Pectine - Biologie

Pectine (din greacă: πηκτός pektós = solide, coagulate) sunt polizaharide vegetale, mai exact poliuronide, care constau în esență din unități de acid D-galacturonic legate α-1,4-glicozidic. Din punct de vedere nutrițional, pectinele sunt fibre dietetice pentru oameni. Multe microorganisme, pe de altă parte, sunt capabile să convertească pectinele.

Apariție

Pectinele se găsesc în toate plantele terestre superioare. Aici puteți găsi pectine în toate componentele solide, de exemplu tulpini, flori, frunze etc. Pectinele sunt conținute în lamelele centrale și pereții celulari primari, unde au o funcție de întărire și reglare a apei. Compoziția pectinei diferă nu numai de la plantă la plantă, ci depinde și de tipul și vârsta țesutului plantei. Părțile plantelor cu componente relativ dure/dure sunt deosebit de bogate în pectină, de ex. B. Citrice sau fructe de floarea soarelui. Pe de altă parte, fructele moi au un conținut scăzut de pectină, de ex. B. Căpșuni.

Conținutul de pectine din fructe și legume (pe baza greutății proaspete): [1]

• Apple 1-1,5%
• Caise 1%
• Cireș 0,4%
• Portocaliu 0,5-3,5%
• Morcovi 1,4%
• Tescovină de mere 15%
• Coaja de citrice 30%

Când pectinele sunt extrase din țesuturile plantei, acestea sunt modificate chimic. De aceea se folosesc pectinele vegetale native Protopectine pentru a le diferenția de pectinele modificate chimic.

Extracţie

În fiecare an se produc în jur de 40.000 de tone de pectină în întreaga lume. Extracția pectinei are loc cu un efort tehnic deosebit din materii prime vegetale cu un conținut ridicat de pectină, cum ar fi pulpa de măr, citrice sau sfeclă. Diferitele materii prime și diferitele metode de extracție și modificări în funcție de producător au ca rezultat diferite tipuri de pectină cu proprietăți diferite. În ciuda acestei game largi de variații, se poate formula o schemă de bază de extracție și modificare:

1. Extragerea tuturor substanțelor solubile în apă din materiile prime cu apă fierbinte;
2. Separarea pectinelor de celelalte substanțe solubile în apă prin precipitare cu etanol, metanol sau izopropanol;
3. Centrifugare/filtrare și spălare multiple;
4. Modificare cu acid clorhidric pentru a reduce gradul de esterificare sau amoniac; în cazul amoniacului, se produc pectine amidate;
5. Filtrarea, spălarea și uscarea produc din nou o pulbere de pectină albă până la cenușie;
6. Pectina este adaptată domeniului său de aplicare prin aditivi (de exemplu zahăr din trestie pentru standardizare, substanțe tampon pentru a regla valoarea pH-ului și disponibilitatea calciului).

Structura și proprietățile chimice

Clasa de substanță a pectinelor apare într-o multitudine de structuri. Tot ce au în comun este că sunt polizaharide, a căror componentă principală (cel puțin 65% din greutate) este acidul α-D-galacturonic (pKa-Valoarea 2.9) ca monomer. Acești monomeri ai acidului galacturonic sunt legați unul de altul prin intermediul α-1,4-, mai ales într-o mică măsură prin legături β-1,4-glicozidice și formează astfel coloana vertebrală a moleculei de pectină.

Caracteristici structurale ale diferitelor pectine

Secțiunea din coloana vertebrală a pectinelor: Acid poli-α- (1 → 4) -galacturonic.	Secțiune parțial esterificată a coloanei vertebrale	Ramnogalacturonan: coloană vertebrală cu „îndoială” prin ramnoză încorporată

