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 дигидрата 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.