O colágeno, cujo termo deriva das palavras gregas Kolla (cola) e Genno (produção), é a proteína estrutural mais abundante em vertebrados e invertebrados e constitui aproximadamente 30% do total de proteínas de um animal. É composto por cadeias peptídicas dos aminoácidos glicina, prolina, lisina, hidroxilisina, hidroxiprolina e alanina, organizadas de forma paralela a um eixo, formando as fibras de colágeno, que proporcionam resistência e elasticidade à estrutura presente.

As proteínas colagenosas formam agregados supramoleculares (fibrilas, filamentos ou redes), sozinhas ou em conjunto com outras matrizes extracelulares. Sua principal função é contribuir com a integridade estrutural da matriz extracelular ou ajudar a fixar células na matriz. O colágeno apresenta propriedades mecânicas singulares e é quimicamente inerte.

A molécula de colágeno possui 280nm de comprimento, com massa molecular de 300.000 Da, estabilizada por pontes de hidrogênio e por ligações intermoleculares. A sequência de aminoácidos no colágeno é, em geral, uma unidade tripeptídica, glicina-x-prolina ou glicina-x-hidroxiprolina, onde o x pode ser qualquer um dos 20 aminoácidos padrão. Cada molécula de colágeno pode ter até três cadeias diferentes, que se unem na formação do pro-colágeno.

O colágeno apresenta estrutura molecular relativamente simples e é insolúvel em água, em virtude da grande concentração de aminoácidos hidrofóbicos, quer no interior da proteína, quer na superfície. Representa uma exceção à regra de que os grupos hidrofóbicos precisam estar escondidos no interior da molécula proteica. O núcleo hidrofóbico, portanto, contribui menos para a estabilidade estrutural da molécula, enquanto as ligações covalentes assumem um papel especialmente importante.

As condições de pré-tratamento, diálise e fonte de extração são os principais fatores que determinam as características finais do colágeno, como peso molecular, composição de aminoácidos e estrutura molecular.

Pode ser obtido da pele e ossos de algumas espécies de vertebrados, principalmente bovinos e suínos, bem como de peixes, esponjas e águas-vivas. Comercialmente, se apresenta na forma líquida, podendo ser obtido através da exclusão da etapa de secagem do colágeno hidrolisado ou da diluição do colágeno em pó; em cápsula, cujo produto em pó é inserido na cápsula, garantindo doses normalmente em miligramas do produto; ou em pó, a forma mais difundida, devido à baixa atividade de água (umidade normalmente próxima de 8%), o que garante estabilidade muito grande da proteína.

As propriedades do colágeno podem ser classificadas em dois grupos: as relacionadas ao seu comportamento de gelificação, como texturização, espessamento, formação de gel e capacidade de ligação à água; e as relacionadas ao comportamento da superfície, que incluem emulsão, formação de espuma, estabilização, adesão e coesão, função coloide protetora e capacidade de formação de filme.

Como resultado da sua excelente compatibilidade biológica e degradabilidade, com baixa antigenicidade, o colágeno e seus produtos derivados são amplamente utilizados na indústria de alimentos e bebidas por suas propriedades nutricionais e funcionais.

O colágeno hidrolisado possui uma ampla gama de aplicações devido as suas propriedades de baixa viscosidade em soluções aquosas, odor neutro, incolor, transparência, emulsificação e estabilização, formação de espuma, formação de filme, molhabilidade, solubilidade, dispersibilidade, compressibilidade do pó, transportador de substâncias de baixa alergenicidade, bem como atividade antioxidante e antimicrobiana. É amplamente utilizado como ingrediente funcional na indústria de alimentos para aumentar a retenção de água em produtos à base de carne, desenvolvimento sensorial e melhoria das propriedades físicas e químicas em bebidas e laticínios.

Os hidrolisados de colágeno podem fixar íons de cálcio, melhorando sua biodisponibilidade, portanto, o colágeno hidrolisado pode ser usado como ingrediente funcional em alimentos no tratamento de deficiências minerais. Também atuam como anticoagulante, ajudando a diminuir os danos nas células e tecidos originados por baixas temperaturas; portanto, pode ser útil em alimentos que requerem armazenamento em temperaturas frias ou congelantes.

