Struttura molecolare della pectina HM
Cos'è la pectina?
Ingrediente naturale per ogni esigenza applicativa
Dal punto di vista chimico, la pectina è costituita essenzialmente da esteri metilici parziali dell’acido poligalatturonico e dai loro sali di sodio, di potassio, di calcio o di ammonio, con un peso molecolare massimo di 150.000 Dalton.
La pectina viene ottenuta tramite estrazione acquosa da un opportuno materiale vegetale commestibile (di solito agrumi o mele), seguita da una precipitazione selettiva effettuata con alcol e sali. Le materie prime utilizzate contengono un’elevata concentrazione di pectina, di qualità superiore, e sono disponibili in quantità sufficiente per rendere il processo di industrializzazione economicamente vantaggioso.
La pectina è normalmente classificata in base al suo grado di metossilazione (DM). È definito come grado di metossilazione il rapporto tra i gruppi metossilati e quelli acidi liberi presenti sulla catena molecolare della pectina.
La pectina, prodotta secondo un normale processo di estrazione, contiene più del 50% dei gruppi metossilici ed è classificata come pectina ad alto metossile (HM).
Modifiche nel processo produttivo oppure un trattamento acido prolungato portano invece alla formazione di pectina a basso metossile convenzionale (LMC) che contiene meno del 50% dei gruppi metossilici.
Struttura molecolare della pectina LMC
Se si effettua una blanda idrolisi in ambiente alcalino con ammoniaca partendo da una pectina HM, si ottiene pectina a basso metossile amidata (LMA) che, oltre ad avere meno del 50% di gruppi metossilici, contiene dall’1 al 25% di gruppi ammidici.
Struttura molecolare della pectina LMA
La pectina viene classificata, in base al grado di metossilazione, in pectina ad alto metossile (DM>50) e pectina a basso metossile (DM<50). Il grado di metossilazione influenza le proprietà della pectina, in particolare la solubilità e le condizioni di gelatinizzazione.
Le pectine HM, infatti, sono in grado di formare un gel in sistemi acquosi con elevato contenuto di solidi solubili e bassi valori di pH.
Le pectine LM invece sono caratterizzate dalla capacità di formare un gel solo in presenza di un sale polivalente, normalmente ioni Ca++, anche in sistemi con valori bassissimi di solidi solubili e un range di pH molto ampio.
Le pectine sono classificate secondo il Sistema di Numerico Internazionale degli additivi in E440(i) per le pectine ad alto metossile e a basso metossile convenzionali, e in E440(ii) per le pectine a basso metossile amidate.
Classificazione della pectina
Elevata resa d’estrazione delle pectine da agrumi
La frutta e la verdura contengono concentrazioni di pectina variabili in funzione della specie vegetale considerata. La massima resa di estrazione si ottiene poco prima della maturazione della frutta e varia, di anno in anno, in base alle differenti condizioni climatiche e ambientali. La tipologia e la qualità della frutta utilizzata, il periodo in cui viene effettuata la raccolta e la degradazione enzimatica sono alcuni dei fattori che influenzano le caratteristiche chimico fisiche della pectina.
La seguente classificazione si basa sulla quantità media di pectina contenuta nelle diverse tipologie di frutta fresca:
- Elevato contenuto di pectina: lime, limone, arancio e mela
- Medio contenuto di pectina: albicocca e mora
- Basso contenuto di pectina: ciliegia, pesca e ananas
Negli agrumi (arancio, limone e lime), la pectina è contenuta principalmente nell’albedo, lo strato bianco interno della buccia che circonda le vescicole che contengono il succo e le lamelle. La buccia e l’albedo, residuati dalla preparazione di succhi e bevande a base succo, vengono utilizzati tal quali, previo lavaggio, o essiccati per l’estrazione della pectina.
La pectina presenta proprietà gelatinizzanti, addensanti e stabilizzanti se viene dispersa in una soluzione acquosa in maniera corretta e conservata in luogo fresco e asciutto. Le sue caratteristiche principali sono di seguito rappresentate:
Solubilità
La pectina deve essere completamente disciolta per assicurare il suo completo utilizzo ed evitare la formazione di un gel eterogeneo. L’eventuale formazione di grumi durante la dissoluzione della pectina porta alla perdita del potere gelatinizzante. Il metodo migliore per preparare tale soluzione è di premiscelare la pectina con zucchero in rapporto di 1:3 e disperderla, sotto agitazione, in acqua calda (85 - 90°C) con un mixer ad alta velocità, mantenendo il contenuto di solidi solubili sotto il 20%. La pectina, come gli altri agenti gelificanti, non si scioglie nel sistema se esistono già le condizioni di gelatinizzazione.
Stabilità
La pectina, al fine di mantenere inalterate le proprie caratteristiche, deve essere conservata in un luogo fresco e asciutto. Temperature superiori rispetto alla temperatura ambiente determinano una degradazione della pectina dovuta a una riduzione del peso molecolare. Il pH ottimale della pectina è compreso tra 2,8 e 4,7.
Viscosità
Le soluzioni di pectina presentano una viscosità minore se confrontata con quella di altri addensanti naturali. La presenza di sali polivalenti (Ca++ e Mg++) tende ad aumentarne la viscosità. In particolare, elevate concentrazioni di sali possono gelatinizzare le soluzioni di pectine LM.
Nelle soluzioni prive di sali polivalenti, la viscosità diminuisce all’aumentare dell’acidità.
Diverse tipologie di pectine, diverse modalità di gelatinizzazione
Le condizioni ottimali che favoriscono la gelatinizzazione delle diverse tipologie di pectina sono riportate nella tabella seguente.
| Parametri | Pectine HM | Pectine LM |
|---|---|---|
| Grado di metossilazione (DM) | > 50% | < 50% |
| Contenuto di solidi solubili (%) | ≥ 65% | 10 - 70% |
| pH | 2,0 - 3,8 | 2,6 - 7,0 |
| Ioni bivalenti, Ca++ (mg/g) | - | ≥ 15 |
Le pectine HM sono in grado di formare un gel solo se il contenuto di solidi solubili totali è superiore al 65% e il pH è compreso tra 2,0 e 3,8.
Le pectine HM in soluzione acquosa danno origine a sospensioni a elevata viscosità per la formazione di legami idrogeno tra i gruppi polari della molecola pectica e l’acqua. I centri di carica negativi, originati dai gruppi carbossilici dissociati che tendono a respingersi, mantengono le molecole in sospensione, impedendo la formazione di legami pectina – pectina che sono alla base della formazione del gel.
Minore è il DM, maggiore è il tempo di presa della pectina e minore è la temperatura di presa.
Maggiore è la concentrazione dei solidi solubili, minore è l’acqua libera e maggiore è la forza del gel che si ottiene.
Le pectine LM sono in grado di gelificare solo alla presenza di cationi polivalenti, generalmente calcio (quantità minima 15 mg Ca++ / g pectina). Le pectine LM sono in grado di formare gel in un ampio intervallo di pH, da 2,6 a 7,0 e con una concentrazione di solidi solubili totali variabile dal 10 al 70%.
Il legame con il Ca++ non è una semplice interazione ionica, ma coinvolge legami intermolecolari di tipo chelante, portando alla formazione di aggregati macromolecolari (cavità “egg-box”).
Maggiore è la concentrazione di solidi solubili e minore è il pH, maggiore è la reattività della pectina.
Inoltre, maggiore è la concentrazione di calcio solubile e minore è il pH, maggiore è la temperatura di presa della pectina.
Meccanismo di gelificazione della pectina HM
Prodotto naturale con effetti positivi sulla salute del consumatore
La pectina è un idrocolloide alimentare che beneficia di un alto livello di accettabilità tra i consumatori, poiché è percepita come un prodotto naturale, ed è utilizzata dall’industria in tutto il mondo.
Il Comitato Congiunto di Esperti sugli Additivi Alimentari (JECFA) dell’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura (FAO) e dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha approvato la pectina come un additivo sicuro per l’utilizzo nel settore alimentare e le ha assegnato una dose giornaliera accettabile (DGA) “non specificata”. Questo termine viene utilizzato qualora i dati tossicologici, biochimici e clinici disponibili consentano di concludere che l’assorbimento totale di tale sostanza, a causa della sua presenza naturale e/o del suo utilizzo nell’alimentazione in ottemperanza delle Norme di Buona Fabbricazione (NBF) ai livelli necessari per ottenere l’effetto tecnologico desiderato, non presenti rischi per la salute.
Negli Stati Uniti d’America, la pectina è riconosciuta come sicura (GRAS) dalla FDA e quindi può essere utilizzata negli alimenti secondo la quantità necessaria per ogni specifica applicazione.