Gelatina
Gelatina ou gelatina (do latim: gelatus 'stiff' ou ' frozen') é um ingrediente alimentar translúcido, incolor e insípido, comumente derivado do colágeno retirado de partes do corpo de animais. É quebradiço quando seco e emborrachado quando úmido. Também pode ser referido como colágeno hidrolisado, hidrolisado de colágeno, hidrolisado de gelatina, gelatina hidrolisada e peptídeos de colágeno após sofrer hidrólise. É comumente usado como agente gelificante em alimentos, bebidas, medicamentos, cápsulas de drogas ou vitaminas, filmes fotográficos, papéis e cosméticos.
Substâncias que contêm gelatina ou funcionam de maneira semelhante são chamadas de substâncias gelatinosas. A gelatina é uma forma irreversivelmente hidrolisada de colágeno, em que a hidrólise reduz as fibrilas proteicas a peptídeos menores; dependendo dos métodos físicos e químicos de desnaturação, o peso molecular dos peptídeos cai dentro de uma ampla faixa. A gelatina está presente em sobremesas de gelatina, na maioria das balas de goma e marshmallows, sorvetes, molhos e iogurtes. A gelatina para cozinhar vem em pó, grânulos e folhas. Tipos instantâneos podem ser adicionados à comida como estão; outros devem mergulhar na água de antemão.
Características
Propriedades
A gelatina é um conjunto de peptídeos e proteínas produzidos pela hidrólise parcial do colágeno extraído da pele, ossos e tecidos conjuntivos de animais como bovinos domesticados, galinhas, porcos e peixes. Durante a hidrólise, algumas das ligações entre e dentro das proteínas componentes são quebradas. Sua composição química é, em muitos aspectos, muito semelhante à de seu colágeno original. Graus fotográficos e farmacêuticos de gelatina geralmente são provenientes de ossos de gado e pele de porco. A gelatina é classificada como um hidrogel.
A gelatina é quase insípida e inodora com uma aparência incolor ou levemente amarelada. É transparente e quebradiço, podendo apresentar-se em folhas, flocos ou pó. Solventes polares como água quente, glicerol e ácido acético podem dissolver a gelatina, mas é insolúvel em solventes orgânicos como o álcool. A gelatina absorve 5 a 10 vezes seu peso em água para formar um gel. O gel formado pela gelatina pode ser derretido por reaquecimento e tem uma viscosidade crescente sob estresse (tixotrópico). O ponto de fusão superior da gelatina está abaixo da temperatura do corpo humano, um fator importante para a sensação na boca dos alimentos produzidos com gelatina. A viscosidade da mistura gelatina-água é maior quando a concentração de gelatina é alta e a mistura é mantida resfriada a cerca de 4°C (39°F). A gelatina comercial terá uma força de gel de cerca de 90 a 300 gramas Bloom usando o teste Bloom de força de gel. A resistência da gelatina (mas não a viscosidade) diminui se ela for submetida a temperaturas acima de 100 °C (212 °F) ou se for mantida em temperaturas próximas a 100 °C por um longo período de tempo.
As gelatinas possuem diversos pontos de fusão e temperaturas de gelificação, dependendo da origem. Por exemplo, a gelatina derivada de peixe tem um ponto de fusão e gelificação mais baixo do que a gelatina derivada de carne bovina ou suína.
Composição
Quando seca, a gelatina consiste em 98–99% de proteína, mas não é uma proteína nutricionalmente completa, pois não possui triptofano e é deficiente em isoleucina, treonina e metionina. O teor de aminoácidos do colágeno hidrolisado é o mesmo do colágeno. O colágeno hidrolisado contém 19 aminoácidos, predominantemente glicina (Gly) 26–34%, prolina (Pro) 10–18% e hidroxiprolina (Hyp) 7–15%, que juntos representam cerca de 50% do conteúdo total de aminoácidos. A glicina é responsável pelo empacotamento compacto das cadeias. A presença de prolina restringe a conformação. Isso é importante para as propriedades de gelificação da gelatina. Outros aminoácidos que contribuem muito incluem: alanina (Ala) 8–11%; arginina (Arg) 8–9%; ácido aspártico (Asp) 6–7%; e ácido glutâmico (Glu) 10-12%.
Pesquisa
Digestibilidade
Um estudo de 2005 em humanos descobriu colágeno hidrolisado absorvido como pequenos peptídeos no sangue.
Efeitos na pele
A ingestão de colágeno hidrolisado pode afetar a pele, aumentando a densidade das fibrilas e fibroblastos de colágeno, estimulando assim a produção de colágeno. Foi sugerido, com base em estudos com camundongos e in vitro, que os peptídeos de colágeno hidrolisado têm propriedades quimiotáticas em fibroblastos ou uma influência no crescimento de fibroblastos.
