Gelatina

La gelatina (del latín: gelatus que significa "rígido" o "congelado") es un ingrediente alimentario translúcido, incoloro y sin sabor, comúnmente derivado del colágeno extraído de partes del cuerpo de animales. Es quebradizo cuando está seco y gomoso cuando está húmedo. También puede denominarse colágeno hidrolizado, hidrolizado de colágeno, hidrolizado de gelatina, gelatina hidrolizada y péptidos de colágeno después de haber sufrido hidrólisis. Se usa comúnmente como agente gelificante en alimentos, bebidas, medicamentos, cápsulas de medicamentos y vitaminas, películas y papeles fotográficos y cosméticos.

Las sustancias que contienen gelatina o que funcionan de manera similar se denominan sustancias gelatinosas. La gelatina es una forma de colágeno irreversiblemente hidrolizada, en la que la hidrólisis reduce las fibrillas de proteína en péptidos más pequeños; dependiendo de los métodos físicos y químicos de desnaturalización, el peso molecular de los péptidos cae dentro de un amplio rango. La gelatina se encuentra en los postres de gelatina, la mayoría de los dulces gomosos y malvaviscos, helados, salsas y yogures. La gelatina para cocinar viene en forma de polvo, gránulos y láminas. Los tipos instantáneos se pueden agregar a la comida tal cual; otros deben remojarse en agua de antemano.

Características

Propiedades

La gelatina es una colección de péptidos y proteínas producidos por hidrólisis parcial del colágeno extraído de la piel, los huesos y los tejidos conectivos de animales como el ganado vacuno, pollo, cerdos y peces domésticos. Durante la hidrólisis, algunos de los enlaces entre y dentro de las proteínas componentes se rompen. Su composición química es, en muchos aspectos, muy similar a la de su colágeno original. Los grados fotográficos y farmacéuticos de gelatina generalmente se obtienen de huesos de ganado y piel de cerdo. La gelatina se clasifica como un hidrogel.

La gelatina es casi insípida e inodora con una apariencia incolora o ligeramente amarilla. Es transparente y quebradizo, y puede presentarse en forma de láminas, escamas o polvo. Los solventes polares como el agua caliente, el glicerol y el ácido acético pueden disolver la gelatina, pero es insoluble en solventes orgánicos como el alcohol. La gelatina absorbe de 5 a 10 veces su peso en agua para formar un gel. El gel formado por la gelatina puede fundirse por recalentamiento y tiene una viscosidad creciente bajo estrés (tixotrópico). El punto de fusión superior de la gelatina está por debajo de la temperatura del cuerpo humano, un factor que es importante para la sensación en la boca de los alimentos producidos con gelatina.La viscosidad de la mezcla de gelatina y agua es mayor cuando la concentración de gelatina es alta y la mezcla se mantiene fría a unos 4 °C (39 °F). La gelatina comercial tendrá una fuerza de gel de alrededor de 90 a 300 gramos Bloom usando la prueba Bloom de fuerza de gel. La fuerza de la gelatina (pero no la viscosidad) disminuye si se somete a temperaturas superiores a los 100 °C (212 °F) o si se mantiene a temperaturas cercanas a los 100 °C durante un período prolongado.

Las gelatinas tienen diversos puntos de fusión y temperaturas de gelificación, dependiendo de la fuente. Por ejemplo, la gelatina derivada del pescado tiene un punto de fusión y de gelificación más bajo que la gelatina derivada de la carne de res o cerdo.

