Přes kontrastní pěnové houby rozprašováním léků (Objednejte antifungální sprej OnycoSolve)

Natural polymer aplication

Category: Documents

3,5 V obou případech přechází část kolagenu do roztoku, protože struktura mladého kolagenu není ještě tak zesíťovaná, jako u starších zvířat. Kolagen je přítomen v extraktu jako monomer (tropokolagen), nejvýše dimer či trimetr. Molekulová hmotnost je cca 1 kDa. Rozpustný kolagen se používá jako přídavek do krémů na ošetřování pokožky, k redukci vrásek a k úpravě poprsí. Kolagenové injekce se používají ke zlepšení vzhledu kůže (vyhlazení rýh, jizev, k léčbě propadlé tváře) či ke zlepšení vzhledu rtů. – 83 – V poslední době se rozpustný kolagen pro kosmetické účely extrahuje rovněž z ryb. 2.4.3.2 Hydrolysáty kolagenu Vzhledem k nízkému výtěžku rozpustného kolagenu se mnoho kosmetických firem přiklonilo k používání hydrolysátů kolagenu, které mají molekulovou hmotnost až 10 kDa. Hydrolysáty kolagenu se získávají: 1. Alkalickou hydrolýsou Dosahuje se větších výtěžků, než při přípravě rozpustného kolagenu, a proto je získaný produkt levnější, než rozpustný kolagen. Zpravidla se používají vepřové a hovězí kůže. Alkalickým opracováním hovězích šlach lze získat nejen hydrolysát kolagenu, ale i elastinu, nebo jejich směs, což záleží na postupu extrakce. Produkty alkalické hydrolýsy se prodávají ve formě 1 až 5 % roztoků. 2. Enzymovou nebo kyselou hydrolýsou Podle zvoleného postupu lze získat hydrolysáty o molekulové hmotnosti do 30 kDa. Pokud se na enzymovou hydrolýsu použije vyčištěná a podkožního vaziva zbavená surová kůže, lze vedle hydrolysátu kolagenu a elastinu získat také hydrolysát keratinu. Předností všech druhů hydrolysátů je jejich snadná rozpustnost a schopnost vytvářet čiré a bezbarvé roztoky bez zápachu. Jsou rozpustné ve vodě a v alkoholech. Nejčastěji se používají jako přídavek do přípravků na vlasy. V kosmetologii se mohou použít jako obalový materiál pro vonné přísady. 2.4.3.3 Vláknitý kolagen Působením silných kyselin na připravenou holinu lze získat rozpustný a nerozpustný kolagen. Holina se připraví tak, že se surové kůže vyperou vodou. Poté se louží v roztoku Ca(OH)2 + Na2S a následně se mechanicky odstraní chlupy a podkožní vazivo. Holina se vypere, rozmělní a extrahuje kyselinou. Kolagen se vysráží a vysuší. Získaný produkt je bakteriologicky nezávadný a velmi čistý. Dialýsou roztoků kolagenu lze získat jemná kolagenová vlákna. Vláknitá disperse se vysuší vymrazením. Kolagenovou vlákninu lze rozmělnit na prášek. – 84 – 2.4.4 Aplikace kolagenních preparátů Vláknitý kolagen ve formě pěn s přídavkem účinných látek slouží k přípravě kosmetických pleťových masek. Přehled aplikací kolagenních a keratinových preparátů je uveden v tabulce: Typ preparátu Rozpustný kolagen Aplikace krémy, mléka a masti na ošetřování pokožky podkožní injektáže šampony na vlasy prostředky pro opláchnutí vlasů vlasové kondicionéry lotiony na vlasy spreje na vlasy výživná séra na konečky vlasů pěnové lázně oční make-up laky na nehty řasenky pleťové masky Koncentrace preparátu (%) podle potřeby podle potřeby 5 – 15 3 – 15 3–5 0,25 – 0,5 0,5 – 1,0 Deklarovaný efekt humektant, zvýšení hladkosti a elasticity pokožky odstraňování vrásek úprava poprsí Hydrolysáty kolagenu a keratinu (molekulová hmotnost do 30 kDa) vytvářejí ochranný film, uhlazují strukturu vlasu, zvyšují snášivost vlasu, zlepšují konsistenci přípravku podpora tvorby pěny hladký film 5 Vláknitý kolagen do 5 matrice nově vytvářených buněk 2.4.5 Mikroenkapsulace v kosmetickém průmyslu Hydrolysáty kolagenu jsou vhodné také jako obalový materiál (mikro)kapsulí. V současné době se enkapsulují zejména vonné přísady. Ty jsou základem výroby velmi oblíbených deodorantů a tuhých antiperspirantů, v nichž jsou vonné substance enkapsulovány do mikročástic, které mají houbovitou strukturu. Porézní struktura zajišťuje trvalé uvolňování vůně, které může být opakovaně pozastaveno a znovu spuštěno. Jako spouštěcí mechanismus pro uvolnění vůně působí teplota a vlhkost – v tomto případě tedy pot. Tento princip vysvětluje reklamní slogany o dlouhodobém účinků antiperspirantů a že se zvyšujícím se stupněm zapocení se zvýší účinnost jejich přípravku. Další oblastí použití mikroenkapsulace jsou pěny a soli do koupele. Aby bylo zajištěno pozvolné uvolňování – 85 – vůně, provádí se její mikroenkapsulace. Spouštěcím mechanismem pro uvolnění je pak rovněž vlhkost. Dále se enkapsulují:  essenciální oleje  hydratační prostředky  lipidy  vitamíny  antimikrobiální látky  antioxidanty  antiperspiranty  deodoranty  UV absorbéry  barviva  pigmenty  hormony  proteiny  detergenty aj. Mikroenkapsulace se používá také pro další výrobky osobní hygieny, šampóny a kondicionérů na vlasy, krémy, balsámy na rty, pleťové vody, pleťová mléka a dalších. Zajímavou aplikací je parfémování vybraných stran katalogů kosmetických přípravků (toaletní vody, parfémy, šampóny, sprchové gely…). Strana, která je určena pro grafickou reprodukci je tradičně upravena. Strana, na níž je třeba uchovat vůni je tvořena mikrovláknitou texturou, která je schopna pojmout vůni. Jednoduchým přetřením strany zápěstím se tak vůně uvolní. – 86 – 3. PRŮMYSLOVÉ APLIKACE ŽELATIN Klíčová slova farmaceutický fotografický gel jedlý technický želatina Key words pharmaceutical photographic gel edible technical gelatin 3.1 Vlastnosti a výroba želatin Želatina je ve vodě rozpustný protein se schopností tvořit za specifických podmínek transparentní gely. Obecně se želatina získává extrakcí za tepla v kyselém nebo alkalickém prostředí. Surovinové zdroje jsou zejména kůže zvířat, kosti, šlachy. 3.2 Farmaceutický průmysl Klíčová slova (mikro)enkapsulace farmacie měkké želatinové kapsle použití tablety tvrdé želatinové kapsle želatina Key words (micro)encapsulation pharmacy soft gelatin capsules application tablets hard gelatin capsules gelatin Při výrobě léků a v lékařství se používá želatin, které se svými vlastnostmi blíží jedlé želatině. Filmotvorné vlastnosti želatiny se využívají ve farmaceutickém průmyslu. Především se jedná o výrobu tvrdých želatinových kapslí skládajících se ze dvou částí, měkkých želatinových kapslí, tablet, k potahování tablet, k přípravě emulsí a k (mikro)enkapsulaci. V průmyslově vyspělých státech jde na tyto aplikace cca 15 % produkce želatiny. Jen v U.S.A. se takto každoročně spotřebuje několik milionů kilogramů. Farmaceutická želatina se vyrábí hlavně z hovězích nebo vepřových kůží. Barva je světle žlutá až bílá. Roztok želatiny je čirý. Želatina se dodává granulovaná. Je velmi dobře – 87 – rozpustná. Vzhledem k tomu, že obsahuje 9 z 10 essenciálních aminokyselin, její nutriční hodnota je velmi dobrá. Charakteristika farmaceutické želatiny je uvedena v tabulce. Pevnost gelu (6,67% roztok), Bloom (g) Pevnost gelu (12,5% roztok), Bloom (g) Vlhkost (%) Popel (%) Tuky Cukry Cholesterol Farmaceutická želatina musí splňovat náročné požadavky: a) mikrobiologické vlastnosti – nepřítomnost patogenních a nepatogenních mikrobů Escherichia coli, salmonela) b) fysikálně-mechanické vlastnosti – struktura, viskosita, pevnost gelu c) chemické vlastnosti – hodnota pH, isoelektrický bod d) nepřítomnost těžkých kovů 100 – 280 cca 500 max. 16 % max. 1,6 % 0 0 0 3.2.1 Tvrdé želatinové kapsle Historie výroby tvrdých želatinových kapslí sahá do roku 1833, kdy byly kapsle vynalezeny a zpočátku se používaly k maskování nepřijatelné chuti léčiv. Podobně jako měkké želatinové kapsle se léčivo v kapslích lépe polyká, protože mají příznivý tvar pro polknutí a jsou kluzké po smočení v ústech. Tvrdé želatinové kapsle (HGC) mají oválný tvar, jsou silnostěnné, rozpustné. Skládají se ze dvou částí – těla a uzávěru. Na rozdíl od měkkých želatinových kapslí (SGC) – 88 – neobsahují změkčovadla a mají rigidní strukturu. Kapsle se vyrábí z želatinové směsi, do které se mohou přidávat:  barviva – zejména pro spotřebitelskou atraktivnost  tensidy (např. laurylsulfonát sodný) – zmenšují interakci želatina–výrobní zařízení a zajišťují rovněž stejnou tloušťku stěn tobolek  antimikrobika – brání růstu plísní a bakterií na povrchu tobolek Materiál, který se má plnit do želatinových tobolek, musí být homogenní a vhodný ke zpracování v automatických plnicích strojích. Do roku 1985 se do tvrdých želatinových tobolek plnily jen tuhé látky. Vyvinutím plnicích automatů pro kapalné látky (oleje a pasty) se vytvořila možnost použití tvrdých želatinových tobolek i pro tyto materiály. Při výrobě HGC se postupuje tak, že se do připravené želatinové směsi ponořují trny připevněné na ocelové desce na cca 12 s. Po ochlazení a přesušení v sušárně (22–28 oC) se vytvoří tělo. Uzávěry mají o málo větší průměr. Při výrobě se udržuje konstantní viskosita, neboť ta ovlivňuje tloušťku filmu. Kapsle se stahují z trnů kovovými čelistmi a na standardní délku se upravují ořezáním. Kapsle se automaticky naplní daným farmakem (většinou v práškové formě), uzavřou se, očistí a vyleští. Vzhledem k povaze želatiny nelze plnit do kapslí kapalinu obsahující vodu. Je možné plnit oleje či pastovité látky. Zvolená teplota při ochlazováním roztoku želatiny je klíčovým krokem pro tvorbu těla a uzávěru. Při teplotách pod 40 oC se želatinové molekuly seskupují zpětně do struktury velmi podobné původnímu kolagennímu materiálu. Vzniká 3-prostorová síť, která způsobuje vznik gelu, což je nezbytná podmínka pro tvorbu kapsulí. Pevnost a rigidita vzniklého gelu je důležitým faktorem pro tvorbu kapslí a je závislá na molekulové hmotnosti želatiny. Další podmínky, které ovlivňují kvalitativní ukazatele gelu jsou: koncentrace, pH, doba zrání. V některých případech se kapsle opatřují povrchovou úpravou (filmem) z acetátu nebo fosfátu celulosy. Zlepší se tak jejich odolnost proti kyselému prostředí v žaludku a snadněji se rozpouštějí v alkalickém prostředí tenkého střeva. Uvolňování léčiv z kapslí je dáno schopností želatiny rozpouštět se v gastrointestinálním (zažívacím) traktu. Bioavailabilita = podíl terapeuticky účinné látky, která dosáhne krevního oběhu. Je ovlivněna rozpustností želatiny v gastrointestinálním traktu, kterou lze upravit (většinou snížit) zesíťováním materiálu kapslí např. aldehydy, enzymy (aminotransferasy) apod. Želatinové kapsle umožňují přesné dávkování farmaka tam, kde nelze použít tabelisaci. – 89 – Pacienti je po zvlhčení povrchu v ústech snadno polykají. Positivně ovlivňují chuť. Zpomalené rozpouštění kapsle umožňuje dosáhnout konstantní koncentrace farmaka v krvi. Tvrdé želatinové tobolky se dodávají v několika velikostech, označených většinou čísly, která udávají vnitřní objem tobolek. Vnitřní objem tobolek se obvykle pohybuje od 0,1 ml do 2 ml. Typy vyráběných želatinových tobolek: a) původní želatinové tobolky  mají hladké stěny  obě části tobolky (tělo a uzávěr) je nutné slepit páskem želatiny, aby nedošlo při manipulaci k jejich otevření b) tobolky lock – caps  tělo a uzávěr do sebe přesně zapadají a minimalisuje se tak otevření tobolky c) tobolky coni – snap  tělo a uzávěr mají v částech, v nichž se do sebe nasouvají, mírně kónický tvar, čímž se usnadní jejich vzájemné sesazení a více se minimalisuje risiko otevření tobolky d) tobolky coni – snap – supra  uzávěr výrazně přesahuje tělo tobolky, z kterého je vidět jen zakulacené dno, a které se nedá prsty ani kleštěmi bez zmáčknutí zachytit, čímž se významně minimalisuje risiko otevření tobolky e) tobolky licaps  jsou určeny pro plnění kapalných látek a mají výrobní toleranci vnitřního objemu ±1 % f) tobolky Eta – lock  mají v těle tobolky zabudovaný kanálek, kterým při nasazování víčka a uzavírání uniká vzduch, což umožňuje zvýšit rychlost jejich plnění; v Č.R. tyto tobolky vyrábí např. firma Noventis Zlín – 90 – Želatinová tobolka (Eta – lock): Stroje na plnění tvrdých želatinových tobolek jsou založeny na dvou principech: 1. Krokový (starší) U strojů krokových se do stroje vsypou prázdné želatinové tobolky, stroj separuje jejich tělo a uzávěr, naplní tobolku, vyřadí vadně naplněné, tobolky uzavře a vypustí je do zásobníku hotových tobolek. Nejmenší stroje mají výkon cca 1000 až 6000 tobolek / hodinu, vysoce výkonné stroje jsou schopny vyrábět až 70.000 tobolek / hodinu. 2. Kontinuální (novější) Tyto stroje jsou vysoce výkonné a naplní až 120.000 tobolek / hodinu. Používají se k plnění jen práškových látek. Celý proces je automatisovaný a operace probíhají v následujícím sledu: technologická příprava – přísun prázdných tobolek – plnění – transport naplněných tobolek – odběr vzorků pro laboratorní kontrolu. Součástí plnících strojů je kontrola správnosti plnění. Ve zvoleném cyklu se odebírají naplněné tobolky, které se váží na přesných váhách (např. typu Sartorius nebo Mettler). – 91 – Pokud hmotnost neodpovídá, řídící počítač dá pokyn k úpravě hmotnosti náplně. Úplná kontrola hmotnosti náplně spočívá v tom, že všechny tobolky prochází vážící buňkou a automaticky se vyřazují nevyhovující tobolky. Celý proces automatického plnění tobolek je dokumentován pro každou výrobní šarži plněného přípravku. Naplněné želatinové tobolky je možné potiskovat, barvit, leštit, eliminovat jejich pach apod. Barva tobolek je vhodným identifikačním znakem a také výrazně působí na psychiku uživatelů, proto např.  žlutá, oranžová a levandulová působí psychostimulačně a jsou vhodná pro antidepresiva, psychofarmaka (= látky na časově omezenou dobu pozměňující psychiku člověka v oblasti vnímání a vědomí)  šedá a tmavomodrá a jasně zelená jsou indiferentní  bílá je vhodná pro analgetika (= bolest tlumící prostředky) Výrobci nabízejí tobolky v desítkách různých odstínů, čiré či matné, čímž odlišují různé přípravky. Barvení tobolek se může provádět buď ve hmotě (želatinové) nebo se barví tobolky vysušené, popř. i po expedici ze skladu. Barviva musí být zdravotně nezávadná a rozpustná v ethanolu nebo ve vodě. Nejčastěji se používají barviva rozpustná ve vodě. Z nerozpustných barviv se používají hlavně pigmenty (TiO2, oxidy železa). Barviva působí také jako ochrana proti možné oxidaci léčiva světlem. Typické složení směsi na tvrdé želatinové kapsle: Želatina Voda Barviva Pigmenty Změkčovadla 30 % 65 % 5% dle potřeby dle potřeby 3.2.2 Měkké želatinové kapsle Měkké želatinové kapsle (SGC) jsou jednokusové, hermeticky uzavřené kontejnery pro uchovávání kapalin, suspensí a polopevných látek. Na rozdíl od tvrdých želatinových kapslí se do želatinového roztoku přidávají změkčovadla (glycerin, propylenglykol, sorbitol) a kapsle jsou tak mnohem flexibilnější. SGC, podobně jako HGC, jsou určeny především pro orální dávkování, nicméně je možné je také aplikovat vaginálně. – 92 – Poprvé byly měkké želatinové kapsle připraveny roku 1830 dvěma francouzskými lékárníky. Podle jejich patentu se SGC připravily ponořením usňového váčku naplněného rtutí do tekuté želatiny. Želatinový povlak se pak nechal ztuhnout, váček se odstranil a do vytvořené želatinové kapsle se medikament nadávkoval pipetou. Kapsle se nakonec uzavřela roztavenou želatinou. V roce 1930 byl vynalezen rotační kontinuální způsob výroby SGC dovolující produkovat hromadnou výrobu. V současné době většina strojů používaných na výrobu SGC pracuje na principu rotačního kontinuálního způsobu. Princip je takový, že se dva gelové (rosolové) filmy želatiny přivádí ke dvěma rotujícím lisovnicím, které mají velikost a tvar budoucí kapsle. V místě, kde se rotující lisovnice setkají se v přesně načasovaném okamžiku mezi želatinové pásy dávkuje aktivní látka; následně je kapsle vytvořena působením tlaku a teploty. Výhody SGC:  obvykle rychleji uvolňují enkapsulovanou látku, protože absorbují vodu  dovolují dávkovat velmi malé množství léku  enkapsulovaná látka může být dávkována s vyšší přesností  aktivní enkapsulované složky citlivé na oxidaci je možné ochránit jejich rozpuštěním či dispergací v oleji uvnitř SGC  želatinová kapsle funguje jako přirozená bariéra proti oxidaci  maskuje nepříjemnou chuť či vůní aktivní složky  je možné vyrobit prakticky jakoukoliv velikost, tvar a barvu, čím je možné SGC snadno identifikovat  jsou spotřebitelsky přitažlivé, snadno se polykají Neýhody SGC:  ve srovnání s tabletováním je výrobní proces pomalejší  obsluha složitého zařízení (rotační enkapsulační stroje) vyžaduje kvalifikované pracovníky  v souvislosti s vyššími investičními náklady a vyššími nároky na kvalitní obsluhu zařízení jsou SGC obvykle dražší než tablety  před vysušením mají SGC vysoký obsah vlhkosti, což způsobuje reakce mezi obalem kapsle a aktivní složkou uvnitř – 93 – Schéma kontinuálního rotačního lisu na výrobu SGC: Legenda: A B C D E F G H I J hadice dopravující želatinou dávkovací trubice aktivní složky (např. léku) čerpadlo aktivní složky vedení aktivní složky vstřikovací tryska aktivní složky vodící válečky gelový (rosolový) film rotující lisovnice válce dávkovač želatiny Typické složení směsi na měkké želatinové kapsle: Želatina Změkčovadla Voda Barviva Pigmenty 40 – 45 % 30 – 35 % 20 – 30 % dle potřeby dle potřeby Na výrobu (SGC) jde asi 10% celosvětové produkce želatiny. Je-li původ želatiny překážkou pro vegetariány či některá náboženství (židovské, hinduistické či islámské oblasti), používá se želatina rybí, které se extrahuje např. z kůží mořských ryb (treska). – 94 – Do měkkých kapslí se dávkují náplně, které mají obecně hydrofobní charakter a nenarušují tak stěnu kapsle. Procento vodného podílu by nemělo přesáhnout 5%. Dávkují se např.: a) kapaliny s vodou nemísitelné (přírodní oleje, aromatické uhlovodíky, estery, alkoholy) b) suspense látek v kapalinách c) roztoky látek v rozpouštědlech mísitelných s vodou Měkké kapsle jsou nevhodné pro: a) aldehydy – částečně síťují želatinu b) proteolytické enzymy – želatinu hydrolysují c) redukující cukry – způsobují hnědnutí (Maillardovy reakce) d) těkavé látky – mohou migrovat přes želatinu nebo netěsnosti kapslí e) silné kyseliny a zásady – destruují želatinu f) látky nestabilní v přítomnosti vlhkosti (např. aspirin) Nejběžnější aplikace měkkých želatinových kapslí: 1. Farmaka  analgetika (acetaminofenon)  protizánětlivá léčiva (např. Ibuprofen)  projímadla  léčiva proti kašli, nadýmání atp. 2. Potravinové doplňky  vitamíny (A, E, D, K), multivitamínové kombinace  antioxidanty  fosfolipidy (lecithiny)  karotenoidy  oleje bohaté na essenciální mastné kyseliny (lněný olej, olej z černého pepře)  rostlinné výtažky (aloe vera, ginko biloba, olivové listy)  bílkovinné hydrolysáty atp. 3. Kosmetika  oleje a soli do koupelových lázní  přípravky pro ošetřování pokožky  šampony, kondicionery aj. přípravky – 95 – Tvary a velikosti kapslí jsou různé. Mohou být kulaté, oválné a jiných tvarů nejrůznějších velikostí. Příklady jsou na obrázcích. Kapsle kulovitého tvaru Typ kapsle (Noventis) Hmotnost náplně (g) 2 3 40 50 0,074–0,124 0,136–0,185 1,971–2,526 1,860–3,080 Kapsle válce tvořeného polokoulemi Typ kapsle (Noventis) Hmotnost náplně (g) Kapsle oválného tvaru Typ kapsle (Noventis) Hmotnost náplně (g) Kapsle lahvicovitého tvaru Typ kapsle (Noventis) Hmotnost náplně (g) 3 0,148–0,185 6 0,320–0,370 7,5 0,382–0,462 10 0,462–0,616 6 0,308–0,370 22 1,109–1,355 5 0,154–0,308 6 0,308–0,370 17,5 0,924–1,047 – 96 – Tvary kapslí pro uchování koupelových olejů a solí Ovál Delfín Kačena Ježek Želva Tučňák Koule Srdce „Twist off“ „Ceramide“ Hvězda Mušle 3.2.3 Tablety Tablety se definují jako pevné farmaceutické dávkovací formy obsahující léčivo, rozpouštědlo, pojivo, případně mazadla. Připravují se lisováním, přičemž výroba se skládá z několika kroků. Prvním krokem je obvykle rozemletí aktivní složky na požadovanou zrnitost. Poté se přidají další složky (lubrikanty, additiva) a po rozmíchání se přidá roztok želatiny (želatina funguje jako pojivo) a vytvářejí se větší shluky (granuláty) jako základ budoucích tablet. Granuláty jsou poté slisovány v tabletovacím lisu na požadovaný tvar, velikost a hustotu. Tabletovací stroj: – 97 – Vyrobené tablety se obvykle potahují, aby se zamezilo jejich možnému zpráškování, dále aby se skryla nepříjemná chuť a aby se vytvořil základ, na který je možné nanášet barvu či různé tiskové informace sloužící k identifikaci výrobku. Tablety potahované želatinou jsou chráněny vůči oxidaci a slunečnímu záření, čímž se prodlužuje trvanlivost medikamentu. Mimo to, povlak výrazně ovlivňuje sensorické vlastnosti, neboť tablety se snadněji a bezpečněji polykají. K potahování se používají často želatina (želatina funguje jako filmotvorná látka) s přídavkem cukrů a pigmentů. Potahování větších tablet se provádí ponořením tablet do vodného roztoku želatiny, který obvykle obsahuje 45 % želatiny (w/w) a 9 % plastifikátoru (w/w). Vytvořený želatinový povlak je nutné vysušit – na obsah vlhkosti 5–8 %. Tloušťka povlaku je velmi tenká (25–100 μ), nicméně výrazně se sníží koeficient tření v ústech a usnadní se tak polykání tablet. Potahování drobných tabletek probíhá obvykle následovně: Autokláv se naplní želatinou, vodou a tabletami = 1. etapa. Poté se obsahem míchá za přesně definovaných podmínek (doba, teplota, tlak), aby se rozpustil obalový materiál (želatina) = 2. etapa. Nakonec se sníží tlak a teplota, aby začalo srážení obalového materiálů na tabletách (3. etapa) a postupně se tvořil povlak (4. etapa). Celý proces je znázorněn na následujících obrázcích: tablety obalový materiál 1. etapa 2. etapa 3. etapa 4. etapa Poznámka: Tablety je možné také potahovat stříkáním želatinového roztoku. – 98 – 3.2.4 Mikroenkapsulace V českém jazyce prozatím neexistuje český ekvivalent slova enkapsulace, proto se tento pojem převzal z angličtiny. Želatina, stejně jako další proteiny, má vynikající funkční vlastnosti, zejména schopnost tvořit gely a emulse, které ji předurčují v enkapsulačních technikách pro enkapsulaci aktivních složek. Mohou být připraveny hydrogely, mikro- a nanočástice. Želatina se hojně užívá k mikroenkapsulaci, tj. uzavírání additiv (léčiv, olejů, vitamínů a jiných aktivních látek) do obalů pro potravinářské a farmaceutické aplikace. Velikost a tvar mikrokapsulí je ovlivněn volbou použité techniky mikroenkapsulace. Obvykle jsou mikrokapsule kulovitého tvaru velikosti 1 μ až 2 mm, nicméně je možné vyrobit i nanočástice (10 až 1000 nm). Additiva se z mikrokapsulí uvolňují buď postupně, nebo v žádoucím čase. Různé typy mikrokapsulí: 3.2.4.1 Metody přípravy mikrokapsulí Obecně se metody přípravy mikrokapsulí dělí na: a) chemické – při nich dochází k polymeraci obalového materiálu (proteinu) b) fysikální – při nich se kontrolovaně sráží polymerní roztok – 99 – 3.2.4.1.1 Koacervace Koacervace je nejrozšířenější (chemickou) metodou mikroenkapsulace, při níž je aktivní ve vodě nerozpustná složka (např. olej či pevná látka) rozptýlena ve vodném roztoku želatiny. Postupným přidáváním nevodného rozpouštědla, změnou teploty nebo pH systému dochází ke srážení želatiny okolo aktivní složky (rozhraní vodné fáze a nevodné fáze) a k vytvoření kapsle. Velikost mikrokapsulí se pohybuje od 10 do 2000 μm, přičemž tloušťka a pevnost stěny může být různá. Enkapsulováno může být až 95 % aktivní látky. Průběh koacervace se řídí poměrem obalového materiálu (želatiny)/enkapsulované látce, dálem hodnotou pH a tlakem. Proces enkapsulace aktivní látky (pevná látka či kapalina) se skládá z těchto částí (viz obrázek): (A) … Enkapsulovaná látka je mícháním rozptýlena ve vodném roztoku želatiny (B) … Přídavkem alkoholu, změnou teploty či pH systému dojde ke vzniku 3 fázového systému – suspense nebo emulse, který se obvykle udržuje neustálým mícháním: 1 – kapalná fáze 2 – fáze polymerního obalového materiálu 3 – enkapsulovaná látka (C) … Polymerní obalový materiál se začíná ve formě mikrokapiček usazovat na povrchu enkapsulovaného materiálu a kapičky začínají splývat a tvořit membránu; toto probíhá za stálého míchání (D) … vytvořená membrána (obalový materiál) na enkapsulované látce je dále vytvrzena, např. tepelnou či chemickou metodou – 100 – 1 3 2 3 1 3 2 1 2 3 Podle výrobního postupu rozlišujeme dvě metody koacervace: 1. Jednoduchá koacervace Příkladem je vodný roztok želatiny s dispergovanou enkapsulovanou látkou (tuhá či kapalná). Postupným (po kapkách) přidáváním alkoholu dochází k fázové separaci a ke vzniku dvou fází: fáze bohaté na želatinu a fáze s minimálním obsahem želatiny. K této fázové separaci dochází, protože podmínky pro interakci voda-alkohol jsou v želatinovém – 101 – roztoku příznivější, než pro interakce voda-želatina. Tím dochází k mnohem větším interakcím mezi molekulami želatiny a ke tvorbě agregátů. 2. Složená koacervace Příkladem je kombinace želatiny a arabské gumy jako obalového materiálu. Nejdříve se připraví vodný roztok želatiny (při 45 oC) a roztok arabské gumy (při 55 oC). Enkapsulovaná látka se disperguje či emulguje v roztoku želatiny při teplotě nad 45 oC. Suspense nebo emulse se poté zředí přídavkem vodného roztoku arabské gumy a upraví se pH na 3,8–4,4, čímž želatina získá kladný náboj, zatímco arabská guma má záporný náboj. V tomto stavu se systém za současného míchání ochladí na pokojovou teplotu a kapalný koacervát se začíná postupně usazovat na enkapsulované látce a tvořit obal. V poslední operaci se směs ochladí na teplotu pod 10 oC a přidá se síťující látka (glutaraldehyd), která obalový materiál zesíťuje. 3.2.4.1.2 Sprejové sušení Sprejové sušení je příkladem fysikální metody mikroenkapsulace, které se používá především k uchování vonných olejů. Při výrobě se postupuje tak, že se aktivní látka určená k enkapsulaci smíchá s roztokem obalového mateiálu (želatina), obvykle v poměru 1 : 4. Touto směsí je poté naplněn rozprašovák, který za pomoci vzduchu rozptýlí kapalnou směs na drobné částečky. V sušicí komoře dojde k odpaření rozpouštědla (vody). Vzniklé mikrokapsule mající práškovou konsistenci padají na dno komory a jsou odváděny do sběrné nádoby. Postupné uvolňování látek ve správném čase a na správném místě je klíčovou vlastností mikroenkapsulace. Včasné a řízené uvolňování zlepšuje účinnost léčiv a zajišťuje jejich optimální dávkování. K zahájení uvolňování enkapsulované látky slouží různé spouštěcí mechanismy: změna pH, mechanické namáhání, teplota, aktivita enzymů, osmotický tlak, čas. Uvolňování léčiva z mikročástice závisí na difusi z oblasti vyšší koncentrace (uvnitř mikročástice) do oblasti s nižší koncentrací (přiléhající okolí mikročástice). Modelovat mechanismus uvolňování je dosti obtížné, neboť tento závisí na velikosti, tvaru, vnitřním objemu mikrokapsule, na vlastnostech materiálu mikrokapsule, na množství pórů mikročástice apod. – 102 – 3.2.4.2 Aplikace mikrokapsulí Výhodou mikrokapsulí je, že se mohou cíleně dávkovat a výrazně tak zvýšit účinnost aktivní látky (léku) a snížit risiko vedlejších účinků na organismus. Díky působení léku v místě nákazy se mohou také snížit jeho dávky, čímž se rovněž sníží zátěž pro okolní zdravou tkáň (např. při léčbě rakoviny). Je možné vyrobit mikrokapsule s povrchem upraveným tak, aby se mikrokapsule přichytila na specifickou tkáň. Mikroenkapsulovaná léčiva se používají k terapii rozličných nemocí, např. rakoviny, diabetu, či AIDS. Enkapsulují se např. analgetika, antibiotika, protilátky, kontrastní látky, enzymy, insulin, sedativa, vakcíny a další. Kromě cíleného dávkování mají želatinové (proteinové) mikrokapsule další výhody:  maskování, chuti, barvy či vůně léku  zlepšení skladovatelnosti a stability léku  ochrana léku před trávícími šťávami  lepší manipulace 3.2.5 Jiné formy aplikací Čípky – želatina slouží k výrobě vaginálních čípků, čípků do konečníku a do močových trubic. Pevnost čípku je ovlivněna tloušťkou stěn (zvolenou koncentrací želatinového roztoku). Emulse – aby bylo možné uchovat olej po dlouhou dobu, připravují se stabilní emulse voda, želatina – olej. Absorpční želatinové houby – úspěšně se používají k zastavování krvácení během operací, jako prostředku k zastavení vnitřního krvácení po úrazech. Absorpční želatinové filmy – jsou filmy připravené z roztoku želatiny a formaldehydu a používají se v lékařských aplikacích. Příkladem je povrchové tvrzení vnějších obvazů na ranách a zlomeninách. Želatinové roztoky – ve veterinářské praxi slouží k uchovávání semene pro umělé oplodňování dobytka. – 103 – 3.3 Potravinářský průmysl Klíčová slova aktivní složky cukrovinky emulgátor mikroenkapsulace pěnotvornost pojivo potravinářský průmysl stabilisátor zahušťovadlo želatina želatinace Key words active compounds confectionary emulsifier microencapsulation foaming properties binder food industry stabiliser thickening agent gelatin gelation V potravinářském průmyslu nachází jedlá želatina stále větší uplatnění. Její používání je dnes již tak rozmanité, že není možno vyjmenovat všechny druhy výrobků, kde se zužitkuje. Jedlá želatina je vedle fotografických želatin jedním z nejkvalitnějších výrobků želatinářského průmyslu. Při její výrobě je nutno úzkostlivě dodržovat čistotu a provádět důkladnou kontrolu, aby nedošlo k hromadným onemocněním. Nesplnění zdravotních a hygienických podmínek bývá hlavním důvodem, že se velké množství jedlých želatin přeřazuje do želatin technických. Potravinářská želatina se vyrábí hlavně ze zvířecích kůží a také z kostí. Výroba se skládá z několika operací: extrakce, čištění, zahušťování, sušení, mletí, prosévání a balení. Má bílou až světle žlutou barvu a dodává se granulovaná nebo v prášku. Značná část želatiny se spotřebuje při výrobě zákusků, cukroví, ale také mléčných výrobků, zmrzliny či v pekárenství. Dále se používá k čiření (piva, vína), jako stabilisátor nebo ochranný koloid. Potravinářské želatiny mají pevnost gelu 50 až 300 Bloom, vyjma speciálních aplikací jsou bezbarvé, bez látek upravující vůni, bez konservačních látek a dalších chemických additiv. Potravinářská želatina se v anglosaských zemích označuje symbolem GRAS (Generally Recognised as Safe). Funkční vlastnosti želatiny:  schopnost vázat vodu  pěnící schopnost  emulgační vlastnosti – 104 –  pojivo  elasticita  schopnost tvorby filmu  želatinace, tvorba thermo-reversibilního gelu  dobré sensorické vlastnosti (dobře se rozpouští v ústech, má neutrální chuť a vůni)  dobrá stravitelnost Průměrná charakteristika a složení potravinářských želatin: Želatina typu A pH Isoelektrický bod Pevnost gelu, Bloom (g) Viskosita (mPas) Vlhkost (%) Dusík (%) Tuky Cukry Popel (%) Energetická hodnota (kJ.100 g-1) (cal.100 g-1) Na (ppm) P (ppm) Fe (ppm) Pb (ppm) Zn (ppm) Ca (ppm) K (ppm) 3,8 – 5,5 7,0 – 9,0 50 – 300 15 – 75 9 – 12

