Kolagēna, želatīna un hidrolizēta kolagēna definīcija un pielietojums. Kopsavilkums.

kolagēns,želatīns, un hidrolizēts kolagēns ir cieši saistīti olbaltumvielu atvasinājumi ar atšķirīgām strukturālām un funkcionālām īpašībām, ko plaši izmanto pārtikā, farmācijā, kosmētikā un nutraceutikā.l nozarēs. Šajā rakstā sistemātiski tiek salīdzinātas to molekulārās struktūras, ražošanas procesi un galvenās funkcijas, analizēts to pielietojums veselības veicināšanā, Pārtikas ražošana, un ādas kopšanai, kā arī sniedz ieskatu racionālā izvēlē, pamatojoties uz konkrētiem lietošanas gadījumiem. Precizējot izplatītus nepareizus priekšstatus un izceļot zinātniskus pierādījumus, šis darbs kalpo kā visaptverošs ceļvedis pētniekiem, nozares profesionāļiem un patērētājiem, kas vēlas izprast šos daudzpusīgos proteīnus.

1. Ievads

Kolagēns ir visizplatītākais šķiedrveida proteīns dzīvnieku ekstracelulārajā matricā, kas zīdītājiem veido 25–30 % no kopējā ķermeņa proteīna daudzuma. Tam ir izšķiroša nozīme ādas, kaulu, locītavu, cīpslu un saistaudu strukturālās integritātes saglabāšanā (Ricard-Blum, 2011). želatīns unhidrolizēts kolagēns tiek iegūti no kolagēna, izmantojot kontrolētu apstrādi, saglabājot galvenos aminoskābju profilus (piemēram, glicīnu, prolīnu, hidroksiprolīnu), vienlaikus uzrādot modificētas fizikālās un ķīmiskās īpašības. Neskatoties uz to kopīgo izcelsmi, šīs trīs vielas ievērojami atšķiras pēc molekulmasas, šķīdības un funkcionalitātes, kā rezultātā tās tiek izmantotas dažādos veidos dažādās nozarēs. Pieaugot patērētāju interesei par dabīgām sastāvdaļām, pretnovecošanās līdzekļiem un funkcionāliem pārtikas produktiem, izpratne par atšķirībām starp kolagēnu, želatīnu un hidrolizētu kolagēnu ir kļuvusi arvien svarīgāka produktu izstrādei un informētam patēriņam.

2. Strukturālās īpašības un ražošanas procesi

2.1 Kolagēns

• Molekulārā struktūraDabīgais kolagēns sastāv no trīskāršās spirāles struktūras, ko veido trīs polipeptīdu ķēdes (α-ķēdes), kas savstarpēji saistītas ar ūdeņraža saitēm. Katra ķēde satur atkārtotas Gly-XY sekvences (X bieži ir prolīns, Y ir hidroksiprolīns), kas stabilizē spirāli un veicina kolagēna stiepes izturību (Brodsky & Shah, 2016). Dabiskā kolagēna molekulmasa svārstās no 300 kDa līdz 400 kDa, padarot to nešķīstošu ūdenī un vairumā organisko šķīdinātāju.
• Avoti un ieguveKolagēns galvenokārt tiek iegūts no dzīvnieku izcelsmes blakusproduktiem, piemēram, liellopu ādām, cūku ādām, zivju zvīņām un vistu kājām. Ekstrakcijas process ietver attaukošanu, demineralizāciju un apstrādi ar skābi/sārmu, lai atdalītu nekolagēnu saturošus proteīnus, kam seko nogulsnēšana un attīrīšana, lai iegūtu kolagēnu pulvera vai želejas veidā (Li et al., 2020).

