Пектиновые вещества

Пектиновые вещества, они же просто пектин (от греческого «pektos» — застывший или замёрзший) — это полисахарид растительного происхождения. Пектин является важным элементом в жизни растений, именно он позволяет фруктам и овощам сопротивляться засухе и храниться длительное время без консервантов. Благодаря такому свойству как вязкость, пектины нашли широкое применение как загустители в медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности. Именно работники этих сфер дали пектиновым веществам убогое название «пищевая добавка E440».

Так ли необходим пектин, как об этом говорят? Пектин необходим организму человека для нормализации обмена веществ, что способствует избавлению от лишнего веса. Нарушение обмена веществ ведёт не только к ожирению, но и провоцирует сахарный диабет, заболевания печени и желудочно-кишечного тракта. Также пектин способствует снижению холестерина в организме, который имеет свойство откладываться на стенках кровеносных сосудов, провоцируя атеросклероз, а в худшем случае, холестерин может перекрыть отдельные сосуды, что приводит к инфаркту или инсульту.

Пектин и продукты его, содержащие способны выводить соли тяжёлых  металлов из организма человека. К  таким металлам относятся: ртуть, свинец и цинк. Так же выводятся изотопы  иттрия и стронция. Добавка Е440 способствует сорбированию и выведению из организма различных токсинов, холестерина, кислот желчных, мочевину и многих других вредных биологических веществ. Чрезвычайно полезен пектин и для детей, поэтому использование его при производстве детского и диетического питания одобрено многими специалистами. Несмотря на многочисленные полезные свойства добавки Е440 следует быть осторожными при употреблении продуктов содержащих пектин, так как могут возникать аллергические реакции.

Наибольшее количество пектина  находится в кожуре, ламелях и  сердцевине. Пектиновые вещества –  полисахариды, образованные остатками  частично метоксилированной D-галактуроновой кислоты, в которой атом водорода заменен на группу -ОСН₃ .

Пектины классифицируют по степени метоксилирования (степени этерификации - СЭ) - отношению количества метоксильных групп –ОСН₃  ко всем кислотным остаткам в молекуле.

СЭ делит все промышленные виды пектинов на две группы:  
1) высокоэтерифицированные с СЭ равной или более 50%; 
2)  низкоэтерифицированные – СЭ менее 50%.

Наивысшая СЭ, которая может быть достигнута при экстракции пектина из природного сырья, находится в пределах 75-80%. СЭ оказывает значительное влияние на основные свойства пектинов, определяющие их промышленное применение.

Пектиновые вещества, полученные из различных растительных источников, представляют собой порошки без  запаха и слизистые на вкус, от светло-кремового до коричневого цвета. Цитрусовые пектины обычно светлее яблочных. Во влажной атмосфере пектины могут сорбировать до 20% воды. В избытке воды - растворяются. Одним из важнейших свойств пектинов является их желирующая способность.

Желирование – процесс, при котором горячий пектиносодержащий раствор при охлаждении образует плотное тело заданной формы,  связывая при этом большое количество жидкости.

Текстура образуемого  геля и скорость желирования тесно связаны c показателем степени этерификации (СЭ). Высокоэтерифицированные (ВЭ) пектины желируют при более высоких температурах и быстрее, чем пектины с меньшей СЭ. Максимальная желирующая способность при минимальной скорости желирования наблюдается при СЭ в пределах 60%. Высокоэтерифицированные пектины образуют гели в присутствии сахара, кислот и при содержании сухого вещества не менее 55%. Низкоэтерифицированные пектины (НЭ) относительно независимо от присутствия сахара и кислот способны к образованию гелей с двухвалентными катионами, например, Са 2+ (ионы кальция). Способность НЭ пектинов желировать при низком содержании сухих веществ (сахара) и высоких значениях рН используют в производстве молочных и диетических продуктов, например, для страдающих сахарным диабетом.

Комплексообразование

Комплексообразующая способность  пектина основана на его взаимодействии с ионами тяжелых и радиоактивных  металлов. Благодаря этому свойству пектина, его включают в рацион питания  лиц, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами, и имеющих контакт  с тяжелыми металлами. Оптимальная  профилактическая доза пектина составляет 4г в сутки, а в условиях радиоактивного загрязнения - не менее 15-16г.

Области применения

Пищевая промышленность

• студнеобразователь при изготовлении желейно-пастильных изделий (мармелада, зефира, пастилы, начинки для конфет, крема торта).  
• добавка к лечебным сортам хлебо-булочных и макаронных изделий, для выпечки нечерствеющих сортов хлеба 
• желеобразователь в производстве фруктво-ягодных наполнителей (для хлебобулочных изделий), конфитюров и прочих плодоовощных консервов; во фруктовых начинках для молочных продуктов пектины обеспечивают необходимые реологические свойства и гарантируют хорошую способность к механическому дозированию. Во фруктовых начинках для йогуртов пектины образуют гладкую и мягкую структуру и подчеркивают вкус исходного фруктового сырья. 
• эмульгатор для изготовления майонеза и жидких маргаринов в масложировой промышленности; 
• стабилизатор при изготовлении безалкогольных напитков и различных купажированных соков с мякотью, концентрированных фруктовых напитков;  
• введение пектина в кисломолочные продукты позволяет также существенно увеличить сроки их хранения 
• в молочном производстве для стабилизации кисломолочных продуктов, сквашенных или непосредственно подкисленных (соединения фруктового сок + молоко). Пектин реагирует с казеином, предотвращает коагуляцию казеина и позволяет пастеризацию кисломолочных продуктов для продления срока хранения. 
• в производстве мороженого (в качестве стабилизатора только при выработке плодово-ягодного мороженого) 
• в производстве сыров (для увеличения их водопоглотительной способности, гелей, киселей, муссов; 
• в производстве диетического и лечебно - профилактического питания для детей и взрослых пектины используются в качестве источников растворимых пищевых волокон, а также добавок, которые способствуют связыванию ионов тяжелых металлов и их выведению из организма. 
• при применении в производстве кетчупов яблочные пектины компенсируют недостаточное действие природных пектинов томатов и улучшают реологические свойства готового продукта.

Медицина

В медицине  пектин применяется  как в профилактических целях, так и в качестве лечебного средства. Пектины нашли применение в лечении острых кишечных инфекций. В последнее десятилетие изучено влияние пектинов на микрофлору, предложено обоснованное лечение, на которое имеется разрешение Фармкомитета РФ. Установлено, что, в зависимости от концентрации пектина и микробной нагрузки, происходит угнетение роста микроорганизмов в течение 2 часов и более. Наиболее благоприятный биоценоз по составу микробной флоры в кишечнике достигается при добавлении яблочного пектина, который, к тому же, способствует наилучшему усвоению пищи при одновременном снижении аппетита.

Пектин оказывает положительное  влияние на некоторые показатели иммунитета. Низкометоксилированные пектины способствуют ускоренному выведению из организма радиоактивных веществ. Пектин адсорбирует уксуснокислый свинец сильнее активированного угля. Он обладает активной комплексообразующей способностью по отношению к радиоактивному кобальту, стронцию, цезию, цирконию, рутению, иттрию и другим металлам. В процессе усвоения пектин превращается в пектиновую кислоту, которая соединяется с тяжелыми металлами и радионуклидами, образуя нерастворимые соли, выделяемые из организма естественным путем. Есть и другой механизм выведения из организма радиоактивных веществ - он возможен благодаря способности низкомолекулярной фракции пектина проникать в кровь и образовывать связанные комплексы с последующим естественным удалением.

Пектины являются вспомогательным  средством при приготовлении  многих лекарственных форм, служат основой для получения пастилок, суппозиториев, являются исходным сырьем в приготовлении гидрогелей, таблеток, мягких желатиновых и ректальных капсул, свечей. Используется их пролонгированное действие в таблетках, микстурах  с разными лекарственными препаратами.

Введение пектина может  усилить терапевтический эффект или снизить побочное негативное действие лекарственных препаратов. Пектины усиливают действие противотуберкулезных препаратов. Сочетание флавоноидов с пектинами при разработке комбинированных препаратов "Фластапиол", "Фластахол", "Флавоглюцид" усиливает их детоксикационное действие при заболеваниях печени. В целом, установлена перспективность использования пектинов в лечении и профилактике многих заболеваний человека.

Косметика

В косметике пектин применяется  как стабилизатор и эмульгатор паст, мазей, кремов и масел, имеющих растительную основу. В дезодорантах и зубных пастах - для придания аромата свежести. В лосьонах и шампунях - как тонизирующий стабилизатор и сгуститель.

Другие области применения

Пектин может использоваться для технических целей:

• в геологии в качестве пектинового клея при бурении; 
• в текстильной промышленности при отделке тканей; 
• в литейном производстве в качестве добавки в формовочные смеси, благодаря чему достигается более высокая точность отливок; 
• в полиграфии при закреплении печатных материалов. 
Сырье для производства пектина

Наиболее распространенным сырьем для получения пектина, с  точки зрения экономической целесообразности его использования, являются выжимки  цитрусовых и яблок, жом сахарной свеклы и сердцевины корзинок подсолнечника.

Произвести нужное количество пектина можно путём переработки  отечественного сырья, так как для  этого на территории России имеется  неограниченная сырьевая база. Так, например, Северо-Кавказский регион Российской Федерации обладает запасами вторичного сырья, обеспечивающими выпуск 80 тыс. тонн пектина в год, что равносильно  мировому уровню его производства на 1998 г.

Вместе с тем, наиболее выгодно в качестве сырья использовать жом сахарной свеклы – отходы сахарной промышленности. Сахарная промышленность является одной из стратегических отраслей Минсельхозпрода, определяющей продовольственную  безопасность страны, а потому ей всегда уделялось большое внимание. Сейчас в России действуют десятки предприятий мощностью переработки сахарной свеклы от 1,5 до 6,0 млн.т.

Основное производство по переработке сахарной свеклы развернуто в южных областях России и, прежде всего, в Краснодарском крае, Белгородской, Воронежской, а также Курской, Липецкой, Тамбовской, Орловской областях. Хорошо развита сахарная промышленность и  в Поволжье – Татарстане, Башкирии, Мордовии.

Средний по мощности завод (3,0-3,5 млн.т. по свекле) способен переработать до 15 тыс.т свеклы в сутки, получая при этом ежесуточно в качестве отходов сахарного производства свыше 2500 т сырого жома. Часть этого огромного количества отходов высушивается и впоследствии идет на корм скоту или в производство комбикормов.

Сокращение в последнее  время поголовья скота вызвало  сокращение производства сухого свекловичного  жома. Но, несмотря на это, даже сейчас средний завод вырабатывает до 40-50 т сухого жома в сутки. Суммарная  производительность заводов по выпуску  сухого жома составляет многие десятки  тысяч тонн. Так, например, один только Никифоровский завод в Тамбовской области мощностью свыше 5 млн.т по свекле вырабатывает в сезон до 50 тыс.т сухого жома.

Широкое географическое распределение  по стране заводов, перерабатывающих свеклу, исключает риск дефицита сырья для  пектинового производства вследствие неурожая, а большое количество этих заводов предоставляет возможность  выбора поставщика жома еще и по наилучшему соотношению цена/качество. Альтернативным поставщиком сырья  для пектинового производства может  стать Украина, мощность сахарной промышленности которой сопоставима с российской.

Свекловичный пектин по желирующей способности несколько уступает пектинам яблочным и цитрусовым, но, вместе с тем, имеет гораздо лучшие комплексообразующие свойства, что чрезвычайно важно для производства продуктов лечебно-профилактического и защитного назначения. Для молочной и консервной промышленности (производство фруктовых соков) используют в основном цитрусовые пектины.

Пектины из жома сахарной свеклы применяют для выработки диетических  и фармацевтических продуктов, а  также для производства изделий  технического назначения. Пектин из корзинок подсолнечника обладает высокой  молекулярной массой и низкой степенью этерификации. Его успешно применяют  при выпуске высококачественных косметических изделий.

В промышленных условиях производят пектин двух форм – жидкий и порошкообразный. В рецептурах эти две формы  не взаимозаменяемы. От формы используемого  пектина зависят правила смешивания продуктов: порошковый пектин смешивается  со свежими холодными фруктами или  соком, жидкий пектин добавляется в  сваренный горячий продукт.

Пектины, выделенные из одного вида сырья, получили название классических. Для производства продукции с особыми свойствами за рубежом разработаны процессы, основанные на переработке различных видов сырья с получением комбинированных пектинов с заданными свойствами.

В зависимости от количества замещенных карбоксильных групп  пектин может обладать различной  степенью этерификации. Если более 50% карбоксильных  групп содержат остатки метилового спирта, это высокоэтерифицированные (высокометоксилированные) пектины, если степень этерификации ниже 50% - низкоэтерифицированные (низкометоксилированные). Они обладают разными механизмами желирования: первые образуют гели в присутствии сахара и кислоты, при этом содержание сухих веществ в среде должно быть не менее 50%, а рН 2,8...3,4. При одинаковых условиях и высоких температурах высокоэтерифицированные пектины желируют быстрее, чем низкоэтерифицированные. Время и температура желирования - важные критерии качества высокоэтерифицированных пектинов.

Свекловичный пектин относится  к пектинам низкометоксилированным. На рынке пектинов низкометоксилированные пектины имеют более высокую цену, чем пектины высокометоксилированные, что обусловлено дополнительными затратами на его получение.

Жом сахарной свеклы выгодно  использовать также и ввиду его  низкой цены. Никакой другой вид  пектиносодержащего сырья не может конкурировать со свекловичным жомом по своей дешевизне. Сезон переработки сахарной свеклы длится с конца августа до декабря-января в зависимости от региона и урожайности. Заблаговременное заключение договоров на поставку жома и вывоз его в период переработки свеклы сейчас стало обычной практикой. К концу сезона, реже к весне, жом уже весь востребован и приобретен животноводческими хозяйствами.