Тема 4. ПЕКТИН
План теми
Будова й джерела пектину.
Властивості, фізіологічні функції та використання пектину.
Виробництво пектину.
Використання пектину в харчовій промисловості.
Будова й джерела пектину
Будова.
Пектин - основний компонент оболонок клітин багатьох рослин.
Пересічна людина споживає 4-5 г пектину на день. Вперше пектин виділив і описав французький дослідник Анрі Браконо у 1825 році. Назва цього полісахариду походить від грецької «пектикос», що значить твердіти, застигати.
Пектин являє собою комплексну групу структурних гетерополісахаридів, побудованих, в основному, з фрагментів галактуронової кислоти.
Під терміном пектин розуміють ряд оліго- й полісахаридів з подібними властивостями, але різною будовою, серед яких не менше 65 % фрагментів галактуронової кислоти (GalА).
Розрізняють три основні пектинові полісахариди, кожен з яких містить значну кількість GalA: гомогалактуронан (ГГ); рамногалактуронан І (РГ І); рамногалактуронан II (РГ II). Гомогалактуронан - лінійний полімер, утворений з 1,4-зв’язаних фрагментів α-D-галактуронової кислоти. Рамногалактуронан І містить фрагменти дисахариду, який побудований з α-D-галактуронової кислоти та α-L-рамнози. До фрагментів рамнози приєднані ланцюги різних глюканів, в основному, арабінани й галактани. Помилково названий рамногалактуронан II містить основний ланцюг гомогалактуронану (а не РГ), до якого приєднані бічні ланцюги, утворені з фрагментів різних моносахаридів.
Структура молекул пектину є складною й відрізняється залежно від виду рослин, тканин тощо. Фрагменти галактуронової кислоти можуть бути ацетильовані або метилестерифіковані. Залежно від ступеня естерифікації розрізняють НМ (низькометоксильовані) пектини, ступінь естерифікації (СЕ) яких < 50 %, та ВМ (високометоксильовані) пектини, СЕ яких > 50 %.
Джерела пектину. Пектин міститься в оболонках клітин багатьох фруктів та рослин, в яких він зв’язаний з іншими компонентами - целюлозою, геміцелюлозою та лігнином.
Таблиця 4.1
Вміст пектину в деяких фруктах і жомі
Джерело
|
Вміст пектинових речовин, %
|
Яблука
|
0,5-1,6
|
Яблучні вичавки
|
1,5-2,5
|
Банани
|
0,7-1,2
|
Жом
|
1
|
Шкурка маракуйя
|
2,1-3,0
|
Манго
|
0,3-0,4
|
М’якоть лимону
|
2,4-4,0
|
Полуниці
|
0,6-0,7
|
Тривалий час яблучні вичавки були основним джерелом пектину, але останнім часом все частіше використовують шкурки цитрусових і цукробуряковий жом.
2. Властивості, фізіологічні функції та використання пектину
Властивості. Пектин - поліелектроліт із властивостями слабкої кислоти, у середовищі з нейтральним рН має негативний заряд. Визначити точне значення рКа пектину неможливо, за розрахунками воно становить 2,9-3,2, і є близьким до рКа галактуронової кислоти 3,5. Оскільки пектин має негативний заряд, він взаємодіє з позитивно зарядженими полімерами, в т.ч. білками. Пектин стабільний в інтервалі рН 3,5-4 й повільно розкладається поза цими межами. Він досить чутливий до зміни температури й розкладається при її підвищенні. За температури 20 °С пектин стабільний декілька місяців, а при 60 °С розкладається за декілька днів. Розчинність пектину залежить від багатьох чинників, включаючи вміст твердих розчинних речовин, йонної сили розчину, рН, температури тощо. Пектин розчинний у воді й нерозчинний в етиловому спирті й більшості органічних розчинників.
