables d’ions inorganiques. La solution de gélatine clarifiée et diluée est concentrée jusqu’à 25 à 35 % en poids par ultrafiltration et évaporation sous vide, filtrée et stérilisée.

La liqueur concentrée est rapidement refroidie en un gel, extrudé sous forme de nouilles, qui sont déposées sur un filet en acier inoxydable pour être séchées à l’air chaud et propre.

Le filet traverse lentement une chambre de séchage divisée en plusieurs zones à température et humidité contrôlées. La plage de température typique est d’environ 30°C au début jusqu’à environ 70°C dans la zone finale. La gélatine séchée, ayant une teneur en humidité d’env. 10%, est cassé et broyé.

2. Propriétés chimiques de la gélatine

Dans la fabrication de la gélatine, le traitement de la matière première animale avec un acide dilué (procédé de type A) ou un alcali (procédé de type B) entraîne un clivage partiel des réticulations interchaînes qui définissent la tolérance thermique des fibrilles de collagène.

La structure est décomposée à un point tel qu’un « collagène soluble dans l’eau chaude », c’est-à-dire de la gélatine, se forme. Dans l’étape d’extraction suivante, l’eau chaude fait fondre les fibrilles de collagène en leurs chaînes α individuelles constitutives, servant en même temps de solvant.

La gélatine est donc un mélange polydispersé de fragments protéiques de masses moléculaires variables, allant de 15 000 à > 400 000 Dalton, selon le niveau d’hydrolyse chimique/thermique des chaînes α et le niveau d’hydrolyse réticulée interchaînes.

Pas étonnant, à l’exception des glutamin(at)es et des asparagin(at)es, la composition en acides aminés correspond à celle du collagène traité après la traduction dont il est issu.

Mais à cause des réactions de désamidation catalysées par les acides et surtout les bases, certaines glutamines/asparagines pour une gélatine traitée de type A et la plupart des glutamines et presque toutes les asparagines pour une gélatine traitée de type B sont converties en leurs homologues acides.

En raison de la présence de l’acide aminé inhabituel hydroxyproline, sa détermination peut être utilisée à des fins d’identification et/ou de quantification voir. La gélatine comestible de matière première porcine ou bovine contient généralement un minimum de 11 % d’hydroxyproline.

L’analyse quantitative des éléments donne environ 50,5 % de carbone, 25,2 % d’oxygène, 17,0 % d’azote et 6,8 % d’hydrogène. La teneur en cendres de la gélatine commerciale varie selon l’origine de la matière première et la méthode de traitement.

Les gélatines dérivées de peau de porc contiennent de faibles quantités de chlorures et de sulfates résultant d’un traitement acide avant extraction ; la gélatine d’os et de peau contient des sels de calcium et de sodium provenant de la chaux utilisée dans le prétraitement.

La gélatine sèche stockée dans des récipients hermétiques à température ambiante reste inchangée pendant de longues périodes. La dégradation en solution peut être causée par des valeurs extrêmes de pH, de température et par des enzymes protéolytiques telles que la papaïne ou la trypsine.

La gélatine peut être modifiée chimiquement pour changer ses propriétés. Il subit des réactions protéiques typiques, y compris l’acylation et la carbamylation. Ces produits comprennent la gélatine succinylée, phtalée et carbamylée.

Ces produits sont utilisés pour des applications pharmaceutiques et photographiques spéciales.

Un nouveau dérivé est la gélatine méthacrylée, qui convient aux applications techniques.

La réticulation permanente de la gélatine peut être obtenue par réaction avec des aldéhydes tels que le formaldéhyde, le glyoxal ou le glutaraldéhyde.

3. Utilisations de la gélatine

Bien qu’à la base un aliment, la gélatine a longtemps été appréciée non seulement pour son apport nutritionnel mais aussi pour ses qualités fonctionnelles.

Par conséquent, l’utilisation de la gélatine ne se limite pas à l’industrie alimentaire. Des applications très importantes se trouvent également dans le domaine pharmaceutique, cosmétique, photographique et technique.

De par sa structure moléculaire et sa relation structure-fonction, la gélatine présente les propriétés suivantes :

  • Gélification
  • Liaison à l’eau
  • Épaississant
  • Formation et stabilisation de l’émulsion
  • Formation et stabilisation de la mousse
  • Filmographie
  • Adhésion/cohésion
  • Fonction colloïde protectrice
  • Inhibiteur de la formation de cristaux de glace

3.1. Industrie alimentaire

La gélatine comestible et l’hydrolysat de gélatine sont des ingrédients largement utilisés dans la production d’aliments. Différentes propriétés et différentes applications nécessitent la production de types de gélatine appropriés. En raison de la facilité de mesurer la quantité requise, la gélatine en feuilles est vendue dans le monde entier pour un usage domestique.

Pour les gâteaux à la crème et les desserts à la crème, des gélatines instantanées spéciales sont disponibles pour la préparation d’aliments sans chauffage.

Dans l’industrie alimentaire, la gélatine en poudre et l’hydrolysat de gélatine sont utilisés dans le traitement de la confiserie, des produits laitiers, des desserts, des produits carnés, des boissons, etc.

3.2. Applications pharmaceutiques

La gélatine est largement utilisée dans l’industrie pharmaceutique : pour la fabrication de capsules molles et dures, comme agent de charge, pour l’enrobage de vitamines insolubles dans l’eau, comme matière première pour la production d’expanseurs de plasma humain, comme composant principal pour la chirurgie éponges et comme liant dans les tablettes.

En plus de son utilisation comme excipient (c’est-à-dire agent auxiliaire dans les produits pharmaceutiques), la gélatine est recommandée comme complément alimentaire pour réduire les douleurs articulaires, améliorer la santé des os et booster la beauté de la peau.

3.3. Produits de beauté

La gélatine et plus fréquemment ses hydrolysats trouvent une large application dans les produits de soin de la peau et des cheveux. Le collagène hydrolysé est non toxique et ne produit aucune irritation cutanée, sensibilisation ou phototoxicité.

Dans les préparations nettoyantes pour la peau, la gélatine ou les hydrolysats de gélatine réduisent le potentiel d’irritation des tensioactifs anioniques.

De par leur affinité avec la kératine capillaire, les hydrolysats de gélatine protègent la structure du cheveu. En particulier dans les préparations pour l’ondulation permanente, la décoloration ou la coloration, les dommages à la structure et à la biochimie des cheveux peuvent être minimisés.

3.4. La photographie

La gélatine est un ingrédient indispensable pour les matériaux photographiques. Il remplit une grande partie des films photo-émulsion, par exemple environ 60 et 40 % en poids pour les papiers d’impression couleur et les films négatifs couleur, respectivement.

Ce caractère indispensable de la gélatine est attribué à sa combinaison douée de caractéristiques uniques telles que la transformation sol-gel, l’interactivité avec les ions d’argent, la réticulation, la capacité de gonflement à l’eau (diffusion d’eau et de révélateur dans sa matrice pour le développement de l’image latente et formation de colorant pendant le traitement du matériau photographique exposé), et ainsi de suite.

Les références