2.2 Želatīns

• Molekulārā struktūraŽelatīns tiek ražots, daļēji hidrolizējoties no kolagēna, kas sadala trīskāršās spirāles struktūru nejauši savītās polipeptīdu ķēdēs. Tā molekulmasa svārstās no 10 kDa līdz 100 kDa, ar plašāku sadalījumu salīdzinājumā ar dabisko kolagēnu. Želatīns saglabā Gly-XY secību, bet tam trūkst sakārtotas trīskāršās spirāles, kas ļauj tam atdzesējot veidot termoatgriezenisku gēla tīklu (Zhang et al., 2018).
• Ražošanas processŽelatīna ražošanā tiek izmantotas divas galvenās metodes: skābā hidrolīze (A tipa želatīns) un sārmainā hidrolīze (B tipa želatīns). Skābā hidrolīze ir piemērota kolagēnam no cūku ādas, savukārt sārmainā hidrolīze ir piemērota liellopu ādām un kauliem. Pēc hidrolīzes šķīdumu filtrē, koncentrē un žāvē ar izsmidzināšanu, lai iegūtu želatīna pulveri. Hidrolīzes pakāpi kontrolē, lai līdzsvarotu želejveida stiprību, viskozitāti un šķīdību (Regenstein & Regenstein, 2012).
  
  

  2.3 Hidrolizēts kolagēns

  • Molekulārā struktūraHidrolizēts kolagēns (saukts arī par kolagēna peptīdiem vai kolagēna hidrolizātu) tiek pakļauts tālākai fermentatīvai vai skābai hidrolīzei želatīns, kā rezultātā veidojas mazākas peptīdu ķēdes ar molekulmasu no 1 kDa līdz 10 kDa. Šie īsie peptīdi šķīst ūdenī visās temperatūrās un neveido želejas, jo to molekulārais izmērs ir pārāk mazs, lai veidotu stabilu tīklu (Pei et al., 2019).
  • Ražošanas process: Hidrolizēts kolagēns parasti tiek ražots, apstrādājot želatīnu ar proteolītiskiem enzīmiem (piemēram, tripsīnu, pepsīnu) vai stiprām skābēm, kam seko ultrafiltrācija, lai atdalītu peptīdus pēc molekulmasas. Šis process nodrošina augstu biopieejamību, jo mazie peptīdi var ātri uzsūkties kuņģa-zarnu traktā bez turpmākas gremošanas (Jongjareonrak et al., 2014).
  3. Galvenās funkcionālās atšķirības

  Īpašums	Kolagēns	Želatīns	Hidrolizēts kolagēns
  Šķīdība	Nešķīst ūdenī (istabas temperatūrā)	Šķīst karstā ūdenī; atdzesējot veido želeju	Šķīst ūdenī (karstā/aukstā)
  Molekulmasa	300–400 kDa	10–100 kDa	1–10 kDa
  Struktūra	Trīskāršā spirāle	Nejauša spole	Īsi peptīdi (bez spirāles)
  Želejveida īpašība	Nē	Jā (termoatgriezenisks)	Nē
  Biopieejamība	Zems (nepieciešama gremošana)	Vidējs	Augsta (ātra uzsūkšanās)
  Termiskā stabilitāte	Denaturējas 60–70 °C temperatūrā	Denaturējas 30–40 °C temperatūrā (kūst)	Stabils lielākajā daļā temperatūru

   

  4. Pieteikumi

  4.1 Veselība un uztura bagātinātāji

  • KolagēnsZemās šķīdības un biopieejamības dēļ dabīgais kolagēns reti tiek izmantots kā uztura bagātinātājs. Tā vietā to izmanto medicīnas ierīcēs, piemēram, brūču pārsējos, audu inženierijas sastatnēs un zāļu piegādes sistēmās, izmantojot tā bioloģisko saderību un strukturālo atbalstu (Lee et al., 2021).
  • ŽelatīnsKā uztura bagātinātājs, želatīns Nodrošina aminoskābes, kas atbalsta zarnu veselību, miega kvalitāti (izmantojot glicīnu) un kaulu vielmaiņu. To lieto arī farmaceitiskos preparātos (piemēram, kapsulās, tabletēs) kā saistvielu un irdinātāju (Khan et al., 2016).
  • Hidrolizēts kolagēnsHidrolizētais kolagēns, kas ir visplašāk izmantotā uztura bagātinātāju forma, ir pierādīts, ka tas atbalsta locītavu veselību, mazinot sāpes un uzlabojot kustīgumu (Veronese et al., 2019). Tas arī uzlabo ādas mitrināšanu, elastību un kolagēna sintēzi, padarot to par galveno sastāvdaļu pretnovecošanās uztura bagātinātājos. Turklāt to izmanto sporta uzturā, lai veicinātu muskuļu atjaunošanos un mazinātu fizisko aktivitāšu izraisītu iekaisumu (Zdzieblik et al., 2015).

