Kolageno, želatinos ir hidrolizuoto kolageno apibrėžimas ir taikymas Santrauka

kolagenas,želatinair hidrolizuotas kolagenas yra glaudžiai susiję baltymų dariniai, turintys skirtingas struktūrines ir funkcines savybes, plačiai naudojami maisto produktuose, farmacijoje, kosmetikoje ir nutraceutikoje.l pramonės šakos. Šiame straipsnyje sistemingai palyginamos jų molekulinės struktūros, gamybos procesai ir pagrindinės funkcijos, analizuojamas jų taikymas sveikatos stiprinimo srityje, Maisto gamybair odos priežiūros priemones, bei pateikia įžvalgų apie racionalų pasirinkimą, pagrįstą konkrečiais naudojimo atvejais. Išaiškindamas dažniausiai pasitaikančius klaidingus įsitikinimus ir pabrėždamas mokslinius įrodymus, šis darbas yra išsamus vadovas tyrėjams, pramonės specialistams ir vartotojams, norintiems suprasti šiuos universalius baltymus.

1. Įvadas

Kolagenas yra gausiausias skaidulinis baltymas gyvūnų tarpląstelinėje matricoje, sudarantis 25–30 % visų žinduolių kūno baltymų. Jis atlieka labai svarbų vaidmenį palaikant odos, kaulų, sąnarių, sausgyslių ir jungiamojo audinio struktūrinį vientisumą (Ricard-Blum, 2011). želatina irhidrolizuotas kolagenas yra gaunami iš kolageno kontroliuojamo apdorojimo būdu, išlaikant pagrindinius aminorūgščių profilius (pvz., gliciną, proliną, hidroksiproliną), tačiau pasižymint modifikuotomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Nepaisant bendros kilmės, šios trys medžiagos labai skiriasi molekuline mase, tirpumu ir funkcionalumu, todėl jos yra įvairiai naudojamos įvairiose pramonės šakose. Augant vartotojų susidomėjimui natūraliais ingredientais, senėjimą stabdančiais produktais ir funkciniais maisto produktais, kolageno, želatinos ir hidrolizuoto kolageno skirtumų supratimas tampa vis svarbesnis produktų kūrimui ir informuotam vartojimui.

2. Struktūrinės charakteristikos ir gamybos procesai

2.1 Kolagenas

• Molekulinė struktūraNatūralus kolagenas susideda iš trigubos spiralės struktūros, kurią sudaro trys polipeptidinės grandinės (α grandinės), susipynusios vandeniliniais ryšiais. Kiekvienoje grandinėje yra pasikartojančios Gly-XY sekos (X dažnai yra prolinas, Y yra hidroksiprolinas), kurios stabilizuoja spiralę ir prisideda prie kolageno tempiamojo stiprumo (Brodsky ir Shah, 2016). Natūralaus kolageno molekulinė masė svyruoja nuo 300 kDa iki 400 kDa, todėl jis netirpsta vandenyje ir daugumoje organinių tirpiklių.
• Šaltiniai ir gavybaKolagenas daugiausia išgaunamas iš gyvūninės kilmės šalutinių produktų, tokių kaip galvijų kailiai, kiaulių oda, žuvų žvynai ir vištų kojos. Ekstrahavimo procesas apima riebalų šalinimą, demineralizaciją ir rūgštinį/šarminį apdorojimą, siekiant pašalinti nekolageninius baltymus, po to nusodinimą ir gryninimą, siekiant gauti kolageną miltelių arba gelio pavidalu (Li ir kt., 2020).

