pectinas

Pectinas (del griego:πηκτός pektós =sólido, coagulado) son polisacáridos vegetales, más precisamente poliurónidos, que consisten esencialmente en D enlazados α-1,4-glucosídicamente -Unidades de ácido galacturónico. Desde un punto de vista nutricional, las pectinas son fibras dietéticas para humanos. Muchos microorganismos, por otro lado, son capaces de metabolizar las pectinas.

Ocurrencias

Las pectinas se encuentran en todas las plantas terrestres superiores. Aquí puedes encontrar pectinas en todos los componentes sólidos, por ejemplo, los tallos, flores, hojas, etc. Las pectinas están contenidas en las láminas medias y paredes celulares primarias, donde asumen una función estabilizadora y reguladora del agua. La composición de la pectina no solo difiere de una planta a otra, sino que también depende del tipo y la edad del tejido vegetal. Partes de plantas con componentes relativamente resistentes/duros, p. B. frutos cítricos o infrutescencias de girasoles. Bajo en pectina, por otro lado, son las frutas blandas, p. B. Fresas.

Contenido de pectina en la fruta (basado en peso fresco):

• Manzana 1-1,5 %
• Albaricoque 1%
• Cereza 0,4 %
• Naranja 0,5-3,5 %
• Zanahorias 1,4 %
• Orujo de manzana 15%
• Cáscara de cítricos 30%

Cuando las pectinas se extraen de los tejidos vegetales, se modifican químicamente. Por eso las pectinas vegetales autóctonas protopectinas nombradas para diferenciarlas de las pectinas que han sido modificadas químicamente de esta forma.

Extracción

En el orden de magnitud de 40.000 toneladas de pectina se producen en todo el mundo. La pectina se obtiene con un gran esfuerzo técnico a partir de materias primas vegetales con un alto contenido en pectina, como el orujo de manzana, cítricos o remolacha. Diferentes tipos de pectina con diferentes propiedades resultan de los diferentes materiales de partida y los métodos de producción y modificaciones que varían según el fabricante. A pesar de esta amplia gama de variaciones, se puede formular un esquema básico de extracción y modificación:

1. Extracción de todas las sustancias solubles en agua de las materias primas con agua caliente;
2. Separación de las pectinas de las demás sustancias solubles en agua por precipitación con etanol o acetona;
3. Centrifugación/filtración y lavado repetidos;
4. Modificación con ácido clorhídrico o amoníaco para reducir el grado de esterificación; en el caso del amoniaco se forman pectinas amidadas;
5. Filtrar, lavar y secar nuevamente produce un polvo de pectina de color blanco a blanquecino;
6. Se utilizan aditivos para adaptar la pectina a su área de uso (por ejemplo, azúcar de caña, sustancias tampón para regular el valor de pH y la disponibilidad de calcio, conservantes).

Estructura química y propiedades

La clase de sustancia de las pectinas se presenta en una variedad de estructuras. Todos ellos tienen en común que son polisacáridos cuyo componente principal (al menos un 65% en peso) es el ácido α-D-galacturónico (pK_a valor 2.9) como monómero. Estos monómeros de ácido galacturónico están conectados entre sí a través de enlaces glucosídicos α-1,4, formando la columna vertebral. ) de la molécula de pectina.

Esta columna vertebral lineal se interrumpe periódicamente por enlaces 1,2 con α-L-ramnosa. Por lo tanto, el término ácido ramno-galacturónico es en realidad sinónimo de pectina. La incorporación de estas unidades de desoxiazúcar conduce a perturbaciones en la cadena del ácido poligalacturónico formalmente lineal:las cadenas se "retuercen". Los bloques de construcción de ramnosa en las pectinas naturales, a su vez, llevan cadenas laterales oligoméricas hechas de azúcares arabinosa, galactosa o xilosa. Estas cadenas laterales son homopoliméricas, es decir, cada una consta de solo uno de estos tipos de azúcar, y tienen una longitud máxima de veinte bloques de construcción. La mayoría de estas cadenas laterales se pierden durante la producción industrial de pectinas. Las ramas de la cadena provocadas por la L-ramnosa y sus cadenas laterales no se producen con regularidad, sino que se acumulan en las denominadas regiones peludas. . Por el contrario, las partes lineales de la cadena se denominan regiones suaves .

Además de las ramas de la cadena principal, existen otras características de la macromolécula de pectina. Los grupos hidroxilo en el átomo C2 o C3 de las unidades de ácido galacturónico están acetilados en pequeña medida o sustituidos por otros azúcares neutros como D-galactosa, D-xilosa, L-arabinosa, L-ramnosa, de nuevo predominantemente en el regiones peludas . Los grupos carboxilo del ácido poligalacturónico se esterifican parcialmente con metanol. El grado de esterificación y acetilación varía con el origen de la pectina, pero tiene una influencia decisiva en las propiedades químicas. Por tanto, las pectinas se clasifican en función de su grado medio de esterificación VE.

Historia

La pectina fue descubierta por primera vez en los jugos de frutas por el científico Vauquelin en 1790. Sin embargo, no recibió su nombre hasta 1824, cuando otro científico llamado Braconnot continuó la investigación y nombró a la sustancia gelatinosa ácido péctico. Cien años después, Smolenski fue el primero en sugerir que la pectina podría consistir en ácido galacturónico polimérico. En 1930 Meyer y Mark reconocieron la forma de cadena de la molécula de pectina y en 1937 Schneider y Bock elaboraron una fórmula para la pectina. Fue solo a principios de este siglo que se reconocieron los usos prácticos de las pectinas, que pueden ser utilizadas para la producción de alimentos debido a su buen poder gelificante.