O colágeno hidrolisado tem sido utilizado na preparação de diferentes produtos, como os à base de carne, bebidas e sopas, entre outros, onde ajuda a aumentar e manter as propriedades sensoriais, químicas e físicas dos produtos alimentícios.

Os produtos à base de carne contendo matéria-prima adicionada de colágeno ou suas frações podem melhorar suas propriedades tecnológicas e reológicas. A adição de colágeno à pasta de fígado, por exemplo, melhora a qualidade dos produtos e reduz a taxa de ocorrência de tamponamento de gordura. Em alimentos processados, como salsichas, tem sido usado para substituir a gordura de porco com um nível de reposição de 50%. Os resultados do produto final apresentam maior capacidade de retenção de água, melhor estabilidade após o cozimento e textura melhorada, como dureza e mastigação.

O uso de colágeno hidrolisado de peixe em produtos à base de carne apresenta maior teor de proteínas, menor teor de gordura, aceitabilidade sensorial semelhante e melhor textura em comparação com os produtos sem colágeno hidrolisado. Já o colágeno hidrolisado da pele bovina pode ser utilizado em combinação com amido modificado e goma guar na elaboração de presunto.

No setor de bebidas, a tripla estrutura de hélice do colágeno é termicamente lábil e desempenha uma função significativa como agente clarificador em bebidas alcoólicas turvas por agregação de levedura e outras partículas insolúveis. As soluções de colágeno bovino se mostraram positivas no refinamento de cervejas e preparações de leveduras por modificação química.

O colágeno hidrolisado de peixe também pode ser adicionado em bebidas, como suco de laranja, por exemplo, apresentando melhora nas propriedades nutricionais e funcionais com maior teor de proteínas, biodisponibilidade e baixa viscosidade, além de alta solubilidade na água. Em bebidas lácteas fermentadas, a adição de colágeno hidrolisado como ingrediente funcional apresenta baixa sinérese e sedimentação, com boas propriedades físico-químicas e microbiológicas, além de afetar positivamente a viscosidade.

Atualmente, as bebidas com infusão de colágeno são uma tendência no mercado global e estão disponíveis em formulações que incluem colágeno de soja, colágeno de cacau, colágeno de cappuccino, suco com colágeno, entre outras.

A fibra de colágeno é outro ingrediente de interesse para a indústria de alimentos e bebidas. Obtida a partir do colágeno em sua forma bruta, estabilizada termicamente é uma alternativa natural para os emulsificantes sintéticos, principalmente em produtos ácidos, sendo usada em formulações de alimentos, tais como produtos de confeitaria e refrigerantes. A fibra de colágeno estabilizada ao calor pode ser uma alternativa natural aos emulsificantes sintéticos para uso em formulações ácidas de alimentos e bebidas.

Da mesma forma, os peptídeos de colágeno são ingredientes funcionais de fácil aplicação na indústria alimentícia. Estes compostos polímeros, que apresentam de oito a nove aminoácidos essenciais, são de grande importância para a engenharia de alimentos, pois além de oferecem amplos benefícios à saúde, são versáteis para inclusão em produtos alimentícios.

Devido a sua alta digestibilidade, rápida dispersão e solubilidade instantânea, o colágeno pode ser incorporado a uma multiplicidade de alimentos e está presente em uma multiplicidade de aplicações, como barras de cereais, para a redução do teor de açúcar, iogurtes para a redução do teor de gordura, sorvetes para conferir uma maior cremosidade, reduzindo a formação de cristais de gelo, nos shakes para o enriquecimento proteico, nos chocolates para a redução de gordura e em bebidas para a clarificação e também enriquecimento proteico das mesmas, como tripa reconstituída para embutidos e como agente estabilizador em emulsões cárneas. O colágeno também pode ser encontrado em bebidas funcionais, complexos vitamínicos, cápsulas e gomas. Há, ainda, a sua versão em pó, que pode ser misturada em sucos e shakes, entre muitas outras aplicações.