Composición

Cuando está seca, la gelatina consta de 98 a 99 % de proteína, pero no es una proteína nutricionalmente completa ya que le falta triptófano y es deficiente en isoleucina, treonina y metionina. El contenido de aminoácidos del colágeno hidrolizado es el mismo que el del colágeno. El colágeno hidrolizado contiene 19 aminoácidos, predominantemente glicina (Gly) del 26 al 34 %, prolina (Pro) del 10 al 18 % e hidroxiprolina (Hyp) del 7 al 15 %, que juntos representan alrededor del 50 % del contenido total de aminoácidos. La glicina es responsable del empaquetamiento compacto de las cadenas. La presencia de prolina restringe la conformación. Esto es importante para las propiedades de gelificación de la gelatina. Otros aminoácidos que contribuyen en gran medida incluyen: alanina (Ala) 8–11%; arginina (Arg) 8–9%; ácido aspártico (Asp) 6–7%; y ácido glutámico (Glu) 10-12%.

Investigar

Digestibilidad

Un estudio de 2005 en humanos encontró colágeno hidrolizado absorbido como pequeños péptidos en la sangre.

Efectos en la piel

La ingestión de colágeno hidrolizado puede afectar la piel al aumentar la densidad de las fibrillas y fibroblastos de colágeno, estimulando así la producción de colágeno. Se ha sugerido, basándose en estudios con ratones e in vitro, que los péptidos de colágeno hidrolizados tienen propiedades quimiotácticas sobre los fibroblastos o una influencia sobre el crecimiento de los fibroblastos.

Efectos conjuntos

Algunos estudios clínicos reportan que la ingestión oral de colágeno hidrolizado disminuye el dolor articular, mostrando mayor beneficio aquellas con los síntomas más severos.

Sin embargo, otros ensayos clínicos han arrojado resultados mixtos. En 2011, el Panel de Productos Dietéticos, Nutrición y Alergias de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria concluyó que "no se ha establecido una relación de causa y efecto entre el consumo de hidrolizado de colágeno y el mantenimiento de las articulaciones". Otros cuatro estudios informaron beneficios sin efectos secundarios; sin embargo, los estudios no fueron extensos y todos recomendaron más estudios controlados. Un estudio encontró que el colágeno oral solo mejoró los síntomas en una minoría de pacientes y reportó náuseas como efecto secundario. Otro estudio no informó mejoría en la actividad de la enfermedad en pacientes con artritis reumatoide. Otro estudio encontró que el tratamiento con colágeno en realidad puede causar una exacerbación de los síntomas de la artritis reumatoide.

Preocupaciones de seguridad

El colágeno hidrolizado, como la gelatina, se fabrica a partir de subproductos animales de la industria cárnica o, a veces, de cadáveres de animales extraídos y limpiados por los desolladores, incluida la piel, los huesos y el tejido conectivo.

En 1997, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA), con el apoyo del Comité Asesor de TSE (encefalopatía espongiforme transmisible), comenzó a monitorear el riesgo potencial de transmitir enfermedades animales, especialmente la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), comúnmente conocida como enfermedad de las vacas locas.. Un estudio de la FDA de ese año declaró: "...pasos como el calor, el tratamiento alcalino y la filtración podrían ser efectivos para reducir el nivel de agentes contaminantes de las EET; sin embargo, la evidencia científica es insuficiente en este momento para demostrar que estos tratamientos eliminar el agente infeccioso de la EEB si está presente en el material de origen". El 18 de marzo de 2016, la FDA finalizó tres reglas finales provisionales emitidas anteriormente diseñadas para reducir aún más el riesgo potencial de EEB en los alimentos para humanos.La regla final aclaró que "la gelatina no se considera un material de ganado prohibido si se fabrica utilizando los procesos industriales habituales especificados".

El Comité Directivo Científico (SSC) de la Unión Europea en 2003 declaró que el riesgo asociado con la gelatina de hueso bovino es muy bajo o nulo.

En 2006, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria afirmó que se confirmó la opinión del SSC, que el riesgo de EEB de la gelatina de origen óseo era pequeño y que recomendó la eliminación de la solicitud de 2003 de excluir el cráneo, el cerebro y las vértebras de origen bovino mayores de 12 meses a partir del material utilizado en la fabricación de gelatina.