2.2 Želatina

• Molekulinė struktūraŽelatina gaminama dalinai hidrolizuojant kolageną, kurio metu trigubos spiralės struktūra suskaidoma į atsitiktinai susisukusias polipeptidines grandines. Jos molekulinė masė svyruoja nuo 10 kDa iki 100 kDa, o pasiskirstymas yra platesnis, palyginti su natūraliu kolagenu. Želatina išlaiko Gly-XY seką, tačiau neturi tvarkingos trigubos spiralės, todėl atvėsus ji gali sudaryti termogrįžtamą gelio tinklą (Zhang ir kt., 2018).
• Gamybos procesasŽelatinos gamyba vyksta dviem pagrindiniais metodais: rūgštine hidrolize (A tipo želatina) ir šarmine hidrolize (B tipo želatina). Rūgštinė hidrolizė naudojama kiaulių odos kolagenui, o šarminė hidrolizė tinka galvijų odoms ir kaulams. Po hidrolizės tirpalas filtruojamas, koncentruojamas ir džiovinamas purškiant, kad būtų gauti želatinos milteliai. Hidrolizės laipsnis kontroliuojamas siekiant subalansuoti stingimo stiprumą, klampumą ir tirpumą (Regenstein ir Regenstein, 2012).
  
  

  2.3 Hidrolizuotas kolagenas

  • Molekulinė struktūraHidrolizuotas kolagenas (dar vadinamas kolageno peptidais arba kolageno hidrolizatu) toliau hidrolizuojamas fermentų arba rūgštimi. želatina, todėl susidaro mažesnės peptidų grandinės, kurių molekulinė masė yra nuo 1 kDa iki 10 kDa. Šie trumpi peptidai tirpsta vandenyje visose temperatūrose ir nesudaro gelių, nes jų molekulinis dydis yra per mažas, kad susidarytų stabilus tinklas (Pei ir kt., 2019).
  • Gamybos procesas: Hidrolizuotas kolagenas paprastai gaminamas želatiną apdorojant proteolitiniais fermentais (pvz., tripsinu, pepsinu) arba stipriomis rūgštimis, o po to ultrafiltruojant peptidus pagal molekulinę masę. Šis procesas užtikrina didelį biologinį prieinamumą, nes maži peptidai gali būti greitai absorbuojami virškinamajame trakte be tolesnio virškinimo (Jongjareonrak ir kt., 2014).
  3. Pagrindiniai funkciniai skirtumai

  Nekilnojamasis turtas	Kolagenas	Želatina	Hidrolizuotas kolagenas
  Tirpumas	Netirpsta vandenyje (kambario temperatūroje)	Tirpsta karštame vandenyje; atvėsus sudaro gelį	Tirpsta vandenyje (karštame/šaltame)
  Molekulinė masė	300–400 kDa	10–100 kDa	1–10 kDa
  Struktūra	Triguba spiralė	Atsitiktinė ritė	Trumpi peptidai (be spiralės)
  Želėjančios savybės	Ne	Taip (termogrįžtamas)	Ne
  Biologinis prieinamumas	Žemas (reikalingas virškinimas)	Vidutinis	Didelis (greitas įsisavinimas)
  Terminis stabilumas	Denatūruojasi 60–70 °C temperatūroje	Denatūruojasi 30–40 °C temperatūroje (lydosi)	Stabilus daugumoje temperatūrų

   

  4. Paraiškos

  4.1 Sveikata ir maisto papildai

  • KolagenasDėl mažo tirpumo ir biologinio prieinamumo natūralus kolagenas retai naudojamas kaip maisto papildas. Vietoj to, jis naudojamas medicinos prietaisuose, tokiuose kaip žaizdų tvarsčiai, audinių inžinerijos karkasai ir vaistų tiekimo sistemos, išnaudojant jo biologinį suderinamumą ir struktūrinę paramą (Lee ir kt., 2021).
  • ŽelatinaKaip maisto papildas, želatina Aprūpina aminorūgštimis, kurios palaiko žarnyno sveikatą, miego kokybę (per gliciną) ir kaulų metabolizmą. Jis taip pat naudojamas farmacijos formuluotėse (pvz., kapsulėse, tabletėse) kaip rišiklis ir dezintegratorius (Khan ir kt., 2016).
  • Hidrolizuotas kolagenasHidrolizuotas kolagenas, plačiausiai naudojama maisto papildų forma, įrodyta, kad jis palaiko sąnarių sveikatą mažindamas skausmą ir gerindamas judrumą (Veronese ir kt., 2019). Jis taip pat pagerina odos drėkinimą, elastingumą ir kolageno sintezę, todėl yra pagrindinis ingredientas senėjimą stabdančiuose maisto papilduose. Be to, jis naudojamas sportinėje mityboje, siekiant skatinti raumenų atsistatymą ir mažinti fizinio krūvio sukeltą uždegimą (Zdzieblik ir kt., 2015).

