Пектин

Пектин — это природный полисахарид, содержащийся в клеточных стенках и межклеточном пространстве высших растений. Он представляет собой гетерополисахарид, основу которого составляют остатки D-галактуроновой кислоты, соединённые α-1,4-гликозидными связями. Пектин обладает желирующими, загущающими и стабилизирующими свойствами, что обуславливает его широкое применение в пищевой промышленности, фармацевтике и косметологии.

Химическое строение и свойства

Молекулярная структура

Основная цепь пектина состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, часть карбоксильных групп которых этерифицирована метанолом. Степень этерификации (СЭ) — ключевой параметр, определяющий свойства пектина. По этому показателю пектины делят на два основных типа:

Высокоэтерифицированные (ВЭ, СЭ > 50%) — образуют гели в присутствии сахара (65–85%) и кислоты (pH 2,8–3,5).
Низкоэтерифицированные (НЭ, СЭ < 50%) — способны желироваться в присутствии ионов кальция (Ca²⁺) в широком диапазоне pH и содержания сахара, вплоть до его полного отсутствия.

Помимо галактуроновой кислоты, в состав пектина входят нейтральные сахара: D-галактоза, L-арабиноза, L-рамноза, а также в меньших количествах D-ксилоза и D-глюкоза. Эти сахара образуют боковые цепи, которые встраиваются в основную цепь через рамнозные остатки, формируя так называемые «волосатые» и «гладкие» участки молекулы.

Физико-химические свойства

Пектин представляет собой аморфный порошок от белого до светло-кремового цвета, без запаха и со слабокислым вкусом. Он хорошо растворим в горячей воде (при температуре выше 60 °C), образуя коллоидные растворы. В холодной воде пектин набухает, но не растворяется полностью. Ключевые свойства:

Желирующая способность — способность образовывать трёхмерную сетку, удерживающую воду и растворённые вещества.
Вязкость — растворы пектина обладают высокой вязкостью, которая зависит от молекулярной массы, концентрации, pH и температуры.
Стабилизирующая способность — предотвращает расслаивание эмульсий и суспензий.

История

Первое упоминание о желирующих свойствах фруктовых соков относится к началу XIX века. В 1825 году французский химик Анри Браконно (Henri Braconnot) выделил из коры деревьев вещество, которое он назвал «пектиновой кислотой» (от греч. πηκτός — «створоженный», «свернувшийся»). Однако систематическое изучение пектина началось позже.

В 1840-х годах французский учёный Жан-Батист Био (Jean-Baptiste Biot) и немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich Wöhler) независимо друг от друга описали желирующие свойства фруктовых экстрактов. В 1908 году немецкий химик Эмиль Фишер (Emil Fischer) установил, что основным структурным элементом пектина является галактуроновая кислота.

Промышленное производство пектина началось в 1920-х годах в США и Европе. Первоначально сырьём служили яблочные выжимки, а затем — цитрусовая корка. В 1930-х годах были разработаны методы стандартизации пектина по желирующей способности, что позволило использовать его в пищевой промышленности в качестве стабилизатора и загустителя.

В СССР промышленное производство пектина было налажено в 1950-х годах. Основным сырьём служили яблоки и сахарная свёкла. В 1970-х годах были разработаны технологии получения пектина из корзинок подсолнечника.

Сырьё и промышленное производство

Источники пектина

Пектин содержится во многих растениях, но промышленно значимыми источниками являются:

Яблоки — выжимки после отжима сока содержат 10–15% пектина (в пересчёте на сухое вещество).
Цитрусовые — корки лимонов, апельсинов, грейпфрутов содержат 20–30% пектина.
Сахарная свёкла — жом после экстракции сахара содержит 15–20% пектина.
Подсолнечник — корзинки содержат до 25% пектина.
Тыква, морковь, абрикосы — используются в меньших масштабах.

Технология получения

Промышленное производство пектина включает несколько стадий:

Подготовка сырья — очистка, измельчение, промывка для удаления растворимых сахаров и кислот.
Экстракция — обработка сырья горячей подкисленной водой (pH 1,5–3,0, температура 60–100 °C) в течение 1–4 часов. В процессе экстракции протопектин (нерастворимая форма) переходит в растворимый пектин.
Фильтрация — отделение экстракта от твёрдого остатка (жома).
Концентрирование — упаривание экстракта до содержания сухих веществ 10–15%.
Осаждение — добавление этанола или изопропанола (в России — этилового спирта) для осаждения пектина. Альтернативный метод — осаждение солями алюминия.
Сушка — осадок пектина сушат при температуре 50–60 °C до влажности 8–10%.
Измельчение и стандартизация — пектин измельчают в порошок и смешивают с сахаром или декстрозой для стандартизации желирующей способности.