Producción

La demanda mundial de gelatina fue de unas 620 000 toneladas (1,4 × 10 lb) en 2019. A escala comercial, la gelatina se elabora a partir de subproductos de las industrias cárnica y del cuero. La mayor parte de la gelatina se deriva de pieles de cerdo, huesos de cerdo y de ganado o pieles divididas de ganado. La gelatina hecha con subproductos de pescado evita algunas de las objeciones religiosas al consumo de gelatina. Las materias primas se preparan mediante diferentes procesos de curado, ácido y álcali que se emplean para extraer el hidrolizado de colágeno seco. Estos procesos pueden tardar varias semanas, y las diferencias en dichos procesos tienen grandes efectos sobre las propiedades de los productos finales de gelatina.

La gelatina también se puede preparar en casa. Al hervir ciertos cortes cartilaginosos de carne o huesos, la gelatina se disuelve en el agua. Dependiendo de la concentración, el caldo resultante (cuando se enfríe) formará una jalea o gel de forma natural. Este proceso se utiliza para gelatina.

Si bien existen muchos procesos mediante los cuales el colágeno se puede convertir en gelatina, todos tienen varios factores en común. Los enlaces intermoleculares e intramoleculares que estabilizan el colágeno insoluble deben romperse, y también deben romperse los enlaces de hidrógeno que estabilizan la hélice del colágeno. El proceso de fabricación de la gelatina consta de varias etapas principales:

1. Pretratamientos para preparar las materias primas para el paso principal de extracción y para eliminar las impurezas que pueden tener efectos negativos en las propiedades fisicoquímicas del producto de gelatina final.
2. Hidrólisis del colágeno en gelatina.
3. Extracción de gelatina de la mezcla de hidrólisis, que generalmente se realiza con agua caliente o soluciones ácidas diluidas como un proceso de varias etapas.
4. Los tratamientos de refinación y recuperación que incluyen filtración, clarificación, evaporación, esterilización, secado, deshuesado, molienda y tamizado para eliminar el agua de la solución de gelatina, mezclar la gelatina extraída y obtener un producto final seco, mezclado y molido.

Pretratamientos

Si la materia prima utilizada en la producción de la gelatina se deriva de los huesos, se utilizan soluciones ácidas diluidas para eliminar el calcio y otras sales. Se puede usar agua caliente o varios solventes para reducir el contenido de grasa, que no debe exceder el 1% antes del paso de extracción principal. Si la materia prima consiste en cueros y pieles; La reducción de tamaño, el lavado, la eliminación del pelo de los cueros y el desengrasado son necesarios para preparar los cueros y pieles para la etapa de hidrólisis.

Hidrólisis

Después de preparar la materia prima, es decir, eliminar algunas de las impurezas, como grasas y sales, el colágeno parcialmente purificado se convierte en gelatina mediante hidrólisis. La hidrólisis del colágeno se realiza mediante uno de tres métodos diferentes: hidrólisis ácida, alcalina y enzimática. El tratamiento con ácido es especialmente adecuado para materiales menos reticulados, como el colágeno de piel de cerdo, y normalmente requiere de 10 a 48 horas. El tratamiento alcalino es adecuado para colágeno más complejo, como el que se encuentra en las pieles bovinas, y requiere más tiempo, normalmente varias semanas. El propósito del tratamiento alcalino es destruir ciertos enlaces cruzados químicos aún presentes en el colágeno. Dentro de la industria de la gelatina,

Se están produciendo avances para optimizar el rendimiento de la gelatina mediante la hidrólisis enzimática del colágeno. El tiempo de tratamiento es más corto que el requerido para el tratamiento con álcali y da como resultado una conversión casi completa al producto puro. Las propiedades físicas del producto de gelatina final se consideran mejores.

