PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LA GELATINA
La gelatina es casi insípida e inodoro. Es un sólido vítreo, quebradizo, de color ligeramente amarillo. La gelatina contiene 8-13% de humedad y tiene una densidad relativa de 1,3-1,4. Cuando los gránulos de gelatina se sumergen en agua fría, se hidratan en partículas discretas e hinchadas. Al calentarse, estas partículas hinchadas se disuelven para formar una solución. Se prefiere este método de preparación de soluciones de gelatina, especialmente cuando se desean concentraciones elevadas. El comportamiento de las soluciones de gelatina está influenciado por la temperatura, el pH, el contenido de cenizas, el método de fabricación, el historial térmico y la concentración.La gelatina es soluble en soluciones acuosas de alcoholes polihídricos como glicerol y propilenglicol. Ejemplos de disolventes orgánicos altamente polares con enlaces de hidrógeno en los que se disolverá la gelatina son ácido acético, trifluoroetanol y formamida. La gelatina es insoluble en disolventes orgánicos menos polares como benceno, acetona, alcoholes primarios y dimetilformamida.
La gelatina almacenada en recipientes herméticos a temperatura ambiente permanece sin cambios durante largos períodos de tiempo. Cuando la gelatina seca se calienta por encima de los 45 ° C en el aire con una humedad relativamente alta (por encima del 60% de HR), pierde gradualmente su capacidad de hincharse y disolverse.
Las soluciones estériles de gelatina cuando se almacenan en frío son estables indefinidamente; pero a temperaturas elevadas, las soluciones son susceptibles de hidrólisis.
Dos de las propiedades más útiles de la gelatina, la fuerza y la viscosidad del gel, se debilitan gradualmente con el calentamiento prolongado en solución por encima de aproximadamente 40 ° C.La degradación también puede ser provocada por pH extremos y por enzimas proteolíticas, incluidas las que pueden resultar de la presencia de microorganismos. .
El colágeno puede considerarse un anhídrido de gelatina. La conversión hidrolítica de colágeno en gelatina produce moléculas de masa variable: cada una es un fragmento de la cadena de colágeno de la que se escindió. Por lo tanto, la gelatina no es una entidad química única, sino una mezcla de fracciones compuestas en su totalidad por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos para formar polímeros que varían en masa molecular de 15.000 a 400.000.
La gelatina, en términos de elementos básicos, está compuesta por 50,5% de carbono, 6,8% de hidrógeno, 17% de nitrógeno y 25,2% de oxígeno.
Dado que se deriva del colágeno, la gelatina se clasifica correctamente como una proteína derivada. Da reacciones típicas de proteínas y es hidrolizado por la mayoría de las enzimas proteolíticas para producir sus componentes peptídicos o aminoácidos.
Los diversos aminoácidos que se pueden obtener de algunas gelatinas por hidrólisis completa, en gramos por 100 gramos de gelatina seca, se enumeran en la Tabla
TABLA 1. COMPOSICIÓN DE AMINOÁCIDOS DE LAS GELATINAS
Propiedades anfóteras: la gelatina en solución es anfótera, capaz de actuar como ácido o como base. En soluciones ácidas, la gelatina está cargada positivamente y migra como catión en un campo eléctrico. En soluciones alcalinas, la gelatina tiene carga negativa y migra como un anión. El pH del punto intermedio, donde la carga neta es cero y no ocurre ningún movimiento, se conoce como Punto Isoeléctrico (IEP). La gelatina tipo A tiene un amplio rango isoeléctrico entre pH 7 y 9. El tipo B tiene un rango isoeléctrico más estrecho entre pH 4,7 y 5,4.
La gelatina en solución que no contiene iones no coloidales distintos de H + y OH- se conoce como gelatina isoiónica. El pH de esta solución se conoce como punto isoiónico (pl). Estas soluciones pueden prepararse mediante el uso de resinas de intercambio iónico.
Derivados químicos: la gelatina se puede tratar químicamente para producir cambios significativos en sus propiedades físicas y químicas. Estos cambios son el resultado de modificaciones estructurales y / o reacciones químicas. Las reacciones típicas incluyen acilación, esterificación, desaminación, reticulación y polimerización, así como reacciones simples con ácidos y bases.
