pectines

Pectines (du grec :πηκτός pektós =solide, coagulé) sont des polysaccharides végétaux, plus précisément des polyuronides, qui sont essentiellement constitués de D lié ​​α-1,4-glycosidiquement -unités d'acide galacturonique. D'un point de vue nutritionnel, les pectines sont des fibres alimentaires pour l'homme. De nombreux micro-organismes, en revanche, sont capables de métaboliser les pectines.

Occurrences

Les pectines se trouvent dans toutes les plantes terrestres supérieures. Ici, vous pouvez trouver des pectines dans tous les composants solides, par exemple les tiges, les fleurs, les feuilles, etc. Les pectines sont contenues dans les lamelles moyennes et les parois cellulaires primaires, où elles assument une fonction de stabilisation et de régulation de l'eau. La composition de la pectine diffère non seulement d'une plante à l'autre, mais dépend également du type et de l'âge du tissu végétal. Parties de plantes avec des composants relativement résistants/durs, par ex. B. Agrumes ou infructescences de tournesol. À faible teneur en pectine, en revanche, sont les fruits mous, par ex. B. Fraises.

Teneur en pectine des fruits (basée sur le poids frais) :

• Pomme 1-1,5 %
• Abricot 1 %
• Cerise 0,4 %
• Orange 0,5-3,5 %
• Carottes 1,4 %
• Marc de pomme 15 %
• Zeste d'agrumes 30 %

Lorsque les pectines sont extraites des tissus végétaux, elles sont modifiées chimiquement. C'est pourquoi les pectines végétales natives protopectines nommées afin de les différencier des pectines ainsi modifiées chimiquement.

Extraction

De l'ordre de grandeur de 40 000 tonnes de pectine sont produites dans le monde. La pectine est obtenue avec un grand effort technique à partir de matières premières végétales à haute teneur en pectine, comme la pomme, les agrumes ou le marc de betterave. Différents types de pectine aux propriétés différentes résultent des différentes matières premières et des méthodes de production et des modifications qui varient selon le fabricant. Malgré ce large éventail de variations, un schéma de base d'extraction et de modification peut être formulé :

1. Extraction de toutes les substances solubles dans l'eau des matières premières avec de l'eau chaude ;
2. Séparation des pectines des autres substances hydrosolubles par précipitation à l'éthanol ou à l'acétone ;
3. Centrifugation/filtration et lavage répétés ;
4. Modification avec de l'acide chlorhydrique ou de l'ammoniac pour réduire le degré d'estérification ; dans le cas de l'ammoniac, il se forme des pectines amidées ;
5. Le filtrage, le lavage et le séchage à nouveau donnent une poudre de pectine blanche à blanc cassé ;
6. Des additifs sont utilisés pour adapter la pectine à son domaine d'utilisation (par exemple, sucre de canne, substances tampons pour réguler le pH et la disponibilité du calcium, conservateurs).

Structure et propriétés chimiques

La classe de substances des pectines se présente dans une variété de structures. Ils ont tous en commun d'être des polysaccharides dont le composant principal (au moins 65 % en poids) est l'acide α-D-galacturonique (pK_a valeur 2,9) sous forme de monomère. Ces monomères d'acide galacturonique sont reliés les uns aux autres par des liaisons α-1,4-glycosidiques, formant le squelette ) de la molécule de pectine.

Cette colonne vertébrale linéaire est périodiquement interrompu par des liaisons 1,2 avec l'α-L-rhamnose. Ainsi, le terme acide rhamno-galacturonique est en fait synonyme de pectine. L'incorporation de ces motifs désoxysucre conduit à des perturbations de la chaîne polygalacturonique formellement linéaire :les chaînes sont « kinked ». Les blocs de construction du rhamnose dans les pectines naturelles, à leur tour, portent des chaînes latérales oligomères fabriquées à partir des sucres arabinose, galactose ou xylose. Ces chaînes latérales sont homopolymères, c'est-à-dire constituées chacune d'un seul de ces types de sucre, et ont au maximum vingt blocs de construction. La plupart de ces chaînes latérales sont perdues lors de la production industrielle de pectines. Les ramifications de la chaîne causées par le L-rhamnose et ses chaînes latérales ne se produisent pas régulièrement, mais s'accumulent dans les soi-disant régions poilues . En revanche, les parties linéaires de la chaîne sont appelées régions lisses .

En plus des branches de la chaîne principale, il existe d'autres caractéristiques de la macromolécule de pectine. Les groupes hydroxyle sur l'atome C2 ou C3 des unités d'acide galacturonique sont acétylés dans une faible mesure ou substitués par d'autres sucres neutres tels que le D-galactose, le D-xylose, le L-arabinose, le L-rhamnose - encore une fois principalement dans le régions poilues . Les groupes carboxyle de l'acide polygalacturonique sont partiellement estérifiés avec du méthanol. Le degré d'estérification et d'acétylation varie selon l'origine de la pectine, mais a une influence déterminante sur les propriétés chimiques. Par conséquent, les pectines sont classées en fonction de leur degré moyen d'estérification VE.

Historique

La pectine a été découverte pour la première fois dans les jus de fruits par le scientifique Vauquelin en 1790. Cependant, il n'a reçu son nom qu'en 1824, lorsqu'un autre scientifique nommé Braconnot a poursuivi les recherches et a nommé la substance gélatineuse acide pectique. Cent ans plus tard, Smolenski a été le premier à suggérer que la pectine pourrait être constituée d'acide galacturonique polymère. En 1930, Meyer et Mark ont ​​reconnu la forme en chaîne de la molécule de pectine et en 1937, Schneider et Bock ont ​​établi une formule pour la pectine. Ce n'est qu'au début de ce siècle que les utilisations pratiques des pectines, qui peuvent être utilisées pour la production d'aliments en raison de leur bon pouvoir gélifiant, ont été reconnues.

Classement des pectines

Pectines hautement méthylées ou hautement estérifiées

Par définition,
• ont un degré d'estérification supérieur à 50 %,
• gel dont la teneur en sucre est d'au moins 55 % en poids,
• besoin d'un pH de 1 à 3,5 pour cela,
• ne peut donc être utilisé que dans des produits acides à forte teneur en sucre, par ex. dans les confitures et les garnitures aux fruits.

Pectines faiblement méthylées et faiblement estérifiées

• sont définis comme ayant un degré d'estérification compris entre 50 % et 5 %,
• peut former de la gelée même sans sucre en présence de cations polyvalents,
• besoin d'une valeur de pH de 1 à 7 pour cela,
• sont utilisés pour produire des préparations de fruits pompables, notamment pour les produits laitiers.
• sont utilisés dans la production de pâtes à tartiner aux fruits à teneur réduite en calories.

Acides pectiques

Par définition,
• ont un degré d'estérification inférieur à 5 %,
• gel comme les pectines faiblement méthylées (voir ci-dessus),
• et tombent sous forme de pectates à des valeurs de pH élevées et à des niveaux élevés de cations polyvalents , sels d'acides pectiques non estérifiés.

Pectines amido (pectines amidées, E 440ii)

• entrent dans le groupe des pectines faiblement méthylées, où une certaine proportion des groupes acides carboxyliques sont présents sous forme d'amides à la suite de la réaction avec l'ammoniac,
• , comme les pectines faiblement méthylées, se gélifient à la fois avec du sucre et des cations polyvalents,
• Cependant, les propriétés du gel sont moins affectées par la teneur en cations polyvalents, en particulier le calcium. Ils sont donc plus robustes à l'usage.

La principale différence de technologie d'application entre les modifications réside dans la tendance à former des gels à partir de solutions aqueuses et dans les propriétés des gels formés. Avec le degré d'estérification et avec des additifs, la vitesse de formation du gel, la force du gel, la libération d'arôme et la capacité d'étalement peuvent être spécifiquement contrôlées.

Applications

De par leur capacité à former des gels, les pectines sont un composant indispensable de nombreux produits de l'industrie alimentaire, pharmaceutique ou cosmétique, dans lesquels des gélifiants, des épaississants et/ou des stabilisants sont utilisés pour diverses raisons. Dans l'industrie alimentaire et en partie aussi à la maison, la pectine est utilisée pour fabriquer des gelées, des confitures et des marmelades, des confiseries, des pâtisseries, pour stabiliser des boissons et dans des produits laitiers. Les pectines, comme l'agar-agar, le carraghénane ou l'acide alginique, peuvent être utilisées comme substitut purement végétal de la gélatine.

Les pectines à faible teneur en méthyle sont utilisées dans la production de yaourt et dans la pasteurisation des produits à base de lait caillé, où la présence de pectine empêche la coagulation de la caséine.

Il porte le numéro E 440 en tant qu'additif alimentaire dans l'UE sans limite maximale (quantum satis ) généralement approuvé pour l'alimentation.

Leurs propriétés d'épaississants, de colloïdes protecteurs et de stabilisants sont également utilisées dans les industries pharmaceutiques et cosmétiques pour augmenter la viscosité et la stabilité des émulsions et des suspensions et pour créer divers gels, crèmes et pâtes.

D'autres applications médicales des pectines sont données par leur capacité à agir comme agents complexants dans la détoxification en cas d'empoisonnement aux métaux lourds et leur propriété d'abaisser le taux de cholestérol dans le sang. Il est également utilisé dans certains médicaments pour traiter la diarrhée.

Mécanismes de gélification

Les molécules de pectine sont très grandes (macromolécules) et devraient être difficiles à résoudre en raison de leur poids et de leur grande surface. En fait, cependant, des quantités relativement importantes de pectine peuvent être dissoutes dans un peu d'eau tiède. Ce phénomène est causé par les groupes acides carboxyliques libres des éléments constitutifs de l'acide galacturonique. Les groupes acides se dissocient en solution aqueuse. Cela crée des résidus d'acide anionique qui sont plus ou moins uniformément répartis dans la macromolécule. La charge négative garantit que les molécules de pectine se repoussent électrostatiquement. De plus, de grosses coquilles d'hydratation se forment autour de ces porteurs de charge, qui empêchent également les molécules de se rapprocher les unes des autres. Cela maintient les pectines, également appelées hydrocolloïdes, en solution.

Pour la gélification, la barrière des coques de répulsion électrostatique et d'hydratation doit être franchie. Il existe deux mécanismes pour cela :

Gélification avec des cations polyvalents

Un cation multivalent est lié par deux groupes carboxylate anioniques ou plus dans un complexe chélate, formant un gel dans lequel les cations multivalents maintiennent les chaînes de pectine ensemble dans un réseau tridimensionnel.

Gélification avec du sucre et de l'acide

L'acide convertit de nombreux résidus d'acide anionique en groupes acides, réduisant ainsi la répulsion électrostatique entre les chaînes de pectine. De grandes quantités de sucre ont un effet déshydratant, i. H ils lient également l'eau des grandes coquilles d'hydratation des pectines. En conséquence, les chaînes de pectine, par ex. T. comprenant également le sucre, se rapprochent et forment un réseau tridimensionnel lié par des liaisons hydrogène.