pektiner

Pektiner (från grekiska:πηκτός pektós =fast, koagulerad) är vegetabiliska polysackarider, närmare bestämt polyuronider, som huvudsakligen består av α-1,4-glykosidiskt kopplade D -galakturonsyraenheter. Ur näringssynpunkt är pektiner kostfibrer för människor. Många mikroorganismer, å andra sidan, kan metabolisera pektiner.

Förekomster

Pektiner finns i alla högre landväxter. Här kan du hitta pektiner i alla fasta beståndsdelar, till exempel stjälkarna, blommorna, bladen etc. Pektinerna finns i de mellersta lamellerna och primära cellväggarna där de får en stabiliserande och vattenreglerande funktion. Sammansättningen av pektin skiljer sig inte bara från växt till växt, utan beror också på växtvävnadens typ och ålder. Växtdelar med relativt sega/hårda komponenter, t.ex. B. citrusfrukter eller infrukter av solrosor. Lågt pektininnehåll är däremot mjuka frukter, t.ex. B. Jordgubbar.

Pektinhalt i frukt (baserat på färskvikt):

• Apple 1-1,5 %
• Aprikos 1 %
• Cherry 0,4 %
• Orange 0,5-3,5 %
• Morötter 1,4 %
• Äppelrester 15 %
• Citrusskal 30 %

När pektiner extraheras från växtvävnader modifieras de kemiskt. Det är därför de inhemska vegetabiliska pektinerna protopektinerna namngivna för att skilja dem från de pektiner som har modifierats kemiskt på detta sätt.

Extraktion

I storleksordningen 40 000 ton pektin produceras över hela världen. Pektin erhålls med stor teknisk ansträngning från vegetabiliska råvaror med hög pektinhalt, såsom äpple-, citrus- eller betsrester. Olika typer av pektin med olika egenskaper resulterar från de olika utgångsmaterialen och de produktionsmetoder och modifieringar som varierar beroende på tillverkare. Trots detta breda utbud av variationer kan ett grundläggande schema för extraktion och modifiering formuleras:

1. Utvinning av alla vattenlösliga ämnen från råvarorna med varmt vatten;
2. Separation av pektinerna från de andra vattenlösliga ämnena genom utfällning med etanol eller aceton;
3. Upprepad centrifugering/filtrering och tvättning;
4. Modifiering med saltsyra eller ammoniak för att minska förestringsgraden; i fallet med ammoniak bildas amiderade pektiner;
5. Filtrering, tvättning och torkning igen ger ett vitt till benvitt pektinpulver;
6. Tillsatser används för att anpassa pektinet till dess användningsområde (t.ex. rörsocker, buffertämnen för att reglera pH-värdet och kalciumtillgänglighet, konserveringsmedel).

Kemisk struktur och egenskaper

Ämnesklassen av pektiner förekommer i en mängd olika strukturer. Gemensamt för dem alla är att de är polysackarider vars huvudkomponent (minst 65 viktprocent) är α-D-galakturonsyra (pK_a värde 2,9) som en monomer. Dessa galakturonsyramonomerer är anslutna till varandra via α-1,4-glykosidbindningar och bildar ryggraden ) av pektinmolekylen.

Denna linjära ryggrad är periodiskt avbruten av 1,2-bindningar med α-L-ramnos. Således är termen rhamno-galakturonsyra faktiskt synonymt med pektin. Införlivandet av dessa deoxisockerenheter leder till störningar i den formellt linjära polygalakturonsyrakedjan:kedjorna är "knäckta". Ramnosbyggstenarna i naturliga pektiner bär i sin tur oligomera sidokedjor gjorda av sockerarterna arabinos, galaktos eller xylos. Dessa sidokedjor är homopolymera, dvs var och en består av endast en av dessa typer av socker, och är högst tjugo byggstenar långa. De flesta av dessa sidokedjor går förlorade under industriell produktion av pektiner. Förgreningarna i kedjan orsakade av L-rhamnos och dess sidokedjor förekommer inte regelbundet, utan ackumuleras i de så kallade håriga regionerna . Däremot kallas de linjära delarna av kedjan släta regioner .

Förutom grenarna i huvudkedjan finns det andra egenskaper hos pektinmakromolekylen. Hydroxylgrupperna på C2- eller C3-atomen i galakturonsyraenheterna acetyleras i liten utsträckning eller ersätts med andra neutrala sockerarter såsom D-galaktos, D-xylos, L-arabinos, L-ramnos - återigen övervägande i håriga regioner . Karboxylgrupperna i polygalakturonsyran är partiellt förestrade med metanol. Graden av förestring och acetylering varierar med pektinets ursprung, men har en avgörande inverkan på de kemiska egenskaperna. Därför klassificeras pektiner baserat på deras genomsnittliga förestringsgrad VE.

Historik

Pektin upptäcktes först i fruktjuicer av forskaren Vauquelin 1790. Det fick dock inte sitt namn förrän 1824, då en annan forskare vid namn Braconnot fortsatte forskningen och döpte det gelatinösa ämnet till pektinsyra. Hundra år senare var Smolenski den första som föreslog att pektin kunde bestå av polymer galakturonsyra. 1930 kände Meyer och Mark igen pektinmolekylens kedjeform och 1937 utarbetade Schneider och Bock en formel för pektin. Det var först i början av detta århundrade som den praktiska användningen av pektiner, som kan användas för produktion av livsmedel på grund av deras goda gelningsförmåga, erkändes.