Fuerza del gel: la formación de geles termorreversibles en agua es una de las propiedades más importantes de la gelatina. Cuando una solución acuosa de gelatina con una concentración superior a aproximadamente el 0,5% se enfría a aproximadamente 35-40 ° C, primero aumenta su viscosidad y luego forma un gel. La rigidez o fuerza del gel depende de la concentración de gelatina, la fuerza intrínseca de la gelatina, el pH, la temperatura y la presencia de cualquier aditivo. La fuerza intrínseca de la gelatina es una función tanto de la estructura como de la masa molecular.
El primer paso en la gelificación es la formación de regiones ordenadas localmente causadas por el retorno aleatorio parcial (renaturalización) de la gelatina a hélices similares al colágeno (pliegue de colágeno). A continuación, se forma una red tridimensional de fibrillas continua de micelas con flecos en todo el sistema, probablemente debido a la formación de enlaces no específicos entre los segmentos más ordenados de las cadenas. Los enlaces hidrófobos, de hidrógeno y electrostáticos pueden estar involucrados en el enlace cruzado. Dado que estos enlaces se rompen con el calentamiento, el gel es termorreversible. La formación de los enlaces cruzados es la parte más lenta del proceso, de modo que, en condiciones ideales, la resistencia del gel aumenta con el tiempo a medida que se forman más enlaces cruzados. El efecto total es un aumento dependiente del tiempo en la masa molecular promedio y en orden.
La calidad de formación de gel de la gelatina es un parámetro de calidad física importante. La medición de esta propiedad es muy importante tanto desde el punto de vista del control como como una indicación de la cantidad de gelatina requerida por una aplicación particular. Las Figuras 2 a 6 ilustran el comportamiento de los geles de gelatina influenciado por los efectos del tiempo, la concentración, el pH y la temperatura (40).
Viscosidad: el método establecido para la determinación de la viscosidad implica la medición del tiempo de salida de 100 ml de una solución de prueba estándar de un viscosímetro de pipeta calibrado. En ciertos casos, la viscosidad se determina a las concentraciones a las que se va a utilizar la gelatina.
La distribución del peso molecular parece jugar un papel más importante en el efecto sobre la viscosidad que en la resistencia del gel. Algunas gelatinas de mayor fuerza de gel pueden tener viscosidades más bajas que las gelatinas de menor fuerza de gel.
La viscosidad de las soluciones de gelatina aumenta al aumentar la concentración de gelatina y al disminuir la temperatura; la viscosidad es mínima en el punto isoiónico.
La Figura 7 ilustra el comportamiento de la viscosidad para gelatinas de floración baja, media y alta, en función de la concentración, a 60 ° C.
Acción coloidal protectora: la gelatina es un coloide hidrófilo típico capaz de estabilizar una variedad de materiales hidrófobos. La eficacia de la gelatina como coloide protector se demuestra por su número de oro Zsigmondy, que es el más bajo de todos los coloides. Esta propiedad es especialmente valiosa para las industrias fotográfica y de galvanoplastia.
Coacervación: un fenómeno asociado con los coloides en el que las partículas dispersas se separan de la solución para formar una segunda fase líquida es la coacervación. Se han realizado amplios estudios de coacervación con gelatina.
Una aplicación común de la coacervación es el uso de gelatina y goma arábiga para producir microcápsulas que contienen aceite para la fabricación de papel autocopiativo (46-48). La coacervación también es útil en la industria fotográfica.
Color: el color de la gelatina depende de la naturaleza de la materia prima utilizada y de si la gelatina representa una primera, segunda o posterior extracción. Las gelatinas de piel de cerdo suelen tener menos color que las elaboradas con hueso o piel. En general, el color no influye en las propiedades de la gelatina ni reduce su utilidad.
Turbidez: la turbidez puede deberse a materias insolubles o extrañas en forma de emulsiones o dispersiones que se han estabilizado debido a la acción coloidal protectora de la gelatina, oa una neblina isoeléctrica. Esta neblina está en un máximo en el punto isoeléctrico en aproximadamente 2% de soluciones. A concentraciones más altas o pH diferentes, la turbidez será apreciablemente menor.
Cenizas: el contenido de cenizas de la gelatina varía según el tipo de materia prima y el método de procesamiento. Las gelatinas de piel de cerdo contienen pequeñas cantidades de cloruros o sulfatos. Las gelatinas de oseína y piel contienen principalmente sales de calcio de los ácidos que se utilizan en la neutralización después del encalado. El tratamiento de intercambio iónico se puede utilizar para desmineralizar o eliminar las cenizas de gelatinas.