16 0 0 0,3 – 2,0 1.680 360 300 – 700

1 2–6 0 – 0,002 1–2 60 – 120 75 – 175 Želatina typu B 5,0 – 7,5 4,7 – 5,4 50 – 300 20 – 75 9 – 12

16 0 0 0,5 – 2,0 1.680 360 2.000 – 5.000 – 5 – 25 0,03 – 0,07 2–8 800 – 100 280 – 380 – 105 – 3.3.1 Tradiční aplikace želatiny Přehled oblastí potravinářského průmyslu, v nichž se používá želatina s doporučeným hodnotami pevnosti gelu: % podíl želatiny ve výrobku Mléčné výrobky Zmrazené potraviny Deserty, zákusky „gumové“ medvídky „pěnové, našlehané“ bonbóny Výroba (tzv. marshmallows) cukrovinek kruhové arašídové bonbóny karamelové bonbóny oplatky Polevy a plniva Masné výrobky Čiření nápojů (víno, pivo, šťávy) 0,2 – 1,0 0,1 – 0,5 7–9 7–9 1,7 – 2,5 2 – 2,5 0,5 – 1,0 0,5 – 1,0 1–2 1–5 0,002 – 0,015 Pevnost gelu, Bloom (g) 150 – 250 225 – 250 175 – 275 200 – 275 225 – 275 225 – 250 50 – 100 50 – 100 225 – 250 175 – 275 100 – 200 Funkční vlastnosti želatiny a jejich potravinářské aplikace: Funkční vlastnost Tvorba gelu Tvorba pěny Ochranný koloid Pojidlo Čiřidlo Tvorba filmu Zahušťovadlo Emulgátor Stabilisátor Adhesivo Aplikace deserty, zákusky, masové přesnídávky, cukrářské výrobky, paštiky, polévky v sáčku, rosoly pěnové bonbóny, měkké cukrářské výrobky, nugáty, šlehané pěny a krémy, sněhové deserty cukrářské výrobky, polevy, zmrzliny, zmrazené deserty masové rolky, nakládaná masa, cukrářské výrobky, sýry a mléčné výrobky pivo, víno, ovocné šťávy, ocet povlaky na ovoce, maso práškové nápoje, bujony, omáčky, polévky, pudinky, rosoly, sirupy, mléčné výrobky krémové polévky, omáčky, masové pasty, šlehané krémy, cukrářské výrobky, mléčné výrobky krémové sýry, čokoládové mléko, jogurty, polevy, krémové náplně, zmrazené deserty připevnění oříšků k cukrářským výrobkům, ke spojování řezů, ke spojení polev s pečeným zbožím – 106 – Vlastnosti želatinových filmů s různými plastifikátory: Propustnost pro vodní páry (g/m2.den) [32 oC, 90% R.V.] vysoká: 2077 vysoká: 1690 vysoká: 2062 vyšší: 1364 vyšší: 1178 Teplotní snášenlivost při –23 oC křehký křehký křehký křehký křehký při 49 oC flexibilní flexibilní flexibilní flexibilní flexibilní Složení želatinového filmu Bez plastifikátoru + 2% glycerolu + 30% glycerolu + 2% propylenglykolu + 10% propylenglykolu Rozpustnost při 82 oC rozpustný rozpustný rozpustný rozpustný rozpustný 3.3.1.1 Výroba desertů, zákusků a cukrovinek V cukrářských aplikacích a při výrobě omáček se využívají gelo-tvorné vlastnosti želatiny. V USA je více než 50 % jedlé želatiny používáno při výrobě zákusků. Nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím vytvoření želatinového desertu je pH, které by se mělo udržovat mezi 3,0–3,5 aby byla dosažena přijatelná kyselost. Při výrobě různých zákusků se využívá pěno-tvorných a gelo-tvorných vlastností želatiny, schopnosti vytvořit tuhou fázi, která se pomalu rozpouští v ústech. Želatina slouží také jako stabilisátor a zahušťovadlo. Historie použití želatiny pro tyto účely sahá až do roku 1845, kdy bylo v U.S.A. patentováno použití na výrobu zákusků. V současné době se jen na území U.S.A. spotřebuje na tyto účely cca 50.000.000 kg želatiny za rok. Oblíbeným produktem jsou želatinové medvídky, které se vyrábějí litím směsi želatiny, cukru, glukosy, příchutí a barviv do rámů se škrobovou moučkou; po 3 až 5 dnech se vyklopí. Cukrovinky s přídavkem želatiny se v ústech rozpouštějí mnohem pomaleji a prodlužují tak sensorickou atraktivnost výrobku (déletrvající vůně, příjemný pocit) při jeho konsumaci. Při výrobě pěnových bonbónů (marshmallows) želatina snižuje povrchové napětí sirupu, v důsledku vyšší viskosity stabilizuje pěnu a zabraňuje krystalisaci cukrů. Želatina se dávkuje obvykle do 7 % podle požadované textury výrobku. Želatina také slouží k přípravě pěn – v tomto směru se vyrovná vaječné bílkovině. Při přípravě želatinové pěny se sol ochladí na 10 oC, čímž se dosáhne konsistence vaječného bílku, který se následně našlehá. Objem takto našlehané pěny je minimálně dvojnásobný objemu původního solu. Pěnotvorné vlastnosti se využívají při výrobě měkkých cukrářských – 107 – výrobků, které se připravují rozptýlením plynu uvnitř kapaliny a takto připravené pochoutky mají příjemně nadýchanou strukturu. Želatina se přidává také ke zmrazeným ovocným dortům. 3.3.1.2 Masné výrobky Želatinový roztok, do nějž se přidá antioxidant, se s úspěchem používá jako antioxidační povlak na polotovary z drůbežího masa. U takto ošetřených drůbežích plátků dochází k nižší oxidaci tuků v pokožce a v mase (pokles peroxidového čísla o 60 až 90 %). Vodný roztok želatiny se používá k ošetření uzenářských výrobků – např. párků, slaniny. Při sušení dochází ke tvorbě transparentního filmu, který chrání výrobek proti vzniku plísní, vykvétání solí, oxidaci a migraci tuků a také proti mechanickému poškození. Při výrobě uzeného masa po jeho ošetření povlakem z polyethylenglykolu a želatiny (poměr 4:1) byl u hotového výrobku po 7 denním skladování zaznamenán větší obsahu vlhkosti (o 15 až 21 %) ve srovnání s referenčními vzorky, u nichž tento povlak nebyl aplikován. Přídavek želatiny při výrobě masných výrobků (párky, konservovaná šunka, uzená šunka bez kosti, masové rosoly) zabrání ztrátám důležitých šťáv. Roztoky želatiny s přídavkem glycerinu nebo propylen-glykolu zabraňují ztrátám vlhkosti ze zmrazených kousků masa a vytékání šťávy z rozmrazených kousků masa. Vodný roztok želatiny (o minimální koncentraci 35 %), do nějž se namočí kousky masa či drůbeže, vytvoří ochranný film, který sníží absorpci oleje o 25 až 50 % při smažení. 3.3.1.3 Čiření nápojů Želatina se používá jako čiřící činidlo pro nápoje obsahující tannin (tříslovina), např. piva, vína a dalších. Princip čiření je založen na reakci želatiny s tříslovinou, při níž vznikají koaguláty či sedimenty, které se následně odstraní, např. filtrací. Čiření vyžaduje velmi malý přídavek želatiny (40 až 80 ppm). V praxi se postupuje tak, že se 1 až 3 % roztok želatiny nalije do nádrže, koagulát se nechá se usadit, poté se provede filtrace. – 108 – 3.3.1.4 Nutriční výrobky Želatinou je možné obohatit polévky. Želatina se používá také k částečné či úplné náhradě tuků a cukrů. Jako doplněk životně důležitých proteinů v lidské potravě se využívají želatinové hydrolysáty. Pomáhají obnovovat kloubní maz, působí preventivně při artrose a osteoporose. Velmi vhodné jsou jako doplněk potravy u lisí s vysokým stupněm namáhání kloubů a kostí (např. sportovci). Hydrolysou dohází u želatiny ke snížení molekulové hmotnosti, čímž se zvýší stravitelnost a využití aminokyselin v želatině obsažených. Hydrolýsou vyrázně omezí nebo zcela zničí schopnost želatiny tvořit gel – želatinové hydrolysáty jsou tak za studena dobře rozpustné ve vodě, čehož se využívá pro přípravu různých nápojů. Želatinový hydrolysát připravený enzymovým způsobem v kombinaci s kaseinovým hydrolysátem se používá při výrobě nutričně bohatých nápojů, polévek a také prostředků na redukční diety. 3.3.1.5 Mléčné výrobky U některých mléčných výrobků (např. jogurty) se želatina využívá k úpravám (ke zvýšení) viskosity a ke zlepšení soudržnosti fází. Používá se také úspěšně jako zahušťovadlo nízkotučných výrobků. Obdobně je tomu při výrobě šlehaných krémů – přídavkem želatiny se zvýší viskosita, zlepší se stabilita pěny a hladkost textury pěny. želatina udržuje žádoucí texturu ovoce. Roztoky želatiny se používají jako stabilisátory a ochranné koloidy zvyšující stálost a rovnoměrnost výrobků z emulsí, např. zmrzliny. Přídavkem želatiny se u výrobku během zmražení tvoří vzduchové bublinky, které zabraňují jeho smršťování. Zlepší se rovněž míchací schopnost materiálu. Přídavek želatiny je cca 0,5 %. Podobně je tomu u pěnivých nápojů. Při výrobě tavených sýrů se používá k dosažení lepší hladkosti povrchu, žádoucí textury, lesku a roztíratelnosti. V ovocných jogurtech – 109 – 3.3.1.6 Konservárenství Želatinovací schopnosti se využívá při úpravě ovocných a živočišných rosolů, rybích výrobků, aspiků, džemů a marmelád. Stejně je tomu při výrobě tlačenek, játrových konserv a jiných uzenářských výrobků. 3.3.1.7 Další aplikace V domácnostech se želatina používá především pro přípravu sladkých želé-desertů, sulců, tlačenek, krémů a dalších specialit. Potravinářská želatina se používá také v kosmetickém průmyslu k výrobě kosmetických přípravků k péči o pleť, ruce a nohy. Kůže na rukou se nejvíce poškozuje při práci. Alkalické roztoky mýdel a tensidů (např. při praní a mytí nádobí) odstraňují ochrannou kyselou bariéru, kterou je pokožka chráněna, a tak ji silně odmašťují. Kůže pak zhrubne, ztvrdne a často rozpraská. Do trhlin vnikají nečistoty a škodliviny. V těchto případech je vhodné ruce ošetřit kosmetickým mlékem nebo krémem na ruce, které pomohou obnovit kyselý ochranný povlak a dodají kůži potřebné tukové látky. Složení přípravku k péči o ruce obsahují také želatinu potravinářské čistoty. Příkladné složení takového přípravku a postup jeho přípravy je následující: V 90 g horké vody se rozpustí 3 až 4 g potravinářské želatiny a k teplému roztoku se přidá 10 g glycerolu, 0,5 g kyseliny borité a 2 g včelího medu rozpuštěného v 10 g vody. Ještě za tepla se plní do kelímků. Tento přípravek je vhodný pro denní péči o ruce. Želatina se také používá ke zvýšení stability emulsí voda-olej. Při výrobě žvýkaček se želatina používá k udržování vůně. 3.3.2 Mikroenkapsulace Želatina se v důsledku filmotvorných vlastností používá jako nosič (obalový materiál) k uchovávání aktivních potravních složek (barvy, vůně, oleje, vitaminy, koření, antioxidanty, minerální látky, ochucovadla). Mikrokapsule se připravují např. sprejovým sušením. Velikost mikrokapsulí se pohybuje nejčastěji v rozmezí 5–500 μm. Hlavním účelem mikroenkapsulace je zamaskovat nepříjemnou chuť, barvu nebo zápach a obecně zlepšit sensorické vlastnosti výrobku, jeho kvalitu a trvanlivost. Velký význam spočívá také – 110 – v tom, že mikroenkapsulované přísady jsou odolnější proti zvýšeným teplotám, kterým jsou vystaveny během tepelné úpravy. Aktivní substance tak neztrácejí svou barvu ani chuť. Spouštěcím mechanismem při uvolňování aktivní substance z mikrokapsule je především působení rozpouštědla. Typickým příkladem je přídavek vody do sušených nápojů nebo do sypkých směsí na přípravu těsta (koláčů, dortů, smažených výrobků atd.). Mikroenkapsulace se uplatňuje při výrobě instantních polévek, omáček, hotových jídel, pekařských výrobků, těstovin, cukrovinek, sušenek, žvýkaček, mléčných a masných výrobků. Příklady mikroenkapsulace v potravinářství: 1. Pekařství a) kyselina askorbová (vitamin C) – enkapsulovaná forma je chráněna před vodou a kyslíkem, které jsou v chlebu obsaženy a mohly by způsobit degradaci kyseliny b) skořice – používá se běžně jako přísada do některých pekařských výrobků a její jednorázový přídavek může způsobit problémy při kynutí těsta; pozvolným uvolňováním se ale tomuto problému dá předejít c) umělé sladidlo (aspartam) – enkapsulací se stane odolné proti vysokým teplotám a při pečení nedochází k jeho degradaci d) hydrogenuhličitan sodný (kypřící prostředek) – díky enkapsulaci je omezena možnost jeho reakce s vodou nebo s kyselinami e) chlorid sodný – enkapsulovaná forma redukuje shlukování, spékání, degradaci barvy, žluknutí a pomáhá kontrolovat absorpci vody a kynutí těsta 2. Citrusové oleje, vonné látky a koření Enkapsulované formy mentholu, peppermintu a spearmintu jsou odolné vůči degradaci, k níž dochází vlivem vysoké teploty, např. při mikrovlnném ohřevu. Mikroenkapsulovaná forma essenciálního oleje černého pepře vydrží o 6 měsíců déle než původní koření a na rozdíl od něj odolává náročným podmínkám, jímž je vystavena během zpracování potraviny; výrobek s enkapsulovaným černým pepřem obsahuje také méně bakterií a jeho chuť a kvalita je lepší. 3. Vitamíny a minerální látky Účelem mikroenkapsulace je hlavně zvýšit stabilitu těchto látek, které se přidávají do cereálních výrobků (corn flakes aj.), cukrářských výrobků, kojenecké výživy a dalších. – 111 – 4. Cukry a umělá sladidla Enkapsulované formy se používají např. do žvýkaček, kde se tato sladidla poté uvolňují pomaleji během žvýkání a vlivem vlhkosti v ústech. 5. Enkapsulace kyseliny citrónové do čaje Do čaje se ke zvýšení kyselosti přidává kyselina citrónová, přičemž jednorázový přídavek vede k reakci kyseliny s taninem a k odbarvení. Pozvolným uvolňováním se však tomuto problému lze vyhnout. 6. Maso a masné výrobky Do konservovaného masa, párků nebo suchých salámů se ke zlepšení chuti přidává kyselina mléčná a kyselina citrónová. Mikroenkapsulace těchto kyselin zabrání znehodnocení výrobku (překyselení masa, předčasné ztuhnutí). 7. Barviva Mikroenkapsulovaná barviva (β-karoten, kurkumám) mají prodlouženou životnost z cca šesti měsíců až na dva roky. Mimo to se zlepší se manipulace. 8. Výroba sýrů Při výrobě (zrání) sýrů se mirkokapsule používají pro řízené uvolňování specifických enzymů, specifických aromat. Výhodou je, že k tomuto uvolňování dochází ve specifickém okamžiku, změnou pH. 9. Výroba probiotických potravin Antibiotika (= proti životu) – ničí škodlivé bakterie, ale spolu s nimi i ty užitečné Probiotika (= pro život) – pomáhají udržet příznivou střevní mikroflóru a posilují obranyschopnost organismu. Probiotika jsou schopné stimulovat mechanismy imunitního systému, produkovat antimikrobiální substance a příznivě ovlivňovat metabolismus – produkce vitamínů, účinnost trávících procesů. Konsumací probiotických potravin nebo potravinových doplňků se posiluje posice užitečných mikroorganismů, které ve střevní sliznici bojují s nepříznivými mikroorganismy. To je obzvláště důležité při průjmových onemocněních či při užívání antibiotik. Přemnožení škodlivých bakterií, způsobujících poruchy imunitního systému, může býti způsobeno rovněž špatnou životosprávou či nedostatkem vlákniny ve stravě. Mezi probiotické potraviny řadíme např. sýry, jogurty, mražené krémy a majonesy s přídavkem živých bakterií mléčného kvašení (především laktobacilů, bifidobakterií a – 112 – streptokoků) nebo kvasinek. Problém spočívá v tom, že obsažené bakterie obtížně přežívají. Mikroenkapsulací jsou tyto bakteriální buňky chráněny (fysikální bariérou) před vnějšími podmínkami. 