Желатин: источники, получение и применение в пищевой промышленности и биомедицине

  • Elvira O. Shatabayeva Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан https://orcid.org/0000-0001-9153-5198
  • Grigoriy A. Mun Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан https://orcid.org/0000-0002-4984-7937
  • Yerengaip M. Shaikhutdinov Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан; Satbayev University, Алматы, Казахстан https://orcid.org/0000-0002-4247-5245
  • Vitaliy V. Khutoryanskiy Reading School of Pharmacy, University of Reading, Whiteknights, United Kingdom; Институт фармации, Казанский государственный медицинский университет, Казань, Россия https://orcid.org/0000-0002-7221-2630
Ключевые слова: коллаген, желатин, биополимер, источники желатина, экстракция, желатины типа А и Б, аминокислотный состав, гидрогели, функциональные свойства, мукоадгезия, тканевая инженерия, активные упаковки, перевязочные материалы, доставка лекарственных средств

Аннотация

Гидрогели и модифицированные композиты на основе желатина, полученного в результате гидролиза коллагена, распространенного в природе белкового вещества, содержащего все незаменимые аминокислоты (кроме триптофана), широко используются в пищевой индустрии, биомедицине, фармацевтической промышленности и в изготовлении упаковочных материалов для пищевых продуктов благодаря его биосовместимости, биоразлагаемости, неиммуногенности и способности стимулировать клеточную адгезию и пролиферацию. Желатин может поглощать в 5-10 раз больше своей массы воды и является основным ингредиентом твердых и мягких капсул в фармацевтической промышленности, поскольку плавится при температуре выше 30°С и легко выделяет биологически активные соединения, питательные вещества и лекарственные средства в пищеварительном тракте человека. Кроме того, желатин содержит аргинин-глицин-аспарагин RGD- последовательности в полимерной структуре и может способствовать различным функциям, включая антиоксидантную, антигипертензивную, антимикробную, регенерацию тканей, заживлению ран, усилению формирования костей и противораковой терапии. В этой статье представлен краткий обзор источников желатина, процессов получения желатина и его физико-химические свойства, а также достижений в изготовлении композитных материалов и гидрогелей на его основе для тканевой инженерии, доставки лекарств, перевязочных материалов, активных упаковочных материалов, с применением различных методов сшивки.

Литература

1 Buhus G, Peptu C, Popa M, Desbrières J (2009) Cellul Chem Technol 43:141-151.

2 Hennink WE, van Nostrum CF (2002) Adv Drug Deliv Rev 54:13-36. Crossref

3 Williams SJ, Wang Q, MacGregor RR, Siahaan TJ, Stehno-Bittel L, Berkland C (2009) Biopolymers 91:676-685. Crossref

4 Tabata Y, Ikada Y (1999) Biomaterials 20:2169-2175. Crossref

5 Drury JL, Mooney DJ (2003) Biomaterials 24:4337-4351. Crossref

6 Coviello T, Matricardi P, Marianecci C, Alhaique F (2007) J Control Release 119:5-24. Crossref

7 Bigi A, Cojazzi G, Panzavolta S, Roveri N, Rubini K (2002) Biomaterials 23:4827-4832. Crossref

8 Kasankala LM, Xue Y, Weilong Y, Hong SD, He Q (2007) Bioresour Technol 98:3338-3343. Crossref

9 Morrison NA, Sworn G, Clark RC, Chen YL, Talashek T (1999) Prog Colloid Polym Sci 114:127-131. Crossref

10 Fernández-Dı́az MD, Montero P, Gómez-Guillén MC (2001) Food Chem 74:161-167. Crossref

11 Bailey AJ, Paul RG (1998) J Soc Leather Technol Chem 82:104-110.

12 Hulmes DJS (2002) J Struct Biol 137:2-10. Crossref

13 Duconseille A, Astruc T, Quintana N, Meersman F, Sante-Lhoutellier V (2015) Food Hydrocoll 43:360-376. Crossref

14 Karim AA, Bhat R (2009) Food Hydrocoll 563-576. Crossref

15 Lim YP, Mohammad AW (2011) Food Bioprocess Technol 4:304-311. Crossref

16 Gómez-Guillén MC, Turnay J, Fernández-Dı́az MD, Ulmo N, Lizarbe MA, Montero P (2002) Food Hydrocoll 16:25–34. Crossref

