Главная страница
qrcode

Коллаген обзор. Применение в пищевой промышленности


НазваниеПрименение в пищевой промышленности
Дата01.03.2020
Размер50.3 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаКоллаген обзор.docx
ТипДокументы
#68035
Каталог

Коллагены представляют собой наиболее распространенную группу животных белков. Будучи по своему составу структуральными протеинами, они являются главным органическим компонентом системы поддержки животного организма, костей, хрящей, связок, соединительной ткани и кожи. Кроме того они являются значительным компонентом стенок сосудов, основных мембран, роговиц и некоторых органов тела.

Таким образом, биологическое значение коллагена достаточно велико. Патологические формы и формы деградации коллагена являются причиной ряда заболеваний соединительной ткани. Эти заболевания характеризуются поражением органов, а именно, суставов, сердца, сосудов, мышечной и кожной ткани.

Продукты растворения коллагена (ПРК) широко применяются в технических целях: для изготовления клеев, применяют в текстильной и косметической промышленности, при изготовлении типографических красок для денег, газет, журналов, как компонент для фотобумаги, в медицинских целях.

Применение в пищевой промышленности

В пищевой промышленности коллаген и продукты его гидролиза используются при производстве желатина, для осветления вин, для получения пищевых плёнок, покрытий, съедобных оболочек в качестве структурообразователя в заливках для консервов и рыбных фаршей, формованных рыбных изделий, при производстве искусственной икры, бульонов, студней, соусов, различных оздоровительных напитков и коктейлей и как добавки в хлебопекарном и кондитерском производствах. Применение коллагена в пищевой промышленности в настоящее время не ограничивается изготовлением колбасной оболочки. Благодаря волокнистой структуре и способности связывать воду его можно использовать для текстурирования различных пищевых продуктов. Кроме того, 2% коллагена добавляют в сосиски, а также в напитки в качестве вспомогательного средства для флоакуляции. Главная проблема применения коллагена в пищевой промышленности связана с его высокой ценой, т. к. сухой твердый коллаген в 12 раз дороже текстурированных растительных белков и в 3 раза дороже казеина. Но в тех случаях, где требуется применение волокнистых веществ, коллаген незаменим. В будущем при снижении стоимости, возможно, его использование в производстве заменителей жира, экструдировании белков и других областях пищевой индустрии [1].

Существует множество способов изготовления пищевых пленок на основе коллагена.

Пищевые пленки, пригодные для упаковки продуктов с целью их дальнейшей кулинарной термообработки, должны удовлетворять ряду требований: обладать термостойкостью в диапазоне температур кулинарной обработки, иметь оптимальную газо- и паропроницаемость, чтобы обрабатываемые продукты сохраняли свой естественный вкус, были сочными и ароматными. Кроме того, указанные пленки должны обладать удовлетворительной механической прочностью, иметь ограниченную набухаемость, быть достаточно эластичными и в то же время вялыми для обеспечения удобства пользования при упаковке в них продуктов [2].

Известен ряд пищевых пленочных материалов на основе синтетических полимеров, например. Указанные пленочные материалы технологичны в изготовлении, пригодны для упаковки и термообработки продуктов, однако являются несъедобными, что ухудшает потребительские свойства [3].

Известны способы получения пищевых коллагеновых пленок из формовочных дисперсий с низкой вязкостью (содержание сухого вещества коллагена 2 - 6 мас. %). В указанных способах формование пленки осуществляют методом мокрого осаждения с последующей пластификацией и сушкой сформованной пленки.

Свойства пленок, полученных по указанным способам, в большей степени соответствуют требованиям, предъявляемым к пленкам для упаковки и кулинарной обработки продуктов, в частности они являются более мягкими, однако в полной мере требуемые потребительские свойства все же не обеспечиваются. Кроме того, существенным недостатком указанных способов является то, что формование пленки осуществляют методом мокрого осаждения, который является весьма трудоемким и неэкологичным процессом [4].

