pektyny

Pektyny (z greckiego:πηκτός pektós =stały, skoagulowany) to polisacharydy roślinne, a dokładniej poliuronidy, które zasadniczo składają się z α-1,4-glikozydowo związanego D -jednostki kwasu galakturonowego. Z żywieniowego punktu widzenia pektyny są błonnikiem pokarmowym dla ludzi. Z drugiej strony wiele mikroorganizmów jest w stanie metabolizować pektyny.

Zdarzenia

Pektyny znajdują się we wszystkich wyższych roślinach lądowych. Tutaj można znaleźć pektyny we wszystkich stałych składnikach, na przykład łodygach, kwiatach, liściach itp. Pektyny znajdują się w środkowych blaszkach i pierwotnych ścianach komórkowych, gdzie pełnią funkcję stabilizującą i regulującą wodę. Skład pektyny nie tylko różni się w zależności od rośliny, ale także zależy od rodzaju i wieku tkanki roślinnej. Części roślin o stosunkowo twardych/twardych elementach, np. B. owoce cytrusowe lub owocostany słonecznika. Z kolei ubogie w pektyny są owoce miękkie, m.in. B. Truskawki.

Zawartość pektyn w owocach (w przeliczeniu na świeżą wagę):

• Jabłko 1-1,5%
• Morela 1%
• Wiśnia 0,4%
• Pomarańczowy 0,5-3,5%
• Marchew 1,4%
• Wytłoki jabłkowe 15%
• Skórka cytrusowa 30%

Kiedy pektyny są ekstrahowane z tkanek roślinnych, są modyfikowane chemicznie. Dlatego rodzime pektyny roślinne protopektyny nazwane w celu odróżnienia ich od pektyn, które zostały w ten sposób zmodyfikowane chemicznie.

Ekstrakcja

Na całym świecie produkuje się około 40 000 ton pektyn. Pektyna pozyskiwana jest dużym nakładem technicznym z surowców roślinnych o wysokiej zawartości pektyn, takich jak wytłoki z jabłek, cytrusów czy buraków. Różne rodzaje pektyn o różnych właściwościach wynikają z różnych materiałów wyjściowych oraz metod produkcji i modyfikacji, które różnią się w zależności od producenta. Pomimo tego szerokiego zakresu wariacji, można sformułować podstawowy schemat ekstrakcji i modyfikacji:

1. Ekstrakcja wszystkich rozpuszczalnych w wodzie substancji z surowców za pomocą gorącej wody;
2. Oddzielenie pektyn od innych rozpuszczalnych w wodzie substancji przez wytrącenie etanolem lub acetonem;
3. Powtórne wirowanie/filtracja i płukanie;
4. Modyfikacja kwasem solnym lub amoniakiem w celu zmniejszenia stopnia estryfikacji; w przypadku amoniaku powstają amidowane pektyny;
5. Filtrowanie, mycie i ponowne suszenie daje biały lub prawie biały proszek pektynowy;
6. W celu dostosowania pektyny do obszaru jej zastosowania stosuje się dodatki (np. cukier trzcinowy, substancje buforujące regulujące wartość pH i dostępność wapnia, konserwanty).

Budowa i właściwości chemiczne

Klasa substancji pektyn występuje w różnych strukturach. Wszystkie one mają wspólną cechę, że są polisacharydami, których głównym składnikiem (co najmniej 65% wagowych) jest kwas α-D-galakturonowy (pK_a wartość 2,9) jako monomer. Te monomery kwasu galakturonowego są połączone ze sobą wiązaniami α-1,4-glikozydowymi, tworząc szkielet ) cząsteczki pektyny.

Ten liniowy kręgosłup jest okresowo przerywany wiązaniami 1,2 z α-L-ramnozą. Zatem termin kwas ramno-galakturonowy jest w rzeczywistości synonimem pektyny. Włączenie tych jednostek dezoksycukrowych prowadzi do zaburzeń w formalnie liniowym łańcuchu kwasu poligalakturonowego:łańcuchy są „załamane”. Bloki budulcowe ramnozy w naturalnych pektynach z kolei niosą oligomeryczne łańcuchy boczne utworzone z cukrów arabinozy, galaktozy lub ksylozy. Te łańcuchy boczne są homopolimerowe, tj. każdy składa się tylko z jednego z tych rodzajów cukru i ma maksymalnie dwadzieścia bloków budulcowych. Większość tych łańcuchów bocznych jest tracona podczas przemysłowej produkcji pektyn. Gałęzie w łańcuchu wywołane przez L-ramnozę i jej łańcuchy boczne nie występują regularnie, ale gromadzą się w tak zwanych obszarach owłosionych . W przeciwieństwie do tego, liniowe części łańcucha nazywane są gładkimi regionami .

Oprócz gałęzi głównego łańcucha istnieją inne cechy makrocząsteczki pektyny. Grupy hydroksylowe przy atomie C2 lub C3 jednostek kwasu galakturonowego są w niewielkim stopniu acetylowane lub zastępowane innymi cukrami obojętnymi, takimi jak D-galaktoza, D-ksyloza, L-arabinoza, L-ramnoza - ponownie głównie w owłosione regiony . Grupy karboksylowe kwasu poligalakturonowego są częściowo zestryfikowane metanolem. Stopień estryfikacji i acetylacji różni się w zależności od pochodzenia pektyny, ale ma decydujący wpływ na właściwości chemiczne. Dlatego pektyny są klasyfikowane na podstawie ich średniego stopnia estryfikacji VE.

Historia

Pektyna została po raz pierwszy odkryta w sokach owocowych przez naukowca Vauquelina w 1790 roku. Jednak swoją nazwę otrzymał dopiero w 1824 roku, kiedy inny naukowiec, Braconnot, kontynuował badania i nazwał galaretowatą substancję kwasem pektynowym. Sto lat później Smoleński jako pierwszy zasugerował, że pektyna może składać się z polimerowego kwasu galakturonowego. W 1930 Meyer i Mark rozpoznali łańcuchową formę cząsteczki pektyny, aw 1937 Schneider i Bock opracowali formułę pektyny. Dopiero na początku tego stulecia dostrzeżono praktyczne zastosowania pektyn, które mogą być wykorzystywane do produkcji żywności ze względu na ich dobrą zdolność żelowania.

Klasyfikacja pektyn

Wysoce zmetylowane lub wysoce zestryfikowane pektyny

Z definicji
• mają stopień estryfikacji większy niż 50%,
• żel o zawartości cukru co najmniej 55% masy,
• potrzebujesz do tego pH 1-3,5,
• może być zatem stosowany wyłącznie w produktach kwaśnych o wysokiej zawartości cukru, np. w dżemach i nadzieniach owocowych.

Nisko metylowane, nisko zestryfikowane pektyny

• są zdefiniowane jako posiadające stopień estryfikacji od 50% do 5%,
• może tworzyć galaretkę nawet bez cukru w ​​obecności kationów wielowartościowych,
• w tym celu potrzebna jest wartość pH od 1 do 7,
• są wykorzystywane do produkcji przetworów owocowych, które można pompować, zwłaszcza do produktów mlecznych.
• są używane do produkcji past owocowych o obniżonej kaloryczności.

Kwasy pektynowe

Z definicji
• mają stopień estryfikacji mniejszy niż 5%,
• żel jak nisko metylowane pektyny (patrz wyżej),
• i spadają jako pekty przy wysokich wartościach pH i wysokim poziomie kationów wielowartościowych , sole nieestryfikowanych kwasów pektynowych.

Pektyny amidowe (pektyny amidowane, E 440ii)

• należą do grupy pektyn nisko metylowanych, w których pewna część grup kwasu karboksylowego występuje w postaci amidów w wyniku reakcji z amoniakiem,
• , podobnie jak nisko metylowane pektyny, żelują zarówno z kationami cukrowymi, jak i wielowartościowymi,
• Jednak na właściwości żelu w mniejszym stopniu wpływa zawartość kationów wielowartościowych, zwłaszcza wapnia. Dzięki temu są bardziej wytrzymałe w użyciu.

Główna różnica w technologii aplikacji pomiędzy modyfikacjami polega na tendencji do tworzenia żeli z roztworów wodnych oraz na właściwościach powstałych żeli. Dzięki stopniowi estryfikacji i dodatkom można szczególnie kontrolować szybkość tworzenia żelu, siłę żelu, uwalnianie aromatu i rozsmarowywanie.

Aplikacje

Ze względu na zdolność do tworzenia żeli pektyny są nieodzownym składnikiem wielu produktów w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym czy kosmetycznym, w których z różnych powodów stosuje się środki żelujące, zagęszczające i/lub stabilizujące. W przemyśle spożywczym, a częściowo także w domu, pektynę wykorzystuje się do wyrobu galaretek, dżemów i marmolad, wyrobów cukierniczych, pieczywa, do stabilizacji napojów oraz w produktach mlecznych. Pektyny, takie jak agar-agar, karagen lub kwas alginowy, mogą być stosowane jako czysto roślinny substytut żelatyny.

Nisko metylowane pektyny są używane w produkcji jogurtów i pasteryzacji produktów z kwaśnego mleka, gdzie obecność pektyny zapobiega koagulacji kazeiny.

Ma numer E 440 jako dodatek do żywności w UE bez maksymalnego limitu (satysfakcja kwantowa ) ogólnie zatwierdzone do żywności.

Ich właściwości jako zagęszczaczy, koloidów ochronnych i stabilizatorów są również wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym w celu zwiększenia lepkości i stabilności emulsji i zawiesin oraz do tworzenia różnych żeli, kremów i past.

Inne zastosowania medyczne pektyn wynikają z ich zdolności do działania jako środki kompleksujące w detoksykacji w przypadku zatrucia metalami ciężkimi oraz ich właściwości obniżania poziomu cholesterolu we krwi. Jest również stosowany w niektórych lekach na biegunkę.

Mechanizmy żelowania

Cząsteczki pektyn są bardzo duże (makrocząsteczki) i powinny być trudne do rozwiązania ze względu na ich wagę i dużą powierzchnię. W rzeczywistości jednak stosunkowo duże ilości pektyny można rozpuścić w niewielkiej ilości ciepłej wody. Zjawisko to jest spowodowane przez wolne grupy kwasu karboksylowego w blokach budulcowych kwasu galakturonowego. Grupy kwasowe dysocjują w roztworze wodnym. W ten sposób powstają reszty kwasu anionowego, które są mniej lub bardziej równomiernie rozmieszczone w makrocząsteczce. Ładunek ujemny zapewnia, że ​​cząsteczki pektyny odpychają się nawzajem elektrostatycznie. Ponadto wokół tych nośników ładunku tworzą się duże otoczki hydratacyjne, które również zapobiegają zbliżaniu się cząsteczek do siebie. Dzięki temu pektyny, zwane również hydrokoloidami, pozostają w roztworze.

Aby żelować, należy pokonać barierę odpychania elektrostatycznego i powłok nawilżających. Są na to dwa mechanizmy:

Żelowanie z wielowartościowymi kationami

Kation wielowartościowy jest związany przez dwie lub więcej anionowych grup karboksylowych w kompleksie chelatowym, tworząc żel, w którym wielowartościowe kationy utrzymują razem łańcuchy pektyn w trójwymiarowej sieci.

Żelowanie z cukrem i kwasem

Kwas przekształca wiele reszt kwasu anionowego w grupy kwasowe, zmniejszając w ten sposób odpychanie elektrostatyczne między łańcuchami pektynowymi. Duże ilości cukru działają odwadniająco, m.in. H. wiążą również wodę z dużych muszli hydratacyjnych pektyn. W efekcie łańcuchy pektynowe m.in. T. włączając cukier, zbliżają się do siebie i tworzą trójwymiarową sieć połączoną wiązaniami wodorowymi.