Această coloană vertebrală liniară este întreruptă periodic de legături 1,2 cu α-L-ramnoză. De aici și denumirea sistematică pentru pectină Acidul ramno-galacturonic. Încorporarea unităților de ramnoză duce la perturbări în lanțul formal de acid poligalacturonic drept: lanțurile sunt „îndoite”. Blocurile de bază ale ramnozei din pectinele naturale, la rândul lor, au lanțuri laterale oligomerice din zaharine arabinoză, galactoză sau xiloză. Aceste lanțuri laterale de zahăr neutru pot fi la rândul lor împărțite în arabinani, galactani și arabinogalactan-I, precum și arabinogactan-II, care este legat de proteine, dar este adesea clasificat și ca hemiceluloză. Lanțurile laterale sunt de obicei între una și 50 de unități de zahăr. Majoritatea acestor lanțuri laterale, dar mai ales arabinofuranoză acid-labilă, se pierd în producția industrială de pectine. Ramurile din lanț prin L-ramnoză și lanțurile sale laterale nu apar în mod regulat, ci se acumulează în așa-numitele regiuni păroase. În schimb, părțile liniare ale lanțului sunt numite regiuni netede.

În plus față de ramurile lanțului principal, există și alte caracteristici ale macromoleculei de pectină. Grupurile hidroxil de pe atomul C2 sau C3 al unităților de acid galacturonic sunt acetilate într-o mică măsură sau substituite cu alte zaharuri neutre precum D-galactoză, D-xiloză, L-arabinoză, L-ramnoză - și aici, în principal în regiuni păroase. Grupurile carboxi ale acidului poligalacturonic sunt adesea esterificate cu metanol. Gradul de esterificare și acetilare variază în funcție de originea pectinei, dar are o influență decisivă asupra proprietăților chimice. De aceea pectinele sunt clasificate în funcție de gradul lor mediu de esterificare VE.

poveste

Pectina a fost descoperită pentru prima dată în sucurile de fructe în 1790 de către chimistul și farmacistul francez Louis-Nicolas Vauquelin. Cu toate acestea, nu și-a primit numele decât în ​​1824, când botanistul și chimistul francez Henri Braconnot și-a continuat cercetările și a denumit substanța gelatinoasă acid pectic. O sută de ani mai târziu, K. Smolenski a fost primul care a suspectat că pectina ar putea consta din acid polimeric galacturonic. În 1930, Meyer și Mark au recunoscut forma în lanț a moleculei de pectină, iar în 1937, Schneider și Bock au dezvoltat o formulă pentru pectină. Abia la începutul secolului al XX-lea oamenii au recunoscut utilizările practice ale pectinelor, care pot fi utilizate pentru producția de alimente datorită proprietăților lor bune de gelifiere. [2]
Probabil cea mai cunoscută marcă pentru agenții de gelifiere care conțin pectină din 1928 a fost Opekta.

Clasificarea pectinelor

Pectine puternic metilate sau foarte esterificate

• au un grad de esterificare mai mare de 50% prin definiție,
• gel cu un conținut de zahăr de cel puțin 55% din greutate,
• au nevoie de un pH de 1–3,5 pentru aceasta,
• prin urmare, poate fi utilizat numai în produse acide, cu conținut ridicat de zahăr, de ex. B. în gemuri și umpluturi de fructe.

Pectine slab metilate, scăzute cu metilester

• au un grad de esterificare între 50% și 5% prin definiție,
• poate forma jeleu chiar și fără zahăr în prezența cationilor polivalenți,
• au nevoie de o valoare pH de 1-7 pentru aceasta,
• sunt utilizate pentru producerea de preparate din fructe pompabile, în special pentru produse lactate.
• sunt folosite pentru a face tartine cu fructe cu conținut scăzut de calorii.

Acizi pectici

• au un grad de esterificare mai mic de 5% prin definiție,
• gel ca pectinele scăzute metilate (vezi mai sus),
• și cad la valori ridicate ale pH-ului și niveluri ridicate de cationi polivalenți ca Pectate, Sărurile acizilor pectici neesterificați.

Amidopectine (pectine amidate, E 440ii)

• se încadrează în grupul pectinelor scăzute metilate, prin care o anumită proporție a grupurilor de acid carboxilic este prezentă ca amidă datorită reacției cu amoniacul,
• gel ca pectinele scăzute metilate cu zahăr și cationi polivalenți,
• proprietățile jeleului sunt însă mai puțin influențate de conținutul de cationi polivalenți, în special de calciu. Prin urmare, acestea sunt mai robuste de utilizat.

