Pektyny. Właściwości i występowanie pektyn w żywności

Dzisiejszy artykuł dotyczy substancji odkrytej w 1790 roku w owocu tamaryndowca przez francuskiego chemika – Louisa Nicolasa Vauqueli. Później Henri Braconnot zbadał właściwości fizykochemiczne i nazwał je pektynami – od greckiego słowa „pektos” oznaczającego „krzepnąć, twardnieć” [1,2]. Czym są pektyny i do czego służą?

Budowa i podział pektyn

Pektyny składają się ze złożonej w liniowe polimery mieszaniny węglowodanów, do których należą oligo i polisacharydy. Główny składnikiem jest kwas d-galakturowy oraz sacharydy, takie jak d-galaktoza, d-ksyloza i l-fukoza l-ramnoza, l-arabinoza.

Pektyny, w zależności od gatunku, wykazują różne właściwości żelujące i wiązania wody. Wynika to z odmiennej budowy chemicznej. Zazwyczaj preparat pektynowe zawierają 65% kwasu galakturonowego i cechują się 25-40% stopniem amidacji. Natomiast ze względu na różnicowany stopnień estryfikacji grup karboksylowych kwasu galakturonowego wyróżniamy:

• pektyny wysokoestryfikowane (WE) – w których zestryfikowanych jest >50% grup karboksylowych reszt kwasu galakturonowego, zawierają >7% grup metylowych.
• pektyny niskoestryfikowane (NE) – w których zestryfikowanych jest <50% grup karboksylowych reszt kwasu galakturonowego, zawierają <7% grup metylowych.

Pektyny wysokoestryfikowane najczęściej występują w roślinach. Pektyny niskoestryfikowane powstają w drodze kontrolowanej destryfikacji materiałów, zawierających pektyny wysokestryfikowane. Proces może mieć charakter kwasowy lub alkaliczny. Do destryfikacji
w środowisku zasadowym stosowany jest amoniak, co umożliwia wprowadzenia grupy amidowej i powstanie pektyny niskoestryfikowanej amidowanej (NE-A) [2,3].

Pektyny i ich właściwości

Pektyny można kupić w postaci proszku o barwie białej, beżowej lub jasnobrązowej. Są bezwonne o lekko słodkim smaku. Dobrze rozpuszczają się w wodzie i są nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. Charakterystyczna dla nich jest zdolność tworzenia żelu, gdzie znaczenie ma omawiany wcześniej podział.

Pektyny WE potrzebują podwyższonej temperatury i stężenia cukru wynoszącego przynajmniej 55% i pH 2,7-3,5. Tworzą one żele o miękkiej, zwięzłej i elastycznej strukturze, która nie zmienią się pod wpływem temperatury i nie mają tendencji do synerezy. Synereza charakteryzuje się wydzielaniem się z żelu fazy rozpraszającej, a w efekcie zmniejszenie objętości żelu.

W celu wytworzenia żelu z pektyn NE cukier nie jest potrzebny lub może stanowić dodatek (10-20%). Kluczowa jest reakcja z jonami metali dwuwartościowych. Jony wapnia łączą się z grupami karboksylowymi dwóch zbliżonych łańcuchów pektynowych, co umożliwia wiązanie. Wymagane stężenie jonów wynosi 0,01-0,1%. Środowisko obejmuje szeroki zakres skali pH (2,5-6,5). Powstają żele odwracalnie termicznie, a moc żelu wzrasta wraz z stężeniem jonów wapnia. Przy zbyt wysokim poziomie wapnia może dojść do przedwczesnego żelowania i pojawia się skłonność do synerezy. Ten rodzaj pektyn często łączy się z hydrokoloidami np. karagenem. Optymalna dla stworzeniu żelu jest temperatura pokojowa.

Pektyny amidowane tworzą stabilne żele przy niskiej zawartości cukru (<15%) i zazwyczaj wystarcza zawartość wapnia występująca naturalnie np. owoce, woda [2,3].

Zastosowanie w przemyśle spożywczym

Pektyny należą do dozwolonych substancji dodatkowych, gdzie pełnią funkcję zagęszczającą stabilizującą, żelującą, glazurującą i jako nośnik. Wybór pektyny często zależy od wymaganego ekstraktu w gotowym wyrobie i temperatury oraz zawartości wapnia. W tabeli przedstawiono najczęstsze zastosowanie [3,4].

Tabela 1. Zastosowanie Pektyn

Pektyny amidowane mają zastosowanie zbliżone do pektyn niskoestryfikowanych. Najczęściej mają zastosowanie w powstaniu artykułów spożywczych o obniżonej zawartości cukru. [3].

Źródła pektyn. W jakich produktach naturalnie występują?

W Polsce istotnym i lubianym źródłem pektyn są jabłka (wytłoki jabłkowe -12% m/m). Jednak zwycięzcą konkursu na największą zawartość pektyn wygrywają owoce cytrusowe (20–35% m/m1) i łupiny sojowe. (25–30% m/m) Duże stężenie jest równie w słonecznikach, (główki bez pestek-15–24% m/m) burakach cukrowych (10–20% m/m) i w skórkach mango ((10–15% m/m)) [2].

Pektyny, a zdrowie człowieka

Wpływ na funkcjonowanie układu pokarmowego i mikroflorę jelit

Dieta bogata w pektyny zapewnia zdrowie jelit. Pektyny są odporne na procesy trawienne organizmu. Do końcowego odcinka jelita krętego trafia 90% polimeru. Rozkład pektyn wynika z działania mikroflory jelitowej. Zaliczane do niej bakterie beztlenowe gram-ujemne Bacteroides i Gram-dodatnie bakterie beztlenowe z rodzaju Eubacterium, Peptostreptococcus i Clostridium syntetyzują pektynazę.

Enzym ten odpowiada za częściową pektyn do oligogalakturonidów oraz do monomerów kwasu galakturonowego i cukrów obojętnych. Powstałe oligogalakturonidy, tak jak niezhydrolizowane rozgałęzione cząsteczki pektyn łączą się z mucynami na powierzchni jelita i tworzą strukturę żelu.

Dzięki temu zapobiegają przyleganiu patogenów do błony śluzowej jelita. Natomiast powstałe w wyniku degradacji pektyn monomery kwasu galakturonowego ulegają dalszym procesom metabolicznym w drodze glikolizy, fermentacji lub biorą udział w szlaku pentozofosforanowym.

Na skutek tych przemian powstają między innymi krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA). Odpowiadają one za zwrotne wchłanianie wody i sodu, dlatego są pomocne w leczeniu żywieniowym podczas biegunki. Pomagają również w profilaktyce i leczeniu zaparć poprzez pobudzanie perystaltyki jelit. Ponadto wraz z innymi kwasami organicznymi ułatwiają wchłanianie soli wapniowych i magnezowych. Poprzez wpływ na środowisko treści jelitowej zwiększa się ich rozpuszczalność. Należący do SCFA kwas octowy wykazuje silne działanie bakteriobójcze, natomiast kwas masłowy stanowi podstawowe źródło energii dla kolonocytów [5].

Ponadto pektyny zaliczamy do rozpuszczalnych frakcji błonnika pokarmowego, który ma udowodniony korzystny wpływ w profilaktyce nowotworu jelita grubego. Za odpowiedzialne mechanizmy uważa się wymienione wcześniej działania pektyn, takie jak produkcja krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, czy zmniejszenie PH treści jelitowej. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, przede wszystkim kwas masłowy mają wpływ na przebieg apoptozy, różnicowania się komórek, a także wykazują hamujący wpływ na proliferacje, co ostatecznie wpływa na zatrzymanie cyklu komórkowego zmienionych nowotworowo komórek [6].

Poza krótkołańcuchowymi kwasami tłuszczowymi pektyny mają wpływ na redukcję amoniaku, indukcji odporności jelit. Wpływają na integralności jelit i poprawę błony śluzowej. Ponadto poszczególne gatunki pektyn mogą wykazywać wpływ na rozwój poszczególnych szczepów bakterii w jelitach, ale niezbędne są dalsze badania [7].

Wpływ na gospodarkę węglowodanową

W połowie lat 70. Jennkis i współpracownicy pierwsi opisali wpływ pektyn na stężenie glukozy we krwi. Zauważyli, że podanie pektyn do pokarmu powodowało niższe wartości glukozy i insuliny po 15 minutach po skończeniu posiłku [8]. Później naukowcy potwierdzili jego obserwacje. Istnieją dwie potencjalne hipotezy wyjaśniające działanie.

Pierwsza sugeruje, że dodatek pektyn działa na motorykę żołądka i jelit poprzez wpływ na czas opróżnienia żołądka i jelit, co utrudnia kontakt glukozy z błoną śluzową.

Druga natomiast stwierdza, wzrost grubości warstwy śluzu pod wpływem pektyn na powierzchni błony śluzowej jelit pod wpływem. Oznacza to ograniczoną zdolność absorpcji glukozy. Prawdopodobnie główne właściwości mają pektyny wysoko metylowane, ponieważ tworzą roztwory o większej lepkości [5].

Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) na podstawie przeglądów i meta-analiz badań na ludziach i zwierzętach stwierdził słuszność obydwu mechanizmów. Uznano, że żywność może być opatrzona oświadczeniem, jeżeli posiłek zawiera 10g pektyn [9].

Wpływ na gospodarkę lipidową i redukcję masy ciała

Doustne przyjmowanie pektyn ma udowodniony wpływ na gospodarkę lipidową. Warto zwrócić uwagę na pektyny wysoko metylowane i wysoko amidowane. Wykazują wpływ na stężenie cholesterolu w wątrobie, cholesterolu całkowitego i lipoprotein o niskiej gęstości oraz na redukcję masy ciała. Co ciekawe, działanie korzystne obserwuje się również przy diecie bogatej w cholesterol pokarmowy.

Istnieją rozbieżne dane naukowe dotyczące pektyn niskometylowanych. Część badań wskazuje na brak korzystnych efektów zdrowotnych. Natomiast niektóre pozycje literaturowe sugerują zdolność obniżenia stężenia cholesterolu we krwi i wątrobie. Zauważono to wyłącznie u osób zdrowych o prawidłowych zwyczajach żywieniowych.

EFSA stwierdza, że istnieje związek przyczynowo-skutkowy ustalony między spożyciem pektyn
a utrzymaniem prawidłowego stężenia cholesterolu we krwi. Działanie dotyczy przede wszystkim cholesterolu całkowitego i LDL.

Żywność może być opatrzona oświadczeniem, jeżeli dziennie zostanie dostarczone przynajmniej najmniej 6 gramów dziennie pektyn w jednej lub kilku porcjach. Populacja docelowa to osoby dorosłe. Natomiast EFSA uznała brak wystarczających dowodów naukowych na wpływ pektyn na apetyt
i redukcję masy ciała [5,9].

Bezpieczeństwo

Regulacje prawne

Europejski Urząd do spraw żywności (EFSA) wydał oświadczenie, że nie ma większych obaw do zagrożenia związanego z pektyną [E 440i) i pektyny amidowanej (E 440ii). Dopuszczalne dzienne pobranie substancji (ADI) nie zostało ustalone.

Według Rozporządzenia Ministra Zdrowia z dnia 22 listopada 2010 r. w sprawie dozwolonych substancji dodatkowych stosowane są jako substancje dodatkowe zgodnie z zasadami dobrej fabryki produkcyjnej (quantum satis).

Dzieci i niemowlęta

Wytyczne nie dotyczą żywności dla niemowląt i małych dzieci. EFSA stwierdziła, brak wystarczających danych potwierdzających bezpieczeństwa stosowania pektyn (E 440) u niemowląt i małych dzieci spożywających tę żywność do specjalnych celów medycznych przy obecnie dozwolonych maksymalnych poziomach stosowania wynoszących 1%.

Zagrożenie nie wynika z samej pektyny, a potencjalnymi zanieczyszczeń metalami ciężkimi. Zalecono obniżenie maksymalnych limitów zanieczyszczeń arsenu, ołowiu, rtęci i kadmu w specyfikacjach UE dla pektyny (E 440i) i pektyny amidowanej (E 440ii). Sugeruje się ustalenie limitów dla aluminium, ponieważ może być wykorzystywane w procesie produkcyjnym [4,10].

Podsumowanie

Pektyny mają szerokie zastosowanie technologiczne. W przemyśle spożywczym wykorzystuje się ich właściwości w między innymi trwałych wyrobach cukierniczych, przetworach owocowych i warzywnych, przetworach mlecznych, żywności dietetycznej i koncentratach spożywczych.

Natomiast naturalnym źródłem w żywności są owoce cytrusowe oraz jabłka. Stanowią również istotny walor zdrowotny w diecie człowieka. Pektyny jako rozpuszczalna frakcja błonnika pokarmowego wpływają na prawidłowe funkcjonowanie przewodu pokarmowego oraz korzystnie wpływają na gospodarkę węglowodanową i lipidową.

Bibliografia:

1. Georgiev, Y., Ognyanov, M., Yanakieva, I., Kussovski, V., & Kratchanova, M. (2012). Isolation, characterization and modification of citrus pectins. Journal of BioScience & Biotechnology, 1(3).
2. Pińkowska, H., & Złocińska, A. (2014). Pektyny–występowanie, budowa chemiczna i właściwości. Wiadomości Chemiczne.
3. Waszkiewicz-Robak, B. (2005). Pektyny i ich zastosowanie w przemyśle spożywczym. Agro Przemysł, 4, 25-27.
4. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 22 listopada 2010 r. w sprawie dozwolonych substancji dodatkowych
5. Wikiera, A., Irla, M., & Mika, M. (2014). Prozdrowotne właściwości pektyn. Advances in Hygiene & Experimental Medicine/Postepy Higieny i Medycyny Doswiadczalnej, 68.
6. Zalega, J., & Szostak-Węgierek, D. (2013). Żywienie w profilaktyce nowotworów. Część I. Polifenole roślinne, karotenoidy, błonnik pokarmowy. Probl. Hig. Epidemiol, 94(1), 41-49.
7. Larsen, N., Bussolo de Souza, C., Krych, L., Barbosa Cahú, T., Wiese, M., Kot, W., Hansen, K. M., Blennow, A., Venema, K., & Jespersen, L. (2019). Potential of Pectins to Beneficially Modulate the Gut Microbiota Depends on Their Structural Properties. Frontiers in microbiology, 10, 223. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00223
8. Jenkins, D. J., Leeds, A. R., Gassull, M. A., Cochet, B., & Alberti, G. M. (1977). Decrease in postprandial insulin and glucose concentrations by guar and pectin. Annals of internal medicine, 86(1), 20–23. https://doi.org/10.7326/0003-4819-86-1-20
9. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS), Mortensen, A., Aguilar, F., Crebelli, R., Di Domenico, A., Dusemund, B., Frutos, M. J., Galtier, P., Gott, D., Gundert-Remy, U., Lambré, C., Leblanc, J. C., Lindtner, O., Moldeus, P., Mosesso, P., Oskarsson, A., Parent-Massin, D., Stankovic, I., Waalkens-Berendsen, I., Wright, M., … Woutersen, R. A. (2017). Re-evaluation of pectin (E 440i) and amidated pectin (E 440ii) as food additives. EFSA journal. European Food Safety Authority, 15(7), e04866. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2017.4866
10. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS), Mortensen, A., Aguilar, F., Crebelli, R., Di Domenico, A., Dusemund, B., Frutos, M. J., Galtier, P., Gott, D., Gundert-Remy, U., Lambré, C., Leblanc, J. C., Lindtner, O., Moldeus, P., Mosesso, P., Oskarsson, A., Parent-Massin, D., Stankovic, I., Waalkens-Berendsen, I., Wright, M., … Woutersen, R. A. (2017). Re-evaluation of pectin (E 440i) and amidated pectin (E 440ii) as food additives. EFSA journal. European Food Safety Authority, 15(7), e04866. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2017.4866