کلاژن
کلاژن و مشتقات آن به دلیل خواص ساختاری، زیستی، فیزیکی و شیمیایی خاص در صنایع غذایی در زمینههای خاص گوناگون مورد استفاده قرار میگیرند. علاوه بر این، کلاژن یک عامل فعال سطحی خوب است و به دلیل سازگاری بیولوژیکی و تجزیه پذیری عالی، با آنتی ژنی ضعیف، به طور گسترده در صنایع غذایی، دارویی، آرایشی بهداشتی، زیست پزشکی و مهندسی بافت استفاده میشود. عمده کارکرد کلاژن در این صنایع، بهبود کشش، قوام و پایداری محصولات تولیدی است. کلاژن، فراوانترین پروتئین در بدن حیوانات است و به حفظ ساختار بافتها و اندامها کمک میکند. به طور گسترده در فرمولاسیون مواد غذایی و نوشیدنی استفاده میشود.
خواص کارکردی کلاژن
- رفتار ژل مانند
غلیظ کننده، تشکیل ژل و ظرفیت اتصال آب و بافت دهی.
- رفتار سطحی
خواص سطحی کلاژن به دلیل حضور گروههای باردار در زنجیرههای جانبی پروتئین و بر روی بخشهای خاصی از توالی آمینواسیدهای آبدوست یا آبگریز است. هر دو بخش آبگریز و آبدوست تمایل به مهاجرت به سمت سطوح دارند، از این رو کشش سطحی سیستمهای آبی را کاهش میدهند. همچنین کلاژن محلول حتی بدون ژل شدن، خاصیت کف کنندگی مناسبی از خود نشان می دهد، زیرا میتواند کشش سطحی را در سطح مشترک مایع و هوا با افزایش ویسکوزیته فاز آبی کاهش دهد. خواص کف کردن تا حد زیادی به ویژگیهای ماده خام بستگی دارد. تشکیل امولسیون، تشکیل کف، تثبیت، چسبندگی، عملکرد کلوئیدی محافظ و ظرفیت تشکیل فیلم از جمله رفتارهای سطحی اختصاصی کلاژن هستند.
- پایداری حرارتی
پرولین و هیدروکسی پرولین، مهمترین آمینو اسیدهای کلاژن هستند که 50 درصد از کل محتوای پروتئین کلاژن را تشکیل میدهند. از اهمیت ویژه ای برخوردار است. توالی گلیسین، پرولین و هیدروکسی پرولین، از عوامل اصلی پایداری حرارتی کلاژن هستند.
- خاصیت آنتی باکتریال
کلاژن به عنوان یک ماده زیستی با خواص باکتری کشی و قارچ کشی توصیف میشود، چرا که خاصیت آبگریز اسیدهای آمینه به پپتیدها اجازه ورود به غشای باکتریایی و تخریب آنها را میدهد. به بیان دیگر، فعالیت آنتی اکسیدانی پپتیدهای کلاژن و ژلاتین با محتوای بالای اسیدهای آمینه آبگریز مرتبط است که حلالیت آنها در لیپید را افزایش میدهد و در نتیجه فعالیت آنتی اکسیدانی آنها را بهبود میدهد.
- امولسیونها
ماهیت آمفیفیلیک پروتئین کلاژن منجر به مهاجرت موثر از فاز آب به سطح مشترک چربی و آب و متعاقبا تشکیل یک لایه سطحی میشود که کاربرد بالقوه زیادی در سیستمهای امولسیونی نشان میدهد.
منابع استحصال کلاژن
کلاژن یکی از فراوانترین پروتئین هایی است که در استخوانها و پوست تمام حیوانات یافت میشود و حدود 30 درصد از کل محتوای پروتئین را تشکیل میدهد. رگ های خونی، تاندونها، غضروف، استخوان و پوست حیوانات همگی از کلاژن تشکیل شدهاند. علاوه بر این، ساختار و پایداری اندامها و بافتهای مختلف توسط فیبریلهای نامحلول کلاژن با کشش بالا و پایدار افزایش مییابد. کلاژن خوراکی تجاری اغلب از پوست و استخوان گاو، گوسفند، مرغ، پای مرغ و ماهی استخراج میشود.
