Пектины

Пектины (также пектиновые вещества ) (ст. Греческая : πηκτός pektós = твердый, коагулированный) является растительными полисахаридами (несколько сахаров), более точно полиуронид , которые по существу состоят из α-1,4-гликозидный связанного D - кислоты галактуроновой единиц. Пектины считаются питательными для человека пищевыми волокнами . С другой стороны, многие микроорганизмы могут использовать пектины в своем метаболизме . В промышленности пектины в основном используются в качестве желирующих агентов .

Вхождение

Пектины содержатся во всех высших наземных растениях. Здесь вы можете найти пектины во всех твердых компонентах, например, в стеблях , цветках, листьях и т. Д. Пектины содержатся в центральных пластинках и первичных клеточных стенках , где они обладают укрепляющей и водорегулирующей функцией. Состав пектина не только отличается от растения к растению, он также зависит от типа и возраста растительной ткани. Части растений с относительно жесткими / твердыми компонентами особенно богаты пектином, например Б. Цитрусовые или плодовые головки подсолнечника. С другой стороны, мягкие фрукты содержат мало пектина, например Б. Клубника.

Кожура цитрусовых - естественный источник пектина.
Жидкий яблочный пектин можно получить из яблок.

Содержание пектинов во фруктах и ​​овощах (в пересчете на свежий вес):

Когда пектины извлекаются из тканей растений, они химически изменяются. Вот почему нативные растительные пектины называют протопектинами, чтобы отличить их от модифицированных пектинов.

Добыча

Ежегодно во всем мире производится около 40 000 тонн пектина. Пектин получают из растительного сырья с высоким содержанием пектина, например яблочного , цитрусового или свекольного жмыха . Различные типы пектинов с разными свойствами являются результатом разных исходных материалов и различных методов экстракции и модификаций в зависимости от производителя. Несмотря на такой широкий диапазон вариаций, можно сформулировать базовую схему извлечения и модификации:

  1. Извлечение всех водорастворимых веществ из сырья горячей водой;
  2. Разделение пектинов из других растворимых в воде веществ осаждением с этанолом , метанолом или изопропанол;
  3. Многократное центрифугирование / фильтрация и промывка;
  4. Модификация соляной кислотой для уменьшения степени этерификации или аммиаком с образованием амидированных пектинов;
  5. После фильтрации, промывки и повторной сушки получают порошок пектина от белого до сероватого цвета;
  6. Пектин адаптируется к области его применения с помощью добавок (например, тростникового сахара для стандартизации, буферных веществ для регулирования значения pH и доступности кальция).

Химическая структура и свойства

Класс веществ пектинов встречается в различных структурах. То , что все они имеют в общем то , что они являются полисахаридами, основным компонентом которого (по меньшей мере 65% по массе) представляет собой α- D - галактуроновой кислоты ( рКа значение 2,9) в качестве мономера . Эти мономеры галактуроновой кислоты связаны друг с другом через α-1,4, в основном также в небольшой степени через β-1,4-гликозидные связи и, таким образом, образуют основу молекулы пектина.

Структурные особенности различных пектинов
Pectin1.svg
Участок основной цепи пектинов:
поли-α- (1 → 4) -галактуроновая кислота.
Пектин2.svg
Частично эстерифицированный отдел позвоночника
Пектин3.svg
Рамногалактуронан: позвоночник с изломом
из-за встроенной рамнозы

Этот линейный скелет периодически прерываются 1,2-связей с & alpha ; L - рамнозами . Поэтому систематическое название пектина - рамно-галактуроновая кислота . Включение звеньев рамнозы приводит к нарушению формально прямой цепи полигалактуроновой кислоты: цепи «перекручиваются». Строительные блоки рамнозы в природных пектинах, в свою очередь, имеют олигомерные боковые цепи, образованные из сахаров арабинозы , галактозы или ксилозы . Эти нейтральные боковые цепи сахара, в свою очередь, можно подразделить на арабинаны, галактаны и арабиногалактан-I, а также на арабиногалактан-II, который связан с белками, но часто также считается гемицеллюлозами. Боковые цепи обычно содержат от одного до 50 сахарных единиц. Большинство этих боковых цепей, но особенно лабильная к кислотам арабинофураноза, теряются при промышленном производстве пектинов. Разветвления в цепи через L- рамнозу и ее боковые цепи не возникают регулярно, а накапливаются в так называемых волосатых областях . Напротив, линейные части цепи называются гладкими участками .

Помимо разветвлений основной цепи, у макромолекулы пектина есть и другие особенности. Гидроксильные группы на атоме C2 или C3 из кислотных звеньев галактуроновой частично ацетилированный или замещены другими нейтральных сахаров , таких как D - галактоза, D - ксилоза, L арабинозы или L - рамноза - здесь, также, в основном , в волосатых регионах . В карбоксильные группы из полигалактуроновой кислоты часто этерифицируют с метанолом . Степень этерификации и ацетилирования зависит от происхождения пектина, но имеет решающее влияние на химические свойства. Поэтому пектины классифицируют по их средней степени этерификации VE.

история

Пектин был впервые обнаружен во фруктовых соках в 1790 году французским химиком и фармацевтом Луи-Николя Воклен . Однако оно не получило своего названия до 1824 года, когда французский ботаник и химик Анри Браконно продолжил свои исследования и назвал студенистое вещество пектиновой кислотой. Спустя сто лет К. Смоленский первым заподозрил, что пектин может состоять из полимерной галактуроновой кислоты. В 1930 году Мейер и Марк определили цепную форму молекулы пектина, а в 1937 году Шнайдер и Бок разработали формулу пектина. Лишь в начале 20-го века люди осознали практическое применение пектинов, которые могут быть использованы для производства продуктов питания из-за их хороших желирующих свойств.

Вероятно, самой известной маркой пектинсодержащих желирующих агентов с 1928 года была Opekta .

Классификация пектинов

Сильно метилированные или высокоэтерифицированные пектины

  • по определению имеют степень этерификации более 50%,
  • гель с содержанием сахара не менее 55% по весу,
  • для этого необходимо значение pH 1–3,5,
  • поэтому может использоваться только в кислых продуктах с высоким содержанием сахара, например Б. в джемах и фруктовых начинках.

Низкометилированные пектины с низким содержанием метилового эфира

  • по определению имеют степень этерификации 5–50%,
  • может образовывать желе даже без сахара в присутствии поливалентных катионов ,
  • для этого необходимо значение pH 1–7,
  • используются для производства перекачиваемых фруктовых препаратов , особенно для молочных продуктов.
  • используются для приготовления низкокалорийных фруктовых намазок.

Пектиновые кислоты

  • имеют степень этерификации менее 5% по определению,
  • гель типа пектинов с низким содержанием метилированных веществ (см. выше),
  • и падают при высоких значениях pH и высоких уровнях многовалентных катионов в виде пектатов , солей неэтерифицированных пектиновых кислот, от.

Амидопектины (амидированные пектины, E 440ii)

  • попадают в группу низкометилированных пектинов, в результате чего определенная часть групп карбоновых кислот присутствует в виде амидов из-за реакции с аммиаком ,
  • гелеобразные пектины с низким содержанием метилированных веществ, содержащие как сахар, так и поливалентные катионы,
  • Однако на свойства желе меньше влияет содержание поливалентных катионов, особенно кальция. Поэтому они более надежны в использовании.

Основное различие в технологии нанесения между модификациями заключается в склонности к образованию гелей из водных растворов и в свойствах образующихся гелей. Степень этерификации и использование других добавок позволяет целенаправленно контролировать скорость гелеобразования, прочность геля, выделение ароматизатора и растекаемость.

Приложения

Благодаря своей способности образовывать гели , пектины являются незаменимым компонентом многих продуктов в пищевой , фармацевтической или косметической промышленности, в которых по разным причинам используются гелеобразователи , загустители и / или стабилизаторы . В пищевой промышленности, а иногда и в домашнем хозяйстве, пектин используется для приготовления желе , джема и джема , кондитерских изделий , выпечки, для стабилизации напитков и в молочных продуктах. Пектины, такие как агар-агар , каррагинан или альгиновая кислота, могут использоваться как чисто растительные заменители желатина .

Низкий метилированные пектины используются в йогурте производства и в пастеризации из кисломолочных продуктов, где коагуляции из казеина предотвращены наличием пектина.

Они одобрены в ЕС как пищевая добавка под номером E 440 без числового ограничения максимального количества ( квантовое удовлетворение ) почти для всех пищевых продуктов. В соответствии с этим, однако, продукты, содержащие пектин и полученные из сушеных остатков прессованных яблок или из сушеной кожуры цитрусовых, или из их смеси путем обработки разбавленной кислотой и последующей частичной нейтрализацией солями натрия или калия, не считаются пищевыми добавками. в этом смысле («жидкий пектин»).

Их свойства в качестве загустителей, защитных коллоидов и стабилизаторов также используются в фармацевтической и косметической промышленности для повышения вязкости и стабильности эмульсий и суспензий, а также для производства различных гелей , кремов и паст .

Дальнейшее медицинское применение пектинов обусловлено их способностью действовать как комплексообразующий агент при детоксикации отравлений тяжелыми металлами и их свойством снижать уровень холестерина в крови. Они также используются в некоторых лекарствах для лечения диареи.

Механизмы гелеобразования

Молекулы пектина представляют собой макромолекулы, и их трудно растворить в воде из-за их высокой молярной массы . На самом деле, однако, вы можете растворить относительно большое количество пектина всего в небольшом количестве теплой воды. Причиной этого явления являются группы свободных карбоновых кислот, входящих в состав строительных блоков галактуроновой кислоты. Кислотные группы диссоциируют в водном растворе . Это создает остатки анионной кислоты, которые более или менее равномерно распределяются по макромолекуле. Отрицательный заряд гарантирует, что молекулы пектина электростатически отталкиваются друг от друга . Кроме того, вокруг этих носителей заряда образуются большие гидратные оболочки , которые дополнительно предотвращают сближение молекул друг с другом. Таким образом, пектины остаются во взвешенном состоянии , поэтому их относят к группе гидроколлоидов .

Для образования геля необходимо преодолеть барьер электростатического отталкивания и гидратных оболочек. Для этого есть два механизма:

Гелеобразование с поливалентными катионами

Поливалентный катион связан двумя или более анионными карбоксилатными группами в хелатном комплексе , так что образуется гель, в котором поливалентные катионы удерживают цепи пектина вместе в трехмерной сети. Гелеобразование происходит по так называемой модели «яичный ящик».

Гелеобразование с сахаром и кислотой

Кислота превращает многие остатки анионной кислоты в кислотные группы, что снижает электростатическое отталкивание между цепями пектина. Большое количество сахара имеет обезвоживающий эффект, т.е. То есть они также связывают воду из больших гидратных оболочек пектинов. Это позволяет пектиновым цепям, например Иногда с включением сахара они сближаются и образуют трехмерную сеть, связанную водородными связями .

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Запись о пектинах. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, доступ 2 апреля 2012 г.
  2. ↑ Макс Вихтль (ред.): Травяные препараты и фитофармацевтические препараты. CRC Press, Лондон, Нью-Йорк и др., 2004 г., стр. 520 ( Rosae pseudofructus cum fructibus ).
  3. ↑ Вступление по айве. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, по состоянию на 8 июня 2013 г.
  4. ↑ Отчет о пектинах (PDF; 621 kB) производителя Herbstreith & Fox GmbH & Co. KG, Neuenbürg.
  5. ↑ пектины . В: Kompaktlexikon der Biologie, Wissenschaft Online; Проверено 19 июля 2010 года.
  6. ↑ Статья 3, Параграф 2, Пункт 2 iv) Регламент (ЕС) № 1333/2008 Европейского парламента и Совета от 16 декабря 2008 г. о пищевых добавках. В их Приложении II Часть E для различных групп пищевых продуктов с ограничениями на пектины