   

  4.2 Maisto pramonė

  • KolagenasNaudojamas perdirbtoje mėsoje (pvz., dešrose, dešrainiuose) tekstūrai pagerinti ir vandens sulaikymui pagerinti. Jis taip pat dedamas į jūros gėrybių produktus, siekiant padidinti jų tvirtumą (Liu ir kt., 2018).
  • ŽelatinaŽelatina – universalus maisto priedas, naudojamas drebučiams, zefyrams, guminukams ir jogurtui gaminti, suteikiant jiems stingdančių, tirštinančių ir stabilizuojančių savybių. Ji taip pat naudojama kepiniuose, siekiant pagerinti tešlos elastingumą ir pailginti galiojimo laiką (Regenstein ir Regenstein, 2012).
  • Hidrolizuotas kolagenasDedama į funkcinius maisto produktus, tokius kaip baltymų batonėliai, kokteiliai ir spirituoti gėrimai, dėl didelio baltymų kiekio ir tirpumo. Tai nekeičia maisto skonio ar tekstūros, todėl idealiai tinka spiritavimui (Pei ir kt., 2019).

  4.3 Kosmetika ir odos priežiūra

  • KolagenasNaudojamas kremuose, serumuose ir kaukėse, siekiant pagerinti odos stangrumą ir sumažinti raukšles. Tačiau didelis molekulinis dydis riboja įsiskverbimą į gilesnius odos sluoksnius, todėl jis pirmiausia veikia kaip paviršiaus drėkiklis (Schmidt ir Schumann, 2017).
  • ŽelatinaDedama į veido kaukes ir kūno įvyniojimus dėl drėkinamųjų ir plėvelę formuojančių savybių. Padeda išlaikyti drėgmę ir laikinai pagerinti odos tekstūrą (Zhang ir kt., 2018).
  • Hidrolizuotas kolagenasPopuliarus ingredientas senėjimą stabdančiuose odos priežiūros produktuose, nes mažos peptidų grandinės gali prasiskverbti į raginį sluoksnį ir stimuliuoti kolageno sintezę odos fibroblastuose. Jis mažina raukšles, gerina odos elastingumą ir stiprina barjerinę funkciją (Jongjareonrak ir kt., 2014).
  5. Sauga ir svarstymai

  Visi trys baltymai FDA ir EFSA yra visuotinai pripažinti saugiais (GRAS). Tačiau vartotojai, alergiški gyvūninės kilmės produktams (pvz., jautienai, kiaulienai, žuviai), turėtų jų vengti. Halal ir košeriniams vartotojams galima įsigyti želatinos, gautos iš leistinų šaltinių (pvz., žuvų želatinos halal). Be to, kolageno produktų kokybė priklauso nuo šaltinio, ekstrahavimo metodo ir molekulinės masės pasiskirstymo – vartotojai turėtų rinktis produktus iš patikimų gamintojų, turinčių trečiųjų šalių bandymų sertifikatus.

  6. Išvada

  Kolagenas, želatina ir hidrolizuotas kolagenas yra skirtingi dariniai, turintys unikalią struktūrą ir funkcijas. Natūralus kolagenas puikiai tinka struktūriniams pritaikymams, želatina vertinama dėl savo stingdinimo savybių maiste ir farmacijoje, ir hidrolizuotas kolagenas išsiskiria dideliu biologiniu prieinamumu ir nauda sveikatai maisto papilduose ir odos priežiūros priemonėse. Jų skirtumų supratimas leidžia tikslingai juos naudoti įvairiose pramonės šakose ir priimti informacija pagrįstus vartotojų pasirinkimus. Būsimi tyrimai gali būti sutelkti į augalinių alternatyvų kūrimą, ekstrahavimo efektyvumo gerinimą ir naujų pritaikymo individualizuotoje mityboje bei regeneracinėje medicinoje tyrimą.