فرآیند تولید ژلاتین

مصارف و کاربردهای ژلاتین 

مهمترين مصارف ژلاتين در صنايع غذايي ، داروئي و شيميايي است ( در حدود ۵% از محصولات غذايي از ژلاتين استفاده مي شود) . ژلاتین از مواد غذایی ایمن و سلامت برای انسانها محسوب می شود.
این ماده پروتئيني اهميت خاصي در صنايع غذائي، داروئي،صنعتي و پزشكي دارد.  ژلاتين در صنايع مختلف کاربردهاي وسيعي دارد بطور کلی مصارف عمده ژلاتین به شرح ذیل می باشد:

::  مصارف غذايي:

از كاربردهاي عمده ژلاتين استفاده در تهيه شيريني ، آبنبات ، مارمالاد ، دسرهاي آماده و … می باشد ، همچنين در محصولات لبني و فرآورده هاي گوشتي و غذاهاي منجمد بعنوان كلوئيد محافظ عمل ميكند.

در صنايع غذايي در تهيه مارمالادها وژله ها و شيريني جات و بستني ها كاربرد داشته و به آساني در بدن جذب شده و حتي به هضم ساير مواد غذايي از طريق تشكيل امولسيون كمك مي نمايد.

در دسرها حدود 8 تا 10 درصد وزن خشک دسر را ژلاتین تشکیل می دهد . 3/0 تا 5/0 درصد از ماست ، 2 تا 3 درصد از شیرینها  را نیز ژلاتین تشکیل می دهد .

::  مصارف داروئي:

از ژلاتين براي تهيه كپسول هاي ژلاتيني نرم و سخت بعنوان روكش و بايندر بعنوان حامل شياف ها بصورت فيلم ژلاتين قابل جذب ، ژلاتين اسفنجي قابل جذب ، پودر ژلاتين قابل جذب در قطره چشمي ژلاتين و همچنين بعنوان كمك پروتئين غذايي در سوء تغذيه ها استفاده می گردد.

دلیل استفاده از ژلاتین در صنایع دارویی این است که ژلاتین یکی از خالص ترین و کامل ترین پروتئین های موجود می باشد. همچنین خیلی سریع جذب بدن می گردد.

اکثر آمینو اسیدهای مورد نیاز سلول های بدن در ژلاتین موجود است . و تنها آمینو اسیدهای حاوی سولفور در ژلاتین وجود ندارند . در کل در ژلاتین 18 نوع آمینو اسید وجود دارد  . یعنی  از 10  آمینو اسید مورد نیاز بدن  9 عدد آن در ژلاتین موجود است .

::  مصارف صنعتي:

ژلاتين در صنايعي نظير چسب سازي ، صنايع نظامي ، ساخت كاغذ اسكناس ، رطوبت گير و غيره كاربرد دارد.

از چسب های حیوانی با پایه ژلاتین برای چسباندن دو قطعه ارگانیک مانند میوه و سبزی به هم استفاده می شود .

همچنین  در صنایع نساجی از  ژلاتین بعنوان یک ماده  جهت آهار زنی ، کوتینگ ، تکمیل پنبه ، چرم ، ابریشم و پشم استفاده می شود.

در صنایع کاغذ سازی از ژلاتین جهت تولید کاغذهای خود کاربن استفاده می گردد. بدین ترتیب که یک لایه نازک از ژلاتین بر پشت کاغذ زده می شود ، این ژلاتین بصورت کپسول های بسیار ریزی می باشد که هنگامی که بر روی کاغذ فشار آورده شود این کپسول ها شکسته شده  و اثر ژلاتین بر روی کاغذ بعد می افتد که این  حالت مانند این است که از کاغذ رویی ، کپی گرفته شده است.

در صنعت عکاسی از ژلاتین جهت تولید کاغذ عکس (رنگی و سیاه سفید ) و همچنین تولید  فیلم  ( فیلمهای 35 میلی متری ، APS ، فیلم برداری ، رادیو لوژی و …)  استفاده می گردد.

