Вызначэнне і прымяненне калагена, жэлаціну і гідралізаванага калагена. Рэферат

калаген,жэлаціні гідралізаваны калаген цесна звязаныя вытворныя бялку з адметнымі структурнымі характарыстыкамі і функцыянальнымі ўласцівасцямі, шырока выкарыстоўваюцца ў харчовай, фармацэўтычнай, касметычнай і нутрыцэўтычнай прамысловасцігаліны прамысловасці. У гэтым артыкуле сістэматычна параўноўваюцца іх малекулярныя структуры, вытворчыя працэсы і ключавыя функцыянальныя магчымасці, аналізуецца іх прымяненне ў галіне ўмацавання здароўя, Вытворчасць прадуктаў харчавання, і догляду за скурай, а таксама дае разуменне для рацыянальнага выбару на аснове канкрэтных выпадкаў выкарыстання. Развяшчаючы распаўсюджаныя памылковыя ўяўленні і падкрэсліваючы навуковыя доказы, гэтая праца служыць поўным кіраўніцтвам для даследчыкаў, спецыялістаў галіны і спажыўцоў, якія імкнуцца зразумець гэтыя ўніверсальныя бялкі.

1. Уводзіны

Калаген — найбольш распаўсюджаны фіброзны бялок у пазаклеткавым матрыксе жывёл, які складае 25–30% ад агульнай колькасці бялку ў арганізме млекакормячых. Ён адыгрывае важную ролю ў падтрыманні структурнай цэласнасці скуры, костак, суставаў, сухажылляў і злучальных тканак (Ricard-Blum, 2011). жэлацін ігідралізаваны калаген атрымліваюць з калагена шляхам кантраляванай апрацоўкі, захоўваючы ключавыя профілі амінакіслот (напрыклад, гліцын, пралін, гідраксіпралін), але дэманструючы змененыя фізічныя і хімічныя ўласцівасці. Нягледзячы на ​​агульнае паходжанне, гэтыя тры рэчывы істотна адрозніваюцца па малекулярнай масе, растваральнасці і функцыянальнасці, што прыводзіць да разнастайнага прымянення ў розных галінах прамысловасці. З ростам цікавасці спажыўцоў да натуральных інгрэдыентаў, прадуктаў супраць старэння і функцыянальных прадуктаў харчавання, разуменне адрозненняў паміж калагенам, жэлацінам і гідралізаваным калагенам становіцца ўсё больш важным для распрацоўкі прадуктаў і абгрунтаванага спажывання.

2. Структурныя характарыстыкі і вытворчыя працэсы

2.1 Калаген

• Малекулярная структураНатыўны калаген складаецца з патройнай спіральнай структуры, утворанай трыма поліпептыднымі ланцугамі (α-ланцугамі), пераплеценымі вадароднымі сувязямі. Кожны ланцуг змяшчае паўтаральныя паслядоўнасці Gly-XY (X часта пралін, Y — гідраксіпралін), якія стабілізуюць спіраль і спрыяюць трываласці калагена на разрыў (Brodsky & Shah, 2016). Малекулярная маса натыўнага калагена вагаецца ад 300 кДа да 400 кДа, што робіць яго нерастваральным у вадзе і большасці арганічных растваральнікаў.
• Крыніцы і здабычаКалаген у асноўным здабываецца з пабочных прадуктаў жывёльнага паходжання, такіх як бычыныя шкуры, свіная скура, рыбная луска і курыныя лапкі. Працэс экстракцыі ўключае абястлушчванне, дэмінералізацыю і апрацоўку кіслатой/шчолаччу для выдалення некалагенавых бялкоў, а затым асаджэнне і ачыстку для атрымання калагена ў выглядзе парашка або геля (Li et al., 2020).

