ما هو الجيلاتين؟
الجيلاتين هو عبارة عن بروتين ينتج عن طريق التحلل المائي الجزئي للكولاجين المستخلص عن طريق غلي العظام أو الأنسجة الرابطة أو أعضاء بعض الحيوانات مثل المواشي المستأنسة والخنازير والخيول والأسماك، حيث يتم تكسير الروابط الجزيئية الطبيعية التي تربط بين جزيئات الكولاجين مما يؤدي إلى تكوين شكل يستطيع إعادة ترتيب جزيئاته بشكل أكثر سهولة.
الخواص الفيزيائية للجيلاتين
والجيلاتين عبارة عن مادة هلامية شبه صلبة وشفافة وفي بعض الأحيان تميل للون الأصفر. يذوب الجيلاتين عند تسخينه ويصبح سائلاً ويعود ليتصلب مرة أخرى عندما يبرد. يشكل الجيلاتين مع الماء هلام غروي شبه صلب ، كما يكون الجيلاتين محلول ذو لزجة عالية في الماء والذي يصبح هلاماً عند التبريد ويعتبر تركيبه الكيميائي قريب جداً من الكولاجين الأصلي. تبدي محاليل الجيلاتين انتشار ذو لزوجة مرنة وانحراف ضوئي جرياني مزدوج . تتحدد القدرة على الذوبان حسب طريقة التصنيع. الجيلاتين هو أيضا قابل للذوبان في معظم المذيبات القطبية. يبقى هلام الجيلاتين ثابتاً ضمن مدى قليل من درجات الحرارة حيث يكون الحد الأقصى هو نقطة ذوبان الهلام والتي تعتمد على نوعية الجيلاتين والتركيز، والحد الأدنى هو نقطة التجمد والتي تتشكل عنها بللورات الجليد.
الخواص الميكانيكية للجيلاتين
الخواص الميكانيكية للجيلاتين حساسة جداً لتغيرات درجة الحرارة، وللتاريخ الحراري السابق للهلام وللزمن، وتزداد لزوجة مزيج الجيلاتين/ الماء مع زيادة التركيز وعندما تحفظ باردة (4°م ).
التركيب الكيميائي للجيلاتين
على الرغم من أن 98-99% من الوزن الجاف للجيلاتين هو عبارة عن بروتين ، إلا أن قيمتها الغذائية أقل من العديد من مصادر البروتين الأخرى. حيث يعتبر الجيلاتين ذو محتوى عالي من الأحماض الأمينية غير الأساسية مثل الجلايسين والبرولين (أي تلك التي ينتجها جسم الإنسان)، في حين يفتقر لبعض الأحماض الأمينية الأساسية (أي تلك التي لا يستطيع جسم الإنسان على انتاجها) وهو لا يحتوي على التربتوفان كما أن محتواه قليل جداً من الآيسولوسين والثريونين والميثيونين.
محتوى الجيلاتين التقريبي من الأحماض الأمينية هو كالآتي:
21% جلايسين، 12% البرولين، 12% الهيدروكسي برولين، 10% حمض الجلوتاميك، 9% ألانين، 8% أرجينين، 6% حمض الأسبارتيك، 4% ليسين، 4% سيرين، 3% ليوسين، 2% فالين، 2% فينيل ألانين، 2% ثريونين، 1% آيسوليوسين، 1% هيدروكسي لايسين، أقل من 1% ميثيونين وهيستيدين، والتيروسين <0.5٪. هذه القيم قد تختلف وخصوصاً المكونات الثانوية وذلك حسب مصدر المواد الخام وتقنية التصنيع.
استخدامات الجيلاتين
هناك أشكال ونوعيات مختلفة من الجيلاتين والذي يستخدم على نطاق واسع في المنتجات الغذائية وغير الغذائية.