محصولات جنبي تولید ژلاتین

 محصولات فرعي كه در كنار واحد ژلاتين توليد مي شوند عبارتند از :

–  چربي: چربي  استحصالي  از  استخوان  جهت مصارف غذايي و صنعتي نظير شمع سازي و صابون سازي

– دي كلسيم فسفات (DCP) : در توليد خمير دندان و محصولات بهداشتي

– پودر استخوان: جهت مصارف خوراك دام

– اوسئين: جهت استفاده در لوازم بهداشتي ، آرايشي

– CaCl2 كلريد كلسيم: در صنايع شيميايي

روش تولید ژلاتین

ژلاتين از دو روش كلي قابل تهيه مي باشد . يكي روش سنتي كه تقريبا همان روش پخت است و ديگري روش شيميايي و سنتتيك . روش شیمیایی خود به دو روش اسیدی و قلیایی تقسیم می گردد . در روش های جدیدتر از آنزیم نیز جهت سرعت دادن به فرایند تولید ژلاتین استفاده می شود. البته نوعي ژلاتين از سريشم ماهي تهيه مي گردد كه از نظر تكنولوژي توليد كمي متفاوت با ژلاتين معمولي مي باشد.

شماتیک تولید ژلاتین

بطور کلی ژلاتین از هر روشی که تولید گردد در آن سه عمل خالص سازی ، تغلیظ ، و خشک کردن انجام می گیرد .

 در صورتي که فرآيند تولید ژلاتین  با اسيد شروع گردد ، روش را اسيدي و ژلاتين حاصل را نوع A  و در صورتي که فرآيند با قليا شروع گردد روش را قليايي و نوع ژلاتين توليدي را B  مي نامند .

در مورد تولید ژلاتین از پوست خوک از فرایند اسیدی استفاده می گردد و با توجه به اینکه این زلاتین در کشورهای اسلامی کاربردی ندارد در مورد این فرایند توضیح زیادی داده نمی شود .

درموردتولید ژلاتین از استخوان گاو و گوسفند از فراین قلیایی استفاده می گردد.که خلاصه این فرایند به شرح زیر است :

1-  مرحله آماده سازي مواد اوليه :

در اين مرحله  ابتدا  مواد   اوليه   مورد  استفاده  که  معمولاً   استخوان  و  يا ضايعات پوست و بافت هاي هم بند مي باشند از چربي ، خون و گوشت عاري مي گردد . مواد مزاحم در پروسه توليد نظير منيرال ها ، چربي ها ، آلبومين ها توسط روش هاي فيزيکي و شيميايي جهت خالص سازي کلاژن از مواد اوليه حذف مي گردد.

در حال حاضر از فرآيندهاي مکانيکي جهت چربي گيري از استخوان استفاده مي گردد . در اين روش تکه هاي استخوان از آب سرد عبور داده مي شود و سپس جهت خرد کردن در اندازه هاي 1 تا 2 سانتيمتر به يک آسياب هدايت مي شود.

پس از مرحله خالص سازی و خرد شدن استخوانها ، استخوان خرد شده در دمای 180 تا 250 درجه فارنهایت پخته می شوند سپس توسط سانتریفیوژ کردن و خشک کردن در دمای 160 تا 270 درجه فارنهایت ژلاتین خشک بدست می آید.

البته ژلاتین از استخوان خام استخراج نمی شود و قبل از استفاده از استخوان باید استخوان تحت یک سری فرایند قرار گیرند تا آماده پخت شود .

2- مرحله هضم اسیدی :

قبل از استفاده از استخوان ابتدا برای مدت 5 تا 7 روز استخوان را در محلول HCl (%6-4) قرار می دهند ( البته در روش های Continues این زمان کوتاه تر خواهد بود ) تا نمک های معدنی از استخوان جدا شود . استخوانی که در این مرحله به دست می آید استخوان مرده نام دارد این استخوان مرده سپس با آب شستشو داده می شود تا ناخالصی های آن گرفته شود .