Klassificering av pektiner

Högmetylerade eller högförestrade pektiner

Per definition har
• en förestringsgrad som är större än 50 %,
• gel med en sockerhalt på minst 55 viktprocent,
• behöver ett pH på 1-3,5 för detta,
• kan därför endast användas i sura produkter med hög sockerhalt, t.ex. i sylt och fruktfyllningar.

Lågmetylerade, lågförestrade pektiner

• definieras som att de har en förestringsgrad mellan 50 % och 5 %,
• kan bilda gelé även utan socker i närvaro av flervärda katjoner,
• behöver ett pH-värde på 1 till 7 för detta,
• används för att producera pumpbara fruktberedningar, speciellt för mejeriprodukter.
• används vid tillverkning av pålägg med reducerat kaloriinnehåll.

Pektinsyror

Per definition har
• en förestringsgrad på mindre än 5 %,
• gel som lågmetylerade pektiner (se ovan),
• och faller som pektater vid höga pH-värden och höga halter av flervärda katjoner , salter av oförestrade pektinsyror.

Amidopektiner (amiderade pektiner, E 440ii)

• faller i gruppen lågmetylerade pektiner, där en viss andel av karboxylsyragrupperna är närvarande som amider som ett resultat av reaktionen med ammoniak,
• , liksom lågmetylerade pektiner, gel med både socker och flervärda katjoner,
• Gelegenskaperna påverkas dock mindre av innehållet av flervärda katjoner, speciellt kalcium. De är därför mer robusta i användning.

Huvudskillnaden i appliceringsteknik mellan modifieringarna ligger i tendensen att bilda geler från vattenlösningar och i egenskaperna hos de bildade gelerna. Med graden av förestring och med tillsatser kan hastigheten för gelbildning, gelstyrka, aromfrisättning och bredbarhet kontrolleras specifikt.

Applikationer

På grund av sin förmåga att bilda geler är pektiner en oumbärlig komponent i många produkter inom livsmedelsindustrin, läkemedelsindustrin eller för kosmetika, där gelningsmedel, förtjockningsmedel och/eller stabiliseringsmedel används av olika skäl. Inom livsmedelsindustrin och delvis även i hemmet används pektin för att göra geléer, sylt och marmelad, konfektyr, bakverk, för att stabilisera drycker och i mejeriprodukter. Pektiner, som agar-agar, karragenan eller alginsyra, kan användas som ett rent växtbaserat substitut för gelatin.

Lågmetylerade pektiner används i yoghurttillverkning och vid pastörisering av surmjölksprodukter, där närvaron av pektin förhindrar kaseinkoagulering.

Den har numret E 440 som livsmedelstillsats i EU utan maxgräns (quantum satis ) allmänt godkänd för livsmedel.

Deras egenskaper som förtjockningsmedel, skyddande kolloider och stabilisatorer används också inom läkemedels- och kosmetikindustrin för att öka viskositeten och stabiliteten hos emulsioner och suspensioner och för att skapa olika geler, krämer och pastor.

Andra medicinska tillämpningar av pektiner ges genom deras förmåga att fungera som komplexbildande medel vid avgiftning vid tungmetallförgiftning och deras egenskap att sänka kolesterolnivån i blodet. Det används också i vissa mediciner för att behandla diarré.

Gelningsmekanismer

Pektinmolekyler är mycket stora (makromolekyler) och bör vara svåra att lösa på grund av sin vikt och stora yta. Faktum är att relativt stora mängder pektin kan lösas i bara lite varmt vatten. Detta fenomen orsakas av de fria karboxylsyragrupperna i galakturonsyrabyggstenarna. Syragrupperna dissocierar i vattenlösning. Detta skapar anjonsyrarester som är mer eller mindre jämnt fördelade över hela makromolekylen. Den negativa laddningen ser till att pektinmolekylerna stöter bort varandra elektrostatiskt. Vidare bildas stora hydreringsskal runt dessa laddningsbärare, som också hindrar molekylerna från att närma sig varandra. Detta håller pektiner, även kallade hydrokolloider, i lösning.

För gelning måste barriären av elektrostatisk repulsion och hydratiseringsskal övervinnas. Det finns två mekanismer för detta:

Gelering med flervärda katjoner

En multivalent katjon är bunden av två eller flera anjoniska karboxylatgrupper i ett kelatkomplex och bildar en gel där multivalenta katjoner håller ihop pektinkedjorna i ett tredimensionellt nätverk.

Gelering med socker och syra

Syran omvandlar många av anjonsyraresterna till syragrupper och minskar därigenom den elektrostatiska repulsionen mellan pektinkedjorna. Stora mängder socker har en uttorkande effekt, dvs. H. de binder också vatten från pektinernas stora hydreringsskal. Som ett resultat kan pektinkedjorna, t.ex. T. inklusive sockret, närma sig varandra och bilda ett tredimensionellt nätverk sammanlänkade med vätebindningar.