Efeitos conjuntos
Alguns estudos clínicos relatam que a ingestão oral de colágeno hidrolisado diminui a dor nas articulações, aqueles com sintomas mais graves mostrando o maior benefício.
No entanto, outros ensaios clínicos produziram resultados mistos. Em 2011, o Painel da European Food Safety Authority on Dietetic Products, Nutrition and Allergies concluiu que "não foi estabelecida uma relação de causa e efeito entre o consumo de colágeno hidrolisado e a manutenção das articulações". Quatro outros estudos relataram benefícios sem efeitos colaterais; no entanto, os estudos não foram extensos e todos recomendaram mais estudos controlados. Um estudo descobriu que o colágeno oral melhorou apenas os sintomas em uma minoria de pacientes e relatou náusea como efeito colateral. Outro estudo não relatou melhora na atividade da doença em pacientes com artrite reumatoide. Outro estudo descobriu que o tratamento com colágeno pode realmente causar uma exacerbação dos sintomas da artrite reumatóide.
Preocupações de segurança
O colágeno hidrolisado, como a gelatina, é feito de subprodutos animais da indústria da carne ou, às vezes, de carcaças de animais removidas e limpas por matadores, incluindo pele, ossos e tecido conjuntivo.
Em 1997, a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA, com o apoio do Comitê Consultivo de TSE (encefalopatia espongiforme transmissível), começou a monitorar o risco potencial de transmissão de doenças animais, especialmente a encefalopatia espongiforme bovina (BSE), comumente conhecida como doença da vaca louca. Um estudo da FDA daquele ano afirmou: "...etapas como calor, tratamento alcalino e filtração podem ser eficazes na redução do nível de agentes TSE contaminantes; no entanto, as evidências científicas são insuficientes neste momento para demonstrar que esses tratamentos removeriam efetivamente o agente infeccioso da BSE se presente no material de origem." Em 18 de março de 2016, a FDA finalizou três regras finais provisórias emitidas anteriormente, destinadas a reduzir ainda mais o risco potencial de BSE em alimentos humanos. A regra final esclareceu que "a gelatina não é considerada um material bovino proibido se for fabricada usando os processos industriais habituais especificados"
O Scientific Steering Committee (SSC) da União Europeia em 2003 afirmou que o risco associado à gelatina de osso bovino é muito baixo ou nulo.
Em 2006, a Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos declarou que a opinião do SSC foi confirmada, que o risco de EEB da gelatina derivada de osso era pequeno e que recomendou a remoção do pedido de 2003 para excluir o crânio, cérebro e vértebras de origem bovina com mais de 12 meses do material utilizado na fabricação da gelatina.
Produção
A demanda mundial de gelatina foi de cerca de 620.000 toneladas (1,4×10 ^9 lb) em 2019. Em escala comercial, a gelatina é feita de subprodutos das indústrias de carne e couro.
A maior parte da gelatina é derivada de peles de porco, ossos de porco e gado, ou peles de gado divididas. A gelatina feita de subprodutos de peixe evita algumas das objeções religiosas ao consumo de gelatina. As matérias-primas são preparadas por diferentes processos de cura, ácido e alcalino que são empregados para extrair o hidrolisado de colágeno seco. Esses processos podem levar várias semanas e as diferenças nesses processos têm grandes efeitos nas propriedades dos produtos finais de gelatina.
A gelatina também pode ser preparada em casa. A fervura de certos cortes cartilaginosos de carne ou ossos resulta na dissolução da gelatina na água. Dependendo da concentração, o caldo resultante (quando resfriado) formará uma geléia ou gel naturalmente. Este processo é usado para aspic.
Embora existam muitos processos pelos quais o colágeno pode ser convertido em gelatina, todos eles têm vários fatores em comum. As ligações intermoleculares e intramoleculares que estabilizam o colágeno insolúvel devem ser rompidas, assim como as ligações de hidrogênio que estabilizam a hélice do colágeno. Os processos de fabricação de gelatina consistem em várias etapas principais:
- Pré-tratamentos para fazer as matérias-primas prontas para a etapa principal da extração e para remover impurezas que podem ter efeitos negativos sobre as propriedades físico-químicas do produto final da gelatina.
- Hidrólise de colagénio em gelatina.
- Extração de gelatina da mistura de hidrólise, que geralmente é feito com água quente ou soluções de ácido diluído como um processo multiestágio.
- Os tratamentos de refinação e recuperação, incluindo filtração, clarificação, evaporação, esterilização, secagem, rutura, moagem e peneiramento para remover a água da solução de gelatina, para misturar a gelatina extraída, e para obter o produto final seco, misturado, moído.
Pré-tratamentos
Caso a matéria-prima utilizada na produção da gelatina seja derivada de ossos, são utilizadas soluções ácidas diluídas para retirar o cálcio e outros sais. Água quente ou vários solventes podem ser usados para reduzir o teor de gordura, que não deve exceder 1% antes da etapa principal de extração. Se a matéria-prima consistir em couros e peles; redução de tamanho, lavagem, remoção de pêlos de couros e desengorduramento são necessários para preparar os couros e peles para a etapa de hidrólise.
Hidrólise
Após o preparo da matéria-prima, ou seja, retirada de algumas das impurezas como gorduras e sais, o colágeno parcialmente purificado é convertido em gelatina por hidrólise. A hidrólise do colágeno é realizada por um dos três métodos diferentes: hidrólise ácida, alcalina e enzimática. O tratamento com ácido é especialmente adequado para materiais menos totalmente reticulados, como colágeno de pele de porco, e normalmente requer de 10 a 48 horas. O tratamento alcalino é adequado para colágenos mais complexos, como o encontrado em peles bovinas, e requer mais tempo, normalmente várias semanas. O objetivo do tratamento alcalino é destruir certas ligações cruzadas químicas ainda presentes no colágeno. Dentro da indústria de gelatina, a gelatina obtida a partir de matéria-prima tratada com ácido é chamada de gelatina tipo A e a gelatina obtida a partir de matéria-prima tratada com álcali é chamada de gelatina tipo B.
Estão ocorrendo avanços para otimizar o rendimento da gelatina usando a hidrólise enzimática do colágeno. O tempo de tratamento é menor do que o necessário para o tratamento alcalino e resulta em conversão quase completa para o produto puro. As propriedades físicas do produto de gelatina final são consideradas melhores.
Extração
A extração é realizada com água ou soluções ácidas em temperaturas apropriadas. Todos os processos industriais são baseados em valores de pH neutro ou ácido porque, embora os tratamentos alcalinos acelerem a conversão, também promovem processos de degradação. As condições de extração ácida são amplamente utilizadas na indústria, mas o grau de ácido varia com os diferentes processos. Esta etapa de extração é um processo de várias etapas, e a temperatura de extração geralmente é aumentada nas etapas de extração posteriores, o que garante degradação térmica mínima da gelatina extraída.
Recuperação
Este processo inclui várias etapas, como filtração, evaporação, secagem, moagem e peneiração. Estas operações são dependentes da concentração e também dependentes da gelatina particular utilizada. A degradação da gelatina deve ser evitada e minimizada, por isso a temperatura mais baixa possível é utilizada para o processo de recuperação. A maioria das recuperações é rápida, com todos os processos sendo feitos em vários estágios para evitar a deterioração extensa da estrutura do peptídeo. Uma estrutura peptídica deteriorada resultaria em baixa resistência do gel, o que geralmente não é desejado.
Usos
História inicial de aplicações em alimentos
O Kitab al-Tabikh do século 10 inclui uma receita para uma aspic de peixe, feita fervendo cabeças de peixe.
Uma receita de caldo de carne gelatinosa é encontrada em Le Viandier, escrito por volta de 1375.
Na Grã-Bretanha do século 15, cascos de gado eram fervidos para produzir um gel. No final do século 17, o inventor francês Denis Papin descobriu outro método de extração de gelatina por meio da fervura dos ossos. Uma patente inglesa para a produção de gelatina foi concedida em 1754. Em 1812, o químico Jean-Pierre-Joseph d'Arcet experimentou ainda o uso de ácido clorídrico para extrair a gelatina dos ossos e, posteriormente, a extração a vapor, que foi muito mais eficiente. O governo francês via a gelatina como uma fonte potencial de proteína barata e acessível para os pobres, principalmente em Paris. As aplicações em alimentos na França e nos Estados Unidos durante o século 19 parecem ter estabelecido a versatilidade da gelatina, incluindo a origem de sua popularidade nos Estados Unidos como Jell-O. A partir de meados de 1800, Charles e Rose Knox, de Nova York, fabricaram e comercializaram gelatina em pó, diversificando o apelo e as aplicações da gelatina.
Usos culinários
Provavelmente mais conhecido como agente gelificante na culinária, diferentes tipos e graus de gelatina são usados em uma ampla gama de produtos alimentícios e não alimentícios. Exemplos comuns de alimentos que contêm gelatina são sobremesas de gelatina, ninharias, aspic, marshmallows, doces de milho e confeitos como Peeps, ursinhos de goma, salgadinhos de frutas e bebês de geléia. A gelatina pode ser usada como estabilizante, espessante ou texturizante em alimentos como iogurte, requeijão e margarina; também é usado em alimentos com baixo teor de gordura para simular a sensação de gordura na boca e para criar volume. Também é usado na produção de vários tipos de bolinhos de sopa chineses, especificamente bolinhos de sopa de Xangai, ou xiaolongbao, bem como Shengjian mantou, um tipo de bolinho frito e cozido no vapor. Os recheios de ambos são feitos combinando carne de porco moída com cubos de gelatina e, no processo de cozimento, a gelatina derrete, criando um interior ensopado com uma viscosidade gelatinosa característica.