Фізіологічні функції. Інтерес до пектину зумовлений його значенням у здоровому харчуванні людини. Споживання харчових продуктів, збагачених волокнами, у тому числі пектином, є корисним для здоров’я людини. Пектин зменшує швидкість розщеплення в кишківнику іммобілізованих харчових компонентів. Зважаючи на високу вологоутримуючу здатність пектину, його споживання надає відчуття насичення і сприяє зменшенню кількості їжі в раціоні, тому його використовують у терапії розладів, викликаних переїданням.
Споживання пектину приводить до зниження рівня холестеролу та глюкози в крові, має протипухлинну дію, виводить свинець і ртуть з кишково-шлункового тракту й верхніх дихальних шляхів. Пектинсульфат подовжує тривалість згортання крові й може бути використаний замість гепарину.
Використання. Пектин застостосовують у харчових продуктах в якості драглеутворювача й згущувача, як інгредієнт у функціональних харчових продуктах. Його використовують для виробництва фармацевтичних препаратів, паперу, текстилю тощо. Суміш низькометильованого пектину, гідроксиду алюмінію й оксиду магнію застосовують у терапії виразок шлунку та дванадцятиперсної кишки. Пектин або його суміш із желатином або хітозаном використовують для інкапсуляції медичних агентів для їх поступового виділення. Пектинові матеріали використовують у виробництві мембран для ультрацентрифуг і електродіалізу.
3. Виробництво пектину.
Світове виробництво пектину перевищує 45 тис. т. на рік.
Одержання пектину з яблучних вичавок і м’якоті й шкурок лимону.
Сухі яблучні вичавки містять 15-20 % пектинів, а суха м’якоть лимону - від 30 до 35 %. Спочатку сировину обробляють для інактивації ензимів, здатних швидко розкладати пектин, а також для підвищення його стабільності.
Далі проводять екстракцію пектинів із сировини у присутності кислот (рН від 1,5 до 3) при високих температурах (70-90 °С) з використанням HCl, HNO3, H2SO4. Ця стадія може супроводжуватись процесами розкладу пектину, тому для надання продуктові необхідних властивостей слід контролювати умови екстракції, зокрема тривалість, рН і температуру.
Отриманий екстракт пектину відділяють від залишків м’якоті фільтруванням і центрифугуванням. З цього очищеного екстракту пектин вилучають осадженням при додаванні спирту (ізопропанолу, метанолу, етанолу) або осадженням із нерозчинними солями полівалентних катіонів, частіше Al3+. Осад промивають спиртом, висушують і подрібнюють. Таким чином одержують порошкоподібний високометоксильований (ВМ) пектин (зі ступенем естерифікації > 50 %).
Низькометоксильований (НМ) пектин (зі ступенем естерифікації < 50 %) одержують шляхом деестерифікації ВМ пектину. У промисловості здійснюють деестерифікацію осадженого ВМ пектину у спиртовій суспензії шляхом контрольованої кислотної або лужної деестерифікації. Ферментативна деестерифікація не знайшла промислового застосування через високу вартість.
Деестерифікація, яка відбувається за участю або лугів, або кислот, або кислотної пектинметилестерази призводить до утворення пектинів з хаотичним розподілом карбоксильних груп, в той час як при дії лужної пектинметилестерази, отриманої з вищих рослин (помідори, апельсини, яблука), - до їх більш рівномірного розподілу.
Технологія пектину з цукробурякового жому. Цукробуряковий жом – відпадок цукрового виробництва. Значна кількість дешевої сировини й відносно великий вихід (більше 25 % за сухими речовинами) роблять виробництво пектину із жому економічно доцільним. Проте отриманий продукт має погіршені технологічні властивості, а саме низькі драглеутворення й ступінь етерифікації. Тому використовують хімічні й ензиматичні методи модифікації хімічної структури таких пектинів, що підвищують драглеутворення.
Розроблено пілотні проекти виробництва пектину з головок соняшнику, оливкових вичавок і картопляної маси тощо.
