Пектин ( древнегреческий : πηκτικός pēktikós : «застывший» и «свернувшийся») — гетерополисахарид , структурный полимер, содержащийся в первичной пластинке, в средней пластинке и в клеточных стенках наземных растений . [1] Основным химическим компонентом пектина является галактуроновая кислота ( сахарная кислота, полученная из галактозы ), которая была выделена и описана Анри Браконно в 1825 году. [2] [3] Коммерчески производимый пектин — это порошок от белого до светло-коричневого цвета, получаемый из цитрусовых для использования в качестве съедобного желирующего агента , особенно в джемах и желе, десертных начинках, лекарствах и сладостях; в качестве пищевого стабилизатора во фруктовых соках и молочных напитках, [4] а также в качестве источника пищевых волокон .
Пектин состоит из сложных полисахаридов, которые присутствуют в первичных клеточных стенках растения и в изобилии присутствуют в зеленых частях наземных растений. [5] Пектин является основным компонентом срединной пластинки , где он связывает клетки. Пектин откладывается экзоцитозом в клеточную стенку через везикулы, продуцируемые в аппарате Гольджи . [6] Количество, структура и химический состав пектина различаются у разных растений, внутри растения с течением времени и в различных частях растения. Пектин является важным полисахаридом клеточной стенки, который обеспечивает расширение первичной клеточной стенки и рост растения. [7] Во время созревания плодов пектин расщепляется ферментами пектиназой и пектинэстеразой , в ходе чего плод становится мягче, поскольку срединные пластинки разрушаются, и клетки отделяются друг от друга. [8] Похожий процесс разделения клеток, вызванный распадом пектина, происходит в зоне опадения черешков листопадных растений при листопадении. [ необходима ссылка ]
Пектин является естественной частью рациона человека, но не вносит существенного вклада в питание. Ежедневное потребление пектина из фруктов и овощей можно оценить примерно в 5 г, если потреблять около 500 г фруктов и овощей в день. [ необходима цитата ]
В человеческом пищеварении пектин связывается с холестерином в желудочно-кишечном тракте и замедляет всасывание глюкозы, захватывая углеводы. Таким образом, пектин является растворимым пищевым волокном . Было показано, что у мышей с диабетом без ожирения (NOD) пектин увеличивает частоту возникновения аутоиммунного диабета 1 типа. [9]
Исследование показало, что после употребления фруктов концентрация метанола в организме человека увеличивается на порядок из-за деградации натурального пектина (который этерифицируется метанолом) в толстой кишке . [10]
Было обнаружено, что пектин выполняет некоторую функцию в восстановлении ДНК некоторых типов семян растений, обычно пустынных растений. [11] Пектиновые поверхностные пленки, которые богаты пектином, создают слизистый слой, который удерживает росу, помогающую клетке восстанавливать свою ДНК. [12]
Было показано, что потребление пектина немного (3–7%) снижает уровень холестерина ЛПНП в крови. Эффект зависит от источника пектина; яблочный и цитрусовый пектины были более эффективны, чем пектин из волокон апельсиновой мякоти. [13] Механизм, по-видимому, заключается в увеличении вязкости в кишечном тракте, что приводит к снижению всасывания холестерина из желчи или пищи. [14] В толстом и толстом кишечнике микроорганизмы расщепляют пектин и высвобождают короткоцепочечные жирные кислоты, которые оказывают положительное влияние на здоровье ( пребиотический эффект). [15]
Пектины, также известные как пектиновые полисахариды, богаты галактуроновой кислотой. В пределах пектиновой группы были идентифицированы и охарактеризованы несколько различных полисахаридов. Гомогалактуронаны представляют собой линейные цепи α-(1–4)-связанной D -галактуроновой кислоты . [16] Замещенные галактуронаны характеризуются наличием остатков сахаридных присоединений (таких как D - ксилоза или D - апиоза в соответствующих случаях ксилогалактуронана и апиогалактуронана ), ответвляющихся от основной цепи остатков D -галактуроновой кислоты. [16] [17] Пектины рамногалактуронана I (RG-I) содержат остов повторяющегося дисахарида: 4)-α- D -галактуроновая кислота-(1,2)-α- L - рамноза- (1. От многих остатков рамнозы ответвляются боковые цепи различных нейтральных сахаров. Нейтральными сахарами в основном являются D - галактоза , L - арабиноза и D -ксилоза, причем типы и пропорции нейтральных сахаров варьируются в зависимости от происхождения пектина. [16] [17] [18]
Другим структурным типом пектина является рамногалактуронан II (RG-II), который является менее распространенным, сложным, сильно разветвленным полисахаридом. [19] Рамногалактуронан II классифицируется некоторыми авторами в группе замещенных галактуронанов, поскольку остов рамногалактуронана II состоит исключительно из единиц D -галактуроновой кислоты. [17]