A gelatina é utilizada para a clarificação de sumos, como o sumo de maçã, e de vinagre.
Isinglass é obtido das bexigas natatórias dos peixes. É usado como um agente de clarificação para vinho e cerveja. Além da geléia hartshorn, de chifres de veado (daí o nome "hartshorn"), isinglass era uma das fontes mais antigas de gelatina.
Cosméticos
Na cosmética, o colágeno hidrolisado pode ser encontrado em cremes tópicos, atuando como condicionador da textura do produto e hidratante. Os implantes de colágeno ou preenchimentos dérmicos também são usados para tratar o aparecimento de rugas, deficiências de contorno e cicatrizes de acne, entre outros. A Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA aprovou seu uso e identifica células de vaca (bovina) e humana como fontes desses enchimentos. De acordo com o FDA, os efeitos desejados podem durar de 3 a 4 meses, o que é relativamente mais curto em comparação com outros materiais usados para o mesmo fim.
Outros usos técnicos
- Certos equipamentos de iluminação profissional e teatral usam géis de cor para mudar a cor do feixe. Historicamente, estes foram feitos com gelatina, daí o termo, gel de cor.
- Originalmente, a gelatina constituiu as conchas de todas as cápsulas de drogas e vitaminas para torná-las mais fáceis de engolir. Agora, uma alternativa vegetariana-aceitável à gelatina, hypromellose, também é usada, e é menos cara do que a gelatina para produzir.
- Algumas colas de animais, como a cola de couro, podem ser gelatina não definida.
- É usado para segurar cristais de halide de prata em uma emulsão em praticamente todos os filmes fotográficos e papéis fotográficos. Apesar do esforço significativo, não foram encontrados substitutos adequados com a estabilidade e baixo custo de gelatina.
- Usado como um transportador, revestimento ou agente separador para outras substâncias, por exemplo, faz a água-solúvel β-caroteno, transmitindo assim uma cor amarela a qualquer refrigerante contendo β-caroteno.
- gelatina balística é usado para testar e medir o desempenho de balas disparadas de armas de fogo.
- Gelatina é usado como um aglutinante em cabeças de fósforo e lixa.
- Os cosméticos podem conter uma variante não gelada de gelatina sob o nome de colágeno hidrolisado (hidrolisado).
- Gelatin foi usado pela primeira vez como um dimensionamento de superfície externa para papel em 1337 e continuou como um agente de dimensionamento dominante de todos os papéis europeus através do século XIX. Nos tempos modernos, é encontrado principalmente em papel aquarela, e ocasionalmente em papéis de impressão brilhante, papéis artísticos e cartões de jogo. Mantém as rugas no papel crepe.
- Biotecnologia: Gelatina também é usado na síntese de hidrogels para aplicações de engenharia de tecidos. Gelatina também é usado como agente saturador em imunoensaios, e como casaco. O ensaio de degradação de Gelatina permite visualizar e quantificar a invasão ao nível subcelular em vez de analisar o comportamento invasivo de células inteiras, para o estudo de protrusões celulares chamadas invasopodia e podossomas, que são estruturas protrusivas nas células cancerosas e desempenham um papel importante no apego celular e remodelação da matriz extracelular (ECM).
Considerações religiosas
O consumo de gelatina de determinados animais pode ser proibido por regras religiosas ou tabus culturais.
Os costumes halal islâmico e kosher judaico geralmente exigem gelatina de outras fontes além dos porcos, como gado que foi abatido de acordo com regulamentos religiosos (halal ou kosher) ou peixe (que judeus e muçulmanos podem consumir).
Por outro lado, alguns juristas islâmicos argumentaram que o tratamento químico "purifica" a gelatina chega para ser sempre halal, argumento mais comum no campo da medicina.
Tem sido argumentado de forma semelhante que a gelatina na medicina é permitida no judaísmo, uma vez que não é usada como alimento. De acordo com The Jewish Dietary Laws, o livro de diretrizes kosher publicado pela Rabbinical Assembly, a organização dos rabinos judeus conservadores, toda gelatina é kosher e pareve porque a transformação química sofrida no processo de fabricação a torna uma diferentes substâncias físicas e químicas.
Os costumes sikhs, hindus e jainistas podem exigir alternativas à gelatina de fontes diferentes dos animais, já que muitos hindus, a maioria dos jainistas e alguns sikhs são vegetarianos.