Pectina
Carbohidratos estructurales en las paredes celulares de las plantas terrestres y algunas algas

Polvo de pectina producido comercialmente, extraído de frutas cítricas.

La pectina ( griego antiguo : πηκτικός pēktikós : "coagulado" y "cuajado") es un heteropolisacárido , un polímero estructural contenido en la lámina primaria, en la lámina media y en las paredes celulares de las plantas terrestres . [1] El principal componente químico de la pectina es el ácido galacturónico (un ácido de azúcar derivado de la galactosa ) que fue aislado y descrito por Henri Braconnot en 1825. [2] [3] La pectina producida comercialmente es un polvo de color blanco a marrón claro, producido a partir de frutas cítricas para su uso como agente gelificante comestible , especialmente en mermeladas y jaleas, rellenos de postres, medicamentos y dulces; como estabilizador de alimentos en jugos de frutas y bebidas lácteas, [4] y como fuente de fibra dietética .

Biología

La pectina está compuesta de polisacáridos complejos que están presentes en las paredes celulares primarias de una planta y son abundantes en las partes verdes de las plantas terrestres. [5] La pectina es el componente principal de la lámina media , donde se une a las células. La pectina se deposita por exocitosis en la pared celular a través de vesículas producidas en el aparato de Golgi . [6] La cantidad, estructura y composición química de la pectina es diferente entre plantas, dentro de una planta a lo largo del tiempo y en varias partes de una planta. La pectina es un polisacárido importante de la pared celular que permite la extensión de la pared celular primaria y el crecimiento de la planta. [7] Durante la maduración de la fruta , la pectina es descompuesta por las enzimas pectinasa y pectinesterasa , en cuyo proceso la fruta se vuelve más blanda a medida que las láminas medias se descomponen y las células se separan entre sí. [8] Un proceso similar de separación celular causado por la descomposición de la pectina ocurre en la zona de abscisión de los pecíolos de las plantas de hoja caduca en la caída de las hojas. [ cita requerida ]

La pectina es un componente natural de la dieta humana, pero no contribuye significativamente a la nutrición. Se puede estimar que la ingesta diaria de pectina de frutas y verduras es de alrededor de 5 g si se consumen aproximadamente 500 g de frutas y verduras al día. [ cita requerida ]

En la digestión humana, la pectina se une al colesterol en el tracto gastrointestinal y retarda la absorción de glucosa al atrapar los carbohidratos. Por lo tanto, la pectina es una fibra dietética soluble . En ratones diabéticos no obesos (NOD), se ha demostrado que la pectina aumenta la incidencia de diabetes autoinmune tipo 1. [9]

Un estudio descubrió que después del consumo de fruta la concentración de metanol en el cuerpo humano aumentó hasta en un orden de magnitud debido a la degradación de la pectina natural (que está esterificada con metanol) en el colon . [10]

Se ha observado que la pectina tiene alguna función en la reparación del ADN de algunos tipos de semillas de plantas, generalmente plantas del desierto. [11] Las películas superficiales pectináceas, que son ricas en pectina, crean una capa de mucílago que retiene el rocío que ayuda a la célula a reparar su ADN. [12]

Se ha demostrado que el consumo de pectina reduce ligeramente (3-7%) los niveles de colesterol LDL en sangre. El efecto depende de la fuente de pectina; las pectinas de manzana y cítricos fueron más efectivas que la pectina de fibra de pulpa de naranja. [13] El mecanismo parece ser un aumento de la viscosidad en el tracto intestinal, lo que conduce a una menor absorción de colesterol de la bilis o los alimentos. [14] En el intestino grueso y el colon, los microorganismos degradan la pectina y liberan ácidos grasos de cadena corta que tienen una influencia positiva en la salud ( efecto prebiótico ). [15]

Química

Ácido galacturónico

Las pectinas, también conocidas como polisacáridos pécticos, son ricas en ácido galacturónico. Se han identificado y caracterizado varios polisacáridos distintos dentro del grupo péctico. Los homogalacturonanos son cadenas lineales de ácido D -galacturónico con enlaces α-(1–4) . [16] Los galacturonanos sustituidos se caracterizan por la presencia de residuos de sacáridos adjuntos (como D - xilosa o D - apiosa en los casos respectivos de xilogalacturonano y apiogalacturonano ) que se ramifican a partir de una cadena principal de residuos de ácido D -galacturónico. [16] [17] Las pectinas de ramnogalacturonano I (RG-I) contienen una cadena principal del disacárido repetitivo: ácido 4)-α- D -galacturónico-(1,2)-α- L - ramnosa -(1. De muchos de los residuos de ramnosa, se ramifican cadenas laterales de varios azúcares neutros. Los azúcares neutros son principalmente D - galactosa , L - arabinosa y D -xilosa, y los tipos y proporciones de azúcares neutros varían según el origen de la pectina. [16] [17] [18]

Otro tipo estructural de pectina es el ramnogalacturonano II (RG-II), que es un polisacárido menos frecuente, complejo y altamente ramificado. [19] El ramnogalacturonano II es clasificado por algunos autores dentro del grupo de los galacturonanos sustituidos ya que la cadena principal del ramnogalacturonano II está formada exclusivamente por unidades de ácido D -galacturónico. [17]

El peso molecular de la pectina aislada varía en gran medida según la fuente y el método de aislamiento. [20] Se han reportado valores tan bajos como 28 kDa para la pulpa de manzana [21] hasta 753 kDa para las cáscaras de batata. [22]

En la naturaleza, alrededor del 80 por ciento de los grupos carboxilo del ácido galacturónico están esterificados con metanol . Esta proporción disminuye en un grado variable durante la extracción de pectina. Las pectinas se clasifican como pectinas de alto o bajo contenido de metoxi (abreviatura de pectinas HM frente a pectinas LM), con más o menos de la mitad de todo el ácido galacturónico esterificado. [23] La proporción de ácido galacturónico esterificado y no esterificado determina el comportamiento de la pectina en aplicaciones alimentarias: las pectinas HM pueden formar un gel en condiciones ácidas en presencia de altas concentraciones de azúcar, mientras que las pectinas LM forman geles por interacción con cationes divalentes, en particular Ca 2+ , según el modelo idealizado de "caja de huevos", en el que se forman puentes iónicos entre los iones de calcio y los grupos carboxilo ionizados del ácido galacturónico. [24] [25] [23]

En las pectinas con alto contenido de metoxi con un contenido de sólidos solubles superior al 60 % y un valor de pH entre 2,8 y 3,6, los enlaces de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas unen las cadenas de pectina individuales. Estos enlaces se forman cuando el agua se une al azúcar y obliga a las hebras de pectina a unirse. Estas forman una red molecular tridimensional que crea el gel macromolecular. El mecanismo de gelificación se denomina gel de baja actividad acuosa o gel de azúcar-ácido-pectina. [ cita requerida ]

Si bien las pectinas de bajo contenido de metoxilo necesitan calcio para formar un gel, pueden hacerlo con un contenido de sólidos solubles más bajo y un pH más alto que las pectinas de alto contenido de metoxilo. Normalmente, las pectinas de bajo contenido de metoxilo forman geles con un rango de pH de 2,6 a 7,0 y con un contenido de sólidos solubles de entre el 10 y el 70 %. [ cita requerida ]

Las unidades de ácido galacturónico no esterificado pueden ser ácidos libres (grupos carboxilo) o sales con sodio, potasio o calcio. Las sales de pectinas parcialmente esterificadas se denominan pectinatos; si el grado de esterificación es inferior al 5 por ciento, las sales se denominan pectatos; la forma ácida insoluble, ácido péctico. [ cita requerida ]

Algunas plantas, como la remolacha azucarera , las patatas y las peras, contienen pectinas con ácido galacturónico acetilado además de ésteres metílicos. La acetilación impide la formación de gel pero aumenta los efectos estabilizantes y emulsionantes de la pectina. [ cita requerida ]

La pectina amidada es una forma modificada de pectina. En ella, parte del ácido galacturónico se convierte con amoníaco en amida de ácido carboxílico . Estas pectinas son más tolerantes a las concentraciones variables de calcio que se dan durante el uso. [26]

La pectina tiolada presenta propiedades gelificantes sustancialmente mejoradas, ya que este tiómero es capaz de reticularse mediante la formación de enlaces disulfuro . Estas elevadas propiedades gelificantes son ventajosas para diversas aplicaciones farmacéuticas y aplicaciones en la industria alimentaria. [27] [28] [29]