ومن الأمثلة الشائعة على الأغذية التي يستخدم فيها الجيلاتين نذكر حلوى الجيلي والمارشميلو، كما يستخدم كمثبت أو مغلظ للقوام او محسن للقوام في الأغذية مثل المربيات والزبادي والجبن الكريمي والمارجرين كما يستخدم في الأغذية المنزوعة الدهن من أجل الحصول على شعور في الفم مشابه لذلك الذي يعطيه الدهن ولإعطاء حجم بدون إضافة سعرات حرارية. ويستخدم الجيلاتين في ترويق العصائر، مثل عصير التفاح، والخل يتم استخدام الجيلاتين في انتاج المثلجات والعصائر والمركزات، كما يعمل الجيلاتين على تثبيت البيتا كاروتين والذي يضاف كملون غذائي، يعمل الجيلاتين على جعل عملية التصلب في المثلجات أسرع، ويثبط تكوين الحبيبات الثلجية ويثبط حدوث تحبب اللاكتوز خلال عملية الحفظ بالتجميد. وعادة ما يدخل الجيلاتين في صناعة الكبسولات الدوائية من أجل جعلها أسهل للابتلاع، ويعتبر مركب هيبروميللوز هو بديل نباتي مقبول للجيلاتين، ولكن تعتبر كلفة انتاجه أعلى. يستخدم كمادة حاملة فمثلا الجيلاتين يجعل بيتا كاروتين ذواباً في الماء لإضفاء اللون الأصفر إلى المشروبات التي تحتوي على بيتا كاروتين وقد تحتوي مستحضرات التجميل على الكولاجين وهو عبارة عن البديل غير الجيلي من الجيلاتين.
بدائل الجيلاتين
المصادر البديلة للجيلاتين ممكن أن تكون مصدر طبيعي مثل:
البكتين (يتم الحصول عليه من التفاح ) E440A
أجار أجار (من الأعشاب البحرية)
صمغ الجوار (412)
النشاء المعدل (نباتي) E140- E1450
الصمغ العربي (نباتي) E414
ألجينات (نباتي) E401-E404
كاراجينان (نباتي) E407
صمغ تراجاكانت (نباتي) E413
هناك الكثير من المصادر البديلة للجيلاتين E 411 لكن منتجي الأغذية يصرون على استيراد الجيلاتين من أوروبا، والهند، والولايات المتحدة الأمريكية وأوكرانيا على الرغم من أن جيلاتين هذه البلدان معظمه يأتي من مصادر حرام أو عن طريق ذبح غير حلال. إجمالي إنتاج الجيلاتين في جميع أنحاء العالم هو 380000 طن سنويا، ويتم إنتاج 99٪ منها من قبل الدول الغير مسلمة ويستهلك 200000 طن من هذا الإنتاج في البلدان الاسلامية، ويقدر ما تستورده تركيا سنوياً حوالي 4000طن.
إنتاج الجيلاتين
نظراً لزيادة الاستفسارات من أعضائنا وزوارنا على إنتاج الجيلاتين، لذا نود أن نعطي شرحا موجزا هنا. حيث يمكن أن تنتج المصانع 2000 – 3000 طن سنوياً والأمر الأكثر أهمية هو إنشاء سلسلة توريد حلال تماما من العظام والجلود لتتم معالجتها.
يتم الحصول على الجيلاتين من الكولاجين بواسطة التحلل المائي ويعتمد تركيب الكولاجين على مصدر الكولاجين وعلى المعاملات المستخدمة.
المواد الخام الرئيسية المستخدمة في إنتاج الجيلاتين اليوم هي عظام وجلود الماشية، وجلود الخنزير. ففي البداية تتم إزالة المواد الغريبة والدهون والالبومينات من خلال المعالجة الكيميائية والفيزيائية للحصول على كولاجين نقي.
جلود الماشية هي أقل المواد الخام استخداماً في صناعة الجيلاتين في أمريكا الشمالية اليوم. الجيلاتين المستخرج من العظام يستخدم في المقام الأول في تطبيقات التصوير الفوتوغرافي: وبعضها يستخدم لأغراض طبية. يتم تنظيف ما يسمى بالعظم الأخضر من ذبائح الماشية، يزال الدسم، تجفف، تفرز، وتجزء إلى قطع حوالي 1-2 سم. ثم يتم معاملة هذه القطع بحمض الهيدروكلوريك المخفف لإزالة الأملاح المعدنية، ويسمى الناتج الذي يشبه الاسفنج بكولاجين العظام. وبدءاً من هذه النقطة في تصنيع الجيلاتين من النوع B سواء للجلود أو الماشية أو كولاجين العظام تعامل بنفس المعاملة.
لإنتاج الجيلاتين من النوع B فإن كل من كولاجين العظام وأجزاء جلود الماشية تخضع إلى معاملة مطولة بالقلوي (عادة جير) والماء عند درجة حرارة الغرفة. بالاعتماد على المعاملة السابقة وطبيعة المادة وحجم القطع ودرجة الحرارة الدقيقة فإن المعاملة بالجير تستغرق 5-20 أسبوع، وعادة ما تكون 8-12 أسبوع. يتم ضبط العملية عن طريق درجة القلوية محلول الجير حيث يحدد بالمعايرة بحمض أو عن طريق اجراء اختبار استخلاص. عادة يحتاج كولاجين العظام جير أكثر من جلود الماشية، حيث تضاف كمية إضافية من الجير للحفاظ على وجود فائض من أجل تعويض الجير المستهلك. أثناء المعاملة بالجير يحصل نزع لبعض الأمينات من الكولاجين. بعد ذلك يتم غسل المواد الخام بالماء البارد لإزالة الجير الزائد ويتم ضبط درجة الـ pH بحمض ثم يتم استخلاص بواسطة الماء الحار للحصول على الجيلاتين الذائب.
حالياً يعتبر جلد الخنزير هو المصدر الرئيسي للمواد الخام في انتاج الجيلاتين في أمريكا الشمالية، حيث يأتي جلد الخنزير سواء مجمد أو بحالته الطازجة من المسالخ ومن مصانع اللحوم تقريباً بدون دهون واللحم والشعر. عادة يتم إزالة شعر الخنزير عن طريق السمط بمحلول ساخن ممدد من الصودا الكاوية. عن استخدام جلد الخنزير في انتاج الجيلاتين من النوع A فإنه يغسل بماء بارد ثم ينقع في حمض معدني بارد ممدد لعدة ساعات حتى يحدث أكبر قدر من الانتفاخ، وعادة ما يكون حمض كلور الماء وحمض الكبريت هما الأكثر استخداماً. ثم يتم إزالة الحمض المتبقي ثم يعاد الغسل بالماء البارد عدة مرات، ثم يصبح جلد الخنزير جاهز للاستخلاص بالماء الساخن. تختلف درجة الحرارة والـ pH وعدد مرات الاستخلاص من مصنع لآخر وذلك حسب المنتج المطلوب ونوع التجهيزات الموجودة والزمن والناحية الاقتصادية.
يتم ضبط عملية الاستخلاص بشكل دقيق في صناعة الجيلاتين من النوع A ومن النوع B حيث انها تؤثر على النوعية والكمية. وعلى الرغم من أن عملية الانتاج تتم في بعض المصانع بالطريقة المستمرة إلا أن معظم المصانع حتى الان تنتج بطريقة الانتاج على دفعات، يتم الانتاج عادة في أحواض من الحديد الصلب محكمة من أجل ضبط التسخين ودرجة الحرارة.
تتراوح عدد مرات الاستخلاص من 3-6 مرات، عملية الاستخلاص الأولى تتم على درجة حرارة 50-60°م آخر عملية استخلاص تكون قريبة من نقطة الغليان. يتم الاحتفاظ بنواتج كل مرحلة استخلاص على حداً ثم يتم الخلط تبعاً للمواصفات التي يحتاجها العملاء. حيث أن الجيلاتين الناتج من استخلاص القطفة الأولى يكون ذو وزن جزيئي عالي ولزوجة عالية وهلام ذو قوة أعلى ولون أخفن بينما الجيلاتين الناتج من القطفة الأخيرة والذي يستخلص على درجات حرارة مرتفعة يكون ذو وزن جزيئي أقل وقدرة أقل على تكوين الجيل ودرجة لون أكبر.
يتم ترشيح محاليل الجيلاتين المخففة الناتجة من الاستخلاص بالماء الساخن ثم يتم نوع الايونات ثم تركيز عن طريق الترشيح بغشاء متعاكس و/أو بالتبخير تحت تفريغ. ثم يتم تبريد محلول الجيلاتين وإما أن يقطع على شكل شرائط أو شرائح ، ثم يتم ايداع المادة الجيلية على سير ناقل من الحديد الصلب حيث يمرر هذا السير في جدرة تجفيف مقسمة إلى عدة مناطق يتم التحكم بدرجة الحرارة والرطوبة في كل واحدة منها بشكل دقيق، تتراوح درجات الحرارة من 30°م في المنطقة الأولى حتى 70° في المنطقة الأخيرة، يتم تعديل الهواء بالترشيح وإزالة الرطوبة. تتراوح مدة التجفيف من 1-5 ساعات حسب جودة وتركيز المادة وظروف العمل المستخدمة بالضبط. يتم ضبط معدل التجفيف بعناية لتجنب الذوبان أو التصلب. يخرج الجيلاتين من حجرة التجفيف برطوبة تقدر بحوالي 10% ثم يقطع ويطحن حسب الحجم المطلوب
الدكتور حسين كامي بويوك أوزير