Задачей заявляемого изобретения является создание технологии получения пищевой коллагеновой пленки, пригодной по своим потребительским свойствам для использования в качестве упаковки мясных и рыбных продуктов с целью последующей кулинарной термообработки.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения пищевой коллагеновой пленки, включающем приготовление коллагеновой формовочной дисперсии, содержащей 2 - 6 мас.% сухого вещества коллагена, формование пленки путем экструзии, а также дубление, пластификацию и сушку пленки до содержания влаги в ней 15 - 20 мас.%, экструзию осуществляют сухим способом на подложку, пропускают пленку с подложкой через каландр, осуществляют сушку пленки перед пластификацией до содержания влаги в ней не более 5 мас.%, а после пластификации снимают пленку с подложки и повторно сушат пленку до конечного содержания влаги в ней.

Новым по сравнению с прототипом в заявляемом способе является то, что экструзию осуществляют сухим способом на подложку, пропускают пленку с подложкой через каландр, осуществляют сушку пленки перед пластификацией до содержания влаги в ней не более 5 мас. %, а после пластификации снимают пленку с подложки и повторно сушат пленку до конечного содержания влаги в ней.

Главной отличительной особенностью предлагаемого способа является проведение процесса формования пленки из маловязкой коллагеновой дисперсии с содержанием сухого вещества коллагена 2 - 6 мас. % методом сухой экструзии на подложку с последующим пропусканием свежесформованной пленки на подложке через каландр.

Содержание сухого вещества коллагена в пределах 2 - 6 мас. % в формовочной дисперсии обеспечивает необходимую для технологического процесса степень вязкости коллагеновой дисперсии, а также повышает экономичность способа.

Осуществление экструзии коллагеновой дисперсии сухим методом исключает операции осаждения в солевом растворе и последующей промывки сформованной пленки, что упрощает технологию изготовления пленки [2].

Существуют композиции для приготовления аналога сыра. Коллаген благодаря его способности набухать и слипаться используется как структурообразователь [5].

Гидролизат коллагена пищевой – специальная, легкоусваиваемая форма коллагена - белка, который является основным строительным веществом соединительных тканей - сухожилий, связок, хрящей и отвечает за их прочность и эластичность. Присутствует во внутрисуставной жидкости, костях, кровеносных сосудах, волосах, коже и ногтях.
Применение коллагена в технических целях

Коллаген также находит применение в полиграфии, при производстве фотоплёнок, телевизионных трубок и видеокамер, а также используется в качестве держателя кремниевых чипов в компьютерах и микропроцессорах, в красках для автомобилей и как клей.

Коллагеновые клеи — большая группа белковых (животных) клеев — широко используются при создании и реставрации произведений масляной живописи. Клеи такие часто называют животными — и в какой-то степени это правильно, но клеев животного происхождения множество.

Для хранения приготовленные коллагеновые клеи высушивают и по мере надобности распускают в теплой дистиллированной воде. Высушивание производят следующим образом. Клей выливают на полиэтиленовые пленки, которыми застланы фотокюветы, так, чтобы слой был толщиной до 2 см. Ставят их в прохладное помещение или в холодильник для желатинизации состава. С пленок застуденевшийся клей перекладывают на рабочий стол или планшет и ножом нарезают небольшими квадратиками. Полученные кусочки или раскладывают на пленку, или нанизывают на капроновую жилку и высушивают. Хранят в сухом прохладном помещении или в холодильнике. Клеи нужной концентрации приготавливают непосредственно на объекте [6].

Костный клей — клей, изготовленный из костей животных. Основной компонент — желатин, образуемый при денатурации коллагена. Для получения клея кости животных очищают, дробят, обезжиривают, обрабатывают слабым раствором сернистой кислоты для удаления минеральных солей и затем варят в специальных аппаратах, в которых кости подвергаются многократному воздействию пара и воды. В результате такой обработки имеющийся в костях коллаген переходит в глютин, который является клеящим веществом.

Костный клей выпускают в виде сухих плиток от тёмно-жёлтого и до тёмно-коричневого цвета, имеющих влажность 17%.

Мездровый клей вырабатывается из мездры (изнанки невыделанной кожи), а также обрезков кожи. Помимо желатина, в мездровом клее содержатся олигопептиды, образуемые при гидролизе кератина. За счёт высокого содержания цистеина эти олигопептиды при схватывании и высыхании клея образуют дисульфидные мостики, благодаря чему достигается особая прочность клеевого соединения.

