50 twarzy żelatyny

Na pewno wszyscy znają słowo „kolagen”. Słyszymy je choćby w rozmaitych reklamach suplementów, które mają poprawić pracę naszych stawów. Kolagen jest niezmiernie ważnym składnikiem organizmów zwierząt i ludzi, bo zwiększa odporność tkanek na rozciąganie. W jego skład wchodzi skomplikowana grupa związków należących do rodziny biopolimerów. Z chemicznego punktu widzenia są to długie łańcuchy połączonych aminokwasów, stanowiące aż 1/3 całej masy białek w organizmie, obecnych przede wszystkim w ścięgnach, skórze, chrząstkach i kościach.

Pochodną kolagenu jest żelatyna. Aby ją otrzymać, bierze się właśnie te – w zasadzie odpadowe – elementy pozostałe po uboju zwierząt i w dość prosty sposób przerabia. Wystarczy bowiem poddać je częściowej hydrolizie. Zazwyczaj dokonuje się tego z użyciem roztworu silnego kwasu, np. solnego (żelatyna typu A), albo wodorotlenku sodu (żelatyna typu B), ale też przez dłuższe gotowanie. Procesy te powodują pocięcie długich białek na krótsze kawałki. Otrzymujemy wtedy łańcuchy polimerowe o bardzo ciekawych właściwościach. W przeciwieństwie do kolagenu rozpuszczają się w wodzie, szczególnie na ciepło. Tworzą wtedy tzw. zol, będący koloidem. W wyższych temperaturach jest on ciekły, ale wystarczy go schłodzić, aby przeszedł w żel, czyli to, co widzimy jako galaretkę. Ot i cała filozofia.

Dobrze oczyszczona żelatyna ma postać stałą, nie ma smaku ani zapachu i w zasadzie jest bezbarwna lub bladożółta. Występuje najczęściej w postaci proszku, płatków albo listków. Analiza chemiczna pokazuje, że składa się głównie z trzech aminokwasów: glicyny (26–34%), proliny (10–18%) oraz hydroksyproliny (7–15%), aczkolwiek obecne są tam też praktycznie wszystkie typowe aminokwasy, choć w mniejszych ilościach. Glicyna sprawia, że łańcuchy polipeptydowe są zwarte, natomiast prolina i hydroksyprolina odpowiadają za konkretną strukturę 3D. Ale ta wiedza w sumie nie jest potrzebna, aby używać żelatyny do różnych celów.

Zaczęło się od auszpiku

Trudno sobie wyobrazić współczesną kuchnię bez żelatyny. Tradycja jej używania sięga XV w., a początki – średniowiecznej Anglii. Oczywiście nie była to taka żelatyna jak dziś, w formie kryształków czy płatków. W tamtym czasie wygotowywało się po prostu odpady zwierzęce, np. krowie i świńskie racice, jak też uszy, aby uzyskać ciągnącą się substancję, prototyp dzisiejszej żelatyny. W taki właśnie sposób powstał używany do dziś auszpik. Słowo to pochodzi z języka francuskiego (aspic) i oznacza po prostu galaretę. Podawanie w nim mięs, ryb, a z czasem także owoców było bardzo popularne także w Polsce, i to już za czasów Zygmunta Starego (przełom XV i XVI w.). Często robiono też auszpik kolorowy, barwiąc go szpinakiem, wywarem z buraków czy szafranem (na bogato!). Przyrządzano też galarety smakowe – z dodatkiem przypraw korzennych, ziół, wina czy soku z cytryny. Jeśli materiał na galaretę (rosół) był mętny, wykorzystywano rozkłócone białko jaja – wlewano je do schłodzonego rosołu, doprowadzano całość do wrzenia i cedzono przez gęste sito albo płótno.

Dziś na szczęście nie musimy pracowicie przygotowywać galarety od zera. Bez problemu kupimy w sklepie spożywczym żelatynę i mamy ją gotową w kilka minut. Do czego możemy użyć żelatyny? To już tak naprawdę kwestia kuchennej fantazji. Tradycyjnie oczywiście podajemy w galarecie rozmaite mięsa i ryby, ale wiele osób wykorzystuje żelatynę także do robienia dżemów oraz powideł jako zagęstnik. Jeśli przyjrzymy się kupowanym jogurtom czy dipom, często zobaczymy w ich składzie żelatynę. W tym przypadku pełni ona funkcję naturalnego zagęstnika i emulgatora.

Nie możemy też zapomnieć o lubianych przez młodszych i starszych słodkich galaretkach oraz żelkach. Żelatyna w tych wszystkich produktach jest źródłem dość łatwo przyswajalnych białek, uzupełniających naszą dietę o takie aminokwasy jak glicyna, prolina czy arginina. Oczywiście w układzie pokarmowym białka wchodzące w skład żelatyny ulegają hydrolizie do pojedynczych aminokwasów, ale właśnie one służą potem jako materiał budulcowy do tworzenia całkiem nowych białek. Ot, takie biochemiczne klocki Lego.

Do pewnego stopnia zastosowaniem kuchennym/spożywczym są też coraz częstsze próby produkcji opakowań do żywności na bazie żelatyny. Wyglądają one jak typowa folia polietylenowa, ale w przeciwieństwie do niej nie obciążają środowiska. Ba, powiem więcej – takie opakowania są po prostu jadalne. W zależności od rodzaju mogą to być także wykonane metodą natryskową folie pokrywające pojedyncze owoce czy warzywa. Składają się one z żelatyny uzupełnionej np. metylokarboksylową pochodną chitozanu, będącego innym naturalnym biopolimerem. Inne próby obejmowały też zastosowanie skrobi albo izolowanych białek sojowych.

Żelatyna w medycynie

W tej dziedzinie przydaje się od dawna. Służy do wielu zastosowań – od bardzo prostych po całkiem wyrafinowane. Każdy z nas na pewno spotkał się z bardzo wygodnymi do połknięcia przezroczystymi kapsułkami zawierającymi różnorakie leki. W zależności od tego, gdzie dana kapsułka ma się rozpuścić, produkuje się je z żelatyny o różnej grubości oraz twardości. Dziś możemy także kupić puste kapsułki, aby przyjmować czy podawać leki, które są niezbyt dobre w smaku. W układzie pokarmowym rozpuszczają się one zwykle w 1–3 min, nie pozostawiając po sobie żadnych szkodliwych substancji. Same zalety.

Ale zwykłe kapsułki to już w zasadzie nic nowego. Współczesne technologie coraz częściej sięgają po mikro- i nanokapsułki. Te pierwsze mają średnicę rzędu 100–500 µm (0,1–0,5 mm). Ich przygotowanie wymaga sporej precyzji. Zwykle sporządza się mieszaninę środka czynnego (leku) oraz żelatyny, a następnie bezpiecznie zamyka lek w otoczce żelatynowej przy pomocy procesów fizycznych lub typowego chemicznego sieciowania. W podobny sposób wytwarza się nanokapsułki, z tym że są one jeszcze mniejsze, mają 1–100 nm średnicy. Zastosowanie żelatyny jest bezpieczne ze względu na jej biodegradowalność, a zarazem biokompatybilność.

Ludowa mądrość głosi, że wszelkiego rodzaju potrawy z żelatyną są dobre na stawy. Wydaje się to dość logiczne, skoro w stawach mamy sporo kolagenu, który przecież jest surowcem do produkcji żelatyny. I w sumie to w pewnym stopniu prawda. Żelatyna w żołądku jest trawiona do krótkich łańcuchów aminokwasowych, które następnie biorą udział w budowaniu nowych polipeptydów i białek. Ale nie tylko stawy zyskają na tym, że będziemy spożywać żelatynę. Odtwarzany z niej kolagen sprawi też, że nasza skóra stanie się bardziej nawilżona, a co za tym idzie – elastyczna, co jest szczególnie ważne w wieku dojrzałym. Jak już pisałem, żelatyna zawiera znaczne ilości glicyny, a aminokwas ten pozytywnie wpływa na obniżenie poziomu glukozy we krwi.

Bardzo ciekawe niedawne doniesienia dotyczą wpływu żelatyny na naturalną barierę krew–mózg, oddzielającą zawartość naczyń krwionośnych od tkanek nerwowych i chroniącą neurony przed szkodliwymi czynnikami. W jej skład wchodzą komórki śródbłonka naczyń oraz astrocyty. W przypadku uszkodzenia mózgu, np. na skutek urazu, bariera ta często zostaje naruszona. Badania uczonych z Lunds universitet (Szwecja) pokazały, że nawet niewielka zawartość żelatyny bardzo pozytywnie wpływa na odtworzenie tej bariery, szybko przywracając jej spójność. Ma to także duże znaczenie np. w przypadku wszczepiania do mózgu elektrod podczas terapii różnych schorzeń. Pokrycie takiej elektrody cienką warstwą żelatyny znacznie przyspiesza odbudowanie bariery krew–mózg.

Kosmetyka

Nie do przecenienia jest zastosowanie żelatyny w kosmetyce. Wykorzystuje się tutaj jej doskonałe właściwości emulgujące, czyli ułatwiające tworzenie emulsji – układu koloidalnego. Dodatkowo w preparatach kosmetycznych żelatyna powoduje powstanie na skórze bardzo cienkiej warstwy ochronnej, zapobiegającej wysuszeniu naskórka. Wypełnia drobne zmarszczki, dzięki czemu skóra staje się bardziej wygładzona. Także w domu wykorzystamy żelatynę do celów kosmetycznych. Przy cerze tłustej sprawdzi się maseczka z żelatyny i soku z cytryny. Przywraca ona właściwe pH skóry, a przy okazji działa jak peeling. Inną maseczkę można wykonać z płatków owsianych, żelatyny i miodu.

Niektórzy fryzjerzy polecają też dodać niewielką ilość żelatyny, uprzednio rozpuszczonej w ciepłej wodzie, do szamponu. Zamyka ona łuski i wygładza włosy. Należy tylko pamiętać, aby przed każdym myciem dokładnie wymieszać zawartość butelki.

Inne zastosowania

Potłuczony ekran smartfona pokrywa się drobnymi pęknięciami i przestaje działać. Zwykle kończy się to wymianą szybki, a więc kosztami. Okazuje się, że ekran mógłby działać dalej po zastosowaniu zmodyfikowanej żelatyny, sieciującej łańcuchy peptydowe za pomocą tzw. zasad Schiffa (dość proste związki organiczne z klasy imin). Powstaje wówczas cienka powłoka, która pozwala zachować właściwości dotykowego ekranu. W tym przypadku kluczowy jest dodatek niewielkiej ilości glukozy, dzięki której warstwa żelatynowa się regeneruje, i to wiele razy. Co najważniejsze, wszelkie właściwości elektryczne tej warstwy pozostają zachowane nawet po wielokrotnych pęknięciach.

Żelatyna ma jeszcze inne nietypowe zastosowania. W 2022 r. ukazała się praca, w której opisano absorbujący wstrząsy hydrożel, uzyskany po zmieszaniu żelatyny oraz zwykłej skrobi. Optymalne właściwości wykazywał, gdy zawierał 10% żelatyny oraz 10–20% skrobi. Testy pokazały, że kurze jaja powleczone takim żelem nie pękały podczas uderzenia o powierzchnię np. stołu. Żel z samej żelatyny nie wykazywał takich właściwości ochronnych. Autorzy pracy zamierzają przetestować zastosowanie podobnego preparatu jako wyściółki w hełmach hokeistów czy jeźdźców.

Jeszcze ciekawszy pomysł wyszedł z chińskiego laboratorium Zhejiang University w Hangzhou. Naukowcy zainteresowali się problemem wszechobecnych zanieczyszczeń, głównie substancjami oleistymi. Od pewnego czasu do oczyszczania wody próbuje się zastosować zyskujące popularność aerożele. Są to materiały o niezwykłej porowatości i lekkości, których działanie można porównać do bardzo efektywnej gąbki. Badacze sięgnęli w tym przypadku do trzech materiałów: żelatyny, która jest w zasadzie mieszaniną poli- i oligopeptydów, dwutlenku tytanu (TiO₂) w postaci nanocząstek oraz związku organicznego – polietylenoiminy. Zadaniem tej ostatniej jest sieciowanie łańcuchów żelatynowych, aby powstała złożona struktura 3D. Mieszanina tych trzech składników po usunięciu z niej wody (prostą techniką wymrażania) tworzy doskonały aerożel o fantastycznych właściwościach adsorpcyjnych. Jest to materiał kompozytowy, którego cechy modyfikuje się w zależności od potrzeb. Ten tani i efektywny surowiec doskonale separuje od wody substancje o charakterze oleistym, a więc przydałby się m.in. w oczyszczaniu wód morskich. Co więcej, aerożele uzyskane z żelatyny można także zastosować do usuwania z wody takich zanieczyszczeń jak barwniki organiczne oraz metale ciężkie, w tym promieniotwórcze. Istotny jest też fakt, że aerożel łatwo zregenerować, używając metanolu (barwniki) oraz EDTA (metale ciężkie).

***

Żelatyna a choroba szalonych krów

Dziś brzmi to już nieco historycznie, ale na początku lat 90. XX w. wszystkie media były pełne wiadomości o gąbczastej encefalopatii bydła, popularnie zwanej chorobą szalonych krów (BSE). Jest to schorzenie zakaźne wywoływane przez priony. Te białkowe cząsteczki po zmianie konformacji, czyli struktury trójwymiarowej, stają się molekułami infekcyjnymi. Stoją one właśnie za powszechną pod koniec XX w. epidemią encefalopatii bydła, która zmusiła hodowców do wybicia tysięcy stad tych zwierząt. Sporym problemem był fakt, że okres inkubacji choroby wynosi 2–8 lat. Choroba ta może przenosić się także na człowieka, wywołując wariant choroby Creutzfeldta-Jakoba (tzw. vCJD), który także inkubuje się przez kilka lat. Zarazić się można, spożywając podroby zakażonych krów. Niestety, na schorzenie nie ma lekarstwa ani szczepionki. Co więcej, ponieważ objawy są zazwyczaj nieswoiste, ostateczną diagnozę można postawić dopiero po przeprowadzeniu autopsji.

Jaka jest szansa zarażenia się vCJD przez jedzenie żelatyny? Na szczęście dziś praktycznie żadna, ponieważ żelatyna dostępna od wielu lat na rynku jest pochodzenia wieprzowego, a te zwierzęta nie chorują na BSE.

***

Żelatyna roślinna

W czasach popularności weganizmu i wegetarianizmu zaczęto poszukiwać zamienników produktu zwierzęcego, jakim jest żelatyna. Wymyślono ich naprawdę wiele, przy czym najczęściej stosuje się agar. Powstaje z krasnorostów, występujących przede wszystkim u wybrzeży Japonii. Z chemicznego punktu widzenia to polimer, podobnie jak żelatyna, ale składa się z węglowodanów (cukrów), pochodnych galaktozy.

Inny roślinny zamiennik żelatyny to kuzu – w zasadzie czysta skrobia, czyli też węglowodan, pozyskiwana z korzeni japońskiej rośliny o nazwie opornik łatkowaty (rodzina bobowatych). Rzadziej spotykanym produktem jest karagen, też uzyskiwany z makroglonów i również składający się z polisacharydów. Ostatnie doniesienia każą jednak podchodzić ostrożnie do spożycia karagenu, bo brak dostatecznych informacji o ich metabolizmie w organizmie człowieka. Kolejnym zamiennikiem, stosowanym głównie do produkcji dżemów i powideł, są pektyny, otrzymywane głównie ze skórek owoców. Zawierają one łańcuchy kwasu galakturonowego. Do zagęszczania produktów spożywczych stosuje się też czasami gumę ksantanową.