Өсімдіктердегі пектин: құрамы, қасиеттері және қолданылуы
Pectin
Пектин – құрамында галактурон қышқылы бар өсімдіктердің жасуша қабырғаларындағы полисахарид. Ас ішекке пайдалы, джем, желе, тағамдарда тұрақтандырғыш ретінде қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Құрлықтағы өсімдіктер мен кейбір балдырлардың жасуша қабырғаларындағы құрылымдық көмірсу.
Structural carbohydrate in the cell walls of land plants and some algae
Пектин (πηκτικός: "қоюланған" және "ұйысқан") – гетерополисахарид, негізгі ламеллада, ортаңғы ламеллада және құрлықтағы өсімдіктердің жасуша қабырғаларында кездесетін құрылымдық қышқыл. Пектиннің басты химиялық құрауышы – галактироникалық қышқыл (галактозадан алынған қант қышқылы), оны 1825 жылы Анри Браконно бөліп шығарып сипаттаған. Кәсіптік өндірістегі пектин – ақтан ашық қоңыр түске дейінгі ұнтақ, ол цитрус жемістерінен жасалады және жеуге жарамды гельдейтін зат ретінде, әсіресе джемдер мен желелерде, десерттерге арналған толтыруларда, дәрі-дәрмектерде және тәттілерде қолданылады; сондай-ақ жеміс шырындарында және сүт сусындарында тағамдық тұрақтандырғыш ретінде, ал тамақталдық талшықтардың көзі ретінде де пайдаланылады.
Pectin (πηκτικός : "congealed" and "curdled") is a heteropolysaccharide, a structural acid contained in the primary lamella, in the middle lamella, and in the cell walls of terrestrial plants. The principal chemical component of pectin is galacturonic acid (a sugar acid derived from galactose) which was isolated and described by Henri Braconnot in 1825. Commercially produced pectin is a white to light brown powder, produced from citrus fruits for use as an edible gelling agent, especially in jams and jellies, dessert fillings, medications, and sweets; and as a food stabiliser in fruit juices and milk drinks, and as a source of dietary fiber.
Биология
Пектин – өсімдіктердің негізгі жасуша қабырғаларында кездесетін және құрлықтағы өсімдіктердің жасыл бөліктерінде көп мөлшерде болатын күрделі полисахаридтерден тұрады. Пектин – жасушаларды байланыстыратын орталық ламелланың негізгі құрауышы. Пектин экзоцитоз арқылы, Гольджи аппаратында түзілген көпіршіктердің көмегімен жасуша қабырғасына жеткізіледі. Пектиннің мөлшері, құрылымы және химиялық құрамы өсімдіктердің түрлеріне, уақытқа және өсімдіктің әртүрлі бөліктеріне қарай өзгереді. Пектин – жасуша қабырғасының маңызды полисахариді, ол негізгі жасуша қабырғасының кеңеюіне және өсімдіктердің өсуіне жағдай жасайды. Жеміс пісіп жетілген кезде пектин пектиназа және пектинестераза ферменттерінің әсерінен ыдырайды, нәтижесінде жеміс жұмсарады, себебі орталық ламеллалар бұзылып, жасушалар бір-бірінен ажырасады. Жапырақ түсетін өсімдіктердің жапырақ сағақтарының түсу аймағында пектиннің ыдырауынан туындайтын жасушалардың ажырасуына ұқсас процесс жүзеге асады. Пектин – адам рационының табиғи құрамында болады, бірақ қоректік заттарға елеулі үлес қоспайды. Егер күніне шамамен 500 грамм жеміс-жидек пен көкөніс желінсе, пектиннің тәуліктік мөлшері шамамен 5 грамды құрайды. Адам ағзасындағы ас қорыту процесінде пектин асқазан-ішек жолындағы холестеринмен байланысып, көмірсуларды ұстап тұрады, соның салдарынан глюкозаның сіңуі баяулайды. Осылайша, пектин – ерігіш диеталық талшық. Семіздікпен байланысы жоқ (NOD) егешқұйрықтарында пектиннің 1-типті аутоиммундық диабетке шалдығу ықтималдығын арттыратыны дәлелденген. Бір зерттеуде жеміс-жидек жегеннен кейін адам ағзасындағы метанол концентрациясы табиғи пектиннің (метанолмен этерификацияланған) ішекте ыдырауынан бірнеше есе артатыны анықталды. Пектиннің кейбір шөл өсімдіктерінің тұқымдарының ДНК-сын жөндеуде қатысатыны байқалған. Пектинге толы пектинозды беткі қабықшалар, шырышты қабатты құрады, ол жасушаның ДНК-сын қалпына келтіруге көмектесетін нәрселерді (ылғалды) сақтап қалады. Пектиннің тұтынуы қандағы ЛПНҚ (жай төмен тығыздықпен) холестерин деңгейін аздап (3-7%) төмендетуі мүмкін. Бұл эффект пектиннің көзіне байланысты; алма мен цитрус пектиндері апельсин целлюлоза талшықтарынан гөрі тиімдірек болды. Бұл механизм ішек жолының тұтқырлығын арттырумен байланысты, нәтижесінде өт немесе тамақтан холестериннің сіңуі төмендейді. Ірі және ұсақ ішекте микроорганизмдер пектинді ыдыратып, денсаулыққа жағымды әсер ететін қысқа тізбекті май қышқылдарын бөліп шығарады (пребиотикалық эффект).
Pectin is composed of complex polysaccharides that are present in the primary cell walls of a plant, and are abundant in the green parts of terrestrial plants. Pectin is the principal component of the middle lamella, where it binds cells. Pectin is deposited by exocytosis into the cell wall via vesicles produced in the Golgi apparatus. The amount, structure and chemical composition of pectin is different among plants, within a plant over time, and in various parts of a plant. Pectin is an important cell wall polysaccharide that allows primary cell wall extension and plant growth. During fruit ripening, pectin is broken down by the enzymes pectinase and pectinesterase, in which process the fruit becomes softer as the middle lamellae break down and cells become separated from each other. A similar process of cell separation caused by the breakdown of pectin occurs in the abscission zone of the petioles of deciduous plants at leaf fall. Pectin is a natural part of the human diet, but does not contribute significantly to nutrition. The daily intake of pectin from fruits and vegetables can be estimated to be around 5 g if approximately 500 g of fruits and vegetables are consumed per day. In human digestion, pectin binds to cholesterol in the gastrointestinal tract and slows glucose absorption by trapping carbohydrates. Pectin is thus a soluble dietary fiber. In non obese diabetic (NOD) mice pectin has been shown to increase the incidence of autoimmune type 1 diabetes. A study found that after consumption of fruit the concentration of methanol in the human body increased by as much as an order of magnitude due to the degradation of natural pectin (which is esterified with methanol) in the colon. Pectin has been observed to have some function in repairing the DNA of some types of plant seeds, usually desert plants. Pectinaceous surface pellicles, which are rich in pectin, create a mucilage layer that holds in dew that helps the cell repair its DNA. Consumption of pectin has been shown to slightly (3–7%) reduce blood LDL cholesterol levels. The effect depends upon the source of pectin; apple and citrus pectins were more effective than orange pulp fibre pectin. The mechanism appears to be an increase of viscosity in the intestinal tract, leading to a reduced absorption of cholesterol from bile or food. In the large intestine and colon, microorganisms degrade pectin and liberate short chain fatty acids that have positive influence on health (prebiotic effect).
Химия
Пектиндер, сондай-ақ пектикалық полисахаридтер деп аталады, галактурон қышқылына бай. Пектикалық топта бірнеше ерекше полисахаридтер анықталып, сипатталған. Гомогалактурондар – α (1–4) байланысты D галактурон қышқылының тізбекті тізбектері. Ауыстырылған галактурондар D галактурон қышқылы қалдықтарының тірекшесінен тармақталған сахаридтік қосымша қалдықтардың (мысалы, D ксилоза немесе D апиоза, тиісінше ксилогалактуронан және апиогалактуронан жағдайында) болуымен сипатталады. Рамоногалактуронан I пектиндері (RG I) қайталанатын дисахаридтің тірекшесін қамтиды: 4) α D галактурон қышқылы (1,2) α L рамноза (1,2). Рамноза қалдықтарының көп бөлігінен әртүрлі бейтарап қанттардың тармақтары бөлінеді. Бейтарап қанттар негізінен D-галактоза, L-арабиноза және D-ксилоза болып табылады, ал бейтарап қанттардың түрлері мен пропорциялары пектиннің тегіне байланысты өзгереді. Пектиннің тағы бір құрылымдық түрі – рамоногалактуронан II (RG II), ол сирек кездесетін, күрделі, жоғары тармақталған полисахарид. Рамоногалактуронан II кейбір авторлар ауыстырылған галактурондар тобына жатқызылады, өйткені рамоногалактуронан II тірекшесі тек D галактурон қышқылы бірліктерінен тұрады. Эстерификацияланған және эстерификацияланбаған галактурон қышқылының арақатынасы тағамдық қолданыстарда пектиннің мінез-құлқын анықтайды. HM пектиндері жоғары қант концентрациясы болғанда қышқыл жағдайда гель түзе алады, ал LM пектиндері идеалданған «жұмыртқа қорабы» моделі бойынша, кальций иондары мен галактурон қышқылының иондалған карбоксил топтары арасында иондық байланыстар қалыптасады. Тиолатталған пектин айтарлықтай жақсартылған гельдеу қасиеттерін көрсетеді, өйткені бұл тиомер дисульфидтік байланыстар арқылы байланыса алады. Бұл жоғары гельдеу қасиеттері әртүрлі фармацевтикалық және тамақ өнеркәсібіндегі қолданыстар үшін пайдалы. Пектин гелін дайындау үшін ингредиенттерді қыздырып, пектинді ерітеді. Салқындатқанда, гельдеу температурасынан төмен, гель түзіле бастайды. Егер гельдің түзілуі тым күшті болса, синерез немесе дөңгелек текстура пайда болады, ал нашар гельдеу тым жұмсақ гельге әкеледі. Амидтелген пектиндер төмен эфирлі пектиндер сияқты әрекет етеді, бірақ оларға аз кальций қажет және олар артық кальцийге төзімді. Сонымен қатар, амидтелген пектин гельдері термореверсивті; оларды қыздырып, салқындатқаннан кейін қайтадан қатастыруға болады, ал дәстүрлі пектин гельдері кейін сұйық күйде қалады. Жоғары эфирлі пектиндер төмен эфирлі пектиндерге қарағанда жоғары температурада қатады. Дегенмен, этерификация деңгейі төмендеген сайын кальциймен гельдеу реакциялары күшейеді. Сол сияқты, төменгі pH мәндері немесе жоғары ерігіш қатты заттар (әдетте қанттар) гельдеу жылдамдығын арттырады. Сондықтан, джемдер мен желелерге немесе жоғары қантты конфериялық желелерге қолайлы пектиндерді таңдауға болады.
Pectins, also known as pectic polysaccharides, are rich in galacturonic acid. Several distinct polysaccharides have been identified and characterised within the pectic group. Homogalacturonans are linear chains of α (1–4) linked D galacturonic acid. Substituted galacturonans are characterised by the presence of saccharide appendant residues (such as D xylose or D apiose in the respective cases of xylogalacturonan and apiogalacturonan) branching from a backbone of D galacturonic acid residues. Rhamnogalacturonan I pectins (RG I) contain a backbone of the repeating disaccharide: 4) α D galacturonic acid (1,2) α L rhamnose (1. From many of the rhamnose residues, sidechains of various neutral sugars branch off. The neutral sugars are mainly D galactose, L arabinose and D xylose, with the types and proportions of neutral sugars varying with the origin of pectin. Another structural type of pectin is rhamnogalacturonan II (RG II), which is a less frequent, complex, highly branched polysaccharide. Rhamnogalacturonan II is classified by some authors within the group of substituted galacturonans since the rhamnogalacturonan II backbone is made exclusively of D galacturonic acid units. The ratio of esterified to non esterified galacturonic acid determines the behaviour of pectin in food applications – HM pectins can form a gel under acidic conditions in the presence of high sugar concentrations, while LM pectins form gels by interaction with divalent cations, particularly Ca2+, according to the idealized 'egg box' model, in which ionic bridges are formed between calcium ions and the ionised carboxyl groups of the galacturonic acid. Thiolated pectin exhibits substantially improved gelling properties since this thiomer is able to crosslink via disulfide bond formation. These high gelling properties are advantageous for various pharmaceutical applications and applications in food industry. To prepare a pectin gel, the ingredients are heated, dissolving the pectin. Upon cooling below gelling temperature, a gel starts to form. If gel formation is too strong, syneresis or a granular texture are the result, while weak gelling leads to excessively soft gels. Amidated pectins behave like low ester pectins but need less calcium and are more tolerant of excess calcium. Also, gels from amidated pectin are thermoreversible; they can be heated and after cooling solidify again, whereas conventional pectin gels will afterwards remain liquid. High ester pectins set at higher temperatures than low ester pectins. However, gelling reactions with calcium increase as the degree of esterification falls. Similarly, lower pH values or higher soluble solids (normally sugars) increase gelling speeds. Suitable pectins can therefore be selected for jams and jellies, or for higher sugar confectionery jellies.
Құқықтық мәртебе
ФАО/ДДҰ-ның тамақ қоспалары жөніндегі бірлескен сарапшылар комитетінің баяндамасында және Еуропалық Одақта пектин қауіпсіз деп есептелгендіктен, қабылдауға болатын тәуліктік мөлшер (ҚМ) белгіленбеген. Еуропалық Одақ (ЕО) E440(i) және амидтелген пектин E440(ii) деп аталатын екі түрлі пектинге тәуліктік мөлшер шектеуін қоймаған. ЕО осы қоспалардың тазалық стандарттарын ЕО Комиссиясының (EU) No 231/2012 регламентімен белгілеген. Пектин көптеген тағам түрлерінде қажеттілікке қарай қолданылуы мүмкін, бұл "quantum satis" деп аталады. 2017 жылы Еуропалық тамақ қауіпсіздігі агенттігі (EFSA) Пектин E440(i) және амидтелген пектин E440(ii) қайта бағалау жүргізді. EFSA осы тамақ қоспаларын қолдану жалпы халық үшін ешқандай қауіп тудырмайды деген қорытындыға келді. Сондай-ақ, агенттік қабылдауға болатын тәуліктік мөлшердің (ҚМ) сандық мәнін белгілеудің қажеті жоқ екенін мәлімдеді. АҚШ-та пектин адамдарға қолдану үшін қауіпсіз деп танылған. Халықаралық нөмірлеу жүйесінде (INS) пектин 440 нөмірімен белгіленеді. Еуропада пектиндер E нөмірлерімен ажыратылады: E440(i) – амидсіз пектин және E440(ii) – амидтелген пектин. Оның сапасын анықтайтын және қолданылуын реттейтін талаптар барлық ұлттық және халықаралық заңнамада қарастырылған.
At the Joint FAO/WHO Expert Committee Report on Food Additives and in the European Union, no numerical acceptable daily intake (ADI) has been set, as pectin is considered safe. The European Union (EU) has not set a daily intake limit for two types of pectin, known as E440(i) and Amidated Pectin E440(ii). The EU has established purity standards for these additives in the EU Commission Regulation (EU)/231/2012. Pectin can be used as needed in most food categories, a concept referred to as "quantum satis". The European Food Safety Authority (EFSA) conducted a re evaluation of Pectin E440(i) and Amidated Pectin E440(ii) in 2017. The EFSA concluded that the use of these food additives poses no safety concern for the general population. Furthermore, the agency stated that it is not necessary to establish a numerical value for the Acceptable Daily Intake (ADI). In the United States, pectin is generally recognised as safe for human consumption. In the International Numbering System (INS), pectin has the number 440. In Europe, pectins are differentiated into the E numbers E440(i) for non amidated pectins and E440(ii) for amidated pectins. There are specifications in all national and international legislation defining its quality and regulating its use.
Тарих
Пектинді алғаш рет 1825 жылы Анри Бракно бөлді және сипаттады, бірақ пектиннің джемдер мен мармеладтар жасаудағы ролі одан көп бұрыннан белгілі болған. Пектиннің аз немесе нашар сапалы пектин бар жемістерден жақсы джем алу үшін, рецептке пектинге бай жемістер немесе олардың тұнбалары қосылған. Өнеркәсіптік революция кезінде жеміс консервілерін өндірушілер алма шырыны өндірушілерге жүгініп, пектин алу үшін пісірілген кептірілген алма шөбін алды. Кейін, 1920-1930 жылдары АҚШ және Еуропаның алма шырыны өндіретін аймақтарында кептірілген алма шөбінен, содан кейін цитрус қабығынан коммерциялық пектин өндіретін зауыттар салынды. Пектин алғаш рет сұйық тұнба ретінде сатылды, бірақ қазір көбінесе кептірілген ұнтақ түрінде қолданылады, оны сақтау және пайдалану сұйықтан әлдеқайда ыңғайлы.
Pectin was first isolated and described in 1825 by Henri Braconnot, though the action of pectin to make jams and marmalades was known long before. To obtain well set jams from fruits that had little or only poor quality pectin, pectin rich fruits or their extracts were mixed into the recipe. During the Industrial Revolution, the makers of fruit preserves turned to producers of apple juice to obtain dried apple pomace that was cooked to extract pectin. Later, in the 1920s and 1930s, factories were built that commercially extracted pectin from dried apple pomace, and later citrus peel, in regions that produced apple juice in both the US and Europe. Pectin was first sold as a liquid extract, but is now most often used as dried powder, which is easier than a liquid to store and handle.