تحقیق مقاله پکتین

1-     مقدمه

پکتین به گروهی از ترکیبات پلی ساکاریدی با ارزش گفته می‌شود که از ترکیبات گیاهی خوراکی استخراج شده و به طور گسترده ای به عنوان مواد ژل کننده و پایدار کننده در صنایع غذایی استفاده می‌شوند. واژه پکتین برای اولین بار به وسیله Braconnot شیمیدان فرانوسی در سال 1825 میلادی از کلمه یونانی پنکستوز به معنی لخته اقتباس و به کار گیری شد.وی پکتین را از هویج و آرتیشو استخراج کرده وآن را ماده ای محلول در آب که مایعی ویسکوز و موسیلاژی ایجاد می‌کند توصیف نمود. کاربرد اصلی پکتین به عنوان عامل ژل کننده در محصولات بر پایه میوه به ویژه مربا وژل می‌باشد. بر خلاف اکثر هیدروکلئوید های غذایی، پکتین دارای اپتیمم پایداری حرارتی در شرایط اسیدی بوده وبنابر این به عنوان پایدار کننده و بافت دهنده در محصولات غذایی اسیدی کاربرد زیادی دارد. استفاده از پکتین در صنایع غذایی غیر میوه ای نیز رو به گسترش است که از جمله توان به صنایع پخت، قنادی، فراوده‌های لبتی و.... اشاره نمود.مقایدر قابل توجهی از پکتین هرم در صنایع غیر غذایی عمدتا را روی استفاده شود. پکتین یک کوبروهیدات ساختمانی موجود در تمام گیاهان است. ترکیبات پکتیکی ترکیبات سازنده ای در ساختمان سلول هستند که نقش مهمی‌را به عنوان ترکیبات چسباننده ( پیوند دهنده) در لاملدی میانی دیواره‌های سلولی بازی می‌کنند. ترکیبات پکتیکی به وفور در سبزیجات ومیوه جات وجود داشته و تا حد زیادی مسئول سفتی و شکل دهی آن‌ها باشند. در طی فرایند رسیدن، به علت هیدرولیز آنزیمی‌و دپلیمره شدن ترکیبات پکتیکی اولیه تاحدی تجزیه شده و پکتین‌های محلول تولید می‌کنند. از نظر ساختمانی پکتین یک هتروپلی ساکارید است که از تعدادی د- گالاکتورونیک اسید که توسط پیودهای آلفا 1 و 4 کنار هم قرار گرفته اند تشکیل شده است. گروه‌های پلی گالاکتورونیک اسیدممکن است تا حدی توسط گروه‌های متیل، استری شده باشند. بر اساس منشا و روش استخراج و آماده سازی پکتین شامل مقادیر متغییری از قندهای خنثی به ویژه د-گالاکتوز، الکتریکی  - رامنوز وال – آرابینوزی باشد. قندهای خنثی معمولادر زنجیره‌های جانبی وجود دارند ولی الکتریکی  - رامنوز در زنجیره اصلی نیز حضور دارد. ال-رامتوز در زنجیره اصلی به روی شکل ملکول پکتین و در نتیجه تشکیل شبکه سه بعدی در هنگام ژل دهی موثر می‌باشد. پکتین‌های استخراجی ازچغندرقند و سیب زمینی دارایمقادیر بالایی واحدهای گالاکتوزوئیک اسید هستند که در آنها گروه‌های هیدروکسیل در موقعیت‌های C-2 و C-3 بااسات استری شده اند. در نتیجه پکتین چغندر و سیب زمینی به کلی ژل نمی‌دهد مگر اینکه گروه‌های استات به صورت آنزیمی‌یا شیمیایی حذف شوند.

2- تعریف

با توجه به تنوع ترکیبات پکتیکی، انجمن شیمی‌دانان آمریکا در سال 1944 تعاریف زیر را برای این ترکیب ارائه نمود:

ترکیبات پکتیکی: مشتقات کربوهیدراتی کلوئیدی پیچیده ای هستند که در گیاهان وجود داشته یااز گیاهان به دست می‌آیند و دارای تعداد زیادی واحدهای آن هیدروگالاکتورونیک اسیدی باشند که به صورت زنجیره ای کنار هم قرار گرفته اند. گروه‌های پلی گالاکتورونیک اسید ممکن است تا حدی باگروه‌های متیل استری شده باشند و تا حدی یا به طور کلی توط یک یا چند باز خنثی می‌شوند.

پروتو پکتین: ترکیب پکتیکی مادر ( اولیه) هست کهدر آب نامحلول بوده و در گیاهان دیده می‌شود. هیدرولیز محدود آن پکتین یا اسید پکتینیک می‌دهد.