17 Montero P, Gómez-Guillén MC (2000) J Food Sci 65:434-438. Crossref

18 Dzhafarov AF (1990) Gelatin production [Proizvodstvo zhelatina]. Agropromizdat, Moscow, Russia. (In Russian). ISBN 5-10-001486-5

19 de Wolf FA (2003) Chapter V Collagen and gelatin in Industrial Proteins in Perspective, ed. by Aalbersberg WY, Hamer RJ, Jasperse P, de Jongh HHJ, de Kruif CG, Walstra P, de Wolf FA. Elsevier Science B.V., P.133-218. Crossref

20 Foox M, Zilberman M (2015) Expert Opin Drug Deliv 12:1547-1563. Crossref

21 Alshafiee M, Aljammal MK, Markl D, Ward A, Walton K, Blunt L, Korde S, Pagire SK, Kelly AL, Paradkar A, Conway BR, Asare-Addo K (2019) Int J Pharm 559:245-254. Crossref

22 Derkach SR, Voron’ko NG, Kuchina YA, Kolotova DS, Gordeeva AM, Faizullin DA, Gusev YA, Zuev YF, Makshakova ON (2018) Carbohydr Polym 197:66-74. Crossref

23 Kołodziejska I, Kaczorowski K, Piotrowska B, Sadowska M (2004) Food Chem 86:203–209. Crossref

24 Wang X, Ao Q, Tian X, Fan J, Tong H, Hou W, Bai S (2017) Polymers (Basel) 9:140. Crossref

25 Nishimoto M, Sakamoto R, Mizuta S, Yoshinaka R (2005) Food Chem 90:151–156. Crossref

26 Gómez-Estaca J, Montero P, Fernández-Martín F, Gómez-Guillén MC (2009) J Food Eng 90:480–486. Crossref

27 (2007) Scientific report and opinion on the safety of gelatine. URL: URL

28 Johnston-Banks FA (1990) Gelatine, Food Gels. Elsevier Applied Food Science Series. Springer, Dordrecht, P. 233-289. Crossref