Костный клей применяют для склеивания древесины, ДСП, ДВП в мебельной, деревообрабатывающей, бумажной, полиграфической, спичечной и других отраслях промышленности, а также в быту в качестве столярного клея.

В настоящее время употребление костного клея существенно снизилось благодаря появлению синтетических полимерных смол и клеёв.

Мездровый клей применяют для прочного склеивания древесины, когда требуется натуральность клея, например, в иконописи [7].

Применение коллагена в медицине

Появление продуктов растворения коллагена (ПРК) расширило возможности широкого применения коллагена в различных областях медицины. Явным достоинством коллагена и полученных на его основе коллагеновых материалов для медицины является отсутствие токсических и канцерогенных свойств, слабая антигенность, высокая механическая прочность и устойчивость к тканевым ферментам, регулируемая скорость лизиса в организме, способность образовывать комплексы с биологически активными веществами, стимуляция регенерации собственных тканей организма [8].

В
Перспективным вспомогательным веществом в технологии мазей, суппозиториев, растворов для инъекций, глазных лекарственных пленок и других лекарственных форм является коллаген.

Введение в фармацевтическую технологию нового вспомогательного вещества требует, прежде всего, наличия его стандартной субстанции. С этой целью для получения лекарственных форм на основе коллагена разработаны и стандартизированы следующие субстанции:

- 2%-ный раствор коллагена

- масса коллагеновая

- коллаген сухой фармацевтический.

Раствор коллагена 2%-ный представляет собой продукты растворения в 0,2 – 0,5М уксусной кислоте щелочно-обработанной дермы крупного рогатого скота. Уксусная кислота обладает бактерицидными свойствами, и при концентрации более 0,25м растворы коллагена сохраняют свойства при комнатной температуре длительное время.

Масса коллагена – это механически диспергированная нейтральная щелочно-обработанная дерма с концентрацией белка – 6 – 10%. Сохраняют ее в замороженном состоянии; она легко растворяется в уксусной кислоте и обладает всеми свойствами раствора коллагена [9].

На основе коллагена были разработаны различные средства для быстрой остановки кровотечений (средства местного гемостаза), для лечения ран, ожогов, трофических язв, пролежней, а также лекарственные формы (мягкие и жидкие), специальные пластыри и губки (губка гемостатическая коллагеновая, губка коллагеновая с метилурацилом, губка коллагеновая с сангвиритрином и др.).

Повышенное содержание аминокислот в коллагене гарантирует быстрое восстановление тканей и их укрепление. Но есть некоторая особенность, белок коллаген плохо усваивается организмом человека, а особенно модифицированный белок.

Лишь с использованием метода расщепления молекулы коллагена, образуется «активный» гидролизованный коллаген, который максимально усваивается организмом. Благодаря данному методу появляется максимально сбалансированный комплекс аминокислот, которые участвуют в развитии и восстановлении тканей. Препараты на основе гидролизованного коллагена могут улучшить иммунную систему, вывести токсины, замедлить процессы старения, восстановить ткани при больших нагрузках и пр.

Все чаще гидролизованный коллаген входит в состав БАДов. Данные препараты предназначены для укрепления связок и суставов, для повышения эластичности кожи, а также для укрепления ногтей, волос. Гидролизованный коллаген показан при высоких нагрузках, в качестве дополнения к питанию при занятиях спортом, а также после травм. Такие препараты весьма часто назначают в послеоперационный период.

Коллаген широко используется в косметике в качестве увлажнителя, поскольку он обладает высокой способностью впитывать воду. В косметике используется три вида коллагена:

- растительный - из протеина пшеницы;

- животный - из кожи крупного рогатого скота;

- морской - из кожи рыб.

Коллаген животного происхождения считается наименее эффективным, поскольку он не обладает способностью проникать в клетки кожи. По этой причине косметика с коллагеном данного вида будет соответственно наименее эффективной.

Косметика, содержащая растительный коллаген, является очень эффективной, однако и достаточно дорогой, поскольку добывать коллаген данного вида намного сложнее, чем животного вида. Растительный коллаген прекрасно усваивается кожей.