4. Використання пектину в харчовій промисловості.
Пектин застосовують в технологіях харчових продуктів як драглеутворюючий агент, згущувач, емульгатор, стабілізатор і модифікатор текстури. Крім того, пектин слугує замінником цукру та жирів у продуктах зі зниженою калорійністю. Багатофункціональність властивостей пектину пояснюється будовою його молекул, які містять полярні й неполярні фрагменти, що робить його унікальним інгредієнтом в харчових системах.
Різні типи пектинів стандартизовані відповідно до їх використання в харчових продуктах. ВМ пектини стандартизовані за уніфікованою драглеутворюючою здатністю, яка вказує, скільки кілограмів цукру потрібно для утворення драглів зі стандартними складом і міцністю з 1 кг пектину. Більшість ВМ пектинів градуйовані до 150.
Комерційні пектини, які виконують функції стабілізаторів у кисломолочних напоях класифікують за їх седиментаційною здатністю.
ВМ пектин використовують у фруктових продуктах, здебішого джемах і пресервах; у технологіях молочних десертів, йогуртів, термостійких кондитерських желе; у хлібобулочних і борошняних кондитерських виробах, а також у фруктових соках і безалкогольних напоях.
НМ пектини використовують при одержанні джемів і желе з пониженим вмістом цукру, молочних десертів, в які не додаються солі кальцію, фруктових драглів як глазурі для морозива; як згущувачі у фруктових і овочевих консервах.
При виборі того чи іншого типу пектину для виробництва певних харчових продуктів слід враховувати декілька факторів. Слід визначити, яка функціональна властивість необхідна: драглеутворююча, згущуюча, стабілізуюча, емульгуюча чи захисна функція білків. Крім того, необхідно врахувати цілий ряд зовнішніх факторів, а саме: вміст розчинних твердих речовин, солей, йонну силу, рН розчину тощо.
Властивості пектинових драглів обумовлені внутрішніми факторами (структурою молекул) і зовнішніми (рН, йонна сила розчину, концентрація пектину й розчинених речовин, температура тощо.).
Таблиця 4.2
Властивості пектинів у драглях
Властивості
|
Тип пектинів
|
ВМ
|
НМ
|
Амідований НМ
|
Інервал рН
|
2,5-3,8
|
2,5-6
|
2,5-6
|
Вміст розчинених сухих речовин, %
|
55-85
|
25-55
|
5-65
|
Температура утво-рення драглів, оС
|
25-90
|
40-100
|
30-70
|
Термічна реверсійність
|
Відсутня
|
Залежно від вмісту Са2+
|
Так
|
Текстура драглів при рН нижче 3,5
|
Тверда
|
Розпливчаста
зі збільшенням
міцності при
зменшенні рН
|
Подібна
до НМ пектинів
|
Текстура драглів при рН більше 3,5
|
Драглі
не утворюються
|
Розпливчаста
|
Подібна
до НМ пектинів
|
Коли вміст сухих розчинених речовин нижче 60 %, найкраще підходить НМ пектин. За необхідності отримання розпливчастої текстури драглів доцільно використати НМ пектин із вмістом сухих розчинених речовин більше 60 %.
Збільшення чи зменшення кількості доданого пектину приводить до отримання продуктів з більш твердою чи м’якою консистенцією відповідно. Додавання солей до розчинів пектину сприяє утворенню драглів.
Необхідною умовою утворення драглів НМ пектину є присутність йонів двовалентних металів - найчастіше кальцію, збільшення концентрації якого призводить до зростання предраглеутворення. Амідовані й неамідовані НМ пектини є майже рівноцінними. Проте амідований пектин спричиняє утворення міцніших драглів і може бути використаний в широких межах концентрації кальцію.
Плівки й композитні мікрочастинки на основі пектину та хітозану використовують у харчовій і фармацевтичній промисловостях.