Para preparar un gel de pectina, se calientan los ingredientes, lo que disuelve la pectina. Al enfriarse por debajo de la temperatura de gelificación, comienza a formarse un gel. Si la formación de gel es demasiado fuerte, se produce sinéresis o una textura granular, mientras que una gelificación débil da lugar a geles excesivamente blandos. [ cita requerida ]

Las pectinas amidadas se comportan como pectinas de bajo contenido de ésteres, pero necesitan menos calcio y son más tolerantes al exceso de calcio. Además, los geles de pectina amidada son termorreversibles; se pueden calentar y, tras enfriarse, se solidifican de nuevo, mientras que los geles de pectina convencionales permanecen líquidos después. [ cita requerida ]

Las pectinas con alto contenido de éster se solidifican a temperaturas más altas que las pectinas con bajo contenido de éster. Sin embargo, las reacciones de gelificación con calcio aumentan a medida que disminuye el grado de esterificación. De manera similar, los valores de pH más bajos o los sólidos solubles más altos (normalmente azúcares) aumentan las velocidades de gelificación. Por lo tanto, se pueden seleccionar pectinas adecuadas para mermeladas y jaleas, o para jaleas de confitería con mayor contenido de azúcar. [ cita requerida ]

Fuentes y producción

Las peras, manzanas, guayabas, membrillos , ciruelas, grosellas, naranjas y otras frutas cítricas contienen grandes cantidades de pectina, mientras que las frutas blandas, como las cerezas, las uvas y las fresas, contienen pequeñas cantidades de pectina. [ cita requerida ]

Los niveles típicos de pectina en frutas y verduras frescas son:

Las principales materias primas para la producción de pectina son las cáscaras secas de cítricos o el orujo de manzana , ambos subproductos de la producción de zumo. El orujo de remolacha azucarera también se utiliza en pequeña medida. [ cita requerida ]

A partir de estos materiales, la pectina se extrae añadiendo ácido diluido caliente a valores de pH de 1,5 a 3,5. Durante varias horas de extracción, la protopectina pierde parte de su ramificación y longitud de cadena y se disuelve. Después de filtrar, el extracto se concentra al vacío y luego la pectina se precipita añadiendo etanol o isopropanol. La antigua técnica de precipitación de la pectina con sales de aluminio ya no se utiliza (además de los alcoholes y los cationes polivalentes, la pectina también precipita con proteínas y detergentes). [ cita requerida ]

La pectina precipitada con alcohol se separa, se lava y se seca. El tratamiento de la pectina inicial con ácido diluido produce pectinas poco esterificadas. Cuando este proceso incluye hidróxido de amonio (NH3 ( aq)), se obtienen pectinas amidadas. Después del secado y la molienda, la pectina suele estandarizarse [ es necesaria una aclaración ] con azúcar y, a veces, sales de calcio o ácidos orgánicos, para optimizar el rendimiento en una aplicación particular. [31]

Usos

El uso principal de la pectina es como agente gelificante , espesante y estabilizador en alimentos. [32]

En algunos países, la pectina también está disponible como solución o extracto, o como polvo mezclado, para hacer mermeladas caseras. [ cita requerida ]

La aplicación clásica es dar la consistencia gelatinosa a las mermeladas , que de otro modo serían jugos dulces. [33] La pectina también reduce la sinéresis en mermeladas y confituras y aumenta la fuerza del gel de las mermeladas bajas en calorías. Para uso doméstico, la pectina es un ingrediente del azúcar gelificante (también conocido como "azúcar para mermelada") donde se diluye a la concentración adecuada con azúcar y un poco de ácido cítrico para ajustar el pH. [ cita requerida ]

Para diversas aplicaciones alimentarias, se pueden distinguir diferentes tipos de pectinas por sus propiedades, como la acidez, el grado de esterificación, el número relativo de grupos metoxilo en las moléculas, etc. Por ejemplo, el término "alto metoxilo" se refiere a las pectinas que tienen una gran proporción de los grupos carboxilo en la molécula de pectina que están esterificados con metanol, en comparación con las pectinas de bajo metoxilo: [33] [34] [35]