3- مرحله هضم قلیایی و استخراج ژلاتین:

در این مرحل استخوان مرده آماده سازی شده ، برای مدت 35 تا 70 روز در  هیدروکسید کلسیم با pH حدود 12 تا 7/12 قرار می گیرند و در این مدت هر هفته با چک کردن مخلوط اجزای غیر کلاژن برداشته می شود و ژلاتین آن جدا می شود .

مرحله استخراج ژلاتین معمولا در حوضچه های با جنس stainless steel که دارای امکانات حرارتی و کنترل دما هستند انجام می پذیرد . معمولا فرایند استخراج ژلاتین در چند مرحل انجام می پذیرد . در مرحله اول استخراج ژلاتین در دمای حدود 50 تا 60 درجه سانتیگراد استخراج می شود . ژلاتینی که در مرحله اول استخراج می شود معمولا دارای وزن مولکولی  ، ویسکوزیته  و  قدرت ژل شدن بالاتری نسبت به ژلاتین استخراجی در مراحل بعدی است .همچنین این ژلاتین از نظر ظاهری هم شفاف تر می باشد.

در مراحل بعدی استخراج باید دما را بالا برد که این روی خصوصیات ژلاتین اثر می گذارد.

4- مرحله شستشو :

 بعد از این مرحله ژلاتین بدست آمده را با آب شستشو داده می شود . بدین ترتیب که هر یک کیلو ژلاتین با حدود 50  تا  100  کیلو  آب شستشو داده می شود .در هنگام شستشو ، اسیدهای معدنی از قبیل اسید کلریدریک و اسید سولفوریک جهت تنظیم pH در حدود 5 تا 7 به محلول اضافه می شود . سپس ژلاتین بدست آمده از این استخوان مرده را توسط آب داغ استخراج می کنند .

5- مرحله فیلتراسیون ، تبادل یونی و خشک کردن، آسیاب و بسته بندی:

برای بالا بردن خلوص ژلاتین بدست آمده در مرحله قبلی ، ژلاتین مایع از داخل فیلترهای سلولزی یا  سیلیسی  عبور  داده می شود و توسط رزین های آنیونیک و کاتیونیک یون زذایی می شود . سپس با  بخار کردن آب اضافه ژلاتین بدست آمده تا حدود 15 تا 45 درصد تغلیظ می شود . ژلاتین تغلیظ شده مجددا فیلتر شده و پس از 8 تا 12 ثانیه سرد می گردد تا محصول بدست آمده استرلیزه گردد . بعد از این مرحله برای مدت 1 تا 3 ساعت با هوای گرم خشک می گردد  و در اندازه های استاندارد آسیاب  و بسته بندی می گردد . و یا اینکه توسط اکسترودر ژلاتین را اکسترود می کنند و آن را روی نقاله های از جنس  stainless steel می ریزند تا به مرحله خشک کن وارد شود و به صورت اکسترود شده خشک شود. دمای خشک کن در ناحیه اول حدود 30 درجه سانتیگراد و در ناحیه نهایی خشک کن حدود 70 درجه سانتیگراد می باشد.

فرایند خشک کردن بسته به خصوصیات مواد بین 1 تا 5 ساعت بطول می انجامد.

فرایند آنزیمی :

فرایند تولید ژلاتین با روش قلیایی از استخوان معمولا حدود 5 تا 20 هفته(اغلب از 8 تا 12 هفته ) بطول می انجامد . به همین دلیل در روشهای جدید از آنزیم جهت تسریع فرایند استفاده می شود .البته این مسئله را باید در نظر داشت که کلاژن ها در برابر اکثر آنزیم ها مقاوم هستند ،اما برخی آنزیم های پروتئینی وجود دارند که از این قاعده مستثنی هستند Pepsin و  Pronase از این قبیل آنزیم ها هستند . با استفاده از روش های شیمیایی و استفاده از این آنزیم ها می توان راندمان تولید را افزایش و زمان تولید را کاهش داد .