3.3.3 Filmotvorné vlastnosti želatiny Velmi významnou vlastností želatin je schopnost tvorby filmu. Želatinové filmy a povlaky se používají jako (jedlé) obalové materiály na ovoce, zeleninu, chlazené a mražené potraviny, na potravinové polotovary, na oříšky atd. Přídavkem změkčovadel o nízké molekulové hmotnosti se snižuje teplota tání (Tm) a teplota skelného přechodu (Tg) želatinových filmů. Mechanické vlastnosti filmů jsou výrazně ovlivněny způsobem jejich přípravy. Filmy získané odpařováním při vyšších teplotách (cca 60 oC) měly nižší pevnost v tahu a % prodloužení než filmy připravené získané odpařováním při nízkých teplotách s přídavkem plastifikátorů do 25 %. Příkladné schema přípravy želatinových filmů: Želatinový prášek 5g Voda 100 g Glycerol 0-50 % (na želatinu) Míchání v baňce na vakuové odparce při nízké rychlosti za mírného vakua, lázeň vakuové odparky naplněna směsí studené vody a ledu, 1 hodina (chlazení ledem po celou dobu) Míchání na vakuové odparce při nízké rychlosti za mírného vakua při 75 oC, 4 hod Lití zahřátého roztoku na horizontální desku (silikon, teflon apod.) Odpaření rozpouštědla za mírných podmínek (při teplotách do 40 oC) – 113 – 3.3.4 Omezení aplikací želatiny z živočišných zdrojů Některé židovské a muslimské náboženské oblasti stanovují pravidla pro konsumaci živočišných produktů. Pro tyto oblasti je důležité, aby na potravině bylo jednoznačně uvedeno, do které kategorie obalový materiál svým složením patří: živočišný produkt, rostlinný produkt, minerální produkt, syntetický produkt. Totéž se týká také vegetariánů, veganů, osob majících alergie na živočišné produkty či některých náboženských sekt (např. Adventisté 7 dne). Tato upozornění by měla být uváděna obzvláště u povlaků na ovoci a zelenině, u nichž naprostá většina konsumentů nepředpokládá podíl živočišných složek. – 114 – 3.4 Fotografický průmysl Klíčová slova emulsní želatiny fotografický průmysl neemulsní želatiny ochranná vrstva želatina Key words emulsion gelatin photographic industry non-emulsion gelatin protective layer gelatin Ve fotografickém průmyslu se želatiny používá jako základní složky emulsí, kterými se polévají fotografické filmy, papíry a desky. První zmínka o použití želatiny k tomuto účelu pochází z r. 1850, kdy A. L. Poiterin použil želatiny místo kolódia. Později provedli úspěšné pokusy se želatinou A. Gaudin v roce 1853, W. J. Harrison v roce 1868 a R. L. Maddox v roce 1871. U nás byla pokusná výroba fotografických materiálů zahájena v roce 1913 v Brně (Neobrom) a v roce 1916 v Praze (Fototyp). Tradičně se želatina používá ve fotografických emulsích cca od roku 1870 a je stále nejlepším substrátem pro fotografické emulse. Používá se hlavně želatina typu B (získaná alkalickou extrakcí). Želatina typu A (získaná kyselou extrakcí) má limitované použití na povrchové povlaky a na mezivrstvy. 3.4.1 Zdroje a dělení fotografických želatin Želatina se získává převážně z kostí, přičemž proces přípravy a extrakce surového materiálu je veden za přísně kontrolovaných podmínek vedoucích k želatině s požadovanými fotografickými vlastnostmi (citlivost, neutrálnost, minimální zákal). Inertní fotografická želatina tvoří také podkladní vrstvu barevných fotografických materiálů. Zabezpečuje dobré přilnutí celé emulse skládající se z několika vrstev (každá je citlivá na jednu ze základních barev) k podložce. Tvoří i ochranné vrstvičky citlivých vrstev. – 115 – Požadavky na fotografickou želatinu: Vlastnost Hodnota Vlhkost (%) 10,5 – 13,0 A Viskosita (mPas) 74 – 95 pH A 5,65 – 5,85 Pevnost gelu, Bloom (g) A 250 – 310 Absorbance při 420 nm A 0,0 – 0,158 Absorbance při 650 nm A 0,0 – 0,032 A platí pro 6,16 % roztok želatiny (w/v) při 40 oC Podle použití se fotografické želatiny dělí takto: 1. Emulsní želatiny a) Pozitivní emulse: brómostříbrné, chlórostříbrné, jódostříbrné, chlórobrómostříbrné. Emulzní pozitivní fotografické želatiny se dále dělí posle gradace na měkké (S), normální(N), kontrastní(C) a ultratvrdé (U). b) Negativní emulse: čpavkové, varové, hypersensibilované zlatem. 2. Neemulsní želatiny  používají se pro barytáž, pro zadní vrstvu (izolární), pro ochrannou vrstvu, pro povrchové klížení  mají mít dobré fysikální vlastnosti a mají být inertní Vhodně zvolená želatina působí jako ochranný koloid a umožňuje přípravu homogenních emulsí halogenidů stříbra v takové formě, že zůstanou ve velmi jemném rozptýlení na nosném podkladu. Želatiny se používá nejen pro fysikální vlastnosti, které způsobují náležitou hustotu i viskositu emulsí a konečnou odolnost citlivé vrstvy proti vnějším mechanickým vlivům, ale zvláště pro své speciální fotochemické vlastnosti, jako schopnost podporovat rychlost zrání a – 116 – dodávat materiálu náležitou citlivost. Fotochemické vlastnosti želatin jsou závislé na stopových látkách, které jsou v nich obsaženy. 3.4.2 Úprava vlastností fotografických želatin Fotochemický průmysl požaduje želatiny standardních fysikálních i fotochemických vlastností, což značně usnadňuje práci a bezprostřední použití želatiny pro výrobu určitého druhu fotografického materiálu s minimálním počtem změn a úprav procesu vaření emulse a jejího dalšího zpracování. Z hlediska výrobců želatin je tento zdánlivě jednoduchý požadavek jedním z největších problémů, protože záleží mnohdy na okolnostech, které jsou často mimo rámec jejich možností a vlivu. Např. jen zajištění plynulé dodávky vhodných a správně ošetřených surovin lze těžko dodržet, protože suroviny jsou různorodé, často nedostatečně vytříděné a upravené. Přesto však mohou výrobci želatin částečně zlepšit kvalitu vyráběných želatin vhodným a správným vedením technologického procesu, uplatněním praktických zkušeností, přidáním látek ovlivňujících fotochemické vlastnosti želatin a vzájemným mícháním vyrobených šarží. Fotochemické vlastnosti želatiny je možno zlepšit správným výběrem vhodných druhů surovin. Vhodné jsou hovězinové štípenky, zaječí nudle, teletinové štípenky a hlavy a kvalitní druhy kostí. Velký vliv na fotochemické vlastnosti má skutečnost, zda surovina byla opracována v kyselém nebo alkalickém prostředí, a rovněž důkladnost praní. Delší vápnění klihovek poskytuje želatiny s nižší citlivostí a s měkkou gradací. U kostních želatin se důkladnější vápnění projeví zvýšením rychlosti zrání a dobrým černáním. Důležitá je také kvalita používané vody. Obsah účinných stopových prvků lze upravit přídavkem vhodných chemikálií v množství asi 0,1 % z hmotnosti suché želatiny. Např. přídavkem peroxidu vodíku se oxidují aktivní látky a želatina se stává inertní, tj. dává emulse pomalu zrající, méně citlivé, s nepatrným sklonem k závoji, avšak s malým černáním. Přídavek redukčních látek (kysličník siřičitý, sirnatan) zvyšuje sensibilační účinek želatiny. Snížení závoje působí např. merkaptobenzthiazol (MBT). Požadavky každého výrobce fotografického materiálu jsou velmi přesné, a proto se fotografická želatina prodává většinou podle vzorků. Fotochemické závody si je vyzkoušejí a podle výsledků zkoušek kupují. Výrobce želatin musí mít proto k dispozici fotochemické – 117 – laboratoře, kde se zkoušejí fotochemické vlastnosti každé várky želatiny. Při objednávkách se často předepisuje druh, typ a třída požadované zásilky (např. u negativní fotografické želatiny podle ČSN 66 5910). Želatinárny mnohdy upravují vlastnosti fotografických želatin vzájemným smícháním jednotlivých vyrobených šarží v takovém poměru, aby vyhovovaly emulsní zkoušce a jejímu vyhodnocení. To dovoluje připravit velké dávky fotografické želatiny stejných vlastností, současně však požaduje nákladný sklad základních typů. Při přípravě stříbrných emulsí želatina plní funkci ochranného koloidu během srážení halogenidů stříbra. Složení a příprava fotografických emulsí je ošetřeno patenty, nicméně princip přípravy je následující. Nejprve je želatina rozpuštěna ve vodě a přidá se roztok halogenidů alkalického kovu (sodíku nebo draslíku). Poté se za stálého míchání po malých dávkách přidá roztok dusičnanu stříbrného. Směs se zahřeje na danou teplotu (až 50 oC) a po určitou dobu se při této teplotě míchá. Nakonec se přidá další želatina a voda a směs se upraví na požadovanou viskositu. Proces se reguluje tak, aby se získala požadovaná velikost zrn halogenidů stríbra. Takto připravenou emulsí se poté potahuje film, papír, kov či sklo. – 118 – 3.5 Humánní medicína Klíčová slova kosmetologie lékařství želatina Key words cosmetics medicine gelatin Želatina se s úspěchem používá k prevenci vzniku kloubních onemocnění (zejména kolenních a kyčelních kloubů) a osteoporosy. Na trhu jsou želatinové přípravky, přičemž některé z nich byly vyvinuty ve spolupráci s profesionálními sportovci. Velmi rozšířené jsou také aplikace želatiny pro přípravu biomateriálů pro injekční aplikace v kostní chirurgii. Lékařské studie prokázaly účinek želatiny při léčení nemocí pojivových tkání – např. revmatická artritida. Samostatně nebo v kombinaci s lipidy se želatina užívá na výrobu přípravků (houby, polštářky) zastavujících krvácení. Želatina se také využívá v kosmetologii k výrobě mastí, k přípravě emulsí, dále je vhodná pro stabilisaci krémů. V roce 1973 firma Cooperman and Johnson uvedla na trh šampóny a přípravky na ošetřování vlasů, jejichž součástí byl hydrolysát želatiny, který má positivní účinky na zesílení vlasů. – 119 – 3.6 Technické aplikace Klíčová slova adhesiva brusné papíry dekorační předměty ochranné koloidy povlaky, nátěry želatina Key words adhesives abrasive papers decoration items protective colloids coatings gelatin Technická želatina se od fotografické, potravinářské a farmaceutické želatiny liší tím, že na ni nejsou stanoveny tak přísná kritéria kvality. Technická želatina vzniká vlastně jako vedlejší výrobek při výrobě jedlé, fotografické a farmaceutické želatiny. Výrobky, které nevyhovují potřebám potravinářského, fotografického nebo farmaceutického průmyslu, se zařazují mezi technické želatiny. Technické želatiny se obvykle vyrábějí ve třech druzích s označením: T I, T II, T III.. Používá se jak želatina typu A, tak typu B. V mnoha aspektech je podobná jedlé želatině. Technická želatina má barvu žlutou až světle hnědou. Vyrábí se ve formě zrn, perliček nebo šupinek (viz např. ČSN 66 8526). Nejčastěji je dodávána v zrnité konsistenci s nepravidelnou velikostí zrn: drcená (průměr zrn cca 1,5–2,5 mm) a nedrcená (průměr zrn cca 3,5–4,5 mm). Některé charakteristiky technické želatiny: Pevnost gelu A, Bloom (g) Vlhkost (%) Viskosita A (mPas) A 12,5% roztok 170 – 280 max. 16 45 – 130 – 120 – Uplatnění technické želatiny v praxi je velmi rozmanité a příklady některých aplikací jsou uvedeny níže: Povlaky a nátěry – želatina se používá k ošetření osnovy při výrobě acetátových a hedvábných tkanin. Želatina dodává osnově pevnost a odolnost proti obrušování. K těmto aplikacím se želatina výborně hodí vzhledem ke své výborné rozpustnosti a pevnosti filmu. V praxi se připraví vodný roztok želatiny spolu s dalšími přísadami (oleje, plastifikátory, přípravky proti pěnění), který se aplikuje před tkaním a po tkaní se odstraní horkou vodou. Výroba papíru – při výrobě papíru se želatina používá k nanesení finišového povlaku na papír. Želatina vyplní drobné rýhy, nerovnosti, čímž se dosáhne kvalitního povrchu papíru a zlepší se reprodukce při tisku. Zvýší se rovněž pevnost papíru a jeho odolnost proti vlhkosti. Příklady použití: postery, hrací karty, tapety, kvalitní časopisy apod. Tiskařství – některé tiskařské techniky využívají účinku světla na želatinový film, u něhož byla zvýšena citlivost na světlo jeho opracováním roztokrm dvojchromanu amonného nebo draselného. Flokulace, čiření – technická želatina se používá k odstraňování velmi malých částeček, které nelze separovat usazením nebo filtrací. Želatina se absorbuje na povrch částeček za vzniku koagulátů, které je možné separovat usazením nebo filtrací. Koloidních vlastností roztoků želatin se využívá v analytické chemii jako ochranného koloidu a činidla. Výroba zápalek – želatina slouží jako pojivo pro chemikálie, z jejichž směsi se připravují hlavičky zápalek. Významná je také povrchová aktivita (smáčecí schopnost) želatiny, neboť pŕovitost hlavičky zápalky je velmi důležitá při zážehu. Brusné papíry – želatina slouží ke spojení abrasivních částeček s podkladovým materiálem (papír). Při výrobě brusných papírů se postupuje tak, že se papír nejdříve opatří povlakem z koncentrovaného roztoku želatiny a poté se rozpráší abrasivum (písek) o definované velikosti částic. Nakonec následuje sušení a síťování. Podobně se připravují brusné kotouče a pásy. Lepidla – i když se za poslední roky podíl želatinových adhesiv snížil ve prospěch syntheticky založených adhesiv, v některých aplikacích se želatina používá vzhledem ke své biodegradabilitě. Příkladem je vázání telefonních seznamů, nebo výroba obalů na knihy. – 121 – Želatinové lepidlo ve formě 2 %-ního až 3 %-ního vodného roztoku dobře lepí celofán a sklo. Spoje jsou čiré (transparentní). Světelné filtry – z želatiny je možné připravit různobarevné filtry, které se používají při osvětlování scén v divadlech či fotoateliérech. Dekorační výrobky – výroba umělých květin, ovoce, ozdobných předmětů, umělé bižuterie a různých fólií. Antikorosní nátěry – ochranné nátěry, např. pro dopravu strojů. Aplikace v metalurgii jako inhibitory korose – jako přídavek do lázní při elektrolytickém galvanickém nanášení některých kovů. Dále při přípravě čistících prostředků na kovy. Koželužský a textilní průmysl – dohotovování některých výrobků, k přípravě apretur a šlicht, k lepení usní (např. řemenů) apod. Povrchová vrstva typografických válců (měkčená glycerinem) – pro nanášení barvy na písmena tiskařských strojů. Ochranný povlak umělých střev vyrobených z papíru, přičemž fixace se provádí formalínem. Metalurgie – želatina se přidává do elektrolytů, aby se vyčistil zinek a kadmium, což umožní výrobu vysoce vyčistěných kovů. Plastifikátor při výrobě plastů – 122 – 4. PRŮMYSLOVÉ APLIKACE KLIHŮ Klíčová slova dřevařský průmysl chemický průmysl klih papírenský průmysl stavebnictví textilní průmysl Key words wood industry chemical industry glue paper-making industry building industry textile industry Celosvětová produkce klihů je cca 200.000 tun/rok. 4.1 Rozdělení klihů První zmínky o obchodní výrobě živočišných klihů a želatin pocházejí z Holandska a Anglie (1690-1700). Podle použitých surovin se rozeznávají klihy: a) kožní b) kostní c) usňový d) rybí e) smíšený U nás se vyrábí hlavně klih kožní a kostní. Kožní klih se vyrábí v několika druzích (viz např. ČSN 66 8521) ve tvaru perliček, drolků, šupinek a mletý. Barva suchého kožního klihu je žlutá až tmavě hnědá, zápach je charakteristický. Kostní klih se vyrábí jen v jedné jakosti a dodává se v těchto formách:  A – drolky  B – perličky  C – prášek = mletý klih  D – tabulky – 123 – kožní klih kostní klih 4.2 Použití klihů 1. Dřevařský průmysl Jedním z největších spotřebitelů klihů je průmysl pro zpracování dřeva, kde se ho používá k lepení při výrobě nábytku. Kvalitních, středně viskózních klihů se používá při výrobě rámů na obrazy a lišt pro tapety. Základní křídový nátěr, kterým se opatřuje dřevěná část, se připravuje se zinkové běloby (kysličník zinečnatý) a litoponu (směs síranu barnatého a sirníku zinečnatého) s přidáním potřebného množství klihu. Po zaschnutí se dobře přiléhající vrstva natírá, bronzuje a zlatí. 2. Textilní průmysl Velké množství klihu spotřebuje textilní průmysl. Z klihu se připravují apretury a šlichty pro tkaní a dohotovování výrobků. Nejčastěji se zde používá kožních klihů, klihů chrómových a kvalitních klihů kostních. Klih se zde uplatňuje nejen pro svou lepicí schopnost, ale působí také jako ochranný koloid. Klihu se používá také při výrobě krejčovské vaty, k vyztužování textilu pro čalounické účely apod. 3. Sirkárenský průmysl Značné množství vysokoviskózních klihů se zpracovává v sirkárenském průmyslu při výrobě zápalek. Dřívka upevněná v sirkárenském stroji se ponořují do hmoty, která po ztuhnutí utvoří hlavičku. U kožního klihu jsou k tomuto účelu dovolena konzervovadla, která – 124 – nemají vliv na jeho vlastnosti, jako pH, viskozitu a bod tání (např. ČSN 66 8520). Kostní klih není pro svůj kyselý charakter vhodný, protože rozkládá zápalnou hmotu. 4. Papírenský průmysl Papírenský průmysl je dalším velkým spotřebitelem klihů. Používá se jich ke klížení papíru jako náhrady za pryskyřice. Přídavek roztoku živočišného klihu do papíroviny před papírenským strojem způsobuje koagulaci kaolínové suspense a zvyšuje tak retenci kaolínu. Přídavek klihu způsobuje i zvýšení plošné váhy papíru a napomáhá jeho zhutnění. Při výrobě fotografických papírů se nejdříve nanáší vrstva síranu barnatého smíchaná s klihem (barytování, půdování) a na tuto vrstvu se nanáší vrstva citlivá na světlo. Tím se zabrání pronikání emulse dovnitř papíru. Používá se k tomu kožních klihů, které jsou neutrální, vyžaduje se vysoká viskosita, světlost a naprostá čirost klihu. 