Определение и применение коллагена, желатина и гидролизованного коллагена. Аннотация.

коллаген,желатин, и гидролизованный коллаген Это тесно связанные между собой производные белков с различными структурными характеристиками и функциональными свойствами, широко используемые в пищевой, фармацевтической, косметической и нутрицевтической промышленности.В данной статье систематически сравниваются их молекулярные структуры, процессы производства и ключевые функциональные возможности, анализируется их применение в целях укрепления здоровья. Производство продуктов питанияЭта работа, разъясняя распространенные заблуждения и подчеркивая научные доказательства, служит всеобъемлющим руководством для исследователей, специалистов отрасли и потребителей, стремящихся понять эти универсальные белки.

1. Введение

Коллаген — наиболее распространенный фиброзный белок во внеклеточном матриксе животных, составляющий 25–30% от общего количества белка в организме млекопитающих. Он играет решающую роль в поддержании структурной целостности кожи, костей, суставов, сухожилий и соединительной ткани (Ricard-Blum, 2011). желатин игидролизованный коллаген Полученные из коллагена путем контролируемой обработки, эти вещества сохраняют ключевые аминокислотные профили (например, глицин, пролин, гидроксипролин), но при этом обладают измененными физическими и химическими свойствами. Несмотря на общее происхождение, эти три вещества значительно различаются по молекулярной массе, растворимости и функциональности, что приводит к разнообразию их применения в различных отраслях промышленности. В связи с растущим интересом потребителей к натуральным ингредиентам, антивозрастным продуктам и функциональным продуктам питания, понимание различий между коллагеном, желатином и гидролизованным коллагеном становится все более важным для разработки продуктов и осознанного потребления.

2. Структурные характеристики и производственные процессы

2.1 Коллаген

• Молекулярная структураНативный коллаген представляет собой тройную спиральную структуру, образованную тремя полипептидными цепями (α-цепями), переплетенными водородными связями. Каждая цепь содержит повторяющиеся последовательности Gly-XY (X часто обозначает пролин, Y — гидроксипролин), которые стабилизируют спираль и способствуют прочности коллагена на разрыв (Бродский и Шах, 2016). Молекулярная масса нативного коллагена колеблется от 300 до 400 кДа, что делает его нерастворимым в воде и большинстве органических растворителей.
• Источники и добычаКоллаген в основном извлекается из побочных продуктов животного происхождения, таких как шкуры крупного рогатого скота, свиная кожа, рыбья чешуя и куриные лапки. Процесс экстракции включает обезжиривание, деминерализацию и обработку кислотой/щелочью для удаления неколлагеновых белков, за которыми следуют осаждение и очистка для получения коллагена в виде порошка или геля (Li et al., 2020).

2.2 Желатин

• Молекулярная структураЖелатин получают путем частичного гидролиза коллагена, при котором тройная спиральная структура расщепляется на полипептидные цепи со случайной спиральной структурой. Его молекулярная масса колеблется от 10 кДа до 100 кДа, с более широким распределением по сравнению с нативным коллагеном. Желатин сохраняет последовательность Gly-XY, но не имеет упорядоченной тройной спирали, что позволяет ему образовывать термообратимую гелевую сетку при охлаждении (Zhang et al., 2018).
• Производственный процессПроизводство желатина включает два основных метода: кислотный гидролиз (желатин типа А) и щелочной гидролиз (желатин типа В). Кислотный гидролиз используется для коллагена из свиной кожи, а щелочной гидролиз подходит для бычьих шкур и костей. После гидролиза раствор фильтруют, концентрируют и распылительно сушат для получения желатинового порошка. Степень гидролиза контролируется для достижения баланса между прочностью гелеобразования, вязкостью и растворимостью (Regenstein & Regenstein, 2012).
  
  

  2.3 Гидролизованный коллаген

  • Молекулярная структураГидролизованный коллаген (также называемый коллагеновыми пептидами или гидролизатом коллагена) подвергается дальнейшему ферментативному или кислотному гидролизу. желатинВ результате образуются более короткие пептидные цепи с молекулярной массой от 1 кДа до 10 кДа. Эти короткие пептиды растворимы в воде при всех температурах и не образуют гелей, поскольку их молекулярный размер слишком мал для образования стабильной сетчатой ​​структуры (Pei et al., 2019).
  • Производственный процесс: Гидролизованный коллаген Обычно желатин получают путем обработки протеолитических ферментов (например, трипсина, пепсина) или сильных кислот, с последующей ультрафильтрацией для разделения пептидов по молекулярной массе. Этот процесс обеспечивает высокую биодоступность, поскольку небольшие пептиды могут быстро всасываться в желудочно-кишечном тракте без дальнейшего переваривания (Jongjareonrak et al., 2014).
  3. Ключевые функциональные различия