   

  4.2 Pārtikas rūpniecība

  • KolagēnsTo izmanto pārstrādātā gaļā (piemēram, desās, hotdogos), lai uzlabotu tekstūru un ūdens saglabāšanu. To pievieno arī jūras veltēm, lai palielinātu stingrību (Liu et al., 2018).
  • ŽelatīnsŽelatīns ir daudzpusīga pārtikas piedeva, ko izmanto želeju, zefīru, gumijas konfekšu un jogurta ražošanā, nodrošinot želejveidojošas, sabiezinošas un stabilizējošas īpašības. To izmanto arī maizes izstrādājumos, lai uzlabotu mīklas elastību un uzglabāšanas laiku (Regenstein & Regenstein, 2012).
  • Hidrolizēts kolagēnsPievieno funkcionāliem pārtikas produktiem, piemēram, proteīna batoniņiem, smūtijiem un bagātinātiem dzērieniem, pateicoties tā augstajam olbaltumvielu saturam un šķīdībai. Tas nemaina pārtikas produktu garšu vai tekstūru, padarot to ideāli piemērotu bagātināšanai (Pei et al., 2019).

  4.3 Kosmētika un ādas kopšana

  • KolagēnsTo izmanto krēmos, serumos un maskās, lai uzlabotu ādas tvirtumu un mazinātu grumbas. Tomēr tā lielais molekulārais izmērs ierobežo iekļūšanu dziļākajos ādas slāņos, tāpēc tas galvenokārt darbojas kā virsmas mitrinātājs (Schmidt & Schumann, 2017).
  • ŽelatīnsPievieno sejas maskām un ķermeņa ietīšanas līdzekļiem tā mitrinošo un plēvīti veidojošo īpašību dēļ. Tas palīdz saglabāt mitrumu un īslaicīgi uzlabot ādas tekstūru (Zhang et al., 2018).
  • Hidrolizēts kolagēnsPopulāra sastāvdaļa pretnovecošanās ādas kopšanas līdzekļos, jo tā mazās peptīdu ķēdes var iekļūt ādas raga slānī un stimulēt kolagēna sintēzi ādas fibroblastos. Tas samazina grumbas, uzlabo ādas elastību un pastiprina barjerfunkciju (Jongjareonrak et al., 2014).
  5. Drošība un apsvērumi

  Visas trīs olbaltumvielas FDA un EFSA parasti atzīst par drošām (GRAS). Tomēr patērētājiem ar alerģijām pret dzīvnieku izcelsmes produktiem (piemēram, liellopu gaļu, cūkgaļu, zivīm) no tiem vajadzētu izvairīties. Halal un košera patērētājiem ir pieejams želatīns, kas iegūts no pieļaujamiem avotiem (piemēram, zivju želatīns halal). Turklāt kolagēna produktu kvalitāte ir atkarīga no avota, ieguves metodes un molekulmasas sadalījuma — patērētājiem jāizvēlas produkti no cienījamiem ražotājiem ar trešo pušu testēšanas sertifikātiem.

  6. Secinājums

  Kolagēns, želatīns un hidrolizēts kolagēns ir atšķirīgi atvasinājumi ar unikālām struktūrām un funkcijām. Dabīgais kolagēns izceļas ar strukturāliem pielietojumiem, želatīns tiek augstu vērtēts tā želejveidojošo īpašību dēļ pārtikā un farmācijā, un hidrolizēts kolagēns izceļas ar augstu biopieejamību un ieguvumiem veselībai uztura bagātinātājos un ādas kopšanā. Izpratne par to atšķirībām ļauj mērķtiecīgi izmantot dažādās nozarēs un izdarīt informētu patērētāju izvēli. Turpmākie pētījumi varētu būt vērsti uz augu izcelsmes alternatīvu izstrādi, ekstrakcijas efektivitātes uzlabošanu un jaunu pielietojumu izpēti personalizētā uzturā un reģeneratīvajā medicīnā.