Додавання пектину в кількості 0,5-2 % приводить до зміцнення желатинових драглів, енергія активації процесу драглеутворення зменшується втричі. Проте при великих концентраціях пектину відбувається фазове розділення.
НМ пектин, так як карагенан і альгінат, - важливий інгредієнт для виготовлення джемів і желе зі зниженим вмістом цукру або взагалі без нього. Перевагою НМ пектину перед іншими гідроколоїдами вважається більша стабільність у кислому середовищі.
Пектин сприяє виготовленню текучих желе борошняних кондитерських виробів. Термостабільний ВМ пектин застосовують для виробництва желе, які додають у тісто, що випікається. При збільшенні вмісту ВМ пектину посилюється міцність драглів. Використання НМ пектину потребує збільшення його кількості в рецептурі, порівняно з ВМ пектином.
Пектинові желе відносять до кондитерських виробів із низьким вмістом води - біля 20 %. Тому, як правило, використовують ВМ пектин або амідований НМ пектин. Звичайно, до складу желе включають цукор, крохмальну патоку, синтетичні ароматизатори й лимонну кислоту. Желе може містити фруктову м’якоть або сік. Пектин у цих продуктах в кількості 1-3 % формує відмінну текстуру й смакові якості, подібні до виробів, виготовлених з іншими структуроутворювачами. Необхідність високих температур (до 70 °С) для утворення драглів, а також чутливість до зміни рН і вмісту сухих речовин є недоліками пектину. Для утворення драглів ВМ пектину необхідно додати кислоту для зменшення рН до 3,5. При виготовленні желе з ароматом м’яти чи ірису рН середовища повинно бути в межах від 4,0 до 4,5. Для цього типу виробів найкращим вибором є амідований НМ пектин. Для аерованих конди-терських виробів, таких як фруктовий маршмелоу, що містять біля 80 % розчинних сухих речовин, ВМ і НМ амідований пектин забезпечують необхідну текстуру й стабілізують піну.
Протеїни й полісахариди відіграють важливу роль в утворенні й стабілізації колоїдних систем. Білки - важливі емульгатори й стабілізатори емульсій, в той час як високомолекулярні полісахариди завдяки здатності утворювати драглі й виконувати функції згущувача, змінюють реологічні властивості водної фази, гальмуючи дестабілізацію емульсії. Для отримання емульсій можна використати різні білки й гідроколоїди, а їх комбінації дозволяють отримати продукти з поліпшеними характеристиками.
У молочних продуктах і їх аналогах ВМ пектин є стабілізатором розподілу білків, а НМ пектин використовують як драглеутворюючий агент. Кислотні й ферментовані молочні продукти (йогурти, кефір, суміші фруктових соків і молока, кисла сироватка) відносять до групи продуктів, у технології яких важливо використовувати ВМ пектин, зважаючи на його здатність стабілізувати білкові частинки при низьких рН. Протеїновмісні продукти при рН близько 4 злипаються й при термічній обробці утворюють великі грудки, що призводить до нестабільності таких напоїв. При рН 4 ВМ пектин заряджений негативно, а більшість білків, включаючи казеїн, - позитивно, що приводить до їх взаємодії і значного уповільнення агрегації білків, навіть при термічній обробці (рис. 4.2). Оптимальний ефект стабілізації спостерігається в межах рН 3,8-4,2.
Рисунок 4.2. Стабілізація кисломолочних виробів при додаванні пектину
Використання пектину дозволяє модифікувати текстуру сирів без погіршення їх смакових якостей. При збільшенні концентрації пектину до 0,6 % твердість сирів зростає, зовнішній вигляд і смак - не змінюються.
