Класифікація пектинових речовин фізико-хімічні властивості

Згідно номенклатурі, прийнятої в 1944 р, розрізняють наступні пектинові речовини: протопектину (див. Вище), пектин, пектинові кислоти і пектовую кислоту.

Пектин це загальний термін, що позначає водорозчинне пектинові речовини, вільний від целюлози, що складається з метоксильованих залишків галактуроновой кислоти. Пектин є продукт, одержуваний в результаті першої стадії природного розпаду протопектину. У незміненому вигляді він здатний утворювати холодець з цукром, кислотою і водою. У зрілих плодах основна маса пектинових речовин знаходиться вже в вигляді пектину. У цьому стані плоди, призначені для кондитерської переробки, повинні надходити в виробництво.

Метоксильованих полігалактуронових ланцюг пектину може бути в спрощеному вигляді позначена так15.1

В процесі гідролізу пектину відбувається поступове відщеплення метоксільних груп (деметоксілірованіе). Повністю деметоксілірованний пектин (з незайманою ланцюгом) носить за новою номенклатурою назва пектовой кислоти.

Будова пектовой кислоти можна зобразити наступною формулою:15.2

Пектовая кислота є колоїдом, мають полимеризоваться молекулу. Загальна формула її (С5Н7О4СКОРО)n. Однак вона має лише слабкою здатністю студнеобразования.

Між пектином і пектовой кислотою є ряд проміжних продуктів розпаду різного ступеня деметоксілірованія. Вони присутні в природному суміші пектинових речовин. Полігалактуронових ланцюг їх складається з ланок, більша або менша частина яких насичена метоксіламі. Цим з'єднанням присвоєно назву пектинових кислот. Їх студнеобразующие властивості змінюються в залежності від ступеня їх метоксилювання.

Загальна формула пектинових кислот15.3

В результаті глибокого розпаду пектинових кислот (і пектовой кислоти), що супроводжується не тільки деметоксілірованіем, але і розривом полігалактуронової ланцюга на окремі ланки, виходить молекулярно розчинна моногалактуроновая кислота:15.4

яка поводиться як типова одноосновная кислота.

Розглянемо найбільш важливі фізико-хімічні властивості пектинових речовин.

Чистий пектин є речовина білого кольору, яке набухає у воді з поступовим утворенням колоїдного розчину - золю.

Розчини пектину мають значну в'язкістю.

В'язкість розбавлених золів пектину збільшується в прямій залежності від концентрації. Така залежність існує тільки для пектинових розчинів з концентрацією до 1%. У розчинах з більш високою концентрацією спостерігаються значні відхилення від цієї залежності. В області, близької до застигання пектинового золю, спостерігається прояв аномальної в'язкості, що супроводжується утворенням структури.

При додаванні спирту або ацетону (з концентрацією вище 50%), ефіру або бензолу до водних розчинів пектину відбувається або суцільне застудневание золю, або ж випадання пек- 111 нового гелю в залежності від концентрації пектину і доданого осадителя.

Білками і дубильними речовинами пектинові речовини з водних розчинів не осідають.

Частинки пектинового комплексу мають негативним зарядом високої щільності. Останній обумовлений головним чином вільними карбоксильними групами пектинових кислот. Завдяки цьому пектинові речовини (особливо при наявності в них пектинових і пектовой кислот) осідають при певних умовах з водного розчину під дією солей полівалентних металів у вигляді розчинних в мінеральних кислотах коагулятов цих солей.

Пектин є оптично діяльним речовиною, що володіє правим обертанням, причому питоме обертання його змінюється в залежності від плодів, від яких він відбувається і від ступеня його чистоти.

Пектинові кислоти утворюють середні або кислі солі різних металів.

Для 0,5-1,0% -них розчинів пектинових кислот значення pH коливаються в межах 3,2-3,4.

Пектовая кислота в сухому вигляді являє собою білий порошок, що володіє невеликою розчинністю у воді. З лугами вона дає розчинні солі (пектати), а з лужноземельними і важкими металами вона утворює нерозчинні солі. Дубильними речовинами вона на відміну від пектину осідає.

Молекулярний вага (М) пектинових речовин змінюється в залежності від походження пектину і від ступеня його деполімеризації.

Пектинові речовини представляють, як правило, полімолекулярного суміш, т. Е. Суміш молекул різної величини. Тому мова може йти лише про середні значення М.

Специфічна складність встановлення М пектинів полягає ще в тому, що пектини представляють гетерогенну суміш, яка вимагає попереднього очищення.

Крім того, існує велика різноманітність методів визначення М, які дають різні значення для одного і того ж продукту.

Шнейдер і Бок (1937), що визначали М пектину з яблук осмотическим методом (по нітратів пектину, вільним від присутності «супутників»), отримали середні значення від 30000 до

100 000; для пектину апельсинів було знайдено молекулярний вагу 150 000, для лимонного 220 000 і бурякового 20 000-25 000.