Молекулярная масса выделенного пектина сильно варьируется в зависимости от источника и метода выделения. [20] Были зарегистрированы значения от 28 кДа для яблочных выжимок [21] до 753 кДа для кожуры батата. [22]
В природе около 80 процентов карбоксильных групп галактуроновой кислоты этерифицированы метанолом . Эта доля уменьшается в разной степени во время экстракции пектина. Пектины классифицируются как пектины с высоким и низким содержанием метокси (короткие пектины HM и пектины LM), при этом этерифицировано более или менее половины всей галактуроновой кислоты. [ 23] Соотношение этерифицированной и неэтерифицированной галактуроновой кислоты определяет поведение пектина в пищевых продуктах — пектины HM могут образовывать гель в кислых условиях в присутствии высоких концентраций сахара, в то время как пектины LM образуют гели при взаимодействии с двухвалентными катионами, в частности, Ca 2+ , в соответствии с идеализированной моделью «яичной коробки», в которой ионные мостики образуются между ионами кальция и ионизированными карбоксильными группами галактуроновой кислоты. [24] [25] [23]
В высокометоксипектинах при содержании растворимых твердых веществ более 60% и значении pH от 2,8 до 3,6 водородные связи и гидрофобные взаимодействия связывают отдельные пектиновые цепи вместе. Эти связи образуются, когда вода связывается сахаром и заставляет пектиновые нити слипаться. Они образуют трехмерную молекулярную сеть, которая создает макромолекулярный гель. Механизм гелеобразования называется гелем с низкой активностью воды или гелем сахар-кислота-пектин. [ необходима цитата ]
В то время как низкометоксипектины нуждаются в кальции для образования геля, они могут делать это при более низком содержании растворимых твердых веществ и более высоком pH, чем высокометоксипектины. Обычно низкометоксипектины образуют гели с диапазоном pH от 2,6 до 7,0 и с содержанием растворимых твердых веществ от 10 до 70%. [ необходима цитата ]
Неэтерифицированные галактуроновые кислотные единицы могут быть либо свободными кислотами (карбоксильными группами), либо солями с натрием, калием или кальцием. Соли частично этерифицированных пектинов называются пектинатами, если степень этерификации ниже 5 процентов, соли называются пектатами, нерастворимая кислотная форма — пектиновой кислотой. [ необходима цитата ]
Некоторые растения, такие как сахарная свекла , картофель и груши, содержат пектины с ацетилированной галактуроновой кислотой в дополнение к метиловым эфирам. Ацетилирование предотвращает образование геля, но усиливает стабилизирующее и эмульгирующее действие пектина. [ необходима цитата ]
Амидированный пектин — это модифицированная форма пектина. Здесь часть галактуроновой кислоты преобразуется с аммиаком в амид карбоновой кислоты . Эти пектины более устойчивы к различным концентрациям кальция, которые возникают при использовании. [26]
Тиолированный пектин демонстрирует существенно улучшенные свойства гелеобразования, поскольку этот тиомер способен сшиваться посредством образования дисульфидных связей. Эти высокие свойства гелеобразования выгодны для различных фармацевтических применений и применений в пищевой промышленности. [27] [28] [29]
Для приготовления пектинового геля ингредиенты нагревают, растворяя пектин. При охлаждении ниже температуры гелеобразования начинает образовываться гель. Если гелеобразование слишком сильное, результатом будет синерезис или зернистая текстура, в то время как слабое гелеобразование приводит к чрезмерно мягким гелям. [ необходима цитата ]
Амидированные пектины ведут себя как низкоэфирные пектины, но требуют меньше кальция и более терпимы к избытку кальция. Кроме того, гели из амидированного пектина термообратимы; их можно нагревать и после охлаждения снова затвердевать, тогда как обычные пектиновые гели впоследствии остаются жидкими. [ необходима цитата ]
Высокоэфирные пектины застывают при более высоких температурах, чем низкоэфирные пектины. Однако реакции гелеобразования с кальцием усиливаются по мере снижения степени этерификации. Аналогично, более низкие значения pH или более высокие растворимые твердые вещества (обычно сахара) увеличивают скорость гелеобразования. Поэтому подходящие пектины можно выбрать для джемов и желе или для кондитерских желе с высоким содержанием сахара. [ необходима цитата ]
Груши, яблоки, гуава, айва , сливы, крыжовник, апельсины и другие цитрусовые содержат большое количество пектина, в то время как мягкие фрукты, такие как вишня, виноград и клубника, содержат небольшое количество пектина. [ необходима цитата ]
Типичные уровни пектина в свежих фруктах и овощах:
Основным сырьем для производства пектина являются сушеные цитрусовые корки или яблочные выжимки , оба побочные продукты производства сока. В небольшом количестве также используются выжимки из сахарной свеклы. [ необходима цитата ]
Из этих материалов пектин извлекается путем добавления горячей разбавленной кислоты при значениях pH от 1,5 до 3,5. В течение нескольких часов экстракции протопектин теряет часть своей разветвленности и длины цепи и переходит в раствор. После фильтрации экстракт концентрируется в вакууме, а затем пектин осаждается путем добавления этанола или изопропанола. Старая технология осаждения пектина солями алюминия больше не используется (кроме спиртов и поливалентных катионов, пектин также осаждается белками и детергентами). [ необходима цитата ]
Затем осажденный спиртом пектин отделяют, промывают и сушат. Обработка исходного пектина разбавленной кислотой приводит к низкоэтерифицированным пектинам. Когда этот процесс включает гидроксид аммония (NH 3 (водн.)), получают амидированные пектины. После сушки и измельчения пектин обычно стандартизируют [ необходимо осветление ] сахаром, а иногда солями кальция или органическими кислотами, чтобы оптимизировать производительность в конкретном применении. [31]
Основное применение пектина – в качестве желирующего агента , загустителя и стабилизатора в пищевых продуктах. [32]
В некоторых странах пектин также доступен в виде раствора или экстракта, или в виде смешанного порошка для приготовления домашнего джема. [ необходима цитата ]
Классическое применение — придание желеобразной консистенции джемам или мармеладам , которые в противном случае были бы сладкими соками. [33] Пектин также снижает синерезис в джемах и мармеладах и увеличивает прочность геля низкокалорийных джемов. Для домашнего использования пектин является ингредиентом в желирующем сахаре (также известном как «сахар для джема»), где он разбавляется до нужной концентрации сахаром и небольшим количеством лимонной кислоты для регулировки pH. [ необходима цитата ]
Для различных пищевых применений различные виды пектинов можно различать по их свойствам, таким как кислотность, степень этерификации, относительное количество метоксильных групп в молекулах и т. д. Например, термин «высокометоксильный» относится к пектинам, которые имеют большую долю карбоксильных групп в молекуле пектина, которые этерифицированы метанолом, по сравнению с низкометоксильными пектинами: [33] [34] [35]
Для обычных джемов и мармеладов, содержащих более 60% сахара и растворимых фруктовых сухих веществ, используются высокоэфирные (высокометоксильные) пектины. С низкоэфирными (низкометоксильными) пектинами и амидированными пектинами требуется меньше сахара, поэтому можно производить диетические продукты. Водный экстракт семян айю традиционно используется на Тайване для приготовления желе айю , где экстракт желируется без нагревания из-за низкоэфирных пектинов из семян и двухвалентных катионов из воды. [23]
Пектин используется в кондитерских желе для придания хорошей структуры геля, чистого укуса и для придания хорошего высвобождения вкуса. Пектин также может использоваться для стабилизации кислых белковых напитков, таких как питьевой йогурт, для улучшения вкусовых ощущений и стабильности мякоти в напитках на основе сока, а также в качестве заменителя жира в выпечке. [36] [40]
Типичные уровни пектина, используемого в качестве пищевой добавки, составляют от 0,5 до 1,0% — это примерно такое же количество пектина, как и в свежих фруктах. [41]
В медицине пектин увеличивает вязкость и объем стула , поэтому его используют против запоров и диареи . До 2002 года он был одним из основных ингредиентов, используемых в Каопектате — лекарстве для борьбы с диареей — вместе с каолинитом . Он использовался для мягкого удаления тяжелых металлов из биологических систем. [42] Пектин также используется в леденцах для горла как успокоительное средство . [ требуется цитата ]
В косметических продуктах пектин действует как стабилизатор. Пектин также используется в препаратах для заживления ран и специальных медицинских клеях, таких как устройства для колостомии . [ необходима цитата ]
Sriamornsak [43] показал, что пектин может использоваться в различных платформах пероральной доставки лекарств, например, в системах с контролируемым высвобождением, гастроретентивных системах, системах доставки, специфичных для толстой кишки, и мукоадгезивных системах доставки, в зависимости от его нетоксичности и низкой стоимости. Было обнаружено, что пектин из разных источников обеспечивает разные гелеобразующие способности из-за различий в размере молекул и химическом составе. Как и другие природные полимеры, основной проблемой с пектином является непоследовательность в воспроизводимости между образцами, что может привести к плохой воспроизводимости характеристик доставки лекарств. [ необходима цитата ]