Clasificación de las pectinas

Pectinas altamente metiladas o altamente esterificadas

Por definición,
• tienen un grado de esterificación superior al 50 %,
• gel con un contenido de azúcar de al menos el 55 % en peso,
• necesita un pH de 1 a 3,5 para esto,
Por lo tanto,
• solo se puede usar en productos ácidos con un alto contenido de azúcar, p. en mermeladas y rellenos de frutas.

Pectinas poco metiladas y esterificadas

• se definen como aquellos que tienen un grado de esterificación entre 50% y 5%,
• puede formar gelatina incluso sin azúcar en presencia de cationes polivalentes,
• necesita un valor de pH de 1 a 7 para esto,
• se utilizan para producir preparaciones de frutas bombeables, especialmente para productos lácteos.
• se utilizan en la producción de productos para untar de frutas bajos en calorías.

Ácidos pécticos

Por definición,
• tienen un grado de esterificación inferior al 5 %,
• gel como pectinas poco metiladas (ver arriba),
• y caen como pectatos a altos valores de pH y altos niveles de cationes polivalentes , sales de ácidos pécticos no esterificados.

Amido pectinas (pectinas amidadas, E 440ii)

• pertenecen al grupo de las pectinas poco metiladas, donde una cierta proporción de los grupos de ácido carboxílico están presentes como amidas como resultado de la reacción con el amoníaco,
• , como las pectinas poco metiladas, gel con azúcar y cationes polivalentes,
• Sin embargo, las propiedades del gel se ven menos afectadas por el contenido de cationes polivalentes, especialmente calcio. Por lo tanto, son más robustos en uso.

La principal diferencia en la tecnología de aplicación entre las modificaciones radica en la tendencia a formar geles a partir de soluciones acuosas y en las propiedades de los geles formados. Con el grado de esterificación y con aditivos, la velocidad de formación de gel, la fuerza del gel, la liberación de aromas y la capacidad de esparcimiento pueden controlarse específicamente.

Aplicaciones

Debido a su capacidad para formar geles, las pectinas son un componente indispensable de muchos productos en la industria alimentaria, farmacéutica o cosmética, en los que se utilizan agentes gelificantes, espesantes y/o estabilizantes por diversas razones. En la industria alimentaria y en parte también en el hogar, la pectina se utiliza para elaborar jaleas, mermeladas, confitería, productos horneados, para estabilizar bebidas y en productos lácteos. Las pectinas, como el agar-agar, la carragenina o el ácido algínico, se pueden utilizar como un sustituto puramente vegetal de la gelatina.

Las pectinas con bajo contenido de metilación se utilizan en la producción de yogur y en la pasteurización de productos de leche agria, donde la presencia de pectina impide la coagulación de la caseína.

Tiene el número E 440 como aditivo alimentario en la UE sin límite máximo (quantum satis ) generalmente aprobado para alimentos.

Sus propiedades como espesantes, coloides protectores y estabilizantes también se utilizan en las industrias farmacéutica y cosmética para aumentar la viscosidad y la estabilidad de emulsiones y suspensiones y para crear varios geles, cremas y pastas.

Otras aplicaciones médicas de las pectinas vienen dadas por su capacidad de actuar como agentes complejantes en la desintoxicación en caso de intoxicación por metales pesados ​​y su propiedad de disminuir el nivel de colesterol en sangre. También se usa en algunos medicamentos para tratar la diarrea.

Mecanismos de gelificación

Las moléculas de pectina son muy grandes (macromoléculas) y deberían ser difíciles de disolver debido a su peso y gran área superficial. De hecho, sin embargo, se pueden disolver cantidades relativamente grandes de pectina en solo un poco de agua tibia. Este fenómeno es causado por los grupos de ácido carboxílico libres de los componentes básicos del ácido galacturónico. Los grupos ácidos se disocian en solución acuosa. Esto crea residuos de ácido aniónico que se distribuyen más o menos uniformemente por toda la macromolécula. La carga negativa asegura que las moléculas de pectina se repelan electrostáticamente. Además, se forman grandes capas de hidratación alrededor de estos portadores de carga, que también evitan que las moléculas se acerquen entre sí. Esto mantiene las pectinas, también llamadas hidrocoloides, en solución.

Para la gelificación se debe superar la barrera de la repulsión electrostática y de las capas de hidratación. Hay dos mecanismos para esto:

Gelificación con cationes polivalentes

Un catión multivalente está unido por dos o más grupos carboxilato aniónicos en un complejo de quelato, formando un gel en el que los cationes multivalentes mantienen unidas las cadenas de pectina en una red tridimensional.

Gelificación con azúcar y ácido

El ácido convierte muchos de los residuos de ácido aniónico en grupos ácidos, reduciendo así la repulsión electrostática entre las cadenas de pectina. Grandes cantidades de azúcar tienen un efecto deshidratante, i. h también unen el agua de las grandes capas de hidratación de las pectinas. Como resultado, las cadenas de pectina, p. T. incluyendo también el azúcar, se acercan entre sí y forman una red tridimensional unida por enlaces de hidrógeno.