Cos’è la gelatina?
La gelatina è un polimero proteico multifunzionale, traslucido, incolore, fragile (quando è secco), insapore, commestibile, estratto in acqua calda dai “collageni” ottenuti da vari sottoprodotti animali e ittici.
Le materie prime utilizzate nella produzione di gelatina provengono da varie fonti animali come pelli di maiale, pelli bovine, ossa di bovini e suini (osseina) e pelli di pesce.
Le proteine madri che danno origine alla gelatina, note come “collageni”, appartengono alla famiglia delle proteine del collagene che costituiscono circa il 30% del contenuto proteico totale del corpo animale.
I collageni sono proteine strutturali essenziali presenti in vari tessuti connettivi, tra cui pelli, ossa, tendini, legamenti, cornee, cartilagini, vasi sanguigni e viscere. Durante il processo di produzione della gelatina, queste proteine del collagene vengono parzialmente idrolizzate.
I materiali principali utilizzati nella produzione di gelatina sono sottoprodotti di origine animale e ittica, tra cui pelli di maiale, pelli bovine, ossa di bovini e suini (osseina) e pelli di pesce.
Sommario
1. Produzione di gelatina
La gelatina è una proteina disponibile in commercio derivata dal collagene animale presente nelle pelli e nelle ossa. Le principali fonti di materie prime utilizzate per la produzione di gelatina includono pelli bovine, ossa bovine e suine e pelli di maiale.
Per rendere il collagene solubile in acqua calda, ogni materia prima richiede uno specifico processo di pretrattamento.
Durante la procedura di pretrattamento, il materiale contenente collagene subisce una serie di cambiamenti, come rigonfiamento e ammorbidimento, reticolazione e idrolisi dei legami peptidici delle proteine non collageniche. Inoltre, dal materiale vengono estratte varie impurità.
Esistono due tipi principali di gelatina: il tipo A, prodotto da materie prime pretrattate con acido, e il tipo B, prodotto mediante lavorazione alcalina.
I passaggi in nero e grigio riguardano la preparazione delle materie prime in una forma adatta per l'immissione nel tipico processo di produzione della gelatina. Questi passaggi possono essere eseguiti nelle fabbriche di gelatina stesse o possono essere esternalizzati.
1.1. Processo acido
Il processo acido è in genere utilizzato per la pelle di maiale e, occasionalmente, per specifici tipi di osseina. Le pelli di maiale lavate vengono trattate con acidi minerali diluiti a basse temperature per circa 24 ore.
Questo pretrattamento è sufficiente per scindere i legami peptidici acido-labili presenti nel collagene della pelle di maiale. Dopo la neutralizzazione parziale, la gelatina viene estratta con acqua calda.
L’estrazione della gelatina avviene solitamente per gradi, con successivi aumenti di temperatura e tempo. Le gelatine da estrazioni sequenziali presentano distinte proprietà fisiche e chimiche.
L’estratto iniziale ha la massima forza del gel e massa molecolare ed è molto poco colorato.
Le estrazioni successive, ottenute a temperature elevate, contengono una percentuale maggiore di peptidi a basso peso molecolare, con conseguente minore forza del gel e sono più intense nel colore e nella torbidità.
1.2. Processo alcalino
La gelatina di tipo B viene prodotta pretrattando pelli bovine, osseina bovina e suina con alcali, come calce o idrossido di sodio, a temperatura ambiente.
Il processo di calcinazione varia da diverse settimane a diversi mesi e rimuove impurità, legami incrociati e peptidi, principalmente quelli di origine non collagenica.
Il tempo di calcinazione è un fattore critico per l’ulteriore lavorazione. Le soluzioni diluite contenenti il 3-10% di gelatina vengono ottenute tramite estrazione con acqua calda.
Le soluzioni vengono filtrate per rimuovere la materia sospesa, deionizzate per eliminare gli ioni inorganici e quindi concentrate fino al 25-35% in peso mediante ultrafiltrazione ed evaporazione sotto vuoto, filtrate e sterilizzate.
La soluzione concentrata viene rapidamente raffreddata per formare un gel ed estrusa come noodles, che vengono posizionati su una rete in acciaio inossidabile per l’essiccazione con aria calda e pulita.
La rete passa lentamente attraverso una camera di essiccazione con numerose zone con temperatura e umidità controllate. L’intervallo di temperatura tipico varia da circa 30 °C a 70 °C nella zona finale.
La gelatina essiccata, con un contenuto di umidità di circa il 10%, viene rotta e macinata.
2. Proprietà chimiche della gelatina
Durante la produzione di gelatina, la materia prima animale viene sottoposta a un trattamento con acido diluito (processo di tipo A) o alcalino (processo di tipo B) per scindere parzialmente i legami incrociati intercatena che definiscono la tolleranza termica delle fibrille di collagene.
Questa rottura determina la formazione di “collagene solubile in acqua calda”, o gelatina, che viene estratta con acqua calda che scioglie le fibrille di collagene nelle loro singole catene α.