Сведберг і Грехем (1938), користуючись методом ультрацентрифугирования, знайшли, що значення М для яблучного, грушевого і сливового пектину складають від 40 000 до 50 000.

Дещо вищі значення отримані при визначенні М пектину віокозіметріческім способом.

Поряд з величиною М великий інтерес для характеристики фізико-хімічних властивостей високополімеров представляють дані про форму і розміри їхнього молекули. Молекули пектинових кислот мають циліндричну форму; товщина молекули близько 10 А.

Описані фізико-хімічні властивості визначають здатність пектинів до утворення холодців з цукром і кислотою.

Здатність пектинів до студнеобразованию

Пектинові речовини утворюють студні різного складу, що відрізняються між собою за фізико-механічними властивостями.

Найбільш типовим для виробництва мармеладо-пастильних виробів є утворення холодцю з кислотою і водою в присутності щодо великої кількості цукру (60-80% за вагою холодцю). Отримання холодців цього типу лежить в основі виробництва фруктово-ягідних мармеладу, пастили, джемів, цукерок.

Не зупиняючись на питанні про механізм студнеобразования пектину в умовах кондитерського виробництва (висвітлення цього питання буде приділено надалі особливе місце), необхідно тут розглянути студнеобразующие властивості пектинів і ті чинники, якими ці властивості визначаються.

Здатність до студнеобразованию проявляється індивідуально у різних пектинів в залежності від їх походження, і тому вони представляють неоднакову цінність для кондитерського виробництва.

Відомо, наприклад, що найбільшу цінність за своєю студнеобразующей здібності являють пектини яблук, цитрусових (з скоринки апельсинів і лимонів), чорної смородини, агрусу, кошиків соняшнику і буряка. При правильному веденні технологічних процесів виробництва цих пектинів вони дають холодці, що володіють необхідною міцністю і іншими цінними властивостями.

Менш повноцінними в цьому відношенні є пектини горобини, айви, абрикоса, персика, сливи, журавлини. Пектини цих плодів, що дають холодці, що володіють меншою міцністю, не відповідають вимогам виробництва кондитерських виробів. Ще менш цінними з точки зору їх здатності до студнеобразованию є пектини груші, вишні, літніх ягід, винограду та овочів.

В межах одного і того ж виду і сорту плодів і рослин здатність пектину до студнеобразованию змінюється в ході розвитку рослини, дозрівання плодів, в процесі зберігання і переробки даної сировини.

Сучасний стан знань не дає ще можливості достовірно встановити причини, що визначають природну здатність до студнеобразованию у пектинів з різних джерел.

Кількісний вміст пектину в досліджених плодах і рослинах коливається в широких межах від 1,8 до 28% по сухому вазі рослинної сировини.

Зміст пектину в даному сировину не дає можливості судити про його студнеобразующей здатності. Це пов'язано з тим, що застосовуються способи кількісного визначення пектину (відомий кальцій-пектатний спосіб, метод осадження спиртом і ін.) Показують в сумі зі Студнеобразующая фракціями його і ті фракції, які позбавлені цієї властивості.

В даний час приймають, що студнеобразующие властивості пектинових речовин зумовлюються в основному наступними факторами:

  1. довжиною ланцюга пектиновой молекули;
  2. ступенем метоксилювання залишків галактуроновой кислоти;
  3. наявністю неуронідних складових частин (органічних і мінеральних).

Можна вважати доведеним, що здатність пектину до студнеобразованию залежить в першу чергу від розмірів його молекули. Останні визначаються ступенем полімеризації ланцюгів головних валентностей і характеризуються значенням молекулярної ваги пектину.

Крім природних особливостей даного пектину, ступінь полімеризації його молекули залежить від умов розвитку рослини і характеру впливу на нього в процесах виробництва.

В ході природного розпаду пектинових речовин в рослинах позитивне значення з даної точки зору має перша стадія гідролізу протопектину. У плодах ця стадія збігається з так званої технічної зрілістю їх, вона представляє оптимальну для студнеобразования фазу стану пектинових речовин. При подальшому розпаді пектинових речовин в природних умовах дозрівання плодів на дереві або при дозріванні та перезріванні їх в лежанні відбувається відщеплення слабо пов'язаних компонентів пектину (метоксільних груп і супутніх речовин, таких, як галактоза, Арабан і ін.), А іноді і більш глибокі гідролітичні процеси.

При біохімічної псування свіжих плодів (бродіння, гниття) під впливом ферментів мікроорганізмів відбувається форсований розпад молекули пектину. Одні ферменти розщеплюють протопектину, інші ( «пектази», або пектінестераза) виробляють деметилювання пектину, треті ( «пектиназу», або полігалактуронази) викликають деполимеризацию його, т. Е. Розщеплення ланцюга пектиновой молекули, розрив її на більш-менш короткі відрізки.

Пектини мають чутливістю до теплового та хімічного впливів. Тому деполимеризация пектиновой молекули часто відбувається і в процесах переробки пектінсодержащего сировини. Чим більше пектин піддається різним обробкам (нагрівання, дії кислот або лугів), тим більше небезпека деполимеризации пектину, яка проявляється в зменшенні його молекулярного ваги.

Дані досліджень і практичного досвіду показують, що всі впливи, які викликають деполимеризацию пектиновой молекули, неминуче тягнуть за собою погіршення його студнеобразующей здатності.

Приймають, що з складових частин пектинового комплексу студнеобразующей здатністю володіють пектинові фракції з молекулярною вагою не менше 10 000. Решта фракцій пектину не беруть участі в студнеобразовании, вони є баластними речовинами.

Ступенем полімеризації визначаються і гідрофільні властивості колоїдних сполук, їх здатність зв'язувати воду. Ці властивості пектину мають важливе значення у виробництві мармеладо-пастильних виробів, так як оберігають їх від висихання або від намокання.

Останнім часом накопичено значну кількість даних, що показують, що деметилювання пектину, яке не супроводжується деполимеризацией його молекули, не веде до втрати його Студнеобразующая властивостей. З іншого боку нерідко спостерігається деполимеризация пектину до його деметилирования, т. Е. Розщеплення пектинових ланцюга на метоксильованих залишки нолігалактуроновой кислоти.

Встановлено також, що пектини зберігають свою студнеобразующую здатність нерідко при зменшенні змісту СH30 до 5% і нижче. Отримані при цьому пектинові кислоти проявляють свою здатність до студнеобразованию в дещо інших формах, ніж пектин, насичений метоксіламі.

Загалом дані досліджень останнього часу призводять до нової трактуванні ролі СН30. Остання полягає в тому, що зміст СH30 в пектине зумовлює лише умови студнеобразования: кількість цукру, кислоти, необхідних для утворення холодцю, і швидкість процесу студнеобразования.

На основі цього створено технологію виробництва нізкометілірованних пектинів. Відмінною особливістю студнеобразования нізкометілірованних пектинів є те, що утворюють студні з невеликими кількостями цукру (близько 35% цукру за вагою холодцю) на відміну від звичайного високометілірованного пектину, який має здатність утворювати холодці лише з концентрацією цукру не нижче 65%.

Крім того, пектини, що містять не більше 7,5% СН30, мають здатність утворювати міцні холодці з іонами полівалентних металів.

Нізкометілірованние пектини отримують за допомогою ферментативного, кислотного або лужного гідролізу пектінсодержащего сировини. Розроблено умови отримання з них холодців з солями кальцію без цукру і кислоти. Останні додають лише для смаку.

Найміцніші кальцієві холодці виходять з пектинових кислот з вмістом метілоефірних груп в межах від 3,5 до 6,0%.

Роль кальцію або іонів інших металів при утворенні цих холодців полягає в тому, що молекули пектинових кислот зв'язуються між собою іонами металу через вільні карбоксильні групи. Тому цей вид пектинових холодців називають «іонносвязаннимі» гелями, оскільки вони не пов'язані Студневой сітки здійснюється в них за допомогою іонів полівалентних металів (в даному випадку -Са ++), що заміщають водень карбоксильних груп за схемою15.5

У звичайних пектин-цукрово-кислотних холодцях (з 65% цукру) цей зв'язок здійснюється через вільні СООН групи, які з'єднуються один з одним з утворенням водневих містків. Тому ці холодці позначаються як «воднево-зв'язані» гелі.

Є пектинові холодці проміжного типу, які містять і цукор, і кальцій. На практиці отримали дуже великий поширення в останні роки такі холодці з 35 ~% цукру і відповідною кількістю кальцію (так звані «нізкосахарние» холодці).

Зазначені положення лягли в основу сучасних уявлень про роль метілоефірних груп і їх практичне значення в процесі студнеобразования пектину.

Що стосується інших неуронідних складових частин пектину (арабиноза, галактоза), то вони не грають якоїсь суттєвої ролі в студнеобразовании пектину. Низький вміст їх в нативному пектине або ж штучне зниження їх змісту шляхом очищення пектинових препаратів веде до відповідного збільшення кількості галактуроновой речовин в пектине і до посилення його студнеобразующей здатності. Тому процентний вміст в пектине галактуроновой кислоти (кількість уронідной частини) є також показником, що характеризує його студнеобразующую здатність.

З усього сказаного вище випливає, що вирішальне значення для студнеобразующей здатності пектину мають процеси природного. гідролізу його в рослині, вилучення його з рослинної сировини і подальшої обробки у виробництві. Зважаючи на це необхідно уникати по можливості всіх тих факторів, які викликають деполимеризацию пектиновой молекули. Зокрема, необхідно стежити за тим, щоб не допустити перезрівання плодів до збору і в післязбиральний період. Необхідно захистити фруктово-ягідну сировину від псування в зберіганні, від тривалого нагрівання (при варінні і сушці) і від сильного впливу хімічних агентів (кислоти і ін.) В процесах переробки.

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *