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Gelatina

Gelatina en láminas (o hojas) para cocinar. La gelatina ( del latín gelatus , que significa " rígido, congelado " ) es un ingrediente alimentario translúcido, incoloro e insípid...

Gelatina en láminas (o hojas) para cocinar.

La gelatina ( del latín gelatus , que significa " rígido, congelado " ) es un ingrediente alimentario translúcido, incoloro e insípido, derivado generalmente del colágeno extraído de partes del cuerpo animal. Es quebradiza en seco y elástica en húmedo. Tras la hidrólisis, también se la conoce como colágeno hidrolizado , hidrolizado de colágeno , hidrolizado de gelatina, gelatina hidrolizada y péptidos de colágeno. Se utiliza comúnmente como agente gelificante en alimentos, bebidas, medicamentos , cápsulas de fármacos o vitaminas , películas fotográficas , papel y cosméticos . 

Las sustancias que contienen gelatina o que funcionan de manera similar se denominan sustancias gelatinosas . La gelatina es una forma de colágeno hidrolizada irreversiblemente, en la que la hidrólisis reduce las fibrillas proteicas a péptidos más pequeños ; dependiendo de los métodos físicos y químicos de desnaturalización, el peso molecular de los péptidos se encuentra dentro de un amplio rango. La gelatina está presente en la gelatina , la mayoría de las gominolas y malvaviscos , helados , salsas y yogures . [ 1 ] La gelatina para cocinar se presenta en polvo, gránulos y láminas. Los tipos instantáneos se pueden agregar a los alimentos directamente; otros deben remojarse en agua previamente.

La gelatina es un polímero natural derivado del colágeno mediante hidrólisis. Su estructura química se compone principalmente de aminoácidos, como glicina , prolina e hidroxiprolina . Estas cadenas de aminoácidos forman una red tridimensional mediante enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas, lo que confiere a la gelatina sus propiedades gelificantes. La gelatina se disuelve fácilmente en agua y puede formar sustancias reversibles similares a un gel. Al enfriarse, el agua queda atrapada dentro de su estructura reticular, dando lugar a lo que se conoce como hidrogel .

Como hidrogel, la singularidad de la gelatina reside en su capacidad para mantener una estructura y función estables incluso cuando contiene hasta un 90 % de agua. Esto hace que la gelatina se utilice ampliamente en las industrias médica, alimentaria y cosmética, especialmente en sistemas de administración de fármacos y apósitos para heridas, ya que proporciona una hidratación estable y promueve el proceso de cicatrización. [ 2 ] Además, su biodegradabilidad y biocompatibilidad la convierten en un material de hidrogel ideal. [ 3 ] La investigación sobre el colágeno hidrolizado no muestra ningún beneficio establecido para la salud articular, aunque se está explorando para el cuidado de heridas . Si bien existen preocupaciones de seguridad debido a su origen animal, los organismos reguladores han determinado que el riesgo de transmisión de enfermedades es muy bajo cuando se siguen métodos de procesamiento estándar.

Características

Propiedades

La gelatina es una colección de péptidos y proteínas producida por hidrólisis parcial del colágeno extraído de la piel, los huesos y los tejidos conectivos de animales como el ganado vacuno, los pollos, los cerdos y los peces. Durante la hidrólisis, se rompen algunos de los enlaces entre las proteínas componentes y dentro de ellas. Su composición química es, en muchos aspectos, muy similar a la de su colágeno de origen. [ 4 ] Las gelatinas de grado fotográfico y farmacéutico generalmente se obtienen de huesos de ganado vacuno y piel de cerdo. La gelatina se clasifica como un hidrogel .

Composición de aminoácidos .

La gelatina es casi insípida e inodora, con una apariencia incolora o ligeramente amarilla. [ 5 ] [ 6 ] Es transparente y quebradiza, y puede presentarse en forma de láminas, escamas o polvo. [ 5 ] Los disolventes polares como el agua caliente, el glicerol y el ácido acético pueden disolver la gelatina, pero es insoluble en disolventes orgánicos como el alcohol. [ 5 ] La gelatina absorbe de 5 a 10 veces su peso en agua para formar un gel. [ 5 ] El gel formado por la gelatina puede fundirse al recalentarlo y tiene una viscosidad creciente bajo tensión ( tixotrópico ). [ 5 ] El punto de fusión superior de la gelatina está por debajo de la temperatura corporal humana , un factor importante para la sensación en boca de los alimentos producidos con gelatina. [ 7 ] 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 entre 90 y 300 gramos Bloom según la prueba de Bloom de fuerza de gel. [ 8 ] La fuerza de la gelatina (pero no su viscosidad) disminuye si se somete a temperaturas superiores a 100 °C (212 °F) o si se mantiene a temperaturas cercanas a 100 °C durante un período prolongado. [ 9 ] [ 10 ]     

