پکتین

پکتین با متیل استری بالا در محلول با ماده خشک بالا و سیستم های اسیدی ژل تشکیل می دهد، در حالی که پکتین با متیل استری پایین ژل را در pH بسیار گسترده تر و محدودتر ماده خشک محلول تشکیل می دهد، اما برای ژل شدن نیاز به حضور کاتیون های دو ظرفیتی دارد. در نتیجه، هر نوع عملکرد خاص خود را دارد. با این وجود، ویژگی های جذاب کلی شامل آزادسازی طعم عالی، ویژگی های فرآیند خوب و پایداری در pH پایین است. عملکرد سنتی و اصلی آن این است که به عنوان یک عامل ژل کننده در غذاها عمل می کند، اما امروزه به عنوان یک عامل غلیظ کننده و تثبیت کننده نیز عمل می کند. کاربرد پکتین متنوع است و محصولات مبتنی بر میوه، محصولات لبنی، نوشیدنی های شیری اسیدی شده و سایر نوشیدنی ها، شیرینی ها، محصولات نانوایی، انواع غذاهای خوب و اسپری ها را پوشش می دهد. علاوه بر این، پکتین در صنعت داروسازی کاربرد دارد. در نهایت، افزایش آگاهی مصرف کننده از عادات سبک زندگی سالم و گرایش در حال ظهور برای تولید غذاهای کاربردی، اهمیت وضعیت پکتین را به عنوان یک فیبر غذایی محلول در آب افزایش می دهد.

فرایند تولید

هنگام تولید پکتین تجاری، هدف به دست آوردن پکتین های محلول در آب با درجه مشخصی از استری متیل با وزن مولکولی بالا و بازدهی تا حد امکان است. بیشتر پکتین از طریق استخراج با اسید آبی داغ و به دنبال آن رسوب در یک حلال آلی تولید می شود. زمان و دمای استخراج با مواد خام و خواص محصول نهایی مورد نظر متفاوت است.

پس از پیش تصفیه مواد خام، پوست یا تفاله با اسید آبی داغ تیمار می شود که در آن پکتین متصل به دیواره سلولی در اثر عمل شیمیایی ناشی از pH پایین و دمای بالا آزاد می شود. در برخی از فرآیندها، خیساندن پوست در محلول اسیدی قبل از استخراج واقعی اسید انجام می شود و باعث آزاد شدن پکتین از ماتریکس دیواره سلولی می شود. عملکرد پکتین با درجه حرارت بالا، زمان طولانی درمان و اسیدیته افزایش می یابد. با این حال، پلیمریزاسیون و استری زدایی متیل پکتین نیز در این شرایط مطلوب است. بنابراین، برای به دست آوردن عملکرد رضایت بخشی از پکتین با وزن مولکولی بالا، هنگام تعیین شرایط استخراج باید مصالحه ای پیدا کرد. شرایط استخراج معمولی ترکیباتی در محدوده 50-90 درجه سانتیگراد برای 3-12 ساعت در pH 1-3 است. هنگام تولید پکتین LM، ترکیبی از pH پایین و دمای پایین انتخاب می شود زیرا این شرایط به نفع هیدرولیز پیوندهای استری نسبت به هیدرولیز پیوندهای گلیکوزیدی است. از آنجایی که استخراج کارآمد پکتین و جداسازی مواد زائد جامد با مقدار زیادی مایع راحت‌تر انجام می‌شود، باید بین حجم مایع استخراج و هزینه فرآوری مصالحه ایجاد شود که با تولید عصاره غلیظ‌تر کاهش می‌یابد. پکتین نیز ممکن است با قلیایی استخراج شود. با این حال، در شرایط خنثی و قلیایی، حتی در دمای محیط، پکتین بسیار حساس به حذف β است، که به موجب آن پیوندهای گلیکوزیدی ستون فقرات پکتین شکسته می‌شوند و در نتیجه وزن مولکولی کاهش می‌یابد. بنابراین، استخراج در قلیایی به طور کلی برای تولید پکتین تجاری استفاده نمی شود.

فرآیند استخراج با فیلتراسیون دنبال می شود تا عصاره آبی اسیدی پکتین از بافت نامحلول باقی مانده گیاه جدا شود. فیلتراسیون کارآمد نیاز به ویسکوزیته نسبتاً کم دارد، بنابراین بسته به نوع پکتین، عصاره نمی تواند بیش از 0.6-1.0٪ پکتین داشته باشد. بنابراین، آشکار است که مقدار زیادی آب باید در فرآیند پایین دست حذف شود که در نتیجه، فرآیند را نسبتاً انرژی مصرف می کند. فیلتراسیون ممکن است با استفاده از فیلترهای کمکی مانند سلولز چوب یا پرلیت کمک کند. مواد خام ضایعاتی به عنوان خوراک دام استفاده می شود.

پکتین شفاف شده ممکن است قبل از رسوب به غلظت بالاتری تبخیر شود تا مقدار حلال مورد نیاز برای رسوب کاهش یابد. رسوب پکتین معمولاً با یک حلال آلی انجام می شود که در آن پکتین نامحلول است اما بسیاری از ناخالصی های باقی مانده در عصاره در آن محلول هستند. استانداردهای بین المللی مواد غذایی استفاده از متانول، اتانول یا ایزوپروپانول را به عنوان حلال های آلی مجاز می دانند. جایگزینی برای بارش الکلی، بارش آلومینیوم است که برای اولین بار توسط جوزف و هاویگهورست در سال 1952 (مه، 1990) انجام شد.

از مزایای آن می توان به حذف مرحله غلظت و حذف آسان ناخالصی های خاص اشاره کرد. با این حال، به دلیل مشکلات زیست محیطی ناشی از پساب های غنی از نمک های آلومینیوم و رسوب ضعیف پکتین بسیار استری شده، این روش استخراج تجاری مطلوبی نیست و به ندرت در صنعت استفاده می شود.

رسوب در حلال آلی با شستشو در محلول اسید رقیق انجام می شود که تمام آلاینده های محلول در الکل باقی مانده از جمله اسیدها، قندها و پلی فنل ها را حذف می کند. به منظور تنظیم pH، ممکن است قلیایی اضافه شود. هنگامی که پکتین تا حد امکان از حلال آلی جدا شد، آن را خشک کرده و به پودر ریز تبدیل می کنیم.

علاوه بر پکتین HM و LM، پکتین LM آمید دار نیز ممکن است تولید شود. معمولاً با آمید کردن پکتین HM معمولی با آمونیاک در یک سوسپانسیون الکلی تولید می‌شود. این فرآیند به کنترل دقیق نیاز دارد تا نرخ های نسبی مورد نظر استری زدایی و آمیداسیون متیل را به دست آورد، در حالی که در همان زمان، سرعت تخریب زنجیره پلیمری را که ممکن است در شرایط قلیایی رخ دهد به حداقل می رساند. یک فناوری جدیدتر شامل استری‌زدایی متیل با بیوکاتالیست‌ها است که در آن پکتین ممکن است به طور قابل‌توجهی با کاهش وزن مولکولی، بر خلاف استری‌زدایی متیل معمولی با اسید، استری‌زدایی شود. این منجر به پکتین‌های استر کم می‌شود که قدرت ژل بالاتری نسبت به پکتین‌های کم استر معمولی ایجاد می‌کنند (Ishii و همکاران، 1980؛ کریستنسن و همکاران، 2004).

ساختار

1. پکتین های تجاری

هنگام بحث در مورد پکتین تجاری، یکی به پلی ساکارید خطی اشاره دارد که عمدتاً از اسید anhydrogalacturonic مرتبط با α(1→4) با استری متیل جزئی گروه های کربوکسیل تشکیل شده است. با این حال، ساختار شیمیایی پکتین بومی بسیار پیچیده‌تر است و شامل بسیاری از اجزای دیگر از جمله قندهای خنثی آرابینوز، گالاکتوز، رامنوز و زایلوز می‌باشد (McNeil et al., 1979; Voragen et al., 1995). ساختار و ترکیب شیمیایی پکتین از گیاهی به گیاه دیگر متفاوت است، اما از آنجایی که مرکبات، سیب و تا حدودی چغندرقند منابع اصلی پکتین تجاری هستند، این پکتین ها در این بخش توضیح داده شده اند. جدول 13.1 ترکیبات اصلی پکتین را در لیمو و سیب نشان می دهد.

2. پکتین در دیواره سلولی

پکتین جزء طبیعی همه گیاهان زمینی است. در لاملای میانی و دیواره های اولیه سلول های گیاهی وجود دارد و بسته به نوع گیاه، حدود یک سوم ماده خشک دیواره سلولی ممکن است پکتین باشد (جارویس و همکاران، 1988). پکتین نقش مهمی در رشد و نمو گیاه دارد که همراه با سلولز و همی سلولز خواص ساختاری گیاه را تعیین می کند. علاوه بر پلی ساکاریدها، دیواره سلولی گیاه حاوی گلیکوپروتئین های ساختاری (اکستنسین)، استرهای فنولیک (اسیدهای فرولیک و کوماریک)، مواد معدنی مرتبط با پیوند یونی و کووالانسی شامل بور و کلسیم و در نهایت، اکسپانسین، آنزیم های اکسیداتیو و هیدرولیتیک است. پکتین با سایر مولکول‌های پکتین و اجزای سلولی از طریق پیوند کووالانسی و غیرکووالانسی از جمله پیوند یونی، پیوند هیدروژنی، برهم‌کنش‌های آبگریز و نیروهای واندروالس که پیوندهای متقابل مختلفی را تشکیل می‌دهند، تعامل دارد. پیوندهای کووالانسی شامل پیوندهای بین پکتین و همی سلولز و سایر پلیمرها یا پروتئین های دیواره سلولی است (Mort, 2002; Schols, 2005). مدل های مختلفی از ساختار و برهمکنش در دیواره سلولی ارائه شده است. با این حال، با توجه به ویژگی های متنوع دیواره های سلولی، تا به امروز هنوز دقیقاً مشخص نیست که اجزای دیواره سلولی چگونه با یکدیگر تعامل دارند (اسکولز، 2005).