Пектини - Биология

Пектини (от гръцки: πηκτός пектос = твърди, коагулирани) са растителни полизахариди, по-точно полиурониди, които по същество се състоят от α-1,4-гликозидно свързани единици D-галактуронова киселина. От хранителна гледна точка пектините са диетични фибри за хората. Много микроорганизми, от друга страна, са в състояние да конвертират пектини.

странични вериги

Поява

Пектините се намират във всички висши сухоземни растения. Тук можете да намерите пектини във всички твърди компоненти, например стъблата, цветята, листата и др. Пектините се съдържат в централните ламели и първичните клетъчни стени и имат стягаща и регулираща водата функция. Пектиновият състав не само се различава от растение на растение, но също така зависи от вида и възрастта на растителната тъкан. Растителните части с относително жилави/твърди компоненти са особено богати на пектин, напр. Б. Цитрусови плодове или плодови глави от слънчоглед. От друга страна, меките плодове са с ниско съдържание на пектин, напр. Б. Ягоди.

Съдържание на пектини в плодове и зеленчуци (на базата на прясно тегло): [1]

  • Apple 1–1,5%
  • Кайсия 1%
  • Череша 0,4%
  • Оранжево 0,5-3,5%
  • Моркови 1,4%
  • Ябълково кюспе 15%
  • Цитрусова кора 30%

Когато пектините се извличат от растителните тъкани, те се променят химически. Ето защо се използват местните растителни пектини Протопектини призовани да ги разграничат от химически модифицираните пектини.

Екстракция

Всяка година в света се произвеждат около 40 000 тона пектин. Екстракцията на пектин се извършва с големи технически усилия от растителни суровини с високо съдържание на пектин, като например пулпа от ябълка, цитрусови плодове и цвекло. Различните суровини и различните методи на екстракция и модификации в зависимост от производителя водят до различни видове пектини с различни свойства. Въпреки този широк диапазон на вариация, може да се формулира основна схема за извличане и модификация:

  1. Екстракция на всички водоразтворими вещества от суровините с гореща вода;
  2. Отделяне на пектините от другите водоразтворими вещества чрез утаяване с етанол, метанол или изопропанол;
  3. Многократно центрофугиране/филтриране и измиване;
  4. Модификация със солна киселина за понижаване на степента на естерификация или амоняк; в случай на амоняк се получават амидирани пектини;
  5. След филтриране, измиване и изсушаване отново се получава бял до сивкав пектинов прах;
  6. Пектинът е адаптиран към своята област на приложение чрез добавки (например тръстикова захар за стандартизация, буферни вещества за регулиране на стойността на рН и наличността на калций).

Химическа структура и свойства

Класът на веществата на пектините се среща в различни структури. Общото между всички е, че те са полизахариди, чийто основен компонент (поне 65 тегловни%) е α-D-галактуронова киселина (pKa-Стойност 2.9) като мономер. Тези мономери на галактуронова киселина са свързани помежду си чрез α-1,4-, най-вече също в малка степен чрез β-1,4-гликозидни връзки и по този начин формират гръбнака на пектиновата молекула.

Структурни характеристики на различни пектини

Разрез от гръбнака на пектините:
Поли-α- (1 → 4) -галактуронова киселина.
Частично естерифициран участък на гръбначния стълб
Рамногалактуронан: гръбначен стълб с "извиване"
чрез вградена рамноза

Този линеен скелет периодично се прекъсва от 1,2-връзки с α-L-рамноза. Оттук и систематичното наименование на пектина Рамно-галактуронова киселина. Включването на рамнозни единици води до смущения във формално правите вериги от полигалактуронова киселина: веригите са "извити". Рамнозните градивни елементи в естествените пектини от своя страна имат олигомерни странични вериги, направени от захарите арабиноза, галактоза или ксилоза. Тези неутрални странични вериги на захар от своя страна могат да бъдат подразделени на арабини, галактани и арабиногалактан-I, както и арабиногактан-II, който е свързан с протеини, но често също се брои сред хемицелулозите. Страничните вериги обикновено са между една и 50 захарни единици. Повечето от тези странични вериги, но особено киселинно-лабилната арабинофураноза, се губят в индустриалното производство на пектини. Клоновете във веригата през L-рамноза и нейните странични вериги не се срещат редовно, а се натрупват в т.нар. космати региони. За разлика от тях се извикват линейните части на веригата гладки региони.

В допълнение към клоновете на основната верига има и други характеристики на пектиновата макромолекула. Хидроксилните групи на атома С2 или С3 на звездите на галактуроновата киселина са ацетилирани в малка степен или заместени от други неутрални захари като D-галактоза, D-ксилоза, L-арабиноза, L-рамноза - и тук, главно в космати региони. Карбоксилните групи на полигалактуроновата киселина често се естеризират с метанол. Степента на естерификация и ацетилиране варира в зависимост от произхода на пектина, но има решаващо влияние върху химичните свойства. Ето защо пектините се класифицират според средната им степен на естерификация VE.