Las gelatinas tienen diversos puntos de fusión y temperaturas de gelificación, dependiendo de su origen. Por ejemplo, la gelatina derivada del pescado tiene un punto de fusión y gelificación más bajo que la gelatina derivada de la carne de res o de cerdo. [ 11 ]

Composición

Cuando está seca, la gelatina consiste en 98–99% de proteína, pero no es una proteína nutricionalmente completa ya que le falta triptófano y es deficiente en isoleucina , treonina y metionina . [ 12 ] El contenido de aminoácidos del colágeno hidrolizado es el mismo que el del colágeno. El colágeno hidrolizado contiene 19 aminoácidos, predominantemente glicina (Gly) 26–34%, prolina (Pro) 10–18% e hidroxiprolina (Hyp) 7–15%, que juntos representan alrededor del 50% del contenido total de aminoácidos. [ 13 ] 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. [ 14 ] 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%. [ 13 ]

Investigación

En 2011, el Panel de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria sobre Productos Dietéticos, Nutrición y Alergias 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". [ 15 ]

El colágeno hidrolizado se ha investigado como un tipo de apósito para heridas destinado a corregir desequilibrios en el microambiente de la herida y el tratamiento de heridas refractarias (heridas crónicas que no responden al tratamiento normal), así como quemaduras profundas de segundo grado. [ 16 ] [ 17 ]

Preocupaciones de seguridad

El colágeno hidrolizado, al igual que la gelatina, se elabora a partir de subproductos animales de la industria cárnica o, en ocasiones, de cadáveres de animales que son retirados y procesados ​​por los mataderos , incluyendo piel, huesos y tejido conectivo.

En 1997, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA), con el apoyo del Comité Asesor de EET ( encefalopatía espongiforme transmisible ), comenzó a monitorear el riesgo potencial de transmisión de enfermedades animales, especialmente la encefalopatía espongiforme bovina (EEB), comúnmente conocida como enfermedad de las vacas locas . [ 18 ] 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 EET; sin embargo, la evidencia científica es insuficiente en este momento para demostrar que estos tratamientos eliminarían eficazmente el agente infeccioso de la EEB si estuviera presente en el material de origen." [ 19 ] El 18 de marzo de 2016, la FDA finalizó tres reglas finales provisionales emitidas previamente diseñadas para reducir aún más el riesgo potencial de EEB en los alimentos para consumo humano. [ 20 ] La regla final aclaró que "la gelatina no se considera un material bovino prohibido si se fabrica utilizando los procesos industriales habituales especificados." [ 21 ]

El Comité Científico Directivo (CCD) de la Unión Europea declaró en 2003 que el riesgo asociado a la gelatina de hueso bovino es muy bajo o nulo. [ 22 ] [ 23 ]

En 2006, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria declaró que la opinión del SSC se confirmaba, que el riesgo de EEB de la gelatina derivada de huesos era pequeño y que recomendaba eliminar la solicitud de 2003 de excluir el cráneo, el cerebro y las vértebras de origen bovino de más de 12 meses del material utilizado en la fabricación de gelatina. [ 24 ]

Producción

Materiales utilizados en la producción de gelatina. [ 25 ]

En 2019, la demanda mundial de gelatina fue de aproximadamente 620 000 toneladas (1,4 × 10 ^ 9 lb) . [ 26 ] 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 obtiene de pieles de cerdo, huesos de cerdo y de vacuno, o pieles de vacuno partidas. [ 27 ] La gelatina elaborada a partir de subproductos de pescado evita algunas de las objeciones religiosas al consumo de gelatina. [ 7 ] 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 durar varias semanas, y las diferencias en dichos procesos tienen grandes efectos en las propiedades de los productos de gelatina finales. 