5. Brusná plátna Vysokoviskózní klihy požadují výrobci brusných smirkových pláten, papírů, kotoučů atd.. Mletý smirek nebo sklo se upevňuje na podkladu v tenké vrstvě klihu. Vyrábějí se silikopapíry pro strojní broušení kůží, nábytku a tmelů, pazourkový papír pro ruční broušení dřeva, rubínový a korundový papír pro strojní broušení dřeva, vodovzdorný papír pro ruční broušení tmelů a laků (auta), korundový kepr pro ruční a strojní broušení kovů atd. 6. Chemický průmysl, adhesiva Velké množství klihů spotřebuje chemický průmysl při výrobě různých lepicích směsí. Klihy slouží také jako přísada při výrobě barev, jako pojidlo při výrobě umělých hmot, při výrobě isolačních desek pro stavební účely, pro výrobu klihových přísad do gumárenských směsí atd. Na výrobu lepicích pásek se používá klihu místo arabské gumy a rostlinných lepidel. Ve velké míře se ho používá hlavně při výrobě lepicích obalových pásek. V evropských zemích se pro tento účel spotřebuje cca 20 % celkové spotřeby klihu. Zpravidla se při přípravě lepivé složky používá směsi kožního a kostního klihu ve vhodném poměru. Kožní klih podporuje pevnost lepení a kostní klih urychluje adhesi. K lepivé směsi se přidávají látky pro zvýšení lepivosti, úpravu pH, zvýšení elastičnosti a odstranění charakteristického zápachu klihů. Pro lepení mastných a voskovaných papírů se používá klihových lepidel s přídavkem rozpouštědla, např. benzenu, toluenu nebo xylenu. – 125 – Kostních klihů se často používá jako přísady do barev pro malíře pokojů. K tomu se hodí tekuté klihy, které se nemusí stále ohřívat. Směsi klihu, parafinu a ceresínu slouží jako tzv. lubrikační lázně pro povrchovou úpravu skleněných vláken před tkaním. 7. Stavebnictví Stavebnictví vyžaduje vodovzdorná lepidla. Spojují se okna, dveře, nosníky a jiná zařízení vystavená klimatickým vlivům. Čím je dřevo hutnější (ořech, dub), tím jsou lepené spoje pevnější. Optimální vlhkost dřeva při lepení je 8 až 12 %. Nejlépe se lepí dřeva s dokonale hladkým povrchem. Lisovací tlak je 0,3 až 2,5 MPa (3 až 25 kp/cm2). K lepení dřeva se hodí klih kožní i kostní. – 126 – 5. ZPŮSOBY VYUŽITÍ KERATINU Klíčová slova čalounictví kartáče keratin keratinové filmy keratinové hydrolysáty peří plsti vlna zvířecí srst Key words upholstery brushes keratin keratin films keratin hydrolysates feathers felt fleece animal hair Keratiny se od ostatních proteinů (kolagen, hedvábí atd.) odlišují tím, že mají vysoký obsah cysteinu. Molekulová hmotnost keratinu se pohybuje od 10.000 do 70.000 kDa (záleží na zdroji). Keratiny se vyskytují především jako odpady masného, popř. koželužského průmyslu. Tyto odpady se třídí a dodávají se k dalšímu zpracování. Jedná se např. o peří, štětiny a srst, koňské žíně a hřívy, rohy, kopyta, vlnu atd. Ve vlně tvoří keratiny hlavní složku – 30 až 60 % – hmotnosti vlákna. 5.1 Molekulární charakteristika keratinů Keratin patří mezi fibrilární (vláknité) proteiny se silně protáhlými molekulami, jejichž sekundární struktura má dominantní charakter. Keratin je biologický útvar složený z řady vzájemně se lišících bílkovin. Společným znakem těchto bílkovin je nerozpustnost ve vodě, odolnost proti působení proteolytických enzymů a přítomnost příčných vazeb disulfidického typu. K typickým aminokyselinám patří cystin, cystein a methionin. Tyto aminokyseliny obsahují ve své molekule síru. Obsah síry se pohybuje od 2 do 5 % (na sušinu). Dalším typickým znakem aminokyselinového složení keratinů jsou poměrně vysoký obsah argininu (6–11 %), nízký obsah histidinu (0,6–1,5 %), střední množství lysinu a přítomnost tryptofanu. Keratiny obsahují poměrně velké množství hydroxyaminokyselin – serinu a threoninu a kyselin asparagové a glutamové. Polovina karboxylových skupin je ve formě amidů. Vzhledem k tomu, že jsou keratiny složeny z mnoha aminokyselin, jsou schopné reagovat s mnoha chemickými látkami. AMK složení se stanovuje po úplné hydrolýse keratinu v 6 N HCl při 120 oC po dobu 6 hod. – 127 – Keratin se vyskytuje u všech vyšších obratlovců. α-formy keratinu se vyskytují u savců, β-formy keratinu u plazů a ptáků. α-keratin je bohatý na cysteinové zbytky, které spojují příčnými vazbami sousední polypeptidové řetězce. Tím jsou vysvětleny jeho dvě nejdůležitější biologické vlastnosti, nerozpustnost a pevnost v ohybu. α-keratiny jsou buď tvrdé nebo měkké, podle toho, zda mají vysoký nebo nízký obsah síry. Tvrdé keratiny vlasů, rohoviny a nehtů jsou méně pružné než měkké keratiny kůže a mozolů, protože disulfidové vazby odolávají deformačním silám. 5.2 Keratinové filmy Keratinové filmy se připravují oxidací redukovaných forem keratinu. 5.2.1 Příprava redukovaného keratinu Redukovaný keratin je výhodné připravit 2-stupňovým rozkladem za použití proteolytického enzymu: a) v 1. stupni je keratinový materiál předzpracován za vhodných podmínek (redukční činidlo, teplota, doba) b) ve 2. stupni přídavkem proteolytického enzymu nastává rozklad Blokové schéma zpracování keratinového odpadu na keratinový hydrolysát je znázorněno na obrázku. Mezi prvním a druhým stupněm zpracování je možné alternativně zařadit filtraci, při níž se separuje roztok redukčního činidla a po následném proplachu předzpracovaného keratinového materiálu vodou se ve druhém stupni pracuje pouze ve slabě alkalickém vodném prostředí za použití enzymu. Tato metoda má výhodu v tom, že roztok redukčního činidla je možné použít opakovaně a že není nutné redukční činidlo z keratinového hydrolysátu odstraňovat (např. dialýsou). Nevýhoda spočívá v nižší výtěžnosti keratinového hydrolysátu. – 128 – Keratinový odpad Desintegrace, praní Odtučnění, sušení 2. stupeň zpracování = rozklad (proteolytický enzym) Filtrace 1. stupeň zpracování = otevření struktury (redukční činidlo) Nerozložený podíl Filtrace Keratinový hydrolysát Blokové schéma zpracování keratinového odpadu na keratinový hydrolysát. 5.2.2 Příprava keratinových filmů Vodné roztoky redukovaných keratinů o koncentraci 2,1 % (w/w) se smíchají s glycerinem (50 %, w/w proteinu). Tento roztok se vylije na hladkou plochu – např. na PP desku a nechá se vysušit v exsikátoru nad vysušeným silikagelem za pokojové teploty. Vysušené filmy se poté zahřejí na 15 minut při 80 oC a sloupnou se z desky. K usnadnění separace filmu od podložky se podložka s vytvořeným filmem ponoří do vody. V případě potřeby se filmy ještě propláchnou vodou a nechají se vysušit při pokojové teplotě. Proces přípravy keratinového filmu z vodného roztoku redukovaného keratinu: – 129 – Kousky keratinového filmu sloupnuté z desky: Podle patentových technologií je možné filmy připravovat i extrusí (thermoplastifikací) keratinu, respektive směsi keratinu a pšeničného glutenu obsahující další additiva (plastifikátory). 5.2.3 Vlastnosti keratinových filmů Filmy se vyznačují hladkým povrchem a hustě zesíťovanou strukturou, jsou transparentní. Bobtnají ve vodě a mohou zvětšit svoji délku až o 50 %. Ve vroucí vodě se smrštují. Zahříváním ve vodném roztoku 2-merkaptoethanolu se filmy rozpadají na menší fragmenty nebo se rozpouštějí především kvůli štěpení disulfidických vazeb. Při zahřívání filmů za vysokých teplot dochází k tání přibližně kolem 250 oC. Při DSC analýse se tento jev projeví výrazným endotermním píkem, který je způsoben táním či rozkladem β-struktury keratinových filmů. Při vyšších teplotách pak nastává rozklad. Keratinové filmy vykazují menší propustnost pro vodní páry a plyny než kolagenové filmy zesíťované glutaraldehydem. Se zvyšující se molekulovou hmotností permeujících látek propustnost klesá. Keratinové filmy jsou biologicky rozložitelné. Při hydrolýse filmů trypsinem (z hovězího pankreasu) při 37 oC a pH 7,6 se za 20 týdnů rozložilo 55 % filmu. Fysikální vlastnosti keratinových filmů: Vlastnost Pevnost v tahu (MPa) Protažení při přetržení (%) Youngův moful (MPa) Obsah vody (%) Bobtnání v délce (%) Film Film tloušťka 40 μm, RV=65% tloušťka 33 μm, RV=85% 11 5 32 42 250 88 9 12 140 140 – 130 – 5.2.4 Aplikace keratinových filmů a hydrolysátů Vodné roztoky redukovaného keratinu se používají pro přípravu obalových materiálů pro mikrokapsule. Enkapsulují se zejména barviva, ochucovadla, vůně, léčiva, oleje, tuky. Enakpsulovaná substance si zachovává svoji aktivitu po delší dobu a je možné regulovat její uvolňování na specifickém místě. V praxi se mikrokapsule připravují nejčastěji ultrazvukovou vibrací. Proces mikroenkapsulace zahrnuje emulsifikaci a chemické síťování proteinových molekul. Předpokládá se, že se na síťování podílejí zejména disulfidické vazby mezi cysteinovými zbytky proteinu. Postupuje se takto: Připraví se směs vodného roztoku redukovaného keratinu (1,8 %), organického rozpouštědla (50 %) a enkapsulované látky. Jako rozpouštědlo se osvědčil toluen, xylen či isopropylfenol. Do směsi se ponoří ultrazvuková sonda a 3 min při 22 oC probíhá sonifikace. Vzniklá suspense se odstředí (1000 ot.min-1, 15 min). Separuje se horní vrstva obsahující mikrokapsule a několikrát se propere vodou (vodou a odstředí se) až je vodná fáze téměř čistá. Účinnost enkapsulace je více než 95 %, velikost mikrokapsulí je 6–10 μm a tloušťka stěny 0,05–1 μm. Keratinové mikrokapsule ztrácejí svůj tvar při zahřívání ve zředěných vodných roztocích 2-merkaptoethanolu (štěpení –S–S– vazeb). Keratinové hydrolysáty jsou vhodné jako povlaky a obaly na maso, drůbež a ryby. Hydrolysáty keratinu se dále používají při výrobě kosmetických přípravků. 5.3 Využití zvířecí srsti Ke zpracování se používají tyto druhy zvířecí srsti: hovězí srst, telecí srst, ovčí vlna, kozí srst, zaječí a králičí srst, vepřové štětiny, srst ze spárkaté zvěře. Kozí srst tvoří velkou část koželužských odpadních chlupů a používá na výrobu technických plstí. Zaječí srst je jednou z nejcennějších surovin pro výrobu vysoce kvalitních plstí. Tloušťka a délka srsti závisí na podmínkách, v nichž zvířata žijí. Používá se v kloboučnictví. Srst divokých zajíců je kvalitnější než srst domácích králíků. Srst získaná z odřezků se používá při výrobě plsti, v čalounictví. – 131 – Srst ze spárkaté zvěře – jelení, srnčí, daňčí a mufloní – odpadá při jirchářském zpracování. Její výskyt není veliký. Této srsti se používá hlavně v čalounictví. Ovčí vlna je považována za jednu z nejcennějších koželužských srstí. Tato srst je hrubá, nestejnorodá, obsahuje mnoho dlouhých a hrubých chlupů i krátkou a jemnou podsadu. Ovčí vlnu lze výborně spřádat, plstit a valchovat. Stupeň těchto vlastností závisí především na kvalitě srsti. Čím je srst jemnější a čím více drobných zvlnění má vlas na jednotku délky, tím je lepší pro zpracování. Z tohoto hlediska je nejlepší vlna z ovcí druhu merino a kříženců, která má stejnou délku a je jemná. Ovčí srst slouží na výrobu nejjakostnějších plstěných výrobků a lepší druhy na výrobu česané vlněné příze. Ovčí vlna je nejvýznamnější textilní vlákno živočišného původu. K oděvním účelům se využívá již několik tisíc let. Vlna na ovcích tvoří souvislou vrstvu, která se nazývá rouno. Stříháním živých ovcí se získává tzv. střižní vlna. Rouno nemá všude stejnou kvalitu. Nejkvalitnější vlna je na lopatkách a bocích ovce, střední jakost má vlna z hřbetu, nejméně hodnotná je vlna na nohou, ocasu a hlavě na těch míctech, kde roste hrubá krycí srst. Nutriční hodnotu peří lze využít jako zdroj krmiva pro dobytek. Pokrok v enzymové technologii nabízí významný prostor pro využití takto biologicky přeměněného peří. Keratinový odpad znečišťujícího životní prostředí se může použít k přípravě na bílkoviny bohaté přísady do krmiv pro dobytek. Vepřové štětiny se získávají pařením vepřových kůží a odštětinováním na strojích nebo při loužení kůží. Z jednoho vepře je až 180 g štětin. V bubnové pračce se zbaví nečistot, odstředí se a suší při teplotě 60–70 C. Používají se v kartáčnické výrobě. Koňské hřívy a žíně se sestřihují těsně u kůže a třídí se podle délky. Používají se jako výplňový materiál v kartáčnictví. Na jatkách se těží srst a chlupy z ušních boltců krav, které se používají na výrobu malířských štětců. Mezi nejčastěji získávanou rohovinu patří hovězí rohy. Ty se paří v duplikátorové vaně při 80 C po dobu 15 minut. Pomocí kleští se oddělí vnitřek dužiny neboli rohové lůžko od samotné rohoviny, tzv. rohového toulce. Tento proces se nazývá vytloukání. Paznehty (nožiny zbavené šlach) se paří a rohovina se také vytluče. Získává se také tuk, tzv. paznehtový olej. Vytlučená rohovina z koňských kopyt se pro další zpracování suší na 24 % obsah vlhkosti. Rohovina se používá k výrobě uměleckých a řezbářských výrobků podobně jako slonovina. Odpad z rohoviny se v asanačních podnicích zpracovává hydrolýsou za zvýšené teploty na krmný hydrolysát. Rozemletím rohoviny se vyrábí moučka a používá se jako hnojivo. – 132 – 6. ZPŮSOBY VYUŽITÍ KASEINU A SYROVÁTKY Klíčová slova kasein kaseinové filmy kaseinové fólie syrovátka syrovátkový protein Key words casein casein films casein foils whey whey protein Celkový obsah bílkovin v mléce je cca 33 až 35 g.l-1. Množství se mění v závislosti na stupni laktace a ročním období. Mléko obsahuje dvě hlavní bílkoviny, kasein (cca 80 %) a syrovátku (cca 20 %). Sušené proteinové mléčné koncentráty či isoláty mají výbornou nutriční hodnotu, a proto jsou vyhledávaným potravním doplňkem. Mají také výborné fysikálně-chemické a funkční vlastnosti (váží a emulgují tuk, váží a pohlcují vodu, a proto se také využívají k regulaci texturních a rheologických vlastností potravinářských výrobků, dále přispívají k lepší stabilitě výrobku a lepším sensorickým vlastnostem. kasein syrovátka 6.1 Kasein Kasein je po chemické stránce fosfoprotein (obsahujíce cca 0,85 % P), který se sráží při pH 4,6 (při teplotě 30 oC) a po strukturální stránce je to globulární bílkovina tvořená otevřenými náhodně svinutými klubky. V isolelektrickém bodě je tedy nerozpustný. Molekulová hmotnost koloidních asociálů (micel) kaseinu je cca 100.000 kDa. Na stabilisaci micelové struktury se podílejí nevazbné interakce – H-můstky, hydrofobní interakce a elektrostatické interakce. Kasein je bohatý na essenciální aminokyselinu lysin, která v rostlinných proteinech chybí. Kasein není homogenní protein. Vyskytuje se v mléce ve – 133 – formě micel ve čtyřech typech (α1, α2, β a К) spolu s koloidním fosfátem Ca. Jejich molekulová hmotnost se pohybuje od 19 do 25 kDa. Kasein se získává: a) kyselým způsobem – okyselením mléka na pH 4,6 při 30 oC (tzv. kyselý kasein) b) syřidlem (enzymový přípravek ze žaludků telat) (tzv. sladký kasein) Vysrážený kasein se oddělí od zbylé syrovátky odstředěním. Kasein nemá sekundární a terciární strukturu, protože vysoký obsah prolinu, který způsobuje rozpad α-spirály i β-skládaných listů. Zůstává otevřená, flexibilní a mobilní konformace – statistické klubko. Zpracováním kysele vysráženého kaseinu v alkalických roztocích vznikají tzv. kaseináty. V praxi se postupuje tak, že se kasein disperguje ve vodě a přídavkem alkálie se upraví pH na 6,5 až 7,0. Nejrozšířenější je kaseinát sodný. Další kaseináty jsou: K, Ca, Mg či NH4. Z roztoku se dají připravit filmy litím nebo stříkáním. Filmy jsou transparentní a ohebné. 