29 Jongjareonrak A, Benjakul S, Visessanguan W, Tanaka M (2006) Food Hydrocoll 20:1216-1222. Crossref

30 Zhang F, Xu S, Wang Z (2011) Food Bioprod Process 89:185-193. Crossref

31 Haddar A, Sellimi S, Ghannouchi R, Alvarez OM, Nasri M, Bougatef A (2012) Int J Biol Macromol 51:477-483. Crossref

32 Simon A, Grohens Y, Vandanjon L, Bourseau P, Balnois E, Levesque G (2003) Macromol Symp 203:331-338. Crossref

33 Xing Q, Yates K, Vogt C, Qian Z, Frost MC, Zhao F (2014) Sci Rep 4:4706. Crossref

34 Jaipan P, Nguyen A, Narayan RJ (2017) MRS Commun 7:416-426. Crossref

35 Jamilah B, Harvinder KG (2002) Food Chem 77:81-84. Crossref

36 Imeson A (2009) Food Stabilisers, Thickeners and Gelling Agents. Blackwell Publishing Ltd. ISBN 9781405132671

37 Lobo L (2002) J Colloid Interface Sci 254:165-174. Crossref

38 Nualkaekul S, Cook MT, Khutoryanskiy V V, Charalampopoulos D (2013) Food Res Int 53:304-311. Crossref

39 Fu J, Shen W, Bao J, Chen Q (2000) Radiat Phys Chem 57:34-348. Crossref

40 Karim AA, Bhat R (2008) Trends Food Sci Technol 19:644-656. Crossref

41 McWilliams M (2012) Foods: Experimental Perspectives. Pearson Prentice Hall. ISBN 9780137079292

42 Hofman E, Robinson RJ, Li Z-J, Dzikovski B, Zheng W (2017) J Am Chem Soc 139:8878-8885. Crossref

43 Wu Y, Xia C, Cai L, Garcia AC, Shi SQ (2018) J Clean Prod 184:92-100. Crossref

44 Ghahri S, Pizzi A (2018) Wood Sci Technol 52:26-279. Crossref

45 Safri SNA, Sultan MTH, Jawaid M, Jayakrishna K (2018) Compos Part B Eng 133:112-121. Crossref

46 Liu T, Guo X, Liu W, Hao C, Wang L, Hiscox WC, Liu C, Jin C, Xin J, Zhang J (2017) Green Chem 19:4364-4372. Crossref

47 Li Z-J, Hofman E, Li J, Davis AH, Tung C-H, Wu L-Z, Zheng W (2018) Adv Funct Mater 28:1704288. Crossref

48 Mohajer S, Rezaei M, Hosseini SF (2017) Carbohydr Polym 157:784-793. Crossref

49 Sahraee S, Milani JM, Ghanbarzadeh B, Hamishehkar H (2017) LWT - Food Sci Technol 76:33-39. Crossref

50 Wang W, Xiao J, Chen X, Luo M, Liu H, Shao P (2018) Food Hydrocoll 81:159-168. Crossref

51 Li K, Jin S, Chen H, Li J (2019) Compos Part B Eng 171:222-234. Crossref

52 Amjadi S, Emaminia S, Heyat Davudian S, Pourmohammad S, Hamishehkar H, Roufegarinejad L (2019) Carbohydr Polym 216:376-384. Crossref

53 Massoumi H, Nourmohammadi J, Marvi MS, Moztarzadeh F (2019) Int J Polym Mater Polym Biomater 68:1142-1153. Crossref

54 Rose JB, Pacelli S, Haj AJ El, Dua HS, Hopkinson A, White LJ, Rose FRAJ (2014) Materials (Basel) 7:3106-3135. Crossref

55 Dias JR, Baptista-Silva S, Oliveira CMT de, Sousa A, Oliveira AL, Bártolo PJ, Granja PL (2017) Eur Polym J 95:161-173. Crossref

56 Aleman A, Martinez-Alvarez O (2013) Nat Prod J 3:105-114. Crossref

57 Morimura S, Nagata H, Uemura Y, Fahmi A, Shigematsu T, Kida K (2002) Process Biochem 37:1403-1412. Crossref

58 Jennings S, Berry Ottaway P (2008) В: Berry Ottaway P (ed.) 2 - Forms of food supplements, Food Fortification and Supplementation Technological, Safety and Regulatory Aspects. Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, England, P.13-26. ISBN 978-1-84569-144-8

59 Aulton ME, Taylor K (2013) Aulton’s Pharmaceutics: The Design and Manufacture of Medicines. Elsevier Health Sciences. ISBN 9780702042904

60 Podczeck F, Jones BE (2004) Pharmaceutical Capsules. Pharmaceutical Press. ISBN 9780853695684

61 Gullapalli RP (2010) J Pharm Sci 99:4107-4148. Crossref

62 Gibbs BF, Kermasha S, Alli I, Mulligan CN (1999) Int J Food Sci Nutr 50:213-224. Crossref

63 Sam T (2000) Drug Inf J 34:875-894. Crossref

64 Pierce BF, Pittermann E, Ma N, Gebauer T, Neffe AT, Hölscher M, Jung F, Lendlein A (2012) Macromol Biosci 12:312-321. Crossref

65 Crescenzi V, Francescangeli A, Taglienti A (2002) Biomacromolecules 3:1384-1391. Crossref

66 Peppas NA, Bures P, Leobandung W, Ichikawa H (2000) Eur J Pharm Biopharm 50:27-46. Crossref

67 Einerson NJ, Stevens KR, Kao WJ (2003) Biomaterials 24:509-523. Crossref

68 Liu C, Zhang Z, Liu X, Ni X, Li J (2013) RSC Adv 3:25041-25049. Crossref

69 Rocha-García D, Betancourt-Mendiola M de L, Wong-Arce A, Rosales-Mendoza S, Reyes-Hernández J, González-Ortega O, Palestino G (2018) Eur Polym J 108:485-497. Crossref