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

Si bien existen muchos procesos mediante los cuales el colágeno puede convertirse en gelatina, todos comparten varios factores. Es necesario romper los enlaces intermoleculares e intramoleculares que estabilizan el colágeno insoluble, así como los enlaces de hidrógeno que estabilizan la hélice del colágeno . [ 4 ] Los procesos de fabricación de la gelatina constan de varias etapas principales:

  1. Pretratamientos para preparar las materias primas para la etapa principal de extracción y para eliminar las impurezas que puedan tener efectos negativos en las propiedades fisicoquímicas del producto final de gelatina.
  2. Hidrólisis del colágeno en gelatina.
  3. La extracción de gelatina de la mezcla de hidrólisis se realiza habitualmente con agua caliente o soluciones ácidas diluidas, en un proceso de varias etapas.
  4. Los tratamientos de refinamiento y recuperación incluyen filtración, clarificación, evaporación, esterilización, secado, molienda, trituración 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 gelatina proviene de huesos , se emplean soluciones ácidas diluidas para eliminar el calcio y otras sales. Se puede utilizar agua caliente o diversos disolventes para reducir el contenido de grasa, que no debe superar el 1 % antes de la etapa principal de extracción. Si la materia prima consiste en pieles , es necesario reducir su tamaño, lavarlas, eliminar el pelo y desengrasarlas para prepararlas para la etapa de hidrólisis.

Hidrólisis

Tras la preparación de la materia prima, es decir, la eliminación de algunas 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 ácido es especialmente adecuado para materiales con menor grado de reticulación, como el colágeno de piel de cerdo, y normalmente requiere de 10 a 48 horas. El tratamiento alcalino es adecuado para colágenos más complejos, como el que se encuentra en pieles bovinas , y requiere más tiempo, normalmente varias semanas. El objetivo del tratamiento alcalino es destruir ciertos enlaces químicos que aún están presentes en el colágeno. En la industria de la gelatina, la gelatina obtenida a partir de materia prima tratada con ácido se denomina gelatina tipo A, y la obtenida a partir de materia prima tratada con álcali se denomina gelatina tipo B. [ 28 ]

Se están logrando avances para optimizar el rendimiento de la gelatina mediante la hidrólisis enzimática del colágeno. El tiempo de tratamiento es menor que el requerido para el tratamiento alcalino y da como resultado una conversión casi completa al producto puro. Se considera que las propiedades físicas del producto final de gelatina son mejores. [ 29 ]

Extracción

La extracción se realiza con agua o soluciones ácidas a temperaturas adecuadas. Todos los procesos industriales se basan en valores de pH neutros o ácidos, ya que, si bien los tratamientos alcalinos aceleran la conversión, también promueven la degradación. Las condiciones de extracción ácidas se utilizan ampliamente en la industria, pero el grado de acidez varía según el proceso. Esta etapa de extracción es un proceso multietapa, y la temperatura de extracción generalmente se incrementa en las etapas posteriores, lo que garantiza una mínima degradación térmica de la gelatina extraída.

Recuperación

Este proceso incluye varias etapas, como filtración, evaporación, secado, molienda y tamizado. Estas operaciones dependen de la concentración y del tipo específico de gelatina utilizada. Debe evitarse y minimizarse la degradación de la gelatina, 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 excesivo de la estructura peptídica. Una estructura peptídica deteriorada daría como resultado una baja resistencia del gel, lo cual generalmente no es deseable.

Usos

Historia temprana de las aplicaciones alimentarias

El Kitab al-Tabikh del siglo X incluye una receta para un áspic de pescado, hecho hirviendo cabezas de pescado. [ 30 ]

Una receta de caldo de carne gelatinizado se encuentra en Le Viandier , escrito alrededor de 1375. [ 31 ]

En la Gran Bretaña del siglo XV, se hervían pezuñas de ganado para producir un gel. [ 32 ] A finales del siglo XVII, el inventor francés Denis Papin descubrió otro método de extracción de gelatina mediante la ebullición de huesos. [ 33 ] En 1754 se concedió una patente inglesa para la producción de gelatina. [ 32 ] En 1812, el químico Jean-Pierre-Joseph d'Arcet experimentó con el uso de ácido clorhídrico para extraer gelatina de los huesos, y posteriormente con la extracción por vapor, que resultó mucho más eficiente. El gobierno francés consideraba la gelatina como una fuente potencial de proteína barata y accesible para los pobres, especialmente en París. [ 34 ]

Las aplicaciones alimentarias en Francia y Estados Unidos durante el siglo XIX parecen haber establecido la versatilidad de la gelatina, incluyendo el origen de su popularidad en EE. UU. como Jell-O . [ 35 ] A mediados del siglo XIX, el industrial e inventor estadounidense Peter Cooper registró una patente para un polvo de postre de gelatina que llamó "Gelatina portátil", que solo necesitaba la adición de agua. A finales del siglo XIX, Charles y Rose Knox fundaron la Charles B. Knox Gelatin Company en Nueva York, que promovió y popularizó el uso de la gelatina. [ 36 ]

Usos culinarios

Huevos en gelatina .
Se trata de una gelatina de pescado hervido con salsa de soja , coagulada a unos 8  °C. En Japón se llama Niko -gori , que significa literalmente «hervido y luego floculado /endurecido». No se cocina intencionadamente, sino que se produce de forma natural en invierno y se consume tradicionalmente.