  • Las pectinas de alto metoxilo se definen como aquellas con un grado de esterificación igual o superior a 50, se utilizan normalmente en la elaboración tradicional de mermeladas y jaleas; [36] [37] [32] dichas pectinas requieren altas concentraciones de azúcar y condiciones ácidas para formar geles y proporcionar una textura suave y adecuada para ser utilizadas en rellenos de panadería y aplicaciones de confitería; [32] [35] [38]
  • Las pectinas de bajo metoxilo tienen un grado de esterificación de menos de 50, [35] [32] pueden ser amidadas o no amidadas: el nivel porcentual de sustitución del grupo amida, definido como el grado de amidación, define la eficacia de una pectina; [32] Las pectinas de bajo metoxilo pueden proporcionar una variedad de texturas y propiedades reológicas, dependiendo de la concentración de calcio y la reactividad del calcio de la pectina elegida [39] —las pectinas de bajo metoxilo amidadas son generalmente termorreversibles, lo que significa que pueden formar geles que pueden derretirse y reformarse, mientras que las pectinas de bajo metoxilo no amidadas pueden formar geles termoestables que resisten altas temperaturas; [39] Estas propiedades hacen que las pectinas de bajo metoxilo sean adecuadas para aplicaciones bajas en azúcar y sin azúcar, productos lácteos y bebidas proteicas ácidas estabilizadoras. [36] [34] [32]

Para las mermeladas y confituras convencionales que contienen más del 60% de azúcar y sólidos de fruta solubles, se utilizan pectinas con alto contenido de éster (alto contenido de metoxilo). Con pectinas con bajo contenido de éster (bajo contenido de metoxilo) y pectinas amidadas, se necesita menos azúcar, por lo que se pueden elaborar productos dietéticos. El extracto de agua de semillas de aiyu se utiliza tradicionalmente en Taiwán para elaborar gelatina de aiyu , donde el extracto se gelifica sin calentar debido a las pectinas con bajo contenido de éster de las semillas y los cationes bivalentes del agua. [23]

La pectina se utiliza en gelatinas de confitería para dar una buena estructura de gel, una textura limpia y una buena liberación del sabor. La pectina también se puede utilizar para estabilizar bebidas proteicas ácidas, como el yogur líquido, para mejorar la sensación en boca y la estabilidad de la pulpa en bebidas a base de jugo y como sustituto de grasa en productos horneados. [36] [40]

Los niveles típicos de pectina utilizados como aditivo alimentario están entre el 0,5 y el 1,0%, aproximadamente la misma cantidad de pectina que hay en la fruta fresca. [41]

En medicina, la pectina aumenta la viscosidad y el volumen de las heces , por lo que se utiliza contra el estreñimiento y la diarrea . Hasta 2002, era uno de los principales ingredientes utilizados en Kaopectate , un medicamento para combatir la diarrea, junto con la caolinita . Se ha utilizado en la eliminación suave de metales pesados ​​de los sistemas biológicos. [42] La pectina también se utiliza en pastillas para la garganta como demulcente . [ cita requerida ]

En los productos cosméticos, la pectina actúa como estabilizador. La pectina también se utiliza en preparaciones para la cicatrización de heridas y adhesivos médicos especiales, como los dispositivos de colostomía . [ cita requerida ]

Sriamornsak [43] reveló que la pectina podría usarse en varias plataformas de administración oral de fármacos, por ejemplo, sistemas de liberación controlada, sistemas gastrorretentivos, sistemas de administración específicos para el colon y sistemas de administración mucoadhesivos, de acuerdo con su intoxicidad y bajo costo. Se descubrió que la pectina de diferentes fuentes proporciona diferentes capacidades de gelificación, debido a variaciones en el tamaño molecular y la composición química. Al igual que otros polímeros naturales, un problema importante con la pectina es la inconsistencia en la reproducibilidad entre muestras, lo que puede resultar en una reproducibilidad deficiente en las características de administración del fármaco. [ cita requerida ]

En la nutrición de los rumiantes , dependiendo del grado de lignificación de la pared celular, la pectina es digerible hasta en un 90% por las enzimas bacterianas. Los nutricionistas de rumiantes recomiendan que la digestibilidad y la concentración de energía en los forrajes se mejoren aumentando la concentración de pectina en el forraje. [ cita requerida ]

En los cigarros puros, la pectina se considera un excelente sustituto del pegamento vegetal y muchos fumadores y coleccionistas de cigarros utilizan pectina para reparar las hojas de tabaco dañadas en sus cigarros. [ cita requerida ]