6.1.1 Aplikace kaseinu v potravinářském průmyslu Mléčné proteiny (kasein, syrovátka a kaseináty) velmi dobře emulgují tuky, čehož se využívá v mnoha aplikacích potravinářského průmyslu: Pekárenství Mléčný protein Kasein Kasein se zvýšeným obsahem AMK lysinu Sladký kasein Kyselý kasien Kaseinát Na Použití cereálie, chléb, sušenky cereálie sušenky, keksy, jemné pečivo náhrada odtučněného sušeného mléka zmražené pečené koláče, náplně do buchet a koláčů Vlastnosti ● nutriční doplněk ● nutriční doplněk ● regulace textury ● zlepšení vzhledu ● zlepšení struktury výrobku (např. koblihy) ● stabilisátor ● enkapsulace tuků ● nutriční doplněk – 134 – Mléčné výrobky Mezi významné funkční vlastnosti kaseinu v těchto aplikacích patří především schopnost vázat vodu, emulgovat tuk a zlepšovat texturu. Mléčný protein Použití Vlastnosti ● emulgátor tuku ● bělidko ● dodání žádoucího tvaru ● redukuje koagulaci smetany v horkém roztoku kávy ● prodloužení doby trvanlivosti ● regulace konsistence ● stabilisátor ● nahrazuje mléko tam, kde je třeba vyloučit laktosu (osoby na ni alergické) ● emulgátor tuku ● dodání žádoucí textury Kaseinát Na smetana do kávy Kaseinát Na Kaseináty (ovocné) jogurty náhrada mléka Sladký kasien tavené sýry náhražky mozarelly Nápoje Při výrobě nápojů se využívají se funkční vlastnosti kaseinu – schopnost tvorby pěny, emulgace tuku a stabilisátor. Mléčný protein Kaseinát Na Použití Vlastnosti Kaseinát Na Kasein Kaseinát Na smetanové likéry ● emulgátor tuku (ethanol+cukr+smetana) ● stabilisátort ● tvorba pěny jablečné šťávy ● odbarvovací prostředek ● čiření víno, pivo ● odbarvovací prostředek ● omezení svíravosti ● čiření (odstranění tříslovin a fenolických bílé víno sloučenin) ● odbarvovací prostředek Dietní a lékařské aplikace Kasein/kaseináty se významně užívají k výrobě dietních přípravků pro nemocné, pro lidi v rekonvalescenci, pro podvyživené děti či pro osoby na redukčních dietách. Kaseiny se přidávají do zvláštních výživ pro sportovce a pro astronauty, také pro pacienty s rakovinou či chudokrevností. Hydrolysáty mléčných proteinů se využívají jako nitrožilní výživa pro pacienty trpící poruchou metabolismu bílkovin, střevními poruchami či pro osoby po operačních zákrocích. – 135 – Kaseinové hydrolysáty se používají ve specielních výživách pro nedonošené děti a pro děti trpící různými střevními poruchami. Cukrářství Kaseiny se používají např. při výrobě karamelů – při zahřívání tvoří pevné a pružné struktury a přispívají k vyšší vaznosti vody a usnadňují emulgaci. Mléčný protein čokolády cukroviny Použití Vlastnosti ● nutriční doplněk ● zvýšená stabilita při skladování ● zlepšení textury ● lepší sensorické vlastnosti (vůně, pocit v ústech) ● pěnotvorné ● stabilita při tepelném zpracování ● barvená změna (hnědnutí) Kaseinát Na Hydrolysát kaseinu „pěnové“ bonbóny (marshmallow) nugáty Zmrazené / dehydrované potraviny Kaseináty se používají jako emulgátory a regulátory viskosity. Zlepšují také texturu a napomáhají udržení přirozeného aroma potravin zpracovávaných v mikrovlnné troubě. Mleté masné výrobky Při výrobě párků, klobás se využívají se tyto vlastnosti kaseinu – schopnost vázat vodu (tvořit gely), emulgovat tuk, nutriční hodnota. Těstoviny Kasein/kaseináty se mohou přidávat do těsta – zlepšují texturu a nutriční hodnotu. Deserty, zmrzlina, zmrazené pudingy, šlehané pěny Přidává se většinou kaseinát Na – ke zlepšení textury, jako stabilisátor, emulgátor. Poznámka: Využívají se také jako složka krmiv, při výrobě bioplastů a lepidel. – 136 – 6.1.2 Kaseinové filmy Otevřené sekundární struktura kaseinu umožňuje připravit film, jehož meziřetězová kohese je stabilisována vodíkovými, elektrostatickými a hydrofobními vazbami. Filmy se mohou tvořit dvěma způsoby: a) litím roztoku kaseinu na hladkou plochu a následným vysušením (papírenský způsob) b) extrusí kaseinového roztoku (17 %) do koagulační lázně roztoku NaOH a následným vytvrzením (aldehydy), promytím a vysušením. pH roztoku výrazně ovlivňuje vlastnosti filmů. Takto připravené filmy mají podobné vlastnosti (pevnost v tahu, prodloužení, propustnost pro vodní páry), jako filmy připravené litím. Vlastnosti filmů lze ovlivnit, mimo změny pH při zpracování, rovněž rychlostí sušení a přídavkem funkčních additiv (síťovadel, plastifikátorů). K síťování se používají chemické látky (aldehydy), enzymy (transglutaminasy) a byly vyzkoušeny také fysikální metody (záření). Mechanickou energií lze zlepšit meziřetězcové interakce a vylepšit tak mechanické a bariérové vlastnosti filmu. Byl vyzkoušen např. ultrazvuk, který zmenšuje částečky polymeru a homogenisuje emulse. 6.1.2.1 Vlastnosti kaseinových filmů Fysikální vlastnosti kaseinu jsou jiné, než mají typické glubulární proteiny, např. myosin. Přestože obsahuje nepolární aminokyseliny (35 až 45 %), je kasein docela dobře rozpustný ve vodě. Vodné roztoky kaseinu do koncentrace 20 % mohou být připraveny za mírných podmínek. Dobrá rozpustnost kaseinu je přičítána nízké hladině sirných AMK, obsah S je nízký (0,8 %) ve srovnání se syrovátkou (1,7 %). Kasein má také dobrou schopnost vázat vodu: 1 g kaseinu může navázat až 2,5 g vody. Jedlé filmy musí splňovat mnoho funkčních vlastností, uchovávat kvalitu potravin a zlepšovat jejich sensorické charakteristiky. Propustnost pro vodní páry: Propustnost pro vodní páry roste v řadě: kaseinát Mg < kaseinát Ca < kaseinát Na < kasein. Filmy připravené z mikrofluidisovaného roztoku kaseinu (vyšší stěsnání molekul) mají sníženou propustnost pro vodní páry až o 30 %. Je-li pH nastaveno v okolí IB (isoelektrický - 137 - bod), mají proteiny tendenci vytvářet pevnější molekulární interakce (koagulace kaseinu). Omezením rozpustnosti ve vodě se zlepšují bariérové vlastnosti. Propustnost kaseinových filmů pro vodní páry je o 2 až 4 řády vyšší, než filmů z LDPE. Přídavek lipidů modifikuje bariérové vlastnosti kaseinových filmů. Odlévané filmy z emulsních kaseinátů Na a acetylovaného monoacylglycerolu mají o 40 % nižší propustnost pro vodní páry, než filmy připravené bez lipidů. Kombinace kaseinátu Na a monoacylglycerolů s nižším stupněm acetylace a méně nasycenými kyselinami snižuje propustnost pro vodní páry až o 50 %. Emulse kaseinátu Na a včelího vosku (nebo karnaubský, parafinový) dává filmy s propustností pro vodní páry až o 73 % nižší ve srovnání s filmem ze samotného kaseinátu Na. Vlastnosti kaseinových filmů: Propustnost pro vodní páry (g/m2.den) při 32 oC, 90 % R.V. vysoká: 1426 Teplotní snášenlivost při –23 oC flexibilní při 49 oC flexibilní Složení filmu Rozpustnost při 82 oC rozpouští se Kaseinát sodný + 25% glycerolu Pšeničný gluten + 30% ester polyglycerolu nízká: 620 rozpouští se flexibilní flexibilní Mechanické vlastnosti: Pro dosažení vhodných mechanických vlastností, zejména flexibility, se přidávají plastifikátory. Nejčastěji se používá glycerin. Filmy vykazují vyšší stupeň protažení. Naopak sníží se jiné charakteristiky, zejména pevnost v tahu. Filmy mají také vyšší propustnost pro vodní páry. Použije-li se jako změkčovadlo sorbitol, vykazují filmy nižší propustnost pro vodní páry, neboť sorbitol je méně hygroskopický. Kaseinové filmy a povlaky zesíťované transglutaminasami zlepšují jejich mechanické vlastnosti (pevnost v tahu), které jsou řádově stejné, jako u filmů ze synthetických polymerů. Zesíťované filmy se hůře rozpouští. - 138 - Rozpustnost: Rozpustnost kaseinových filmů ve vodě lze ovlivnit pH prostředím při jejich přípravě. Ve vodě rozpustné kaseinové filmy a fólie jsou žádoucí např. při výrobě obalů (sáčků) na koření, příchutí do polévek, dávkování kvasnic do těsta apod. Filmy jsou biodegradabilní. Rozpustnost kaseinových filmů lze modifikovat rovněž zesíťováním dvojmocnými kationy, např. ponořením fólií z kaseinátu Na do roztoku vápenaté soli. Síťování je možné realisovat také radiačním zářením, při kterém se nezmění sensorické vlastnosti filmů. Sensorické vlastnosti: Kaseinové filmy a fólie jsou transparentní, bezbarvé, bez chuti a zápachu, hladké a jemné. 6.1.2.2 Aplikace kaseinových filmů a fólií Kasein má vysokou nutriční hodnotu, vynikající sensorické vlastnosti a výborně se hodí jako obalový materiál na potraviny. Roztok kaseinu s přídavkem kyseliny stearové je možné použít jako ochranný povlak zadržující vlhkost např. na ovocné plody (jablka), zeleninu (např. celer, mrkev, cuketa), cereálie určené k přímé konsumaci (cornflakes), rozinky, zmraženou zeleninu nebo na kousky sýra. U banánů slouží povlaky ke snížení rychlosti zrání. Směs kaseinu s acetylovanými monosacharidy se užívá k ochrannému povlaku na zmrazené ryby. Kasein (rovněž v kombinaci se sacharidy) se s úspěchem používá jako mikroenkapsulační materiál pro rozmanitou škálu potravních additiv (např. nosič barviv) a také pro zemědělské aplikace. Roztoky kaseinu s přídavkem antioxidantů (kyselina askorbová, vitamín E) se používají k nástřiku zmražených ryb (např. lososových kousků) zpomalujícímu oxidaci tuků. Povlaky na pekařské výrobky, čokoládu a čokoládové výrobky, kandované výrobky prodlužují dobu trvanlivosti. Povlaky kaseinátu Ca nebo Na s lipidy (poměr 1:1) se používají k zadržování vlhkosti u loupané mrkve. - 139 - Zkouší se také výroba jedlých střívek (na uzeniny) z kaseinu. Kasein slouží také k výrobě krmiv, nátěrových hmot apod. V poslední době se také používají kaseinová adhesiva k lepení etiket na lahve. V kombinaci s jinými materiály se kasein používá pro výrobu několikavrstvých obalových materiálů. 6.2 Syrovátka Syrovátkové proteiny jsou proteiny, které zůstanou v séru mléka po vysrážení kaseinu. Syrovátka tvoří cca 20 % celkových proteinů mléka a obsahuje: a) β-laktoglobulin – nejvíce zastoupená bílkovina syrovátky b) α-laktoalbumin – druhá nejvýznamnější bílkovina syrovátky c) immunoglobulin a pepton Syrovátka je při pH 4,6 rozpustná. Má globulární charakter, a proto je nutná pro přípravu filmů tepelná denaturace, aby došlo k otevření globulární struktury, k přerušení existujících disulfidických vazeb. Při tvorbě filmu vznikají nové disulfidické vazby. Filmotvorné vlastnosti syrovátky ji umožňují využívat jako enkapsulační materiál. Průmyslové postupy využívají pro získání proteinu ze syrovátky ultrafiltraci, gelovou filtraci, elektrodialysu aj. Přídavkem změkčovadla do tepelně denaturovaného syrovátkového proteinu je možné připravit transparentní, jemné, flexibilní ve vodě rozpustné jedlé filmy, které mají výborné bariérové vlastnosti vůči kyslíku, aromatickým látkám a oleji. Jako změkčovadlo se nejčastěji používá glycerol. Odolnost proti vodě se zvyšuje přídavkem lipidů. Filmy se připravují nejčastěji litím. Směs se musí předtím odplynit, aby bublinky nenarušovaly homogenitu filmů. Schopnost vytvářet film určuje AMK složení, vznik příčných vazeb aminoskupin (–NH2) a karboxylových skupin (–COOH) a disulfidických vazeb (S–S). - 140 - 6.2.1 Aplikace syrovátky v potravinářském průmyslu Pekárenství  náhrada vajec při výrobě sušenek a keksů (ekonomické úspory a nutriční výhody) Mléčné výrobky  přídavek do (tavených) sýrů – zlepšení jemnosti a vůně Nápoje  přídavek do ovocných šťáv, nealkoholických nápojů, mléčných nápojů – vysoce nutriční nápoje (např. pro sportovce) Mleté masné výrobky  při výrobě párků se může až 20 % masa nahradit syrovátkou – zvyšuje schopnost vázat vodu a emulgovat tuk Těstoviny  nudle vyrobené s přídavkem syrovátky jsou po uvaření pevnější, stabilnější při zmrazování-rozmrazování a vhodné rovněž pro vaření v mikrovlnné troubě Zmrazené / dehydrované potraviny  ke stabilisaci šťáv a omáček (při zmrazování-rozmrazování), jako emulgátor  náhrada vaječného žloutku, případně tuků např. v salátových dresincích 6.2.2 Jedlé filmy a povlaky ze syrovátky Využití syrovátkového proteinu jsou následující:  mikroenkapsulace tuků – bariéra pro O2  povlaky pražených burských oříšků – bariéra pro O2, což zamezí žluknutí  povlaky pro mražená kuřata a ryby – zlepšují integritu výrobků a chrání je při manipulaci, zpomalují oxidaci tuků  nosič antioxidantů (na zmražené lososy) – povlak z proteinu s antioxidanty zpozdí nástup oxidace tuků - 141 - 7. SÓJOVÝ PROTEIN Klíčová slova sojová vlákna sojové filmy sojové fólie sojové plasty sojový isolát sojový koncentrát sojový protein Key words soy fibres soy films soy foils soy plastics soy isolate soy concentrate soy protein Sója je významná olejnina. Produkce sóji v USA kryje 40 % světové produkce a 60 % světového obchodu se sójou. Sojové boby obsahují asi 20 % tuků a až 55 % bílkovin. Poslední dobou roste zájem o využití sojové bílkoviny, např. pro tvorbu povlaků na papíry, jako adhesiva na překližky, k mikroenkapsulaci insekticidů, potravních doplňků či léčiv. 7.1 Produkty ze sóji Sojový olej – získává se lisováním nebo extrakcí sojových bobů, nebo jejich kombinací. Sojový protein (globuliny) Při zpracování sojových bobů se po odstranění slupky a oleje získají odtučněné vločky, které se používají pro výrobu odtučněné sojové mouky, sojových koncentrátů a sojových isolátů. Odtučněná sojová mouka je nažloutlá hmota. Sojový protein (taktéž sojové koncentráty a isoláty) je nejbohatším zdrojem isoflavonů (látky fenolické povahy), které mají prokazatelné vlastnosti v prevenci rakoviny, osteoporosy a některých symptomů menopauzy (náhlé mravenčení). Dále snižují hladinu krevního cholesterolu (snižují LDL cholesterol; na hladinu HDL nemají žádný vliv), triglyceridů a snižují risiko srdečních chorob až o 20 %. Obsah isoflavonů v proteinu je však vysoce závislý na způsobu zpracování a může se pohybovat téměř od nuly až na 5 mg/1 g proteinu. V některých asijských zemích, kde je výskyt rakoviny, srdečních potíží nebo symptomů menopauzy velmi nízký, je denní příjem isoflavonů odhadován na 25–50 mg. Naproti tomu, - 142 - západní státy nedosahují v průměru ani 5 mg. V případě vysoké hladiny estrogenů, která může podporovat vznik rakoviny, potlačují isoflavony nepříznivé efekty estrogenu a mohou tak bránit růstu rakovinových buněk. V opačném případě, pokud je hladina estrogenu nízká, což je typické pro období menopauzy, působí isoflavony jako slabý estrogen a utišují některé symptomy, jako bolesti hlavy, mravenčení či změny nálady. Kvalita bílkoviny se posuzuje podle několika kritérií, např. stravitelnost, aminokyselinová skladba, biologická hodnota. Následující tabulka udává obsah esenciálních AMK na 100 g vybraných proteinů: Obsah esenciálních AMK v g na 100 g proteinu Sojový protein – isolát Sojový protein – koncentrát Vaječný protein Mléčný protein – isolát Syrovátkový protein – isolát 26 22,5 22 20 17 V sojovém proteinu jsou zastoupeny všechny essenciální (nezbytné) aminokyseliny a v aminokyselinovém složení to je jeden z nejkomplexnějších rostlinných proteinů. Svou kvalitou se pak, v porovnání s ostatními rostlinnými proteiny, nejvíce blíží živočišným proteinům. Na druhou stranu je sojová bílkovina poměrně chudá na síru obsahující aminokyseliny, jako cystein a methionin. Stravitelnost sojového proteinu je velmi dobrá, i když nedosahuje tak příznivých hodnot jako syrovátkový protein, viz následující tabulka: Biologická hodnota 100 88 – 100 80 80 74 Stravitelnost (%) 99 98 99 98 95 Syrovátkový protein Vejce Kasein Myofibrilární protein z hovězího masa Sojový protein – koncentrát I když existují kvalitnější proteiny, má sojový protein určité vlastnosti, které ho řadí na přední místa. Je například jedním z nejdůležitějších základů vegetariánské diety. Koncentrát sojové bílkoviny Upravuje se extrakcí a bělením sojového proteinu a obsahuje asi 70 % bílkovin. Koncentrát je zbavený většiny vody, tuku a nebílkovinných složek, polysacharidy jsou zachovány. Aroma sojového koncentrátu připomíná sojové boby. - 143 - Isolát sojové bílkoviny Isolát je mnohem čistší než koncentrát. Vzhledem k tomu, že většina ostatních složek a nečistot je odstraněna, pohybuje se koncentrace bílkoviny kolem 90 % a aroma je mnohem neutrálnější. Sojové mléko Obsahuje asi 55 % bílkovin, 28 % lipidů, 12 % cukrů a 2 % popelovin. V USA se asi 60 % sóji spotřebuje v potravinářské výrobě, 20 % pro výrobu adhesiv, 10 % pro výrobu plastů a asi 10 % pro jiné účely. 