2.2 Жэлацін

• Малекулярная структураЖэлацін атрымліваецца шляхам частковага гідролізу калагена, пры якім патройная спіральная структура разбураецца на выпадкова скручаныя поліпептыдныя ланцугі. Яго малекулярная маса вагаецца ад 10 кДа да 100 кДа з больш шырокім размеркаваннем у параўнанні з натыўным калагенам. Жэлацін захоўвае паслядоўнасць Gly-XY, але не мае ўпарадкаванай патройнай спіралі, што дазваляе яму ўтвараць тэрмаабарачальную гелевую сетку пры астуджэнні (Zhang et al., 2018).
• Вытворчы працэсВытворчасць жэлаціну ўключае два асноўныя метады: кіслотны гідроліз (жэлацін тыпу А) і шчолачны гідроліз (жэлацін тыпу В). Кіслотны гідроліз выкарыстоўваецца для атрымання калагена са свіной скуры, а шчолачны гідроліз — для бычыных шкур і костак. Пасля гідролізу раствор фільтруюць, канцэнтруюць і сушаць распыленнем для атрымання жэлацінавага парашка. Ступень гідролізу кантралюецца для балансавання сілы гелеўтварэння, глейкасці і растваральнасці (Regenstein & Regenstein, 2012).
  
  

  2.3 Гідралізаваны калаген

  • Малекулярная структураГідралізаваны калаген (таксама званы калагенавымі пептыдамі або калагенавым гідралізатам) падвяргаецца далейшаму ферментатыўнаму або кіслотнаму гідролізу жэлацін, што прыводзіць да ўтварэння меншых пептыдных ланцугоў з малекулярнай масай ад 1 кДа да 10 кДа. Гэтыя кароткія пептыды растваральныя ў вадзе пры любой тэмпературы і не ўтвараюць гелі, бо іх малекулярны памер занадта малы для ўтварэння стабільнай сеткі (Pei et al., 2019).
  • Вытворчы працэс: Гідралізаваны калаген звычайна вырабляецца шляхам апрацоўкі жэлаціну пратэалітычнымі ферментамі (напрыклад, трыпсінам, пепсінам) або моцнымі кіслотамі, а затым ультрафільтрацыяй для падзелу пептыдаў па малекулярнай масе. Гэты працэс забяспечвае высокую біядаступнасць, паколькі невялікія пептыды могуць хутка ўсмоктвацца ў страўнікава-кішачным тракце без далейшага пераварвання (Jongjareonrak et al., 2014).
  3. Асноўныя функцыянальныя адрозненні

  Маёмасць	Калаген	Жэлацін	Гідралізаваны калаген
  Растваральнасць	Нерастваральны ў вадзе (пакаёвая тэмпература)	Растваральны ў гарачай вадзе; пры астуджэнні ўтварае гель	Растваральны ў вадзе (гарачай/халоднай)
  Малекулярная маса	300–400 кДа	10–100 кДа	1–10 кДа
  Структура	Трайная спіраль	Выпадковая шпулька	Кароткія пептыды (без спіралі)
  Гелеўтваральная нерухомасць	Не	Так (тэрмазваротны)	Не
  Біядаступнасць	Нізкі (патрабуе пераварвання)	Умераны	Высокі (хуткае ўсмоктванне)
  Тэрмічная стабільнасць	Дэнатуруе пры тэмпературы 60–70°C	Дэнатуруе пры тэмпературы 30–40°C (плавіцца)	Стабільны пры большасці тэмператур

   

  4. Прыкладанні

  4.1 Здароўе і нутрыцэўтыкі

  • КалагенЗ-за нізкай растваральнасці і біядаступнасці натуральны калаген рэдка выкарыстоўваецца ў якасці харчовай дабаўкі. Замест гэтага ён ужываецца ў медыцынскіх прыладах, такіх як павязкі на раны, каркасы для тканіннай інжынерыі і сістэмы дастаўкі лекаў, выкарыстоўваючы яго біясумяшчальнасць і структурную падтрымку (Lee et al., 2021).
  • ЖэлацінУ якасці харчовай дабаўкі, жэлацін забяспечвае амінакіслоты, якія падтрымліваюць здароўе кішачніка, якасць сну (праз гліцын) і метабалізм костак. Ён таксама выкарыстоўваецца ў фармацэўтычных прэпаратах (напрыклад, капсулах, таблетках) у якасці звязальнага і дэзінтэграцыйнага рэчыва (Khan et al., 2016).
  • Гідралізаваны калагенГідралізаваны калаген, найбольш шырока выкарыстоўваная форма ў харчовых дадатках, даказана падтрымлівае здароўе суставаў, памяншаючы боль і паляпшаючы рухомасць (Veronese et al., 2019). Ён таксама паляпшае ўвільгатненне скуры, эластычнасць і сінтэз калагена, што робіць яго ключавым інгрэдыентам у антыўзроставых дадатках. Акрамя таго, ён выкарыстоўваецца ў спартыўным харчаванні для садзейнічання аднаўленню цягліц і памяншэння запалення, выкліканага фізічнымі нагрузкамі (Zdzieblik et al., 2015).