У молочних продуктах, включаючи йогурти й фруктові та молочні десерти, найкращим гідроколоїдом є НМ пектин завдяки драглеутворюючій здатності, яка зумовлена його зв’язуванням з йонами кальцію. При виробництві морозива розчин НМ пектину змішують з холодним молоком, яке містить йони Са2+, необхідні для драглеутворення при низьких рН. Залежно від вмісту пектину текстура отриманих виробів змінюється від ламкої до дуже м’якої, кремової. У йогуртах невеликі кількості ВМ пектину завдяки високій вологоутримуючій здатності збільшують згущення, кремовість і смакові якості виробів. Кількість пектину не повинна перевищувати 0,2- 0,3 %. Вважається, що карагенан кращий драглеутворювач в молочних продуктах, ніж пектин, оскільки потрібна його менша концентрація. Проте для кисломолочних і фруктових молочних десертів НМ пектин має переваги, тому що не співосаджується з казеїном при низьких рН.
Пектин, поряд з іншими полісахаридами, такими як карагенани та альгінат натрію, в м’ясних виробах сприяє зменшенню втрат вологи, гальмує мікробілогічну активність, покриваючи поверхню фаршів тощо.
Пектин застосовують для часткової або повної заміни жирів у багатьох харчових продуктах: спредах, майонезах, соусах і приправах для салатів, м’ясних виробах, морозиві, сирах, кондитерських виробах тощо. Найкраще для цього підходять НМ пектин Slendid 100 та 110, а також ВМ пектин Slendid 200. Використання Slendid у спредах і майонезах дозволило зменшити вміст жирів з 80 % до 20 і 3 % відповідно. Присутність пектину Slendid 200 у спредах і емульгованих м’ясних виробах, таких як сосиски й хотдоги, дозволяє виключити стадію гомогенізації. Завдяки високій термічній стабільності Slendid 100 й 110 використовують у технології соусів.
Зменшення кількості підсолоджувачів, таких як сахароза чи ВФКС, у дієтичних безалкогольних напоях можна при додаванні ВМ пектину у кількості 0,05-0,1 %. Розведений розчин пектину надає відчуття смаку 15 %-го розчину сахарози. При додаванні 0,1 % ВМ пектину можна отримати напої зі зниженим на 10-15 % вмістом цукру без погіршення фізико-хімічних і органолептичних характеристик виробів. Останнім часом завдяки унікальним стабілізуючим і емульгуючим властивостям пектин цукробурякового жому використовують у технологіях карбонізованих безалкогольних напоїв. Додавання пектину у дієтичні фруктові соки, які містять м’якоть, зменшує її перехід у тверду масу, яку важко потім диспергувати. Пектин також є ефективним стабілізатором в безалкогольних напоях, попереджуючи їх помутніння.
ВМ пектин завдяки його високій вологоутримуючій здатності використовують у технології хліба для збільшення об’єму, пом’якшення текстури й покращення утримування вологи під час зберігання готових виробів. Крім покращення якості тіста, додавання пектину полегшує процес виробництва. Присутність пектину також збільшує гнучкість хліба й зменшує його ламкість. Цей ефект особливо виражений у такому виді хлібобулочних виробів, як лаваш. У замороженому тісті пектин збільшує об’єм і м’якість після випікання, пригнічуючи руйнування крохмальної матриці.
У заморожених харчових продуктах пектин гальмує ріст кристалів льоду і зменшує втрати форми при таненні. Міцність розморожених фруктів найвища при комбінованому використанні йонів Са2+ і пектину.
Пектин і його комбінації з іншими гідроколоїдами - важливі інгредієнти для лікування діарей у дітей, особливо, немовлят. Вважається, що в певних in vitro умовах пектин набуває помірної антимікробної дії до мікроорганізмів Escherichia coli.
Ведуться дослідження по створенню пакувальних матеріалів, здатних розкладатись біологічним шляхом, одержаних з полісахаридів, таких як пектин, крохмаль, хітин, целюлоза й інші, у комбінації з наноглинами.
Розроблені різні дієтичні добавки в технологіях харчових продуктів функціонального призначення, що включають пектин.
|