7.2 Aplikace sojového proteinu 7.2.1 Filmy a fólie ze sojového proteinu Filmy se připravují se litím a sušením asi 10 % roztoku bílkoviny. Teplota sušení a relativní vlhkost vzduchu ovlivňují rychlost sušení a vlastnosti fólií např. tloušťku, tuhost, pevnost, tažnost. Složení a flexibilita filmů se ovlivňují hlavně přídavkem plastifikátorů např. glycerolu, glukósy, monoacylglycerolu atd. Filmy lze připravit také vytlačováním při teplotách do 180 oC, vyšší teplota způsobuje rozklad. Filmy jsou málo propustné pro kyslík, protože jsou hydrofilní, mají nižší odolnost proti vodě. Přídavekem lipidů ze zlepší integrita filmu a jeho schopnost adherovat na povrchy ovoce. Sojové filmy se často síťují, aby se zlepšily jejich mechanické vlastnosti. Při zahřívání filmotvorných roztoků nad 60 oC, zejména v alkalickém prostředí, se podporuje vznik intra- a intermolekulárních příčných vazeb, zejména S–S a vodíkových vazeb. Nízkomolekulární aldehydy reagují s primárními aminoskupinami a –SH skupinami bílkoviny a síťují ji. Formaldehyd se přidává buď přímo do roztoku sojového proteinu, nebo se vytvořené filmy do roztoku ponořují. Obdobně působí i dialdehyd škrobu. Síťování aldehydy není vhodné pro jedlé filmy a fólie. Síťování lze provést i působením UV-záření, kdy aromatické aminokyseliny (tyroxin a fenylalanin) vytvářejí příčné vazby. Obecně mají sojové filmy a fólie nižší mechanické vlastnosti, než filmy připravené ze synthetických polymerů (PE, PP, PVC). - 144 - Použití sojových filmů  při výrobě vícevrstvých obalů, kdy sojová vrstva brání průniku O2  při výrobě obalů na masné výrobky a polotovary, kde film zabraňuje oxidaci tuků (a tím také barevným změnám) a snižuje ztráty vlhkosti  po přídavku antimikotik brání účinkům tvorby bakterií např. lactobacilus plantarum  jako obalový materiál pro (mikro)kapsule k uchovávání chuťových aditiv do potravin, léčiv atd.  ve vodě rozpustné sáčky pro sušené potraviny Vlastnosti sojových filmů: Propustnost pro vodní páry (g/m2.den) při 32 oC, 90 % R.V. nízká: 620 nízká: 605 Teplotní snášenlivost při –23 oC flexibilní flexibilní při 49 oC flexibilní – Složení filmu Rozpustnost při 82 oC měkne, bobtná měkne, bobtná Sojová mouka + 30% glycerolu Isolát sojové bílkoviny + 30% glycerolu 7.2.2 Povlaky na smažené potraviny Roztok sojového proteinu (10 %, w/w) se používá k vytvoření povlaků na smažené potraviny, u kterých se významným způsobem snižuje obsah absorbovaného oleje při smažení, a to až o 50 %. Postupuje se tak, že se potraviny před smažením namočí do horkého (80 oC) roztoku proteinu na 20 minut a poté se ochladí na pokojovou teplotu. 7.2.3 Sojová vlákna Přípravují se tak, že se bílkovina se rozpustí v roztoku 1,3 M NaOH na viskósní směs (pH=12,5), která se filtruje a zároveň pod tlakem extruduje do acetátového pufru (pH=4,7), kde koaguluje. Jako plastifikátor se používá glycerol. Při spřádání sojových vláken se používají sloučeniny Zn2+ a Ca2+, které snižují křehkost za mokra spřádaných vláken. Po spředení se vlákna opracují roztokem acetanhydridu nebo acetaldehydu a tím se zvýší houževnatost. - 145 - 7.2.4 Výroba masových polotovarů Vysušené libové maso se mechanicky rozmělní na vlákna a smíchá se s vodným roztokem sojového proteinu obsahujícího vaječný bílek. Z vytvořené kaše se přes formu vytlačí pás, který se rozkrájí na požadované kousky, a ty se následně tepelně upraví, aby došlo ke koagulaci proteinu. Získá se polotovar, který má zachovánu masovou příchuť vyznačující se dobrou texturou a dobrou nasákavostí (rehydratací). 7.2.5 Plasty ze sojového proteinu Sojový protein může být zpracováván běžnými plastikářskými technikami (lisování, vytlačování, vstřikování). Při vstřikování se obvykle připraví směs sojového proteinu s dalšími additivy tak, aby obsah vlhkosti směsi byl 11,5 %. Bylo zjištěno, že plasty vstřikované za teploty 80 oC mají pevnost v tahu 15 MPa a plasty vstřikované za teploty 140 oC mají pevnost v tahu 39 MPa. Vstřikují se také směsi sojového proteinu se škrobem (20–40 %, w/w) či s celulosou (1–25 %, w/w). Při vytlačování se nejčastěji jako změkčovadlo používá glycerol. Je nutné se vyvarovat vysokých teplot, které vedou k agregaci proteinových molekul, což způsobuje těžkosti při vytlačování a formování tvaru hotového výrobku. Vystavení proteinu velmi vysokým teplotám vede k jeho degradaci. Modifikace vlastností plastů ze sojového proteinu: a) síťování – přídavkem 5 % formaldehydu (w/w) výrazně vzroste pevnost v tahu a klesne absorpce vody sojovým plastem b) změkčování – změkčovadla reagují s hydrofobními bočními řetězci proteinu a rozbalují molekuly; plastifikační efekt závisí na teplotě, přičemž změkčovadla jsou účinná až při teplotách nad svou teplotou tání c) přídavek krátkých celulosových vláken do 20 % (w/w) zvýší pevnost v tahu a Youngův modul pružnosti sojového plastu Aplikace plastů ze sojového proteinu:  jednorázové nádobí: lžičky, misky, kelímky  tašky na nákupy a odpadky  květináče a mísy na rostliny - 146 -  tepelné isolace  pomocné součásti pro stavební účely Sojový protein je možné také smísit se syntetickými biodegradabilními polymery (PVAL, kyselina polymléčná), které se přidávají od 2 do 40 % (w/w). Výrobky ze sojového proteinu: 7.2.6 Další sojové výrobky Mezi další sojové výrobky patří např.:  sója (celé sojové boby), sojová mouka a lisované vločky  Miso (hladká pasta používaná jako slané koření)  Okara (drť vlákniny vznikající při výrobě sojového mléka)  sojové sýry a sojové jogurty, sojové omáčky, sojové ořechy  tofu a výrobky z tofu (srážením čerstvého sojového mléka koagulátorem) - 147 - 8. AMARANTOVÁ BÍLKOVINA Klíčová slova amaranth amarantová bílkovina biodegradabilní filmy esenciální aminokyseliny krmivo mouka nutriční hodnota zrno Key words amaranth amaranth flour biodegradable films essential amino-acids feed flour nutrition value grain Amarant je jednoletá, širokolistá, hluboce kořenící rostlina. Přímý nebo rozložitý stonek, který více nebo méně větví, může dosahovat délky až 2 m. Listy mají většinou zelenou barvu, u některých odrůd s fialovou kresbou ve tvaru podkovy nebo na okraji listů. Květy jsou seskupené v klubíčkách, plod je nejčastěji vejčitá tobolka, v níž jsou okrouhle elipsovitá, čočkovitá semena s hladkým, lesklým povrchem, viz fotografie rostliny: Amarantové zrno má velmi malé rozměry, v průměru 1 až 1,5 mm, malou váhu (1000 semen.g-1), barvu od bělavé do béžové, hnědavé až černé. Tvar zrna je čočkovitý, pod tuhou slupkou je na periférii roviny největšího obvodu stočen klíček, zabírající jednu třetinu objemu zrna a obkružující perisperm zásobárnu škrobu. Zásoby živin se nacházejí právě v zrnu. Zrno obsahuje proteiny, lipidy, polysacharidy, anorganické složky. Živiny nejsou uloženy v zrnu rovnoměrně. Zásoby bílkovin jsou uloženy v membráně, vázané na buňky embrya a endospermu. Zde se nacházejí také lipidy. Naopak polysacharidy se vyskytují jako škrob v perispermu, nenacházejí se v endospermu. - 148 - Příčný středový řez amarantovým zrnem: PE – oplodí (povrchová část zrna), EN – endosperm, P – perisperm (jádro), R – kořínek, F – vlákno, C – dělohy, H – podděložní kořínek. Průměrné složení amarantového zrna: Složka Polysacharidy Bílkoviny Voda Lipidy Minerální látky Množství (%) 65 18 8 6,5 2,5 Amarantová mouka: 8.1 Složení amarantové bílkoviny Amarantová bílkovina je kvalitní, obsahuje všechny esenciální aminokyseliny. Bílkovina je charakteristická vysokým podílem albuminů s obsahem 48,9–65,0 % a nízkým obsahem prolaminů (1,0–3,2 %). Druhou největší frakci tvoří gluteliny s obsahem 22,4–42,3 %, a třetí frakci pak globuliny s obsahem 13,7–18,1 %. Amarantové zrno obsahuje více bílkovin než jiné cereálie, viz následující obrázek. - 149 - 20 Obsah bílkovin (g.100 g -1 ) Amarant 15 10 5 0 1 Pšenice 18 10 Žito Rýže 9 6 Kukuřice 5,5 Obsah lysinu a tryptofanu amarantové bílkoviny je komparabilní s bílkovinami živočišnými. Až 65 % proteinu v amarantu je koncentrováno v klíčku. Obsah proteinů kolísá podle druhů amarantu a podmínek jejich kultivace. Obsah aminokyselin v amarantové mouce: Aminokyselina Tryptofan Isoleucin Lysin Cystin Tyrosin Arginin Alanin Glutamová kys. Prolin Množství (g.100g-1) 0,181 0,582 0,747 0,191 0,329 1,060 0,799 2,259 0,698 Aminokyselina Threonin Leuicin Methionin Fenylalanin Valin Histidin Asparagová kys. Glycin Serin Množství (g.100g-1) 0,558 0,879 0,226 0,542 0,679 0,389 1,261 1,636 1,148 Srovnání nutričního hodnot proteinu amarantu a jiných bílkovin: Zdroj Nutriční hodnota bílkovin proteinů Amarant 75 Kravské mléko 72 Sojové boby 68 Ječmen 62 Burský oříšek 52 Kukuřice 44 Poznámka: hodnota 100 je považována za ideální - 150 - Profil esenciálních aminokyselin amarantového zrna ve srovnání s pšeničným zrnem: 6 Obsah aminokyselin (g.100g -1) lyzin leucin izoleucin fenylalanin 5 4 3 2 1 methionin treonin tryptofan valin 0 Amarant 1 Pšenice Srovnání obsahu esenciálních aminokyselin amarantového zrna se sójou: sója 7 Množství (g.100g ) amarant 5,95 4,7 4,2 6 5 4 3 2 1 0 va lin m eth io ni n fe ny lal an in try pto f iso leu cin th re on in leu cin ly sin an -1 3,85 3,25 1,45 1,82 1,1 0,39 0,64 0,38 1,38 2,71 2,75 1,51 1,78 - 151 - Amarantová bílkovina se isoluje většinou extrakční metodou a to ve více fázích. Extrakcí vodou se získá frakce obsahující albuminy, extrakcí zředěnými solemi (0,5 M NaCl) se získá frakce obsahující globuliny, ethanolem se získávají prolaminy a kyselinou, respektive alkálií gluteliny. V praxi se postupuje takto: suchá amarantová mouka se odtuční v n-hexanu (1/3, w/v) při pokojové teplotě po dobu 8 hodin. Odtučněná amarantová mouka se poté smíchá s vodou v poměru 1:10 a pH se upraví na hodnotu 10. Směs se míchá 40 minut při pokojové teplotě. Následně se směs odstředí (5.000 ot.min-1), supernatant obsahující protein se slije. Z důvodu zvýšení vyextrahovaného podílu proteinu se zbylý koláč znovu smíchá s vodou (poměr 1:5) a opět se míchá 40 minut a poté se odstředí. Supernatanty s vyextrahovaným proteinem se slijí dohromady. Takto se isoluje protein od nerozpustných polysacharidů a hrubé vlákniny. pH supernatantu se upraví na 7. Protein se vysráží při pH 4,6. 8.2 Možnosti využití amarantové bílkoviny Amarantové bílkovina se používá jako výživová komponenta, jako dietetikum přidávané do tekutých výživ ke zlepšení bílkovinné rovnováhy těžce nemocných, pacientů v rekonvalescenci, jedinců trpících potravinovými alergiemi, dětí i dospělých s glutenovou enteropatií. Výhodné je použití pro vegetariány a sportovce zejména tam, kde je nutné vzhledem k nekompletní výživě, k velké fysické zátěži a výjimečným podmínkám zajistit dobrou výživu bílkovinami. Strava vegetariánů v nevyvážené formě je chudá na lysin a železo. Časté zařazení amarantových potravin, které mají v uvedeném smyslu příznivé složení, může nedostatky tzv. ozdravných makrobiotických diet překlenout a přispět k jejich vyváženosti. Bílkovina amarantu má složení, které nevyvolává tak častou alergickou reakci, jako je tomu u jiných bílkovin. Jeho přídavek do potravinářských výrobků je tedy vhodný pro pacienty s potravinovou alergií. Pekárenské výrobky s přídavkem amarantové mouky se vyznačují zvýšeným obsahem rostlinných bílkovin, minerálních látek, vlákniny, nenasycených mastných kyselin a vitamínů B1 a B2. Obvykle se přidává 7–10 % amarantové mouky. - 152 - Biodegradabilní filmy založené na amarantové bílkovině: Amarantová mouka má filmotvorné vlastnosti. S přídavkem glycerinu (změkčovadlo) je možné připravit filmy. Podle výzkumných studií se filmy s optimální rozpustností a mechanickými vlastnostmi připraví podle následujícího postupu. K 10 % roztoku bílkoviny se přidá 22,5 % glycerinu (vztaženo na navážku bílkoviny) a po úpravě pH na 10,7 se míchá při 82 oC a po vysušení při 40 oC a relativní vlhkosti vzduchu 55 % se získá film. Takto připravené biodegradabilní filmy mají nažloutlou barvu, jsou mírně polotransparentní, mají dobrou ohebnost, ale malou pevnost v tahu. Filmy rovněž vykazují nízkou propustnost pro kyslík a vodní páry ve srovnání s jinými polysacharidovými a proteinovými filmy. Amarantová zrna v krmných směsí pro drůbež: Amarant je kvalitní potravinový doplňk částečně nahrazující kukuřici i sojové maso. Přídavek amarantu se obvykle pohybuje do 400 g.kg-1 krmné směsi bez nežádoucích účinků na růst drůbeže. Příklady složení krmných směsí s přídavkem amarantu: Množství amarantu (g/kg) 0 200 400 556 396 232 – 200 400 75 75 75 310 269 227 6 5 5 49 51 57 1,5 1,5 1,5 0,5 0,5 0,5 2 2 2 Složka Kukuřice Amarantové zrno Maso Sojové maso Vápno Sojový olej Sůl Vitamíny a stopové prvky (Zn. Mn, Cu, Mo, Co, Fe, Se, I) Methionin - 153 - 9. PŠENIČNÝ GLUTÉN Klíčová slova filmy fólie povlaky pšeničný gluten Key words films foils coatings wheat gluten Při suchém mletí pšenice se získává mouka pro pekárenské účely. Obsahuje až 80 % škrobu a cca 10 % bílkovin. Pšeničný glutén je vedlejším produktem při výrobě škrobu z pšenice mokrým způsobem. Z rozemleté pšenice se škrobová zrna vymývají vodou. Zbytek je pšeničný glutén, který obsahuje na sušinu až 80 % bílkovin, stopy škrobu, asi 14 % neškrobových polysacharidů, 8 % lipidů a 1 % popelovin. Glutén v mouce podmiňuje soudržnost těsta. Glutén tvoří z hlavní části bílkovina glutenin (55 %) a gliadiny (40 %). Zbytek je tvořen albuminy a globuliny. Glutenin a gliadin jsou nerozpustné ve vodě. Bílkoviny tvoří síť, na jejíž soudržnosti se podílí kovalentní i nekovalentní vazby. Bílkovina glutenu je pevná a elastická díky přítomnosti disulfidických vazeb, má vysokou molekulovou hmotnost a je převážně nepolární. - 154 - Deamidovaný glutén se získává opracováním glutenu kyselinami nebo zásadami. Přechází na kys. glutamovou a uvolňuje se NH2 → tzv. deaminace. Deamidace v rozmezí 2–6% dostačuje k tomu, aby se glutén stal ve vodě rozpustný. V této formě se používá k přípravě filmotvorných roztoků, neboť gluten vykazuje dobré filmotvorné vlastnosti (soudržnost a elasticita filmů) a nízkou propustnost pro aromatické látky. Filmy se připravují většinou z alkoholických roztoků v alkalické i kyselé oblasti. Pšeničný glutén vykazuje kohesivní vlastnosti, je viskoelastický, rozpustný. Ve většině případů se zpracovává z disperse. Z těchto důvodů může být použit v potravinářských i nepotravinářských aplikacích, jako jsou např. ochranné povlaky, filmy, adhesiva či detergenty. 9.1 Glutenové filmy a fólie 9.1.1 Příprava filmů Filmy a fólie lze připravit dvěma způsoby, rozpouštědlovým nebo thermoplastifikačním. 9.1.1.1 Rozpouštědlový způsob Rozpouštědlový systém se připravuje buď kyselý nebo basický a v obou případech se přidává redukční činidlo (např. 2-mercaptoethanol, Na2S), které štěpí inter- a intramolekulární S–S vazby. Kyselé prostředí tvoří např. kyselina citrónová, octová, mléčná, propionová, fosforečná. Bazický systém tvoří nejčastěji NH4OH a také KOH, NaOH. Odpařováním rozpouštědel roste koncentrace proteinu a obnovují se vodíkové vazby a sirné můstky a vznikají trojrozměrné struktury. Po nalití roztoku na podložku a po vysušení při normální teplotě se vytvoří kompaktní lesklý film. Při sušení působením vzdušného kyslíku vznikají S–S vazby, které síťují proteinové molekuly. Zahříváním a změnou pH se ovlivňuje rozpustnost proteinu a vlastnosti filmu. Filmy připravené z prostředí o pH 4 jsou mnohem více rozpustné, než filmy připravené z prostředí o pH 11. Filmy mohou být připraveny z prostředí pod nebo nad isoelektrickým bodem. Přesto se z alkalického prostředí získají filmy s větší pevností než filmy připravené z neutrálního či kyselého prostředí, což je přisuzováno vzniku příčných vazeb. - 155 - Reaktivní aminokyselinou glutenu je lysin, který se podílí na síťovacích reakcích. Bylo zjištěno, že filmy připravené ze zahřátých alkalických dispersí obsahovaly zesíťované aminokyseliny (lysinoalanin, ornithinoalanin), které vznikly z původních aminokyselin (cystin, alanin, arginin, threonin, lysin a serin). Ke vzniku lysinoalaninu, který přispívá ke zvýšení mechanické pevnosti filmů dochází při teplotě 70 oC a při pH nad 10. V praxi se glutenové filmy obvykle připravují jedním z následujících postupů: a) 10 g glutenu se disperguje ve 90 g vody, přidají se 2 g glycerolu a směs se míchá. pH disperse se upraví buď na 4 (HCl) či na 11 (NaOH). Poté se 30 min míchá, disperse se umístí na vodní lázeň a při teplotě 70 oC se zahřívá 10 minut (odplynování). 