Extracción

La extracción se realiza con agua o soluciones ácidas a temperaturas apropiadas. Todos los procesos industriales se basan en valores de pH neutros o ácidos porque, aunque los tratamientos alcalinos aceleran la conversión, también favorecen los procesos de degradación. Las condiciones de extracción ácidas se usan ampliamente en la industria, pero el grado de ácido varía con los diferentes procesos. Este paso de extracción es un proceso de varias etapas, y la temperatura de extracción generalmente aumenta en los pasos de extracción posteriores, lo que garantiza una degradación térmica mínima de la gelatina extraída.

Recuperación

Este proceso incluye varios pasos, como filtración, evaporación, secado, molienda y tamizado. Estas operaciones dependen de la concentración y también de la gelatina particular utilizada. La degradación de la gelatina debe evitarse y minimizarse, por lo que se utiliza la temperatura más baja posible para el proceso de recuperación. La mayoría de las recuperaciones son rápidas, y todos los procesos se realizan en varias etapas para evitar un deterioro extenso de la estructura peptídica. Una estructura peptídica deteriorada daría como resultado una fuerza de gel baja, lo que generalmente no es deseable.

Usos

Historia temprana de las aplicaciones alimentarias

El Kitab al-Tabikh del siglo X incluye una receta para una gelatina de pescado, hecha hirviendo cabezas de pescado.

Una receta para el caldo de carne en gelatina se encuentra en Le Viandier, escrito alrededor de 1375.

En la Gran Bretaña del siglo XV, se hervían pezuñas de ganado para producir un gel. A finales del siglo XVII, el inventor francés Denis Papin había descubierto otro método de extracción de gelatina mediante la ebullición de los huesos. En 1754 se concedió una patente inglesa para la producción de gelatina. En 1812, el químico Jean-Pierre-Joseph d'Arcet (fr) siguió experimentando con el uso de ácido clorhídrico para extraer gelatina de los huesos y, más tarde, con la extracción con vapor, que era mucho más más eficiente. El gobierno francés vio a la gelatina como una fuente potencial de proteína barata y accesible para los pobres, particularmente en París. Las aplicaciones alimentarias en Francia y Estados Unidos durante el siglo XIX parecen haber establecido la versatilidad de la gelatina, incluido el origen de su popularidad en Estados Unidos como Jell-O.Desde mediados del siglo XIX, Charles y Rose Knox de Nueva York fabricaron y comercializaron gelatina en polvo, diversificando el atractivo y las aplicaciones de la gelatina.

Usos culinarios

Probablemente mejor conocido como agente gelificante en la cocina, diferentes tipos y grados de gelatina se utilizan en una amplia gama de productos alimenticios y no alimenticios. Ejemplos comunes de alimentos que contienen gelatina son postres de gelatina, bagatelas, gelatina, malvaviscos, maíz dulce y dulces como Peeps, ositos de goma, bocadillos de frutas y gominolas. La gelatina se puede usar como estabilizador, espesante o texturizante en alimentos como el yogur, el queso crema y la margarina; también se utiliza en alimentos reducidos en grasa para simular la sensación de grasa en la boca y crear volumen. También se utiliza en la producción de varios tipos de albóndigas de sopa chinas, específicamente las albóndigas de sopa de Shanghái o xiaolongbao, así como el mantou de Shengjian., una especie de bola de masa frita y al vapor. Los rellenos de ambos se hacen combinando carne de cerdo molida con cubos de gelatina, y en el proceso de cocción, la gelatina se derrite, creando un interior caldoso con una pegajosidad gelatinosa característica.

La gelatina se utiliza para la clarificación de jugos, como el jugo de manzana, y del vinagre.

La cola de pescado se obtiene de las vejigas natatorias de los peces. Se utiliza como agente clarificante para vino y cerveza. Además de la gelatina de cuerno de ciervo, de astas de venado (de ahí el nombre "cuerno de ciervo"), la cola de pescado era una de las fuentes más antiguas de gelatina.