  Свойство	Коллаген	Желатин	Гидролизованный коллаген
  Растворимость	Нерастворим в воде (при комнатной температуре).	Растворим в горячей воде; при охлаждении образует гель.	Растворим в воде (горячей/холодной).
  Молекулярная масса	300–400 кДа	10–100 кДа	1–10 кДа
  Структура	Тройная спираль	Случайная катушка	Короткие пептиды (без спирали)
  Геллингская собственность	Нет	Да (термообратимый)	Нет
  Биодоступность	Низкий уровень (требует переваривания)	Умеренный	Высокая (быстрое всасывание)
  Термостойкость	Денатурирует при 60–70 °C	Денатурируется при 30–40 °C (плавится).	Стабилен при большинстве температур

   

  4. Приложения

  4.1 Здоровье и нутрицевтика

  • КоллагенИз-за низкой растворимости и биодоступности природный коллаген редко используется в качестве пищевой добавки. Вместо этого он применяется в медицинских изделиях, таких как перевязочные материалы, каркасы для тканевой инженерии и системы доставки лекарств, благодаря своей биосовместимости и структурной поддержке (Lee et al., 2021).
  • ЖелатинВ качестве пищевой добавки, желатин Он содержит аминокислоты, которые поддерживают здоровье кишечника, качество сна (за счет глицина) и метаболизм костной ткани. Он также используется в фармацевтических препаратах (например, капсулах, таблетках) в качестве связующего вещества и дезинтегранта (Khan et al., 2016).
  • Гидролизованный коллагенГидролизованный коллаген, наиболее широко используемая форма в пищевых добавках, доказано способствует здоровью суставов, уменьшая боль и улучшая подвижность (Veronese et al., 2019). Он также улучшает увлажнение кожи, ее эластичность и синтез коллагена, что делает его ключевым ингредиентом в антивозрастных добавках. Кроме того, он используется в спортивном питании для ускорения восстановления мышц и уменьшения воспаления, вызванного физическими нагрузками (Zdzieblik et al., 2015).

   

  4.2 Пищевая промышленность

  • КоллагенИспользуется в мясных продуктах (например, колбасах, сосисках) для улучшения текстуры и удержания влаги. Также добавляется в морепродукты для повышения их плотности (Liu et al., 2018).
  • ЖелатинЖелатин — универсальная пищевая добавка, используемая для производства желе, зефира, мармеладных конфет и йогурта, обладающая желирующими, загущающими и стабилизирующими свойствами. Он также используется в хлебобулочных изделиях для улучшения эластичности теста и увеличения срока хранения (Regenstein & Regenstein, 2012).
  • Гидролизованный коллагенДобавляется в функциональные продукты питания, такие как протеиновые батончики, смузи и обогащенные напитки, благодаря высокому содержанию белка и растворимости. Не изменяет вкус или текстуру продуктов, что делает его идеальным для обогащения (Pei et al., 2019).

  4.3 Косметика и уход за кожей

  • КоллагенИспользуется в кремах, сыворотках и масках для повышения упругости кожи и уменьшения морщин. Однако большой размер молекул ограничивает проникновение в более глубокие слои кожи, поэтому в основном действует как поверхностный увлажнитель (Шмидт и Шуман, 2017).
  • ЖелатинДобавляется в маски для лица и обертывания для тела благодаря своим увлажняющим и пленкообразующим свойствам. Помогает удерживать влагу и временно улучшает текстуру кожи (Zhang et al., 2018).
  • Гидролизованный коллагенПопулярный ингредиент в антивозрастных средствах по уходу за кожей, поскольку его короткие пептидные цепочки способны проникать в роговой слой и стимулировать синтез коллагена в фибробластах кожи. Он уменьшает морщины, улучшает эластичность кожи и повышает ее барьерную функцию (Jongjareonrak et al., 2014).
  5. Меры безопасности и соображения

  Все три белка общепризнаны как безопасные (GRAS) Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов (EFSA). Однако потребителям с аллергией на продукты животного происхождения (например, говядину, свинину, рыбу) следует избегать их. Для потребителей, соблюдающих халяль и кашрут, доступен желатин, полученный из разрешенных источников (например, рыбный желатин для халяля). Кроме того, качество коллагеновых продуктов зависит от источника, метода экстракции и распределения молекулярной массы — потребителям следует выбирать продукцию от авторитетных производителей, имеющих сертификаты независимых лабораторий.

  6. Заключение

  Коллаген, желатин и гидролизованный коллаген — это различные производные с уникальной структурой и функциональными свойствами. Нативный коллаген превосходно подходит для структурных применений, желатин ценится за свои желирующие свойства в пищевой и фармацевтической промышленности, а гидролизованный коллаген Этот продукт выделяется высокой биодоступностью и полезными для здоровья свойствами в составе пищевых добавок и средств по уходу за кожей. Понимание их различий позволяет целенаправленно использовать их в различных отраслях и делать осознанный выбор потребителям. Будущие исследования могут быть сосредоточены на разработке растительных альтернатив, повышении эффективности экстракции и изучении новых областей применения в персонализированном питании и регенеративной медицине.