Косметика, содержащая морской коллаген, также является эффективной, в виду того, что сам морской коллаген по своей структуре очень похож на наш собственный. Однако есть одно, но, косметика с данным видом коллагена способная вызвать аллергическую реакцию.

Коллаген и его гидролизаты часто входят в рецептуры разнообразных кремов и эликсиров как влагоудерживающие и питательные компоненты. Эффективность таких косметических средств объясняется тем, что гигроскопическая коллагеновая пленка действует наподобие влажного компресса. А значит, снижается трансэпидермальная потеря воды кожей [10].

Существуют коллагеновые маски. Это листы, пропитанные специальным раствором с коллагеном, которые накладывают на кожу в виде компресса и оставляют на непродолжительное время. Такая маска размягчает кожу и повышает ее проницаемость для активных веществ, которые входят в состав пропитывающего раствора. Кардинально и на длительное время улучшить состояние кожи можно с помощью коллагеновых инъекций в дерму. Метод называется мезотерапия. Такая процедура не влияет на выработку собственного коллагена, и ее можно назначать с 25 лет. У мезотерапии есть неоспоримые преимущества — быстрое появление результатов и продолжительный их эффект. Заполненные коллагеном морщинки исчезают на 3—6 месяцев [11

Благодаря гигроскопическим свойствам коллагена повышается влажность рогового слоя кожи, что дает основания считать косметический крем или эликсир с коллагеном надежным защитным средством, а, следовательно, геронтопротектором. Действие активных компонентов косметических средств на основе коллагена:

- стимулируют коллагеновый синтез, делают кожу мягкой и эластичной;

- разглаживают морщины, выглаживают кожу;

- стимулируют активность кожи;

- стимулируют натуральную регенерацию кожи, регулируют процессы оживления ороговевшей кожи;

- увлажняют;

- разглаживают и осветляют кожу.

Инъекционные растворы коллагена стали первым биологическим препаратом для заполнения морщин. Они не устарели и не потеряли актуальности до сих пор, широко применяются, в том числе и в комбинации с другими методиками [9].

Коллагеновые губки

Коллагеновые губки используются в медицине в качестве местных

гемостатических средств и ранозаживляющих покрытий

Губка - пористая структура, характеризуемая тем, что структура является сетчатой и имеет внутреннюю поверхность, которая значительно больше, чем ее наружная поверхность, тем, что она содержит полые пространства внутрисетчатой структуры, и тем, что она может поглощать жидкости, масса которых во много раз превышает ее собственную массу.

Известен способ получения пористого коллагенсодержащего материала. Сформированный при замораживании пористый коллагенсодержащий материал оттаивают, обрабатывают водным раствором щелочного агента при pH 10-12 и 0,1-1,0%-ным раствором формальдегида, промывают до нейтральной реакции среды, отжимают несвязанную влагу и окончательно высушивают при 20-60C. При необходимости перед окончательным высушиванием материал проводят его пропитку раствором лекарственного и/или антисептического препарата, а также прессование при 40-100 кг/см2. Способ получения пористых коллагенсодержащих материалов дает возможность проводить высушивание конечного продукта при 20-60oC и при этом он не теряет пористый хорошо набухающей структуры, также снижен существенно расход органических растворителей и повышена пожаробезопасность способа. Кроме того, возможность пропитки материала лекарственными и/или антисептическими препаратами, а также проведения его прессования перед окончательным высушиванием дает возможность существенно расширить номенклатуру производимых пористых коллагенсодержащих материалов [13].

Губки используются для усиления остановки кровотечений в некоторых случаях хирургических вмешательств или других повреждений, таких как при операциях на крупных органах брюшной полости; при операциях на легких; в нейрохирургии для предотвращения вызванных сдавливанием повреждений мозговых или нервных тканей; в ортопедической хирургии, во время которых часто возникают обширные кровотечения; в сосудистой хирургии для остановки утечки крови из участков наложения швов; при операциях в ротовой полости или в стоматологической хирургии, такой как удаление зубов; и при носовом кровотечении [14].

Для усиления гемостатических свойств в их состав вводят известные гемостатические вещества: тромбин, тромбоциты, фибриноген, хлоридкальция и другие [15].