   

  4.2 Харчовая прамысловасць

  • КалагенВыкарыстоўваецца ў апрацаваным мясе (напрыклад, каўбасах, хот-догах) для паляпшэння тэкстуры і ўтрымання вады. Таксама дадаецца ў морапрадукты для павышэння цвёрдасці (Liu et al., 2018).
  • ЖэлацінЖэлацін — універсальная харчовая дабаўка, якая выкарыстоўваецца для вытворчасці жэле, зефіру, жавальных цукерак і ёгурта, забяспечваючы гелеўтваральныя, загушчальныя і стабілізуючыя ўласцівасці. Ён таксама выкарыстоўваецца ў хлебабулачных вырабах для паляпшэння эластычнасці цеста і тэрміну захоўвання (Regenstein & Regenstein, 2012).
  • Гідралізаваны калагенДадаецца ў функцыянальныя прадукты харчавання, такія як пратэінавыя батончыкі, кактэйлі і ўзбагачаныя напоі, дзякуючы высокаму ўтрыманню бялку і растваральнасці. Не змяняе смак або тэкстуру прадуктаў, што робіць яго ідэальным для ўзбагачэння (Pei et al., 2019).

  4.3 Касметыка і догляд за скурай

  • КалагенВыкарыстоўваецца ў крэмах, сыроватках і масках для паляпшэння пругкасці скуры і памяншэння маршчын. Аднак вялікі малекулярны памер абмяжоўвае пранікненне ў глыбокія пласты скуры, таму ён у першую чаргу дзейнічае як павярхоўны ўвільгатняльнік (Schmidt & Schumann, 2017).
  • ЖэлацінДадаецца ў маскі для твару і абкручванні для цела дзякуючы яго ўвільгатняючым і плёнкаўтваральным уласцівасцям. Дапамагае ўтрымліваць вільгаць і часова паляпшае тэкстуру скуры (Zhang et al., 2018).
  • Гідралізаваны калагенПапулярны інгрэдыент у сродках па догляду за скурай супраць старэння, бо яго невялікія пептыдныя ланцугі могуць пранікаць у рагавы пласт і стымуляваць сінтэз калагена ў фібрабластах скуры. Ён памяншае маршчыны, паляпшае эластычнасць скуры і ўзмацняе бар'ерную функцыю (Jongjareonrak et al., 2014).
  5. Бяспека і меркаванні

  Усе тры бялкі ў цэлым прызнаны FDA і EFSA бяспечнымі (GRAS). Аднак спажыўцам з алергіяй на прадукты жывёльнага паходжання (напрыклад, ялавічыну, свініну, рыбу) варта іх пазбягаць. Для спажыўцоў халяльнага і кашэрнага паходжання даступны жэлацін, атрыманы з дазволеных крыніц (напрыклад, рыбін жэлацін для халяльнага паходжання). Акрамя таго, якасць калагенавых прадуктаў залежыць ад крыніцы, метаду экстракцыі і малекулярна-масавай размеркавання — спажыўцам варта выбіраць прадукцыю ад вядомых вытворцаў з сертыфікатамі незалежных выпрабаванняў.

  6. Выснова

  Калаген, жэлацін і гідралізаваны калаген — гэта розныя вытворныя з унікальнымі структурамі і функцыянальнасцю. Натыўны калаген выдатна падыходзіць для структурных ужыванняў, жэлацін цэніцца за свае гелеўтваральныя ўласцівасці ў харчовых прадуктах і фармацэўтычных прэпаратах, а гідралізаваны калаген вылучаецца сваёй высокай біядаступнасцю і перавагамі для здароўя ў харчовых дабаўках і сродках па догляду за скурай. Разуменне іх адрозненняў дазваляе мэтанакіравана выкарыстоўваць у розных галінах прамысловасці і рабіць абгрунтаваны выбар спажыўцамі. Будучыя даследаванні могуць быць сканцэнтраваны на распрацоўцы альтэрнатыў на расліннай аснове, павышэнні эфектыўнасці экстракцыі і вывучэнні новых ужыванняў у персаналізаваным харчаванні і рэгенератыўнай медыцыне.