اسید پکتینیک: پلی گالاکتورونیک اسیدهای کلوئیدی هستند که دارای تعدادی گروه‌های متیل استری باشند.اسیدهای پکتینیک در شرایط مناسب در آب با شکر و اسید و یا درمقادیر کم متوکیل با یون‌های خاص قادر به تشکیل ژل هستند.

پکتین: نام عمومی‌پکتین به اسیدهای پکتنیک محلول در آب گفته می‌شود که مقدار متیل استر و درجه خنثی سازی آنها متغییر می‌باشد و باقند و اسید تحت شرایط مناسب تولید ژل می‌نمایند.

اسید پکتیک: ترکیبات پکتیکی هستند که از پلی گالاکتورونیک اسیدهای کلوئیدی تشکیل شده و لزوما فاقدگروه‌های متیل استری باشند.

پکتات‌ها: نمک‌های اسید پکتیک می‌باشند نظیر پکتات کلسیم.

پکتینات‌ها: نمک‌ها اسید پکتینک می‌باشند نظیر پکتینات کلسیم.

پروتوپکتیناز: آنزیمی‌است که پروتوپکتین را به یک محصول محلول تبدیل می‌کند و به پکتوز نیاز و بروپکتیناز نیز معروف است.

پکتین استر از PE: یا پکتین متیل استر از، آنزیمی‌است که هیدرولیز باندهای استری ترکیبات پکتیکی را کاتالیز نموده و در نتیجه متانل و اسید پکتیک می‌دهد.

پلی گالاکتوروناز PG: یا پکتین پلی گالاکتوروناز، آنزیمی‌است که هیدرولیز باندهای گلوکوسیدی را بین واحدهای گالاکتورونیک اسید و استری شده کاتالیز می‌کند.

با توجه به افزایش مصرف تجاری اسیدهای پکتینک با مقدار کم متیل استر و پکتنیکاسیدهایی که تا حدی آمیدی شده اند، در صنایع غذایی، یک تعریف اصلاح شده ای از پکتین اخیرا توسط دست اندر کاراست صنعت غذا ارائه شده است:

پکتین یک پلی ساکارید پیچیده با وزن ملکول بالا است که عمدتا از پلی گالاکتورونیک اسید و نمک‌های سدیم، پتاسیم و آمونیوم آن که تا حدی بامتیل استری شده اند، تشکیل شده است. در بعضی انواع پکتین ( پکتین‌های آمیدی) واحدهای گالاکتورونامید نیز در زنجیره پلی ساکاریدی وجود دارند محصول در اثر استخراج آبی از ترکیبات گیاهان خوراکی معمولا مرکبات و سیب به دست می‌آید.

3- پکتین‌های تجاری

پکتین‌های تجاری معمولا توسط استخراج اسیدی از پوست مرکبات یا گوشت سیب با فرایندهای مختلف جداسازی و خالص سازی به دست می‌آیند. محصول به صورت بو در نرم تا زبو، سفید به رنگ یا مایل به زود و با مزه صمغی می‌باشد.

ملکول پکتین در صورت یک زنجیره حاوی 200 تا 1000 واحد اسید گالاکتورونیک است که توسط پیوند‌های آلفا 1 و 4 به هرم پیوند شده اند. بعضی از گالاکتورونیک اسیدهای استری شده اند. باقیمانده گروه‌های اسیدی ممکن است تا حدی و یا به صورت کامل خنثی شود شوند و نمک‌های سدیم، پتاسیم و آمونیوم تشکیل دهند ( شکل 1)

درجه استری شدن عبارت است از نسبت واحدهای گالاکتورونیک اسید استری شده به کل واحدهای اسید گالاکتورونیک در ملکول ضربدرصد.

پکتین‌هایی با درجه استری بالا یا پکتین‌هایی با متوکسیل بالا (High methonyl pectinsL HM) پکتین‌هایی هستند با درجه استری شدن بالای 50% شکل 2- HM‌ها برای تشکیل ژل به اسید ( pH حدود 3) و یک حداقل میزان شکر ( مواد جامد محلول بالای 55%) نیاز دارند. ژل‌های HM بعد از تشکیل با حرارت دهی مجددا ذوب نمی‌شوند. درجه استری شدن HM‌ها عامل تعیین کننده سرعت نسبی ژل شدن آنها می‌باشد.

پکتین‌هایی با درجه استری شدن حدود 70 % تا 75% اغلب به عنوان  HM‌هایی با سرعت بستن سریع (rapid set) قلمه از می‌شوند. در حالی که اصطلاح slow set برای پکتین‌هایی با درجه استری شده حدود 55 تا 65% به کاری رود. اصطلاحات mediumset, ultra rapid set و extraslow set گاهی اوقات برای مشخص کردن انواع فرعی پکتین‌های استفاده می‌شون.