Учеными доказано, что коллагеновые губки могут вырабатывать трансформирующий ростовой фактор бета (TGF-β1), что является перспективным материалом для восстановления костей [16].

Стерилизация пористых коллагеновых губок остается сложной процедурой. Вакуумная сублимационная сушка устраненяет молекулы перекиси водорода, оставшихся после процесса стерилизации, вместе с их продуктами разложения .

Существенным недостатком этих губок является отсутствие антимикробного действия, что имеет важное значение, поскольку обычно раны и кровотечения протекают в условиях их возможного инфицирования. Антимикробную активность губке придает включение в ее состав антимикробных средств: хиноксидина или смеси борной кислоты, которая эффективна против синегнойной палочки, и нитрофуранов, например, фурацилина, обладающего широким спектром антимикробного действия.

Гемостатические губки получают, например, совмещением раствора коллагена с гидроксиаппатитом и последующей сублимационной сушкой композиции [9].

Существуют различные повязки, которые состоят из коллагеновой мембраны и коллагеновой губки. Перевязочный материал содержит гентамицин или амикацин в концентрации 0,3 мкг / см2 (уровня загрузки лекарственного средства, используемого при подготовке повязки), либо антибиотик, его концентрация может быть изменена производителем [17].

Двухслойная повязка с ципрофлоксацином. Исследования показывают, что замедленное высвобождение ципрофлоксацина из двухслойной коллагеновой повязки уничтожает бактерии раны, и эта повязка может быть использована в качестве перевязочного материала в медицине [18].


В мире широко известны пористые материалы из коллагена животного происхождения для ранозаживления. Поэтому совместно с ОАО «Лужский завод «Белкозин»» были получены коллагеновые пористые материалы – губки и на базе Воронежского государственного медицинского университета им. Н.Н. Бурденко были проведены гистологические исследования в опытах.Эксперимент выполнен в 3 группах животных, на 168 белых мышах: 1 группа контрольная, без лечения; 2 группа получала лечение коллагеновой губкой животного происхождения; в 3 использовали губку из рыбного коллагена. Моделирование раны проводилось по методике И.А. Сыченникова (1974 г.) после чего начинали лечение. Опыт показал, что применение ранозаживляющих препаратов (животного рыбного происхождения) способствовали ускорению заживления в 2–2,5 раза по сравнению с контролем.

Кроме медицины и пищевой промышленности коллаген является активным компонентом косметических средств, в связи, с чем, в условия ИЦ «Бирюч» (ОАО «ЭФКО» с. Малобыково, Белгородской области), был проведен анализ потребительских свойств коллагеновых дисперсий рыбного происхождения с помощью аппаратных и методов прямых оценок. Результаты исследований показали, что после ис- пользования в течение двух недель уровень увлажненности кожи рук увеличился на 21% (у 9 из 10 пробантов), степень покраснения и шелушения кожных покровов снизилась в среднем на 5% (у большей части пробантов), степень выраженности морщин снизилась на 10,9%. Таким образом, с учетом мнения ряда источников [3, 6], о том, что рыбные коллагены физиологичны человеку и безопасны, можно утверждать, что коллагены рыбного происхождения не уступают по своему действия аналогу животного происхождения и даже превосходят по основным оценочным параметрам.

В патенте Антиповой «Способ получения коллагенового продукта» описан способ полуечния коллагена, характеризующийся тем, что принимают шкуры пресноводных рыб, таких как толстолобик, карп, белый амур, сазан, очищают их ручным или машинным способом от чешуи, прирезей мышечной ткани, плавников и механических загрязнений, промывают в машинах барабанного типа в 20%-ном растворе хозяйственного мыла в течение 30 мин, а затем в воде - до отсутствия остатков мыла, промытые шкуры подвергают перекисно-щелочной обработке, для чего шкуры заливают смесью пероксида водорода с массовой концентрацией 3% и гидроксида натрия с массовой концентрацией 3 мас. %, взятых в объемном соотношении 4:6, и выдерживают в течение 1,5-2 часов при температуре 20-25°С и гидромодуле 1:4, обработанные таким образом шкуры промывают в проточной воде при температуре 8-12°С; в течение 10- 15 мин, затем шкуры заливают раствором лимонной кислоты с массовой концентрацией 6% и выдерживают в течение 6 суток, полученную массу гомогенизируют, упаковывают в полиэтиленовую тару и закладывают на хранение при температуре 0…+4°С, на срок до 4 месяцев. Из результатов, продукт, полученный по предлагаемому способу, имеет преимущества перед прототипом, а именно: - больший выход коллагена; - более высокая степень прозрачности, однородности; - улучшенные органолептические показатели;