Principala diferență în tehnologia de aplicare între modificări constă în tendința de a forma geluri din soluții apoase și în proprietățile gelurilor formate. Cu gradul de esterificare și utilizarea altor aditivi, viteza de formare a gelului, rezistența gelului, eliberarea aromei și răspândirea pot fi controlate într-un mod țintit.

Aplicații

Datorită capacității lor de a forma geluri, pectinele sunt o componentă indispensabilă a multor produse din industria alimentară, industria farmaceutică sau pentru produsele cosmetice în care agenții de gelifiere, agenții de îngroșare și/sau stabilizatorii sunt folosiți din diverse motive. [3] În industria alimentară și parțial în gospodărie, pectina este utilizată pentru a face jeleuri, gemuri și gemuri (vezi articolul Opekta), Cofetărie, produse de patiserie, pentru stabilizarea băuturilor și în produse lactate. Pectinele, cum ar fi agar-agar, caragenan sau acid alginic, pot fi utilizate ca înlocuitori pur vegetali ai gelatinei.

Pectinele scăzute metilate sunt utilizate în producția de iaurt și în pasteurizarea produselor din lapte acru, unde coagularea cazeinei este prevenită de prezența pectinei.

Este numărul unu în UE ca aditiv alimentar E 440 fără restricție de cantitate maximă (quantum satis) aprobat în general pentru aproape toate alimentele.

Proprietățile lor ca agenți de îngroșare, coloizi de protecție și stabilizatori sunt utilizați și în industria farmaceutică și cosmetică pentru a crește vâscozitatea și stabilitatea emulsiilor și suspensiilor și pentru a produce diverse geluri, creme și paste.

Alte aplicații medicale ale pectinelor rezultă din capacitatea lor de a acționa ca agent de complexare în detoxifierea otrăvirii cu metale grele și capacitatea lor de a reduce nivelul colesterolului din sânge. Este, de asemenea, utilizat în unele medicamente pentru tratarea diareei.

Mecanisme de gelificare

Moleculele de pectină sunt foarte mari (macromolecule) și ar trebui să fie dificil de îndepărtat datorită greutății și suprafeței lor mari. De fapt, însă, cantități relativ mari de pectină pot fi dizolvate în doar puțină apă caldă. Cauza acestui fenomen sunt grupările libere de acid carboxilic ale blocurilor de construcție ale acidului galacturonic. Grupurile acide se disociază în soluție apoasă. Acest lucru creează reziduuri de acid anionic care sunt distribuite mai mult sau mai puțin uniform peste macromoleculă. Sarcina negativă asigură faptul că moleculele de pectină se resping reciproc electrostatic. În plus, în jurul acestor purtători de sarcină se formează cochilii mari de hidratare, care împiedică în plus moleculele să se apropie una de alta. În acest fel, pectinele rămân în suspensie, motiv pentru care pectinele sunt alocate grupului de hidrocoloizi.

Pentru a gelifica, trebuie depășită bariera repulsiei electrostatice și a cochiliilor de hidratare. Există două mecanisme pentru aceasta:

Gelificarea cu cationi polivalenți

Un cation polivalent este legat de două sau mai multe grupări carboxilate anionice într-un complex chelat, astfel încât se formează un gel în care cationii polivalenți țin lanțurile pectinei împreună într-o rețea tridimensională. Gelificarea are loc după așa-numitul model „cutie cu ouă”.

Gelificarea cu zahăr și acid

Acidul transformă multe dintre reziduurile de acid anionic în grupe acide, ceea ce reduce repulsia electrostatică între lanțurile de pectină. Cantități mari de zahăr au efect deshidratant, i. H. de asemenea, leagă apa de cojile mari de hidrat ale pectinelor. Acest lucru permite lanțurilor de pectină, de ex. Uneori, cu includerea zahărului, se apropie unul de celălalt și formează o rețea tridimensională legată de legături de hidrogen.

---