Un agente gelificante común 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 las gelatinas , los postres tipo trifle , el áspic , los malvaviscos , el maíz dulce y los dulces como los Peeps , los ositos de goma , los bocadillos de frutas y los bebés de gelatina . [ 37 ] La gelatina puede usarse como estabilizador , espesante o texturizante en alimentos como el yogur, el queso crema y la margarina ; también se usa en alimentos bajos en grasa para simular la sensación en la boca de la grasa y para crear volumen. También se usa en la producción de varios tipos de dumplings chinos de sopa, específicamente los dumplings de sopa de Shanghai, o xiaolongbao , así como el Shengjian mantou , un tipo de dumpling frito y al vapor. El relleno de ambos se elabora combinando carne de cerdo picada con cubos de gelatina, y durante la cocción, la gelatina se derrite, creando un interior caldoso con una característica consistencia gelatinosa y pegajosa.

La gelatina se utiliza para la clarificación de zumos, como el zumo de manzana, y de vinagre. [ 38 ]

La cola de pescado se obtiene de las vejigas natatorias de los peces. Se utiliza como agente clarificante para el vino y la cerveza. [ 39 ] Además de la gelatina de cuerno de ciervo , de las astas de ciervo (de ahí el nombre "cuerno de ciervo"), la cola de pescado fue una de las fuentes más antiguas de gelatina.

Aglutinante, emulsionante y estabilizador

La gelatina se utiliza como vehículo o agente separador de otras sustancias. Hace que el β-caroteno sea soluble en agua, lo que permite su uso como colorante en refrescos , aportándoles un color amarillo.

Algunos equipos de iluminación profesionales y teatrales utilizan filtros de color para cambiar el color del haz de luz . Históricamente, estos filtros se fabricaban con gelatina, de ahí el término " filtro de color" .

Se utiliza para mantener unidos los cristales de haluro de plata en una emulsión en prácticamente todas las películas y papeles fotográficos . A pesar de los considerables esfuerzos realizados, no se han encontrado sustitutos adecuados que ofrezcan la estabilidad y el bajo coste de la gelatina.

La gelatina se utiliza como aglutinante en las cabezas de los fósforos [ 40 ] y en el papel de lija . [ 41 ]

Los usos culinarios para la clarificación y el refinado, así como el uso médico para la estabilización de fármacos, son también ejemplos del uso de la gelatina como emulsionante o aglutinante.

Revestimiento

La gelatina se utilizó por primera vez como encolado superficial externo para papel en 1337 y continuó siendo un agente de encolado dominante en todos los papeles europeos hasta mediados del siglo XIX. [ 42 ] En la actualidad, se encuentra principalmente en papel de acuarela y, ocasionalmente, en papeles de impresión brillantes, papeles artísticos y naipes. Mantiene las arrugas en el papel crepé .

Medicina y cosmética

Preparaciones tópicas

Los cosméticos pueden contener una variante no gelificante de gelatina bajo el nombre de colágeno hidrolizado (hidrolizado). El colágeno hidrolizado se puede encontrar en cremas tópicas (que se aplican sobre la piel), donde actúa como acondicionador de textura e hidratante.

Medicamentos orales

La gelatina es un excipiente común en productos farmacéuticos orales, tanto medicamentos como vitaminas. Originalmente se utilizaba en las cubiertas de todas las cápsulas para facilitar su deglución. Actualmente, una alternativa vegetariana a la gelatina, la hipromelosa (hidroxipropilmetilcelulosa, HPMC), también se utiliza para cápsulas duras. Su producción es menos costosa que la de la gelatina. También se ha utilizado almidón modificado. [ 43 ]

Las cápsulas blandas siguen estando hechas mayoritariamente de gelatina debido a la flexibilidad necesaria. La primera alternativa vegetariana comercialmente viable, basada en carragenina ( almidón modificado), apareció en 2001. Las modernas también utilizan alginato . El proceso de producción de las cápsulas blandas vegetarianas sigue siendo más complejo que el de las basadas en gelatina. [ 44 ]