Известны способы получения пленок (монослойные, многослойные, трехмерные матрицы), приготовленные из коллагеновых материалов, являются на настоящий день одними из самых интересных материалов с точки зрения как практического использования, так и теоретических изысканий. Прежде всего, такие пленки интересны для биомедецинских применений. Помимо прочего, поверхность этих пленок можно модифицировать в соответствии с различными приложениями. Одним из объектов настоящего изобретения являются коллагеновые пленки, содержащие наностержни и нанопроволоки (например, углеродные нанотрубки или серебряные/золотые нанопроволоки) и прочие добавки (например, сульфоновые жидкие кристаллы) для изменения их оптических и электромагнитных свойств. Коллагеновые пленки можно формировать на различных подложках: пластике (включая ПММА), пластмассе, стекле, металле или различных биологических материалах.

Одной из полностью исследованных структур был коллагеновый артериальный трансплантат бычьего происхождения , производимый фирмой Джонсон и Джонсон. Можно предположить, что восстановленный коллаген имеет больший потенциал для использования в биоматериалах. Восстановленный коллаген может быть очищен, его структура определена, боковые группы изменены, и затем спроектировано биомедицинское устройство любого типа. Основные медицинские применения на сегодняшний день - это экструдированные коллагеновые волокна, коллагеновые мембраны, коллагеновые гели и коллагеновые губки. коллагеновые пленки используются для предотвращения спаек, следующих за повреждениями сухожилий, для глазной хирургии по удлинению поднимающих мышц века и для восстановления перерезанных нервов. Предложенное в данном изобретении коллагеновые пленки можно также использовать для закрывания ожогов и лечения ран. В некоторых вариантах осуществления изобретения коллагенновые структуры в пленке не имеют сильных поперечных связей. Это может быть полезно, если пленки используют как саморассасывающееся перевязочное средство. Когда коллаген в пленке имеет сильные поперечные связи, она не может встраиваться в ткань. С другой стороны, коллагеновый войлок или губка (образованные коллагеном с прочными поперечными связями) могут функционировать как настоящая искусственная кожа. Лечение костных дефектов и ран также оказывается успешным за счет использования коллагена .[19]



Список использованных источников

1 Пустыльник Яков http://legprom

2 Способ получения пищевой коллагеновой пленки (Патент RU 2115320)

3 Патент США N 5328705,

4 Патент США N 4196223,

5 Патент № 2307566 «Способ изготовления композиции для приготовления аналога сыра»

6 Киладзе А.Б. Рыбные отходы – ценное сырье/А.Б. Киладзе //Рыбное хозяйство. - № 3.- 2004 . – С.58.

7 http://art-con.ru/node/2827

8 Виталий Иванович Киселев URL http:// mi32 .narod.ru/02-02/kollagen.html

9 [Электронный ресурс].URL http://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата запроса 27.03.14)

10 Технология лекарственных форм / И.И. Краснюк, Г.В. Михайлова, Е.Т. Чижова; Под ред.И.И. Краснюка и Г.В. Михайловой. – М.: издательский центр «Академия», 2004. – 464с.;

11 [12
Патент СШАNo 3632861, 106-122, 26.06.69/04.01.72

13
14 Патент РФ 2396984 «Антимикробная гемостатическая губка»

15 Патент СШАNo4609910, А61К15/00, 28.06.84/19.08.86

16 http://ru.wikipedia.org/wiki

17.http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/%28SICI%291097-4636%28199708%2936:2%3C163::AID-JBM4%3E3.0.CO;2-I/abstract

19.Патент РФ №2 455 322 КОЛЛАГЕНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПЛЕНКИ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

перейти в каталог файлов


связь с админом