pectine

pectine (dal greco:πηκτός pektós =solido, coagulato) sono polisaccaridi vegetali, più precisamente poliuronidi, che sono costituiti essenzialmente da α-1,4-glicosidicamente legati D -unità di acido galatturonico. Da un punto di vista nutrizionale, le pectine sono fibre alimentari per l'uomo. Molti microrganismi, invece, sono in grado di metabolizzare le pectine.

Occorrenze

Le pectine si trovano in tutte le piante terrestri superiori. Qui si trovano le pectine in tutte le componenti solide, ad esempio i gambi, i fiori, le foglie, ecc. Le pectine sono contenute nelle lamelle medie e nelle pareti cellulari primarie, dove svolgono una funzione stabilizzante e di regolazione dell'acqua. La composizione della pectina non solo differisce da pianta a pianta, ma dipende anche dal tipo e dall'età del tessuto vegetale. Parti di piante con componenti relativamente tenaci/duri, ad es. B. agrumi o infruttescenze di girasoli. A basso contenuto di pectina, invece, sono i frutti di bosco, ad es. B. Fragole.

Contenuto di pectina nella frutta (basato sul peso fresco):

• Mela 1-1,5%
• Albicocca 1%
• Ciliegia 0,4%
• Arancione 0,5-3,5%
• Carote 1,4%
• Sansa di mele 15%
• Scorze di agrumi 30%

Quando le pectine vengono estratte dai tessuti vegetali, vengono modificate chimicamente. Ecco perché le pectine vegetali autoctone protopectine denominate per differenziarle dalle pectine che sono state modificate chimicamente in questo modo.

Estrazione

Nell'ordine di grandezza di 40.000 tonnellate di pectina vengono prodotte in tutto il mondo. La pectina si ottiene con grande impegno tecnico da materie prime vegetali ad alto contenuto di pectina, come vinacce di mele, agrumi o barbabietola. Diversi tipi di pectina con proprietà diverse derivano dai diversi materiali di partenza e dai metodi di produzione e dalle modifiche che variano a seconda del produttore. Nonostante questa ampia gamma di variazioni, è possibile formulare uno schema di base di estrazione e modifica:

1. Estrazione di tutte le sostanze idrosolubili dalle materie prime con acqua calda;
2. Separazione delle pectine dalle altre sostanze idrosolubili per precipitazione con etanolo o acetone;
3. Centrifugazione/filtrazione e lavaggio ripetuti;
4. Modifica con acido cloridrico o ammoniaca per ridurre il grado di esterificazione; nel caso dell'ammoniaca si formano pectine ammidate;
5. La filtrazione, il lavaggio e l'asciugatura di nuovo producono una polvere di pectina da bianca a biancastra;
6. Gli additivi servono per adattare la pectina al suo ambito di utilizzo (es. zucchero di canna, sostanze tampone per regolare il valore del pH e la disponibilità di calcio, conservanti).

Struttura e proprietà chimiche

La classe di sostanze delle pectine si trova in una varietà di strutture. Ciò che li accomuna tutti è che sono polisaccaridi il cui componente principale (almeno il 65% in peso) è l'acido α-D-galaturonico (pK_a valore 2.9) come monomero. Questi monomeri dell'acido galatturonico sono collegati tra loro tramite legami α-1,4-glicosidici, formando la spina dorsale ) della molecola della pectina.

Questa spina dorsale lineare è periodicamente interrotto da legami 1,2 con α-L-ramnosio. Pertanto, il termine acido ramno-galaturonico è in realtà sinonimo di pectina. L'incorporazione di queste unità di deossizucchero porta a disturbi nella catena dell'acido poligalatturonico formalmente lineare:le catene sono "piegate". I blocchi costitutivi del ramnosio nelle pectine naturali, a loro volta, portano catene laterali oligomeriche costituite dagli zuccheri arabinosio, galattosio o xilosio. Queste catene laterali sono omopolimeriche, cioè costituite ciascuna da uno solo di questi tipi di zucchero, e sono lunghe al massimo venti mattoncini. La maggior parte di queste catene laterali si perde durante la produzione industriale di pectine. I rami della catena causati da L-ramnosio e le sue catene laterali non si verificano regolarmente, ma si accumulano nelle cosiddette regioni pelose . Al contrario, le parti lineari della catena sono chiamate regioni lisce .

Oltre ai rami della catena principale, ci sono altre caratteristiche della macromolecola della pectina. I gruppi ossidrile sull'atomo C2 o C3 delle unità di acido galatturonico sono acetilati in piccola misura o sostituiti da altri zuccheri neutri come D-galattosio, D-xilosio, L-arabinosio, L-ramnosio - sempre prevalentemente nel regioni pelose . I gruppi carbossilici dell'acido poligalatturonico sono parzialmente esterificati con metanolo. Il grado di esterificazione e di acetilazione varia con l'origine della pectina, ma ha un'influenza decisiva sulle proprietà chimiche. Pertanto, le pectine sono classificate in base al loro grado medio di esterificazione VE.

Cronologia

La pectina fu scoperta per la prima volta nei succhi di frutta dallo scienziato Vauquelin nel 1790. Tuttavia, non prese il nome fino al 1824, quando un altro scienziato di nome Braconnot continuò la ricerca e chiamò la sostanza gelatinosa acido pectico. Cento anni dopo, Smolenski fu il primo a suggerire che la pectina potesse essere costituita da acido galatturonico polimerico. Nel 1930 Meyer e Mark riconobbero la forma a catena della molecola della pectina e nel 1937 Schneider e Bock elaborarono una formula per la pectina. È solo all'inizio di questo secolo che vengono riconosciuti gli usi pratici delle pectine, che possono essere utilizzate per la produzione di alimenti grazie al loro buon potere gelificante.