20 g disperse se vylije na Petriho misku o průměru 9 cm a nechá se vytvořit film sušením při pokojové teplotě po dobu 2 dnů. Vzniklý glutenový film se kondicionuje 3 dny při 60 % relativní vlhkosti. b) 10 g glutenu se disperguje v 50 ml ethanolu za míchání. poté se přidá 40 ml vody a pokračuje se v míchání. Aby se zabránilo vzniku bublinek při lití filmu, disperse se vloží na krátkou dobu do ultrazvukové lázně. 20 g disperse se vylije na Petriho misku o průměru 9 cm a nechá se vytvořit film sušením při teplotě 40 oC po dobu 1 hod v troubě a následně při pokojové teplotě po dobu 2 dnů. Vzniklý glutenový film se kondicionuje 3 dny při 60 % relativní vlhkosti. 9.1.1.2 Termoplastifikační způsob Za přídavku plastifikátoru se pšeničný glutén dá převést do viskoelastického stavu. Jako plastifikátor se dá použít voda (nevýhodou je, že amfoterní část gluténu se nerozpustí), nebo glycerín a sorbitol. Používá se 30–40 % plastifikátorů. Plastifikátory snižují teplotu skelného přechodu glutenu (Tg). Plastifikovaný glutén je možné zpracovat nad Tg běžnými technikami používanými při zpracování synthetických polymerů – extrusí, lisováním, hnětením nebo vstřikováním. Tepelné opracování filmů a fólií vede k dalšímu zesíťování. 9.1.2 Vlastnosti glutenových filmů Glutenové filmy se vyznačují těmito vlastnostmi:  jsou homogenní, transparentní - 156 -  jsou biodegradabilní a jedlé  tvoří bariéru proti O2, CO2 a ethylenu  při teplotách 95 oC žloutnou  fysikálně-mechanické vlastnosti jsou ovlivněny distribucí a hustotou příčných vazeb a dají se ovlivňovat přídavkem vhodných změkčovadel nebo jiných additiv (lipidů) Srovnání mechanických vlastností gluténových filmů: Film Pšeničný gluten Sojový protein Myofibrilární rybí protein Acetát celulosy Methylcelulosa Pevnost v tahu (MPa) 0,9 1,9 17,1 56,1 66,5 Protažení (%) 26 36,5 22,7 18,5 30 Vlastnosti glutenových filmů: Propustnost pro vodní páry (g/m2.den) při 32 oC, 90 % R.V. vyšší: 1224 vyšší: 1318 Teplotní snášenlivost při –23 oC flexibilní flexibilní při 49 oC flexibilní flexibilní Složení filmu Rozpustnost při 82 oC měkne měkne Pšeničný gluten + 20% glycerolu Pšeničný gluten + 40% glycerolu Bariérové vlastnosti proti vodě lze podstatně zlepšit začleněním lipoidních látek do struktury filmu, např. včelího vosku či parafinu. V těchto případech se bariérové vlastnosti vůči vodě alespoň řádově blíží PE. Mechanické vlastnosti se zlepšují přídavkem síťovadel, zejména formaldehydu. 9.1.3 Použití glutenových filmů  fóliování semen, pilulek, potravin  potahování kapslí léčiv  nosič antioxidantů a antimikrobik v cereálních potravinách  selektivní permeabilita plynů a vlhkosti umožňují aplikace filmů a fólií v obalové technice  mikroenkapsulace léčiv (kontrolovatelné uvolňování léčiva do krevního oběhu) - 157 -  výroba slaných oříšků (filmy vážou sůl)  po nanesení včelího vosku jsou filmy vhodné pro balení pečiva nebo pizzy, protože dostatečně brání unikání vlhkosti  pro balení ovoce a zeleniny, případně sýrů, neboť glutenové filmy mají velkou propustnost pro vodu, a proto jsou pro tyto aplikace velmi vhodné Výroba nízkotučných brambůrek ošetřených povlakem z pšeničného glutenu. Připravené bramborové plátky se před smažením ponoří do roztoku pšeničného proteinu. Tento povlak zajistí nižší absorpci oleje při smažení brambůrek a to až o 15%. Dále se zvýší množství zadržené vody. Pokles peroxidového čísla je u takto zpracovaných brambůrek 30 až 50 % . 9.2 Další aplikace glutenu a) kosmetika Hydrolysáty glutenu se používají jako aktivní složka do kosmetických přípravků, zejména na čištění pokožky, k vyhlazování vrásek a jako přídavek do kondicionérů na vlasy. b) adhesiva c) vícevrstvé obalové materiály  např. gluténová fólie / papír gluténová fólie / bavlna  využívá se předností použití čistých komponent Přídavek pšeničného glutenu do fólií vyrobených z methylcelulosy nebo hydroxymethylcelulosy zlepšuje jejich propustnost pro plyny (O2, CO2). Takové fólie se pokládají za biodegradabilní. - 158 - 10. KUKUŘIČNÝ ZEIN Klíčová slova filmy fólie kukuřičný zein povlaky Key words films foils corn zein coatings Kukuřičný zein je obsažen v kukuřičném endospermu – zásobním pletivu semene. Tvoří přes 50 % všech bílkovin endospermu. Kukuřice obsahuje několik bílkovin, které se liší svou rozpustností. Albumin je extrahovatelný vodou, globulin je extrahovatelný roztoky solí, zein je extrahovatelný alkoholy, glutenin je extrahovatelný zředěnými alkáliemi. Roční produkce zeinu jen v USA přesahuje 500.000 kg a využívá se zejména na výrobu filmů a povlaky v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Kukuřičný zein má filmotvorné schopnosti, tvoří lesklé filmy (rozpouštědlem je ethanol), odolné vůči tukům a mikrobům, které jsou rozpustné ve vodě. Filmy se používají v potravinářském průmyslu k ochranným povlakům na vyloupané ořechy, karamely, bonbóny, v cukrářství, nebo jako povlak na pečené krůtí plátky. Takto ošetřené produkty vykazují delší dobu trvanlivosti. Při výrobě bramborových lupínků se bramborové plátky opatří před smažením vrstvou proteinového povlaku, který sníží absorpci tuku při následném smažení. Příprava zeinových filmů a fólií: Práškový zein (obvykle 14–22 %, w/v) se rozpustí při teplotě 65–85 oC ve vodném roztoku ethanolu. Jako změkčovadlo se přidává glycerol, propylenglykol, mastné nebo acetylované glyceridy, čímž se zlepší flexibilita filmu. Film se připraví litím roztoku na skleněné desky a vysušením. Výrobek, který se má obalit, se může do roztoku přímo ponořit. Do připraveného roztoku lze přidat antioxidanty pro zpomalení oxidace tuků. Přídavek sojového nebo bavlníkového oleje dodává fólii lesk. Filmy a fólie tvoří bariéru proti O2 a CO2, chrání zboží proti působení vlhkosti a tuků. Mechanické a bariérové vlastnosti filmů se modifikují přídavkem síťovadel. Tepelným působením spolu s vysokým tlakem se zlepší textura a čirost filmu. Obaly jsou jedlé (biodegradabilní). Zeinové filmy jsou odolné vůči dlouhodobé exposici slunečnímu záření a dešti. Dobře odolávají opakovaném cyklům zmražení a rozmražení. V poslední době se vyvíjejí extrusní technologie výroby zeinových filmů. - 159 - Vlastnosti zeinového a glutenového filmu: Propustnost pro vodní páry (g/m2.den) při 32 oC, 90 % R.V. vyšší: 1224 vyšší: 1318 Teplotní snášenlivost Rozpustnost při 82 oC při –23 oC měkne měkne flexibilní flexibilní při 49 oC flexibilní flexibilní Složení filmu Kukuřičný zein + 20% glycerolu Pšeničný gluten + 40% glycerolu Přehled o použití filmů a povlaků z kukuřičného zeinu v potravinářském průmyslu: Aplikace zeinových filmů a povlaků Protein Funkční vlastnosti rýže nosič vitamínů sušené potraviny vodorozpustný obal párky, klobásy bariéra proti vlhkosti vejce bariéra proti vlhkosti a bakteriím, zvýšení pevnosti skořápky popcorn bariéra proti vlhkosti papír bariéra proti tukům rajčata bariéra proti vlhkosti, O2, CO2 ; zabraňuje změně barvy při transportu, brání ztrátám vlhkosti, zpomaluje barevné změny a měknutí, prodlužuje dobu trvanlivosti o 6 dní jablka, hrušky bariéra proti O2, CO2 ; brání ztrátám vlhkosti, zpomaluje barevné změny a měknutí, zvyšuje pevnost pečený krocan bariéra proti O2, nosič antioxidantů škrobové potraviny bariéra proti vlhkosti a olejům sýry bariéra proti vlhkosti smažené bramborové krokety snížení absorpce oleje při smažení o cca 59 %, zamezení ztrátám vlhkosti při smažení až o 15 % maso a ryby jedlý obalový materiál, nižší ztráty vlhkosti a omezení oxidace tuků cukroví bariéra proti vlhkosti, O2 a olejům; nosič antioxidantů, prevence slepování mandle, burské oříšky, bariéra proti vlhkosti, O2 a olejům; lískové oříšky nosič antioxidantů potraviny s vyšším obsahem nosič konservačních prostředků vlhkosti pečené krůtí plátky obalový materiál pro krátkodobé skladování (v chladicích zařízeních do cca 9 dnů), ochrana před oxidací tuků Aplikace Kukuřičný zein Kukuřičný zein / acetylované monoglyceridy/ změkčovadlo - 160 - oříšky, cukroví Kukuřičný zein / přírodní oleje sušené potraviny Kukuřičný zein / přírodní olej / vosk bariéra proti vlhkosti, O2; nosič antioxidantů nosič antioxidantů, prevence slepování Nepotravinářské aplikace kukuřičného zeinu zahrnují především:  potahování farmaceutických tablet  maskování chuti perorálně podávaných medikamentů  výroba adhesiv, kosmetických a jiných přípravků - 161 - 11. PROTEIN BAVLNÍKOVÉHO SEMENE Klíčová slova bavlník filmy protein Key words cotton plant films protein Filmy založené na proteinu z bavlníkového semene se připravují z bavlníkové mouky litím na desky. Nejdříve se za vhodných podmínek (rozpouštědlo, pH, teplota) rozpustí bavlníková mouka, čímž dojde k omezení interakcí mezi proteinovými polymerními řetězci. Disperse se odstředí, aby se odstranil nerozpustný podíl, supernatant se poté homogenisuje. Podle potřeby se přidá změkčovadlo, obvykle 10–40 % (w/w). Roztok se vylije na desku a po odpaření rozpouštědla se vytvoří trojrozměrná síť (film) v důsledku vzniku nových inter- a intra-molekulárních vazeb. Příprava filmů je poměrně náročná, v důsledku složitosti výchozího materiálu, který obsahuje proteiny, tuky, celulosu, popeloviny a cukry. Podle literárních údajů je optimální pH 8–12, teplota 20–60 oC, poměr tuhé fáze a rozpouštědla od 10 do 50 % (w/v), množství plastifikátorů 10 až 50 % (w/w). Při obsahu plastifikátorů pod 10 % (w/w) jsou filmy velmi křehké a při obsahu nad 30 % (w/w) naopak lepivé. Přídavkem plastifikátoru se snižují intermolekulární vazby mezi polymerními řetězci, což snižuje kohesi filmu, pevnost v tahu a teplotu skelného přechodu. Filmy jsou vhodné pro některé nepotravinářské aplikace vyžadující dobrou mechanickou pevnost a omezenou rozpustnost ve vodě. Velmi často se používají pro výrobu zemědělských obalů či kompostovatelných sáčků na odpadky. Další použití je na výrobu mulčovacích fólií k ochraně rostlin a k fixaci semen. Poté, co mulčovací fólie splní - 162 - svůj účel, biodegraduje a působí navíc jako přírodní hnojivo. Sofistikovanější použití mulčovacích fólií spočívá v jejich využití jako nosiče insekticidů či fungicidů, které za kontrolovatelných podmínek migrují z fólie a jejich účinek je efektivnější. Pro zvýšení mechanické pevnosti filmů se do filmu přidávají síťovadla nebo bavlněná vlákna. - 163 - 12. VAJEČNÝ BÍLEK Klíčová slova filmy Fólie protein vaječný bílek Key words films foils protein egg white Vaječný bílek je složený protein skládající se z roztoku globulárních proteinů a fibrilárního ovomucinu. Hlavní bílkovinou je ovoalbumin, který tvoří více než ½ hmotnosti vaječného bílku a je jedinou bílkovinou frakcí obsahující volné skupiny –SH. Ostatní proteiny bílku obsahují vazby disulfidické (–S–S–). Protože se vaječné žloutky používají v potravinářském průmyslu mnohem více než bílky, zaměřil se výzkum na možnost zužitkování vaječných bílků k výrobě jedlých povlaků a filmů. Příprava filmů z vaječného bílku: Většina metod přípravy filmů je založena na denaturaci vaječného bílku ve vodném roztoku vylitím roztoku na hladkou plochu a odpaření rozpouštědla. V praxi se filmy připravují za těchto podmínek: koncentrace vaječného bílku 9 % (w/v), vodný alkalický roztok o pH 10,5–11,8 (nezbytné pro tvorbu homogenního a hladkého filmu), přídavek plastifikátorů. Jako plastifikátor se používá glycerol (30–50 %, w/w), polyethylenglykol (50– 60 %, w/w) či sorbitol (50–60 %, w/w). Přidává se také protipěnící činidlo – nejčastěji silikonový olej (0,1 %, w/w) Roztok se zahřeje na teplotu 40 oC a míchá se 20 minut. Po vylití na vhodnou hladkou plochu (např. teflonem potažená skleněná deska) se film získá odpařením rozpouštědla (sušení při 25 oC, 20 min). Vyšší teploty sušení zhoršují sensorické ukazatele filmů. Poznámka: Filmy připravené z kyselých roztoků (pH 3–4) jsou hrudkovité, neboť obsahují nerozpuštěné proteinové částečky. V alkalické oblasti naopak dochází k rozrušení intra- a inter-molekulárních vazeb proteinu (–S–S– vazby) na –SH vazby, což usnadňuje dispergaci proteinu. Zahříváním roztoku se řetězce proteinu rozvinují a vazby –SH se zpřístupní. Při tvorbě filmu (sušení) nastane opačný postup: dochází k oxidaci –SH vazeb a vznikají kovalentní inter- a intra-molekulární S–S vazby, které způsobí vznik nové trojrozměrné sítě. Kromě disulfidových vazeb se při tvorbě filmu uplatňují také hydrofobní a elektrostatické interakce. - 164 - Filmy připravené z alkalických vodných roztoků vaječného bílku jsou více transparentní než filmy připravené z kukuřičného zeinu, pšeničného glutenu či sojového proteinu. Funkční vlastnosti filmů lze modifikovat přídavkem plastifikátorů a síťovadel. Síťování je možné provést chemicky (např. dialdehydem škrobu), fysikálně (UV zářením) či enzymově. Síťování zlepšuje mechanické vlastnosti, např. tahovou pevnost. Vlastnosti filmů z vaječného bílku: Propustnost pro vodní páry (g/m2.den) při 32 oC, 90 % R.V. vysoká: 1659 Složení filmu Rozpustnost při 82 oC měkne, smršťuje se Teplotní snášenlivost při –23 oC flexibilní při 49 oC křehký Vaječný bílek Výhody použití filmů a fólií z vaječného bílku:  filmy se vytvářejí přímo na povrchu potravin a přizpůsobují se jejich tvaru  filmy mají funkční vlastnost – zpomalují ztrátu hmotnosti, čehož se využívá např. u rozinek a jejich směsí s cereáliemi, masa, šunky, sýrů a dalších potravin - 165 - 13. MYOFIBRILÁRNÍ PROTEINY Klíčová slova filmy maso myofibrilární protein Key words films meat myofibrilar protein Myofibrilární proteiny se nachází v mase (hovězí, skopové, vepřové, drůbež) a v rybách. Jsou to významné proteiny bohaté na essenciální aminokyseliny. Tvoří hlavní složku svalů (více než 50 %). Svaly savců jsou složeny z velkých buněk, zatímco rybí svaly jsou rozděleny do vrstev. Svaly se skládají z velkého množství paralelně uspořádaných vláken složených z vláken myofibril, které jsou tvořeny myofibrilárními proteiny. Myofibrilární proteiny jsou tvořeny dvěma hlavními bílkovinami: a) myosin – fibrilární bílkovina, která je tvořena dvěma spletenými vysokomolekulárními řetězci (m.v. = 200 kDa), na jejichž koncích jsou dva nízkomolekulární řetězce (m.v. = 16–20 kDa) b) aktin – je bílkovina, která se vyskytuje jak v globulární formě (m.v. = 42 kDa), tak ve fibrilární formě (m.v. = 14.000 kDa) Myofibrilární proteiny se po isolaci z masa či ryb čistí a poté se mohou použít k filmotvorným aplikacím. Vlastnosti filmů závisí na podmínkách jejich přípravy. Filmy je možné připravit jednak litím a odpařením rozpouštědla, nebo thermoplastifikačním způsobem. Filmy se připravují z alkalických roztoků. Filmy jsou jedlé, transparentní, ve vodě nerozpustné, mají slabý zápach po rybině či po mase. Používají se zejména k obalování kousků masa za účelem zlepšení jejich pevnosti. - 166 -