В питании жвачных животных , в зависимости от степени лигнификации клеточной стенки, пектин на 90% усваивается бактериальными ферментами. Специалисты по питанию жвачных животных рекомендуют улучшать усвояемость и концентрацию энергии в кормах за счет увеличения концентрации пектина в кормах. [ необходима цитата ]
В сигарах пектин считается прекрасной заменой растительного клея, и многие курильщики и коллекционеры сигар используют пектин для восстановления поврежденных табачных листьев на своих сигарах. [ необходима ссылка ]
Яблоков и др. , пишущие в «Чернобыль: последствия катастрофы для людей и окружающей среды », цитируют исследование, проведенное Украинским центром радиационной медицины и Белорусским институтом радиационной медицины и эндокринологии, пришли к выводу относительно радиозащитного действия пектина, что «добавление препаратов пектина в пищу жителей районов, загрязненных Чернобылем, способствует эффективному выведению инкорпорированных радионуклидов », таких как цезий-137 . Авторы сообщили о положительных результатах использования препаратов пищевой добавки пектина в ряде клинических исследований, проведенных на детях в сильно загрязненных районах, с улучшением до 50% по сравнению с контрольными группами. [44] Во время Второй мировой войны летчикам союзников предоставлялись карты, напечатанные на шелке, для навигации при попытках побега и уклонения. Процесс печати поначалу казался почти невозможным, поскольку несколько слоев чернил немедленно растекались, размывая контуры и делая названия мест неразборчивыми, пока изобретатель карт Клейтон Хаттон не смешал немного пектина с чернилами, и пектин сразу же свертывал чернила и не давал им растекаться, позволяя четко видеть мелкие топографические особенности. [45]
В отчете Объединенного комитета экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам и в Европейском союзе не установлено числовое допустимое суточное потребление (ДСП), поскольку пектин считается безопасным. [46]
Европейский союз (ЕС) не установил предел суточного потребления для двух типов пектина, известных как E440(i) и амидированный пектин E440(ii). ЕС установил стандарты чистоты для этих добавок в Регламенте Комиссии ЕС (ЕС)/231/2012. Пектин может использоваться по мере необходимости в большинстве категорий продуктов питания, концепция называется «quantum satis». [47] Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) провело повторную оценку пектина E440(i) и амидированного пектина E440(ii) в 2017 году. EFSA пришло к выводу, что использование этих пищевых добавок не представляет никакой опасности для населения в целом. Кроме того, агентство заявило, что нет необходимости устанавливать численное значение для допустимого суточного потребления (ADI). [48] [49]
В Соединенных Штатах пектин, как правило, признан безопасным для потребления человеком. [ необходима цитата ]
В Международной системе нумерации (INS) пектин имеет номер 440. В Европе пектины дифференцируются на номера E E440(i) для неамидированных пектинов и E440(ii) для амидированных пектинов. Во всех национальных и международных законодательствах имеются спецификации, определяющие его качество и регулирующие его использование. [ необходима цитата ]
Пектин был впервые выделен и описан в 1825 году Анри Браконно , хотя действие пектина для приготовления джемов и мармеладов было известно задолго до этого. Чтобы получить хорошо застывшие джемы из фруктов, в которых было мало или только плохого качества пектина, в рецепт добавляли богатые пектином фрукты или их экстракты. [ необходима цитата ]
Во время промышленной революции производители фруктовых консервов обратились к производителям яблочного сока, чтобы получить сушеные яблочные выжимки , которые подвергались тепловой обработке для извлечения пектина. Позже, в 1920-х и 1930-х годах, были построены фабрики, которые в коммерческих целях извлекали пектин из сушеных яблочных выжимок, а позднее и из цитрусовой кожуры в регионах, где производился яблочный сок, как в США, так и в Европе. [ необходима цитата ]
Сначала пектин продавался в виде жидкого экстракта, но сейчас его чаще всего используют в виде сухого порошка, который легче хранить и использовать, чем жидкость. [50]
Со страницы 178: ... je предложить le nom pectique , de πηχτες , coagulum, ... (я предлагаю название pectique , от πηχτες [pectes], coagulum [свернувшийся материал, сгусток, творог])