Productos cosméticos

En cosmética, el colágeno hidrolizado se puede encontrar en cremas tópicas, actuando como acondicionador de la textura del producto y humectante. Los implantes de colágeno o rellenos dérmicos también se utilizan para tratar la aparición de arrugas, deficiencias en el contorno y cicatrices de acné, entre otros. La Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. ha aprobado su uso e identifica las células de vaca (bovina) y humana como las fuentes de estos rellenos. Según la FDA, los efectos deseados pueden durar de 3 a 4 meses, que es relativamente la duración más corta en comparación con otros materiales utilizados para el mismo propósito.

Otros usos técnicos

• Ciertos equipos de iluminación profesional y teatral utilizan geles de color para cambiar el color del haz. Históricamente, estos se hacían con gelatina, de ahí el término gel de color.
• Originalmente, la gelatina constituía las cubiertas de todas las cápsulas de medicamentos y vitaminas para que fueran más fáciles de tragar. Si bien por lo general todavía contiene hipromelosa, también se usa una alternativa aceptable para vegetarianos a la gelatina que es más costosa de producir.
• Algunas colas de animales, como la cola para pieles, pueden ser gelatina sin refinar.
• Se utiliza para contener cristales de haluro de plata en una emulsión en prácticamente todas las películas fotográficas y papeles fotográficos. A pesar de un esfuerzo significativo, no se han encontrado sustitutos adecuados con la estabilidad y el bajo costo de la gelatina.
• Usado como vehículo, recubrimiento o agente separador para otras sustancias, por ejemplo, hace que el β-caroteno sea soluble en agua, lo que le da un color amarillo a cualquier refresco que contenga β-caroteno.
• La gelatina balística se utiliza para probar y medir el rendimiento de las balas disparadas por armas de fuego.
• La gelatina se usa como aglutinante en cabezas de cerillas y papel de lija.
• Los cosméticos pueden contener una variante de gelatina no gelificante bajo el nombre de colágeno hidrolizado (hidrolizado).
• La gelatina se utilizó por primera vez como apresto de la superficie externa del papel en 1337 y continuó como agente de apresto predominante en todos los papeles europeos hasta mediados del siglo XIX. En los tiempos modernos, se encuentra principalmente en papel de acuarela y, ocasionalmente, en papeles de impresión brillantes, papeles artísticos y naipes. Mantiene las arrugas en papel crepé.
• Biotecnología: la gelatina también se usa para sintetizar hidrogeles para aplicaciones de ingeniería de tejidos. La gelatina también se utiliza como agente saturante en inmunoensayos y como recubrimiento. El ensayo de degradación de gelatina permite visualizar y cuantificar la invasión a nivel subcelular en lugar de analizar el comportamiento invasivo de células enteras, para el estudio de protuberancias celulares denominadas invadopodios y podosomas, que son estructuras protrusivas en las células cancerosas y desempeñan un papel importante en la unión y remodelación celular. de la matriz extracelular (MEC).

Consideraciones religiosas

El consumo de gelatina de animales particulares puede estar prohibido por reglas religiosas o tabúes culturales.

Las costumbres islámicas halal y judías kosher generalmente requieren gelatina de fuentes distintas a los cerdos, como ganado (que ha sido sacrificado de acuerdo con las regulaciones religiosas) o pescado (que los judíos pueden consumir).

Por otro lado, algunos juristas islámicos han argumentado que el tratamiento químico "purifica" la gelatina lo suficiente como para ser siempre halal, un argumento muy común en el campo de la medicina.

De manera similar, se ha argumentado que la gelatina en medicina está permitida en el judaísmo, ya que no se usa como alimento. Según The Jewish Dietary Laws, el libro de directrices kosher publicado por la Asamblea Rabínica, la organización de los rabinos judíos conservadores, toda la gelatina es kosher y pareve porque la transformación química que sufre en el proceso de fabricación la convierte en una sustancia física y química diferente.

Las costumbres sikh, hindú y jainista pueden requerir alternativas a la gelatina de fuentes distintas a los animales, ya que muchos hindúes, la mayoría de los jainistas y algunos sikhs son vegetarianos.