trvale udržitelný rozvoj, polymery ze škrobu a pod.

natural hot glue aplication strad

how to use hot glue

Natural Fiber Polymer Composites

Natural Fiber Polymer Composites: A Review D. NABI SAHEB and J. P. JOG Polymer Engineering Group, Chemical Engineering Division, National Chemical Laboratory, Pune 411 008,…

aplication
Aplication

1. Universidad Tecnológica del Estado de Zacatecas Unidad Académica de Pinos APLICACIÓN EN ANDROID DESARROLLO DE APLICACIONES II ELOY CONTRETAS DELIRA TECNOLOGÍAS…

Natural Fiber Reinforced Polymer Composits

129 Review Proc. Pakistan Acad. Sci. 44(2):129-144.2007 Saira Taj et al. NATURAL FIBER-REINFORCED POLYMER COMPOSITES Saira Taj1, Munawar Ali Munawar2, and Shafiullah Khan3…

TOPIC 14 Natural Polymer – Silk, Cotton & Wool

List Learning Objective  To discuss issues relating to the disposal and recycling of polymers and the conservation of resources used in polymer manufacture  To relate…

An work that was published in Polymer Journal.

1. CHAPTER 7SYNTHETIC MATERIALS IN INDUSTRY 2. 7.1 SYNTHETIC POLYMERS 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Synthetic rubber 12. 13. 14. 15. 16. 17. 7.2 PLASTICS 18. 19. 20. 21. 22.…

1. Polymer+JakubŠkvára@skvarosDev Fest Prague 2014 #itshackademic 2. <paper-tabs><paper-tab>KNOWLEDGE</paper-tab><paper-tab>HISTORY</paper-tab><paper-tab>FOOD</paper-tab></pape

เคมีอินทรี ย ์ 1202-111 พอลิเมอร ์ (Polymer) ดร.วันชาติ ปรี ชาติวงศ์ สานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์และทรัพยากร…

1. POLYMER SUBMITTED BY Naveenkumar.r (mech) Mohamed basha.m (mech) Avs engineering college salem 2. CONTENT  INTRODUCTION  CLASSIFICATION OF POLYMER  TYPES OF POLMERIZATION…

1.• INTRODUCTION • POLYMER MATERIALS • CLASSIFICATION OF POLYMER • STRUCTURE OF LONG CHAIN POLYMERS • CRYSTAL OF LONG CHAIN POLYMER 2.…

1.• INTRODUCTION • POLYMER MATERIALS • CLASSIFICATION OF POLYMER • STRUCTURE OF LONG CHAIN POLYMERS • CRYSTAL OF LONG CHAIN POLYMER 2.…

Leave a Reply