Estabilizador de inyección

La gelatina también actúa como estabilizador en vacunas y otros fármacos inyectables, ayudando a que la mezcla se mantenga uniforme para conservar su efecto y consistencia. [ 45 ] Desafortunadamente, una pequeña parte de la población es alérgica a la gelatina, lo que puede provocar una reacción sistémica grave al inyectarse. Esto ha llevado a su eliminación gradual voluntaria de las vacunas en varios países, como Japón. [ 46 ]

sustituto del plasma sanguíneo

La gelatina puede utilizarse como sustituto del plasma sanguíneo (un expansor de volumen coloide ) para tratar el shock hipovolémico causado por afecciones como quemaduras o como tratamiento a corto plazo cuando no se dispone de productos sanguíneos más apropiados de inmediato. [ 47 ]

Implantes

Los implantes de colágeno o rellenos dérmicos también se utilizan para tratar arrugas, defectos de contorno y cicatrices de acné, entre otros problemas. La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) ha aprobado su uso e identifica células bovinas y humanas como fuentes de estos rellenos. Según la FDA, los efectos deseados pueden durar de 3 a 4 meses, lo que representa un período relativamente corto en comparación con otros materiales utilizados para el mismo fin. [ 48 ]

Biotecnología

La gelatina también se utiliza en la síntesis de hidrogeles para aplicaciones de ingeniería de tejidos . Su estructura similar al colágeno la convierte en una matriz extracelular útil en cultivos celulares 3D. [ 49 ]

La gelatina también se utiliza como agente saturante en inmunoensayos y como recubrimiento. [ 50 ]

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 las protrusiones celulares llamadas invadopodios y podosomas , que son estructuras protrusivas en las células cancerosas y desempeñan un papel importante en la adhesión celular y la remodelación de la matriz extracelular (MEC). [ 51 ]

Otros usos técnicos

Cápsulas hechas de gelatina.

derivados de la gelatina

La gelatina metacriloíla (GelMA) es un derivado de la gelatina modificado químicamente, producido mediante la introducción de grupos funcionales metacriloílo en los residuos de amina e hidroxilo de la gelatina. Esta modificación permite que la GelMA experimente fotoreticulación en presencia de un fotoiniciador, formando hidrogeles estables con propiedades mecánicas ajustables. [ 52 ] Además, la introducción de grupos metacrilados mejora las propiedades mucoadhesivas de la GelMA, lo que la hace particularmente útil para aplicaciones de administración de fármacos por vía mucosa. [ 53 ] Debido a su biocompatibilidad, biodegradabilidad y capacidad para imitar la matriz extracelular, la GelMA ha obtenido amplias aplicaciones en ingeniería de tejidos, administración de fármacos y biofabricación. Es particularmente útil en bioimpresión 3D, cicatrización de heridas y el desarrollo de modelos de órganos en un chip. Su capacidad para favorecer la adhesión, proliferación y diferenciación celular la convierte además en un biomaterial atractivo para la medicina regenerativa y la investigación biomédica. [ 54 ]

Consideraciones religiosas

El consumo de gelatina procedente de determinados animales puede estar prohibido por normas religiosas o tabúes culturales.

Las costumbres islámicas halal y judías kosher generalmente requieren gelatina de fuentes distintas a los cerdos, como ganado vacuno sacrificado según las normas religiosas (halal o kosher) o pescado (que los judíos y musulmanes pueden consumir). [ 55 ]

Por otro lado, juristas islámicos que participaron en un seminario celebrado en Kuwait en 1995 por la Organización Islámica para las Ciencias Médicas argumentaron que el tratamiento químico "purifica" o "transforma" la gelatina lo suficiente como para que siempre sea halal. Además, el principio de Necesidad General Ineludible ('Umum al-Balwa) de la Sharia permite el uso incluso de sustancias "no purificadas", como la insulina derivada del páncreas de cerdo, cuando no hay una alternativa disponible de inmediato. El mismo principio permite el uso de alcohol como disolvente en la producción de alimentos, con el factor añadido de que, debido a la evaporación, queda muy poco alcohol en el producto. [ 55 ]

De manera similar, se ha argumentado que la gelatina en medicina es permisible en el judaísmo , ya que no se utiliza como alimento. [ 56 ] Según Las Leyes Dietéticas Judías , el libro de directrices kosher publicado por la Asamblea Rabínica , la organización de 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. [ 57 ]

Las costumbres budistas , hindúes y jainistas pueden requerir alternativas a la gelatina de fuentes distintas a los animales, ya que muchos hindúes, casi todos los jainistas y algunos budistas son vegetarianos. [ 58 ]

Véase también

Referencias

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