Classificazione delle pectine

Pectine altamente metilate o altamente esterificate

Per definizione,
• hanno un grado di esterificazione superiore al 50%,
• gel con un contenuto di zucchero di almeno il 55% in peso,
• ha bisogno di un pH di 1-3,5 per questo,
• può quindi essere utilizzato solo in prodotti acidi con un alto contenuto di zucchero, ad es. nelle marmellate e nei ripieni di frutta.

Pectine a bassa metilazione e a bassa esterificazione

• sono definiti aventi un grado di esterificazione compreso tra il 50% e il 5%,
• può formare gelatina anche senza zucchero in presenza di cationi polivalenti,
• ha bisogno di un valore di pH compreso tra 1 e 7 per questo,
• sono utilizzati per produrre preparazioni di frutta pompabili, in particolare per i prodotti lattiero-caseari.
• trovano impiego nella produzione di creme da spalmare a ridotto contenuto calorico.

Acidi pectici

Per definizione,
• hanno un grado di esterificazione inferiore al 5%,
• gel come pectine a basso contenuto di metilazione (vedi sopra),
• e cadono come pectati ad alti valori di pH e alti livelli di cationi polivalenti , sali di acidi pectici non esterificati.

Amido pectine (pectine ammidate, E 440ii)

• rientrano nel gruppo delle pectine poco metilate, dove una certa proporzione dei gruppi di acido carbossilico sono presenti come ammidi a seguito della reazione con l'ammoniaca,
• , come le pectine a basso contenuto di metilazione, gel con zucchero e cationi polivalenti,
• Tuttavia, le proprietà del gel sono meno influenzate dal contenuto di cationi polivalenti, in particolare di calcio. Sono quindi più robusti nell'uso.

La principale differenza nella tecnologia di applicazione tra le modifiche risiede nella tendenza a formare gel da soluzioni acquose e nelle proprietà dei gel formati. Con il grado di esterificazione e con gli additivi, è possibile controllare in modo specifico la velocità di formazione del gel, la forza del gel, il rilascio dell'aroma e la spalmabilità.

Applicazioni

Per la loro capacità di formare gel, le pectine sono un componente indispensabile di molti prodotti dell'industria alimentare, farmaceutica o cosmetica, in cui vengono utilizzati gelificanti, addensanti e/o stabilizzanti a vario titolo. Nell'industria alimentare e in parte anche in casa, la pectina viene utilizzata per fare gelatine, marmellate e confetture, pasticceria, prodotti da forno, per stabilizzare bevande e nei prodotti caseari. Le pectine, come l'agar-agar, la carragenina o l'acido alginico, possono essere utilizzate come sostituti puramente vegetali della gelatina.

Le pectine a basso contenuto di metilazione sono utilizzate nella produzione di yogurt e nella pastorizzazione di prodotti lattiero-caseari acidi, dove la presenza di pectina impedisce la coagulazione della caseina.

Ha il numero E 440 come additivo alimentare nell'UE senza limite massimo (quantum satis ) generalmente approvato per gli alimenti.

Le loro proprietà come addensanti, colloidi protettivi e stabilizzanti sono utilizzate anche nell'industria farmaceutica e cosmetica per aumentare la viscosità e la stabilità di emulsioni e sospensioni e per creare vari gel, creme e paste.

Altre applicazioni mediche delle pectine sono date dalla loro capacità di agire come agenti complessanti nella disintossicazione in caso di avvelenamento da metalli pesanti e dalla loro proprietà di abbassare il livello di colesterolo nel sangue. Viene anche utilizzato in alcuni farmaci per il trattamento della diarrea.

Meccanismi gelificanti

Le molecole di pectina sono molto grandi (macromolecole) e dovrebbero essere difficili da risolvere a causa del loro peso e dell'ampia superficie. In realtà, tuttavia, quantità relativamente elevate di pectina possono essere sciolte in poca acqua tiepida. Questo fenomeno è causato dai gruppi di acidi carbossilici liberi dei blocchi costitutivi dell'acido galatturonico. I gruppi acidi si dissociano in soluzione acquosa. Questo crea residui di acido anionico che sono distribuiti più o meno uniformemente in tutta la macromolecola. La carica negativa assicura che le molecole di pectina si respingono elettrostaticamente. Inoltre, attorno a questi portatori di carica si formano grandi gusci di idratazione, che impediscono anche alle molecole di avvicinarsi l'una all'altra. Ciò mantiene le pectine, dette anche idrocolloidi, in soluzione.

Per la gelificazione, è necessario superare la barriera della repulsione elettrostatica e dei gusci di idratazione. Ci sono due meccanismi per questo:

Gelazione con cationi polivalenti

Un catione multivalente è legato da due o più gruppi carbossilati anionici in un complesso chelato, formando un gel in cui i cationi multivalenti tengono insieme le catene di pectina in una rete tridimensionale.

Gelatazione con zucchero e acido

L'acido converte molti dei residui di acido anionico in gruppi acidi, riducendo così la repulsione elettrostatica tra le catene di pectina. Grandi quantità di zucchero hanno un effetto disidratante, i. H. legano anche l'acqua dai grandi gusci di idratazione delle pectine. Di conseguenza, le catene di pectina, ad es. T. includendo anche lo zucchero, si avvicinano e formano una rete tridimensionale legata da legami idrogeno.