70 Kanth V, Kajjari P, Madalageri P, Ravindra S, Manjeshwar L, Aminabhavi T (2017) Pharmaceutics 9:13. Crossref

71 Ciobanu BC, Cadinoiu AN, Popa M, Desbrières J, Peptu CA (2014) Mater Sci Eng C 43:383-391. Crossref

72 Yang D, Li Y, Nie J (2007) Carbohydr Polym 69:538-543. Crossref

73 Laffleur F, Strasdat B (2019) Eur Polym J 118:54-550. Crossref

74 Wang J, Sakai S, Deguchi Y, Bi D, Tabata Y, Morimoto K (2002) J Pharm Pharmacol 54:181-188. Crossref

75 Abruzzo A, Cerchiara T, Bigucci F, Gallucci MC, Luppi B (2015) J Pharm Sci 104:4365-4372. Crossref

76 Quinn KJ, Courtney JM, Evans JH, Gaylor JDS, Reid WH (1985) Biomaterials 6:369-377. Crossref

77 Choi YS, Hong SR, Lee YM, Song KW, Park MH, Nam YS (1999) J Biomed Mater Res 48:631-639. Crossref

78 Caló E, Khutoryanskiy VV (2015) Eur Polym J 65:252-267. Crossref

79 Balakrishnan B, Mohanty M, Umashankar PR, Jayakrishnan A (2005) Biomaterials 26:6335-6342. Crossref

80 Yang C, Xu L, Zhou Y, Zhang X, Huang X, Wang M, Han Y, Zhai M, Wei S, Li J (2010) Carbohydr Polym 82:1297-1305. Crossref

81 Huang X, Zhang Y, Zhang X, Xu L, Chen X, Wei S (2013) Mater Sci Eng C 33:4816-4824. Crossref

82 Zhang Z, Zhao M, Wang J, Ding Y, Dai X, Li Y (2011) Mar Drugs 9:696-711. Crossref

83 Kenawy E, Omer AM, Tamer TM, Elmeligy MA, Eldin MSM (2019) Int J Biol Macromol 139:440-448. Crossref

84 Ovsianikov A, Deiwick A, Van Vlierberghe S, Dubruel P, Möller L, Dräger G, Chichkov B (2011) Biomacromolecules 12:851-858. Crossref

85 Van Den Bulcke AI, Bogdanov B, De Rooze N, Schacht EH, Cornelissen M, Berghmans H (2000) Biomacromolecules 1:31-38. Crossref

86 Liu X, Ma PX (2009) Biomaterials 30:4094-4103. Crossref

87 Rohanizadeh R, Swain M V., Mason RS (2008) J Mater Sci Mater Med 19:1173-1182. Crossref

88 Marrella A, Lagazzo A, Dellacasa E, Pasquini C, Finocchio E, Barberis F, Pastorino L, Giannoni P, Scaglione S (2018) Polymers (Basel) 10:380. Crossref

89 Linh NTB, Lee BT (2011) J Biomater Appl 27:255-266. Crossref

90 Merkle VM, Martin D, Hutchinson M, Tran PL, Behrens A, Hossainy S, Sheriff J, Bluestein D, Wu X, Slepian MJ (2015) ACS Appl Mater Interfaces 7:8302-8312. Crossref

91 Van Vlierberghe S, Cnudde V, Dubruel P, Masschaele B, Cosijns A, De Paepe I, Jacobs PJS, Van Hoorebeke L, Remon JP, Schacht E (2007) Biomacromolecules 8:331-337. Crossref

92 Van Vlierberghe S, Dubruel P, Lippens E, Cornelissen M, Schacht E (2009) J Biomater Sci Polym Ed 20:1417-1438. Crossref

93 Bonne K, Verbeke W (2008) Meat Sci 79:113-123. Crossref

94 Gullapalli RP, Mazzitelli CL (2017) J Pharm Sci 106:1453-1465. Crossref

95 Lv L-C, Huang Q-Y, Ding W, Xiao X-H, Zhang H-Y, Xiong L-X (2019) J Funct Foods 63:103581. Crossref
Опубликован
2020-09-01
Как цитировать
Shatabayeva, E., Mun, G., Shaikhutdinov, Y., & Khutoryanskiy, V. (2020). Желатин: источники, получение и применение в пищевой промышленности и биомедицине. Вестник КазНУ. Серия химическая, 98(3), 28-46. https://doi.org/https://doi.org/10.15328/cb1112
Раздел
Органическая химия и химия полимеров