کاربرد کلاژن در پوششهای خوراکی
مواد بسته بندی خوراکی، از جمله آنهایی که بر پایه کلاژن هستند، به مثابه یک جزء ضروری در صنایع غذایی در سطح جهان ظاهر شدهاند. خاصیت کارکردی کلاژن فقط به حفظ طراوت محدود نمیشود، بلکه تجربیات حسی نیز گسترش مییابد. به عنوان مثال، کنترل آزادسازی مواد فعال میتواند طعم را بهبود بخشد و در عین حال فواید تغذیه ای نیز داشته باشد. روکشهای کلاژن به طور قابلتوجهی آمینهای بیوژنیک تولید شده در طی تخمیر را کاهش میدهند و ویژگیهای کیفی محصولات گوشتی مانند سوسیسها را بهبود میدهند. پوشش کلاژن، کارکردهای دیگری مانند خواص ضد میکروبی نیز ارائه میکند. در محصولاتی مانند سوسیس، فرآیند اکستروژن مستلزم ترکیب کردن کلاژن و آلژینات است، دو بیو پلیمری که بلافاصله پس از فرآیند اکستروژن، به بافت و شکل سوسیس استحکام میبخشند.
نحوه کارکرد کلاژن در انوع گوشت و فرآوردههای گوشتی
محصولات گوشتی منجمد به هنگام پختن یا ذوب شدن با کاهش جزئی ظرفیت نگهداری آب مواجه میشوند. ظرفیت تورم و ظرفیت اتصال قابل توجه کلاژن، باعث کاهش ریزش قطره و مختل کردن آبدار شدن ماهی یا محصولات گوشتی منجمد هنگام ذوب یا پختن میشود. همچنین از مواد کلاژنی برای بهبود ظرفیت نگهداری آب و خواص حسی گوشت ماهی کاد در طول ذخیره سازی به شکل منجمد استفاده میشود.
کاربرد کلاژن در محصولات آرایشی بهداشتی
پپتیدهای آنتی اکسیدانی کلاژن از سلولهای زنده در برابر آسیب اکسیداتیو ناشی از رادیکالهای آزاد محافظت میکنند. بنابراین، از بین بردن گونههای رادیکال آزاد مکانیسم مهمی است که توسط پپتیدهای آنتی اکسیدانی کلاژن انجام میپذیرد. کلاژن در واقع، از سلول را در برابر مرگ سلولی ناشی از اکسیداسیون محافظت میکند.
تشکیل ژل
در طول ژله سازی کلاژن، فرآیند تجمع مولکول کلاژن و تشکیل فیبریل اتفاق میافتد که ناشی از تغییر در قدرت یونی، pH و دما است. در طول فرآیند ژل سازی کلاژن، فازی وجود دارد که در آن ذرات اولیه (دایمرها و تریمرهای مولکولهای کلاژن) متجمع میشوند. زنجیرههای کلاژن در محلول ممکن است به صورت کووالانسی به هم متصل شوند تا ماتریسهایی را تشکیل دهند که قادر به متورم شدن در حضور محلولهای آبی هستند و چیزی که معمولاً به عنوان هیدروژل ژلاتین شناخته میشود را تشکیل میدهند. هیدروژلها که با آب دوستی و نامحلول بودن در آب مشخص می شوند، با حفظ شکل خود، توانایی متورم شدن به حجم متعادل را دارند. ساختار هیدروژل، طی واکنش حرارتی برگشتپذیر با کاهش دما، تخریب میشود.
ارزش بازار کلاژن در جهان
ارزش بازار جهانی کلاژن در سال 2023 از 5.1 میلیارد دلار فراتر رفت و پیش بینی میشود که تا سال 2030 به 7.4 میلیارد دلار برسد. فهرست زیر در بر دارنده اسامی بزرگترین و شناخته شدهترین شرکتهای تولید کننده کلاژن در دنیا است:
- Nutra Food Ingredients
- Connoils LLC
- Nitta Gelatin
- Weishardt Holding SA
- PB Leiner
- Gelnex
- Vital Proteins LLC
- Nippi Inc
- Gelita AG
- Lapi Gelatine SPA
- Vinh Hoan Corporation
- Kenny & Ross Ltd
- Amicogen Inc
- Titan Biotech Ltd
- Rousselot
- Crescent Biotech