история

За първи път пектинът е открит в плодовите сокове през 1790 г. от френския химик и фармацевт Луи-Никола Вокелин. Името си обаче получава едва през 1824 г., когато френският ботаник и химик Анри Браконно продължава изследванията си и назовава желатиновото вещество пектинова киселина. Сто години по-късно К. Смоленски е първият, който подозира, че пектинът може да се състои от полимерна галактуронова киселина. През 1930 г. Майер и Марк разпознават верижната форма на пектиновата молекула и през 1937 г. Шнайдер и Бок разработват формула за пектин. Едва в началото на 20-ти век са признати практическите приложения на пектините, които могат да се използват за производството на храни благодарение на добрите си желиращи свойства. [2]
Вероятно най-известната марка за пектинсъдържащи желиращи агенти от 1928 г. е Opekta.

Класификация на пектините

Силно метилирани или силно естерифицирани пектини

  • имат степен на естерификация по-голяма от 50% по дефиниция,
  • гел със съдържание на захар най-малко 55 тегловни%,
  • за това се нуждаете от рН 1–3,5,
  • следователно може да се използва само в кисели продукти с високо съдържание на захар, напр. Б. в конфитюри и плодови пълнежи.

Ниско метилирани, ниски метилестерни пектини

  • имат степен на естерификация между 50% и 5% по дефиниция,
  • може да образува желе дори без захар в присъствието на поливалентни катиони,
  • за това се нуждаете от рН 1–7,
  • се използват за производството на плодови препарати за помпане, особено за млечни продукти.
  • се използват за приготвяне на нискокалорични плодови намазки.

Пектинови киселини

  • имат степен на естерификация по-малка от 5% по дефиниция,
  • гел като ниско метилирани пектини (виж по-горе),
  • и падат при високи стойности на рН и високи нива на поливалентни катиони като Пектати, Соли на нестерифицираните пектинови киселини.

Амидопектини (амидирани пектини, Е 440ii)

  • попадат в групата на ниско метилирани пектини, при което известна част от групите на карбоксилната киселина присъства като амид поради реакцията с амоняк,
  • гел като ниско метилирани пектини със захар и поливалентни катиони,
  • свойствата на желето обаче са по-малко повлияни от съдържанието на поливалентни катиони, особено калций. Следователно те са по-здрави за използване.

Основната разлика в технологията на нанасяне между модификациите е тенденцията към образуване на гелове от водни разтвори и свойствата на образуваните гелове. Със степента на естерификация и използването на други добавки, скоростта на образуване на гел, силата на гела, освобождаването на вкуса и разпространението могат да бъдат контролирани по целеви начин.

Приложения

Поради способността си да образуват гелове, пектините са незаменим компонент на много продукти в хранително-вкусовата промишленост, фармацевтичната индустрия или за козметика, в които желиращите агенти, сгъстители и/или стабилизатори се използват по различни причини. [3] В хранително-вкусовата промишленост и отчасти в домакинството пектинът се използва за производство на желета, конфитюри и конфитюри (вижте статията Opekta), Сладкарски изделия, хлебни изделия, за стабилизация на напитки и в млечни продукти. Пектините, като агар-агар, карагенан или алгинова киселина, могат да се използват като чисто растителни заместители на желатина.

Ниско метилирани пектини се използват при производството на кисело мляко и при пастьоризацията на кисело млечни продукти, където коагулацията на казеин се предотвратява от наличието на пектин.

Той е номер едно в ЕС като хранителна добавка Е 440 без ограничение за максимално количество (квантово удовлетворяване) обикновено се одобрява за почти всички храни.

Техните свойства като сгъстители, защитни колоиди и стабилизатори също се използват във фармацевтичната и козметичната индустрия за повишаване на вискозитета и стабилността на емулсии и суспензии и за производство на различни гелове, кремове и пасти.

По-нататъшни медицински приложения на пектини са резултат от способността да действат като комплексообразуващ агент при детоксикацията на отравяне с тежки метали и чрез тяхното свойство да понижават нивото на холестерола в кръвта. Използва се и в някои лекарства за лечение на диария.

Механизми за желиране

Пектиновите молекули са много големи (макромолекули) и трябва да бъдат трудни за отстраняване поради тяхното тегло и голяма повърхност. Всъщност обаче относително големи количества пектин могат да бъдат разтворени само в малко топла вода. Причината за това явление са групите свободни карбоксилни киселини на градивните блокове на галактуроновата киселина. Киселинните групи се дисоциират във воден разтвор. Това създава остатъци от анионна киселина, които са повече или по-малко равномерно разпределени върху макромолекулата. Отрицателният заряд гарантира, че молекулите на пектина се отблъскват взаимно електростатично. Освен това около тези носители на заряд се образуват големи хидратиращи черупки, които допълнително пречат на молекулите да се доближават една до друга. По този начин пектините остават в суспензия, поради което пектините се причисляват към групата на хидроколоидите.

За да се желира, трябва да се преодолее бариерата от електростатични отблъскващи и хидратиращи черупки. Има два механизма за това:

Желиране с поливалентни катиони

Поливалентният катион е свързан от две или повече анионни карбоксилатни групи в хелатен комплекс, така че се образува гел, в който поливалентни катиони задържат пектиновите вериги заедно в триизмерна мрежа. Желирането се извършва по така наречения модел "яйце-кутия".

Желиране със захар и киселина

Киселината превръща много от остатъците на анионната киселина в киселинни групи, което намалява електростатичното отблъскване между пектиновите вериги. Големите количества захар имат дехидратиращ ефект, т.е. H. те също така свързват вода от големите хидратни черупки на пектините. Това позволява на пектиновите вериги, напр. Понякога с включването на захарта те се доближават един до друг и образуват триизмерна мрежа, свързана с водородни връзки.