La gelatina è una miscela polidispersa di frammenti proteici di masse molecolari variabili, che vanno da 15.000 a >400.000 Dalton.
La sua composizione dipende dal livello di idrolisi chimica/termica delle catene α e dal livello di idrolisi dei legami incrociati intercatena. Ad eccezione di glutammine e asparagine, la sua composizione di amminoacidi corrisponde a quella del collagene elaborato post-traduzionale da cui è derivata.
Le reazioni di deamidazione catalizzate da acido e base convertono alcune glutammine/asparagine per una gelatina lavorata di tipo A e la maggior parte delle glutammine e quasi tutte le asparagine per una gelatina lavorata di tipo B nelle loro controparti acide.
La gelatina derivata da materia prima suina o bovina contiene in genere un minimo dell’11% di idrossiprolina, che viene utilizzata per scopi di identificazione e quantificazione.
L’analisi quantitativa della gelatina mostra circa il 50,5% di carbonio, il 25,2% di ossigeno, il 17,0% di azoto e il 6,8% di idrogeno. Il contenuto di ceneri varia a seconda dell’origine della materia prima e del metodo di lavorazione.
La gelatina derivata dalla pelle di maiale contiene piccole quantità di cloruri e solfati dal trattamento acido prima dell’estrazione, mentre la gelatina derivata da ossa e pelle contiene sali di calcio e sodio dalla calce utilizzata nel pretrattamento.
La gelatina secca conservata in contenitori ermetici a temperatura ambiente rimane stabile per lunghi periodi, ma può verificarsi una degradazione in soluzione a causa di estremi di pH, temperatura ed enzimi proteolitici come papaina o tripsina.
La gelatina può essere modificata chimicamente per alterarne le proprietà, ad esempio tramite acilazione, carbamilazione, succinilazione, ftalazione o carbamilazione. Questi prodotti modificati sono utilizzati per applicazioni farmaceutiche e fotografiche specializzate.
La gelatina metacrilata è un nuovo derivato adatto per applicazioni tecniche. La gelatina può anche essere reticolata in modo permanente facendola reagire con aldeidi come formaldeide, gliossale o glutaraldeide.
3. Usi della gelatina
La gelatina, sebbene sia principalmente un alimento, è stata apprezzata non solo per il suo contributo nutrizionale ma anche per le sue proprietà funzionali. Le sue applicazioni si estendono oltre l’industria alimentare e sono importanti nei settori farmaceutico, cosmetico, fotografico e tecnico.
Grazie alla sua struttura molecolare e alla relazione struttura-funzione, la gelatina presenta una gamma di proprietà, tra cui formazione di gel, legame con l’acqua, addensamento, formazione e stabilizzazione di emulsioni, formazione e stabilizzazione di schiuma, formazione di film, adesione/coesione, funzione colloidale protettiva e inibizione della formazione di cristalli di ghiaccio.
3.1. Industria alimentare
Nell’industria alimentare, la gelatina commestibile e l’idrolizzato di gelatina sono ingredienti comunemente utilizzati per la produzione di vari prodotti alimentari.
Proprietà e applicazioni diverse richiedono la produzione di tipi specifici di gelatina.
La gelatina in fogli è ampiamente utilizzata per scopi domestici grazie alla sua facilità di misurazione.
Sono disponibili speciali gelatine istantanee per preparare torte alla crema e dessert senza riscaldamento, mentre la gelatina in polvere e l’idrolizzato di gelatina sono utilizzati nella lavorazione di dolciumi, latticini, dessert, prodotti a base di carne, bevande e altro ancora.
3.2. Applicazioni farmaceutiche
Nel settore farmaceutico, la gelatina è ampiamente utilizzata per la produzione di capsule morbide e dure, come agente di carica, per rivestire vitamine insolubili in acqua, come componente principale per spugne chirurgiche e come legante nelle compresse.
La gelatina è anche consigliata come integratore alimentare per ridurre il dolore alle articolazioni, migliorare la salute delle ossa e migliorare la bellezza della pelle.
3.3. Cosmetici
La gelatina e i suoi idrolizzati sono comunemente utilizzati nei prodotti per la cura della pelle e dei capelli grazie alla loro natura non tossica e non irritante.
Nelle preparazioni per la pulizia della pelle, riducono il potenziale di irritazione causato dai tensioattivi anionici.
Nelle preparazioni per la cura dei capelli, gli idrolizzati di gelatina proteggono la struttura dei capelli e riducono al minimo i danni alla struttura e alla biochimica dei capelli causati da ondulazioni permanenti, decolorazioni o colorazioni.
3.4. Fotografia
La gelatina è un componente essenziale nei materiali fotografici, riempiendo una parte importante delle pellicole fotoemulsionanti.
Le sue caratteristiche uniche, come la trasformazione sol-gel, l’interattività con ioni d’argento, la reticolabilità e la capacità di rigonfiamento in acqua, la rendono un ingrediente indispensabile per lo sviluppo di immagini latenti e la formazione di coloranti durante l’elaborazione di materiali fotografici.
Riferimento
- Gelatin; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a12_307.pub2