پکتین‌هایی با درجه استری شدن کم Low methoxyle pectins:LM پکتین‌هایی هستندکه درجه استری شدن آنها کمتر از 50% می‌باشد. LM‌های تجاری معمولا از ترکیبات گیاهی حاوی پکتین‌های H.M تولید می‌شوند. تبدیل ( داستریفیکاسیون) پکتین‌های H.M معمولا در شرایط کنترل شده ای در طرفه اینو تولید در محیطهای ملدیم اسیدی یاقلیایی صورت می‌گیرد. اگر از آمونیاک برای استری فیکاسیون قلیایی استفاده شود، محصول به دست آمده اصطلاحا پکتین کم اثر آمیدی (amidated low-ester pectin) نامیده می‌شود.

این نوع پکتین علاوه بر واحدهای گالاکتورونیک اسید و گالاکتورونیک اسید متیل استر دارای واحدهای گالاکتورونامید نیز در زنجیره ملکولی خودی باشد ( شکل 3).

مکانیزم تشکیل ژل در مورد پکتین‌های LM ضرورتا با H.M متفاوت است. برای به دست آوردن ژل در یک سلسیوس حاوی LM با وجود یون کلسیم حیاتی است. از طرف دیگر پکتین‌های LM برای تشکیل ژل به درصد مواد جامد کمتری از LM‌ها نیاز داشته و دامنه بزرگتری از pH را تحمل می‌نمایند. بر خلاف HM‌ها ژل‌های LM ممکن است در اثر حرارت مجددا ذوب شوند. برای تشکیل ژل توسط LM‌های آمیدی در ژل‌های و مرباها معمولا همان غلظت کلسیم موجود در میوه و آب کافی می‌باشد. اما LM‌های غیر آمیدی برای تولید ژل به مقادیر بیشتر کلسیم نیاز داشته و افزودن کلسیم به سیستم برای تشکیل ژل مناسب ضروری می‌باشد ( شکل 4).

درجه استری شدن و درجه آمیدی شدن توام با هرم تعیین می‌کنند آماری یک LM خاص را برای استری شدن بین 25 تا 35% و LM‌های آمیدی با درجه استری شدن بین 20 تا 30% و درجه آمیدی 18 تا 25% معمولا به عنوان پکتین‌های خیلی واکنش دهنده با کلسیم یا سریع ژل دهنده قلمدار می‌شوند و در سیستم‌هایی با مقادیر کم کلسیم با مواد جامد محلول کم کارایی دارند. LM‌های غیر آمیدی بادرجه استری 35 تا 45 % و LM‌های آمیدی با درجه استری 30 تا 40% و درجه آمیدی 10 تا 18% کمتر باکلسیم واکنش داده و کند ژل می‌شوند و اساسا در سیستم‌هایی بامقادیر بالای کلسیم یا مواد جامد بالا استفاده می‌شوند ( جدول1)

پکتین‌های تجاری برای مصارف غذایی لازم است که مشخصات تعریف شده توسط مراجع ذی صلاح بین المللی را دارا باشند. خلاصه ای از این ویژگی‌ها در جدول 2 آمده است. علاوه بر خلوص شیمیایی ویژگی‌های میکروبی محصول نیز حائز اهمیت می‌باشد از آنجایی که پکتین یک پلی ساکارید اسیدی است و عمدتا در محیط‌های اسیدی استفاده می‌شود. شمارش کپک و مخمر به ویژه مهم می‌باشد.

مشخصات زیر می‌تواند به عنوان شاخص کیفیت میکروبی پکتین در نظر گرفته شود:

شمارش کل میکروبی                        زیر 500 در هر گرم

شمارش کپک و مخمر                       زیر 10 در هر گرم

استرشیا کلی                                 منفی

سالمدنلد                                      منفی

استافیلوکوک                                 منفی

پکتین‌ها پس از استخراج از نظر خواص عمل کنندگی متغیر هستند و برای انکه مصرف کننده پکتین با ویژگی‌های ثابت به دست آورد به طوری که در شرایط یکسان ژلی یکنواخت از نظر قدرت و زمان بستن حاصل شود، لازم است که پکتین استاندارد شود. استاندارد کردن با افزودن ساکاروز یا دسکتوز صورت گرفته و اغلب تحت عنوان درجه ژلی Jelly grade  بیان می‌شود. علاوه بر قندها، با فرهای خوراکی مناسب نیز ممکن است جهت کنترل pH به مخلوط اضافه شود تا ویژگی‌های مناسب ژل کنندگی تامین شود. درجه ژل عبارت است از مقدار قندی که با یکپوند پکتین ژل مناسب ایجاد می‌کند. درجه ژلی پکتین‌های تجاری 100 تا 150 و به ندرت 200 می‌باشد.