Yablokov et al. , escribiendo en Chernobyl: Consecuencias de la catástrofe para las personas y el medio ambiente , citan una investigación realizada por el Centro Ucraniano de Medicina Radiológica y el Instituto Bielorruso de Medicina Radiológica y Endocrinología, concluyeron, con respecto a los efectos radioprotectores de la pectina, que "añadir preparaciones de pectina a la comida de los habitantes de las regiones contaminadas por Chernobyl promueve una excreción efectiva de radionucleidos incorporados " como el cesio-137 . Los autores informaron sobre los resultados positivos del uso de preparaciones de aditivos alimentarios de pectina en una serie de estudios clínicos realizados en niños en áreas severamente contaminadas, con hasta un 50% de mejora sobre los grupos de control. [44] Durante la Segunda Guerra Mundial, a los pilotos aliados se les proporcionaron mapas impresos en seda, para la navegación en los esfuerzos de escape y evasión. El proceso de impresión al principio resultó casi imposible porque las varias capas de tinta se corrían inmediatamente, difuminando los contornos y haciendo ilegibles los nombres de los lugares hasta que el inventor de los mapas, Clayton Hutton , mezcló un poco de pectina con la tinta y de inmediato la pectina coaguló la tinta y evitó que se corriera, permitiendo que las pequeñas características topográficas fueran claramente visibles. [45]

En el Informe del Comité Mixto FAO/OMS de Expertos sobre Aditivos Alimentarios y en la Unión Europea no se ha establecido una ingesta diaria admisible (IDA) numérica , ya que la pectina se considera segura. [46]

La Unión Europea (UE) no ha establecido un límite de ingesta diaria para dos tipos de pectina, conocidos como E440(i) y Pectina Amidada E440(ii). La UE ha establecido estándares de pureza para estos aditivos en el Reglamento (UE)/231/2012 de la Comisión Europea. La pectina se puede utilizar según sea necesario en la mayoría de las categorías de alimentos, un concepto conocido como "quantum satis". [47] La ​​Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (AESA) realizó una reevaluación de la Pectina E440(i) y la Pectina Amidada E440(ii) en 2017. La AESA concluyó que el uso de estos aditivos alimentarios no plantea ningún problema de seguridad para la población en general. Además, la agencia declaró que no es necesario establecer un valor numérico para la Ingesta Diaria Admisible (IDA). [48] [49]

En los Estados Unidos, la pectina se reconoce generalmente como segura para el consumo humano. [ cita requerida ]

En el Sistema Internacional de Numeración (SIN), la pectina tiene el número 440. En Europa, las pectinas se diferencian en los números E E440(i) para las pectinas no amidadas y E440(ii) para las pectinas amidadas . Existen especificaciones en toda la legislación nacional e internacional que definen su calidad y regulan su uso. [ cita requerida ]

Historia

La pectina fue aislada y descrita por primera vez en 1825 por Henri Braconnot , aunque la acción de la pectina para elaborar mermeladas ya se conocía mucho antes. Para obtener mermeladas bien cuajadas a partir de frutas que tenían poca o mala calidad de pectina, se mezclaban en la receta frutas ricas en pectina o sus extractos. [ cita requerida ]

Durante la Revolución Industrial , los fabricantes de conservas de frutas recurrieron a los productores de jugo de manzana para obtener pulpa de manzana deshidratada que se cocinaba para extraer pectina. Más tarde, en las décadas de 1920 y 1930, se construyeron fábricas que extraían pectina comercialmente de la pulpa de manzana deshidratada, y más tarde de la cáscara de los cítricos, en regiones que producían jugo de manzana tanto en los EE. UU. como en Europa. [ cita requerida ]

La pectina se vendió primero como extracto líquido, pero ahora se utiliza con mayor frecuencia como polvo seco, que es más fácil de almacenar y manipular que un líquido. [50]

Véase también

Referencias

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  • Base de datos en línea de la Norma General del Codex para Aditivos Alimentarios (NGAA); una lista de usos permitidos de la pectina, enlace adicional a la especificación (...) de la pectina del JECFA.
  • Directiva 95/2/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 20 de febrero de 1995, relativa a aditivos alimentarios distintos de colorantes y edulcorantes; Directiva de la UE que enumera los alimentos en los que se puede utilizar pectina. Nota: El enlace lleva a una versión "consleg" de la directiva, que puede no incluir los últimos cambios. La directiva será sustituida por un nuevo reglamento sobre aditivos alimentarios en los próximos años.
  • Certo Health: Información sobre los beneficios para la salud reportados de la pectina de manzana, (Reino Unido).
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