Классификация

Пектины классифицируют по нескольким признакам:

По степени этерификации

Высокоэтерифицированные (ВЭ) — СЭ 50–80%. Используются для приготовления джемов, мармеладов, конфитюров с высоким содержанием сахара.
Низкоэтерифицированные (НЭ) — СЭ 20–50%. Применяются для приготовления продуктов с пониженным содержанием сахара, диетических и лечебных продуктов.
Амидированные — НЭ-пектины, у которых часть карбоксильных групп замещена амидными группами. Обладают повышенной устойчивостью к кислотам и солям.

По происхождению

Яблочный — светлый, с мягким вкусом, хорошо желируется.
Цитрусовый — светлый, с лёгким цитрусовым ароматом, образует прозрачные гели.
Свекловичный — тёмный, с характерным вкусом, используется реже.
Подсолнечниковый — светлый, с нейтральным вкусом.

По функциональному назначению

Желирующий — для производства джемов, мармеладов, зефира.
Стабилизирующий — для кисломолочных продуктов, напитков, соусов.
Загуститель — для супов, соусов, кетчупов.

Применение

Пищевая промышленность

Пектин является разрешённой пищевой добавкой E440 (в России — Е440). Основные области применения:

Кондитерские изделия — мармелад, зефир, пастила, желейные конфеты, начинки для конфет и вафель.
Фруктовые и ягодные консервы — джемы, варенья, конфитюры, повидло.
Молочные продукты — йогурты, творожные десерты, мороженое (в качестве стабилизатора).
Напитки — соки с мякотью, нектары, сиропы (для стабилизации взвеси).
Соусы и кетчупы — для придания вязкости и предотвращения расслаивания.
Хлебобулочные изделия — для улучшения структуры теста и увеличения срока хранения.

Фармацевтика и медицина

Энтеросорбент — пектин связывает и выводит из организма ионы тяжёлых металлов (свинца, ртути, кадмия), радионуклиды, токсины. В России пектин входит в состав некоторых лекарственных препаратов и биологически активных добавок (БАД).
Лекарственные формы — используется как вспомогательное вещество в таблетках, капсулах, мазях.
Гастроэнтерология — применяется при лечении язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, колитов, диареи.

Косметология

Маски для лица — оказывает увлажняющее, питательное и противовоспалительное действие.
Кремы и лосьоны — в качестве загустителя и стабилизатора эмульсий.
Зубные пасты — для улучшения консистенции.

Другие области

Производство бумаги — как проклеивающее вещество.
Текстильная промышленность — для закрепления красителей.
Биотехнология — в качестве субстрата для выращивания микроорганизмов.

Физиологическое действие

Пектин относится к растворимым пищевым волокнам. В желудочно-кишечном тракте он не переваривается ферментами человека, но подвергается ферментации микрофлорой толстой кишки. Основные эффекты:

Снижение уровня холестерина — пектин связывает желчные кислоты и выводит их из организма, что стимулирует синтез новых желчных кислот из холестерина.
Снижение уровня глюкозы — замедляет всасывание углеводов, что способствует более плавному повышению уровня сахара в крови.
Связывание токсинов — пектин обладает хелатирующими свойствами, связывая ионы тяжёлых металлов и радионуклиды.
Пребиотическое действие — стимулирует рост полезной микрофлоры кишечника.
Нормализация стула — увеличивает объём каловых масс и облегчает их продвижение.

Рекомендуемая суточная норма потребления пектина для взрослого человека составляет 5–10 г. Избыточное потребление (более 20 г в сутки) может вызывать метеоризм, диарею и снижение всасывания некоторых минеральных веществ (кальция, магния, железа).

Интересные факты

В 2010 году группа учёных из Университета штата Огайо (США) обнаружила, что пектин может подавлять рост раковых клеток предстательной железы in vitro.
В России пектин традиционно используется в производстве зефира и пастилы — исконно русских кондитерских изделий.
Содержание пектина в яблоках снижается в процессе хранения: за 6 месяцев хранения потери могут составлять до 30%.
В 2020 году российские учёные из Воронежского государственного университета инженерных технологий разработали технологию получения пектина из корзинок подсолнечника, что позволило снизить себестоимость продукта на 15–20% по сравнению с традиционными источниками.

Источники

Пищевая химия / Под ред. А. П. Нечаева. — 6-е изд., испр. и доп. — СПб.: ГИОРД, 2015. — 672 с.
Технология пищевых производств / Под ред. В. И. Криштафович. — М.: КолосС, 2012. — 480 с.
Пектин: свойства, получение, применение / Под ред. В. А. Комарова. — М.: Пищевая промышленность, 2001. — 256 с.
ГОСТ 29186-91. Пектин. Технические условия.
СанПиН 2.3.2.1293-03. Гигиенические требования по применению пищевых добавок.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →