پکتین و کاربردهای آن در صنایع غذایی

پکتین و کاربردهای آن در صنایع غذایی

پکتین یکی از پرکاربرد ترین ترکیبات در صنایع غذایی است. بخش عمده پکتین تولید شده به وسیله صنایع فرآوری میوه مصرف می شود. از دیگر کاربردهای متداول آن محصولات لبنی و قنادی، محصولات میوه ای فرآوری شده، پر کننده های نانوایی و لعاب ها هستند. کاربرد احتمالی دیگر پکتین جایگزین چربی است، اما جدیدترین کاربرد آن در پایدارسازی امولسیون ها است.

مقدمه
پکتین یک ترکیب مهم از دیواره سلولی همه گیاهان زمین می باشد و در رژیم غذایی معمولی هر روز حدود 5-4 گرم مصرف می شود. پکتین یک پلی ساکارید پیچیده با وزن مولکولی بالاست که عمدتاٌ از پلی گالاکتورونیک اسید با متیل استرهای موضعی و نمک های سدیم، آمونیوم و پتاسیم آن تشکیل شده است. خصوصیات ژلی پکتین ابتدا توسط هنری براکونات در 1852 توصیف شد. براکونات اسم پکتین را از کلمه یونانی pektikos به معنی سفت شدن یا جامد شدن الهام گرفته است(1).
تهیه مربا و ژله که از قرن 1750 توسط" شرکت خانوادگی زنان خانه دار لندن" از سیب, مویز و به که در آنها ژلاتین پکتین به وفور یافت می شود تهیه شده است. برای اولین بار در سال 1820 پکتین از میوه جدا شده و در تهیه مربا و ژل مورد استفاده قرار گرفت.
به تدریج افراد میوه های ژله دار و یا حتی ژله استحصال شده را با میوه های فاقد ژله مخلوط کردند به عنوان مثال توت فرنگی را با انگور فرنگی ترکیب کردند. ژله استحصال شده از پوست و هسته سیب را با مرباهای میوه های فاقد ژله ترکیب کردند تا اینکه مربا تهیه کنند.
تولید کنندگان پکتین تجاری به دنبال یافتن منابع غنی پکتین افتادند. در آلمان تولید کنندگان آبمیوه ضایعات سیب را خشک کرده و به تولید کنندگان مربا فروختند. این تولید کنندگان نیز به نوبت خود این ضایعات را در آب جوشانده و ژله میوه ای تولید کردند.
اولین پکتین مایع تجاری در سال 1908 در آلمان تولید و فرآیند به سرعت به آمریکا رسید و به عنوان الگویی توسط شرکت داگلاس پیش رو گرفته شد.
این شیوه رفته رفته در آمریکا رواج پیدا کرده و سپس وارد اروپا شد. در سالهای اخیر مراکز تولید پکتین دوباره روانه اروپا شده و از آنجا به کشورهای مادر تولید کننده آبمیوه یعنی مکزیک و برزیل وارد شد.
تغییرات در ساختار و محل تجمع تولید این محصول همچنان ادامه دارد اما در هر حال جهت تاسیس کارخانه ای برای تولید این محصول سرمایه گذاری هنگفتی با صرفه اقتصادی و هم چنین منابع سرشار از ماده اولیه نیاز است(19).
پکتین به طور سنتی به عنوان عامل ژله کننده برای مربا و ژله استفاده می شود. مصرف سالانه پکتین در سرتاسر دنیا حدود 45 هزار تن تخمین زده می شود در حالی که تولید آن 25-20 هزار تن در سال می باشد. با توجه به نیاز روزافزون به پکتین با ویژگی های عملکردی متفاوت جهت استفاده در مواد غذایی مختلف و مفید بودن این ترکیب برای سلامتی انسان، تحقیقات در جهت یافتن مواد اولیه حاوی پکتین و تولید پکتین با خصوصیات تکنولوژیکی مطلوب همچنان ادامه دارد(2).

منابع پکتین
پوست مرکبات و تفاله سیب، مواد اولیه اصلی برای تولید پکتین هستند. با این وجود تحقیقات زیادی در جهت یافتن مواد اولیه حاوی پکتین و هم چنین بهبود تکنیک های استخراج پکتین از مواد اولیه انجام شده است(3).
در این راستا محققان زیادی پکتین را از منابع گیاهی مختلف مثل تفاله چغندر قند، دانه های انگور، ریشه کاسنی، طبق آفتابگردان، پوست کاکائو، پوست سویا، تفاله هلو، پوست انبه و به، پوست پیاز و سیر، پالپ و پوست سیب زمینی ، پوست هندوانه، کیوی و … جداسازی و ویژگی های آن را بررسی کرده اند(4، 5).

استخراج پکتین
برای استخراج پکتین، شبکه آن باید از هم گسیخته شود که این کار ممکن است شامل استخراج با عوامل شلاته کننده کلسیم، قلیای رقیق یا اسید رقیق باشد. در روش دیگر قطعات پلی ساکاریدی پکتیکی می توانند از طریق آنزیم های تجزیه کننده استخراج شوند(2).
در اثر اضافه کردن اسید داغ رقیق در محدوده PH اسیدی بین ۱٫۵ تا ۳٫۵ و به مدت چند ساعت پکتین استخراج خواهد شد. پکتین اولیه بعضی از شاخه ها و زنجیره های خود را از دست خواهد داد و حل خواهد شد.بعد از عبور از صافی و فیلتر کردن ، ماده استخراجی در خلا اشباع شده و پکتین در اثر اضافه کردن اتانول و یا ایزوپروپانول ته نشین میگردد. تکنیک قدیمی ته نشین کردن پکتین با استفاده از نمک های آلومینیوم دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرد.(جدا از الکل و کاتیون های چند ظرفیتی ، پکتین همچنین توسط پروتئین ها و مواد شوینده نیز رسوب میکند)
پکتین بدست آمده توسط الکل سپس جدا شده،شست و شو داده میشود و خشک میگردد.جمع آوری پکتین اولیه با اسید رقیق ، پکتین با استر پایین را تولید میکند. هنگامی که این فرآیند حاوی آمونیوم هیدروکساید شد،پکتین میانی بدست می آید.بعد از خشک کردن و آسیاب کردن پکتین معمولا توسط شکر و گاهی اوقات نمک های کلسیم یا اسیدهای ارگانیک استاندارد سازی میشود تا حداکثر عملکرد خود را داشته باشد.در سرتاسر جهان ، سالانه در حدود ۴۰۰۰۰ تن پکتین تولید میشود.

انواع پکتین
پکتین هایی که به طور معمول استخراج می شود بیش از 50% واحدهای اسید استری شده دارند و به عنوان پکتین (HM)با متیل استر بالادسته بندی می شوند. در صد گروه های استری درجه استریفیکاسیون نامیده می شود. پکتین های با متیل استر بالا بر طبق دمای تشکیل ژل شان به انواع پکتین های تند بند تا کند بند دسته بندی می شوند(6). اصلاح فرآیند استخراج یا تیمار اسیدی طولانی باعث داستریفیکاسیون شده و یک پکتین LM با کمتر از 50% گروه های متیل استر خواهد داد.
پکتین های آمیدی (عمدتاً نوع LM) به وسیله واکنش پکتین های HM مناسب با آمونیاک تولید می شود(7).
هر کدام از این انواع اصلی به دسته های کوچک تری تقسیم می شوند که برای استفاده های مختلفی تهیه شده اند(6).

خصوصیات تشکیل ژل
پلی ساکارید طبیعی پکتین خواص عملکردی زیادی دارد. پکتین در ترکیب با آب و بعضی مواد دیگر می تواند به عنوان غلیظ کننده، عامل تشکیل ژل، پایدار کننده، امولسیفایر و عامل اتصال دهنده کاتیون و … عمل کند. پکتین با چنین ویژگی های منحصر به فردی که دارد، از نظر تکنولوژیکی یک ماده با ارزش، به ویژه برای محصولات غذایی و دارویی می باشد(3).
پکتین LM یک شبکه سه بعدی از طریق پل های کلسیم بین دو زنجیره مختلف پکتین ایجاد می کند و ژل های پکتین HM از طریق واکنش های هیدروفوبی و باندهای هیدروژنی بین گروه های متیل زنجیره های مختلف پکتین تشکیل می شود. ژل های پکتین LM در حضور کلسیم و در محدوده وسیعی از PH (مخصوصاً 2.5-7) ایجاد می شوند. پکتین HM ژل های پایدار در PH =3.5 و در حضورمقدار قند بالا ایجاد می کند(8)

کاربرد پکتین
کاربردهای میوه ای (مرباها- ژله ها – دسرها)، پرکننده ها و روکش های پخت (خوراک های میوه برای کاربردهای نانوایی)، کاربردهای لبنی (نوشیدنی های لبنی اسیدی شده و پروتئینی- ماست ها )، شیرینی سازی (ژله های میوه- ژله های خنثی)، نوشیدنی ها، غذاهای منجمد و اخیراً غذاهای کم کالری به عنوان جایگزین چربی و یا قند از کاربردهای متداول پکتین هستند.(7) در صنایع داروسازی برای کاهش کلسترول خون و بیماری های معدی-روده ای استفاده می شود. کاربردهای دیگر پکتین شامل استفاده در فیلم های خوراکی، جایگزین کاغذ، کف ها و پلاستیسایزرها وغیره می باشد(9)

مربا و ژله ها
به طور سنتی پکتین در اصل در تولید مربا و ژله های میوه ای استفاده می شود. پکتین بافت مطلوب را ایجاد می کند، ایجاد آب/آبمیوه بر روی سطح را محدود می کند به علاوه باعث توزیع یکسان میوه در محصول می شود.(6) اولین کاربرد پکتین در مرباهای میوه با 60-70% مواد جامد کل و PH در محدوده 3-3.3 بود. برای این کاربرد یک پکتین HM می تواند استفاده شود. بسته به نوع میوه، مقدار میوه و مقدار مواد جامد محلول، مقدار و انواع مختلف پکتین نیاز خواهد بود. مرباها و ژله های کم شکر نمی توانند با پکتین های HM تهیه شوند و معمولاً با پکتین های LM آمیدی بهتر تهیه می شوند(7)

کنسروها
در این محصولات چون شیرین کننده ای به غیر از آبمیوه یا کنسانتره آن وجود ندارد بنابراین مقدار مواد جامد محلول اندکی پایین است. این مقدار در کنسروهای تجاری بین 55-62% است و به طبع در دسته محصولات کم کالری یا رژیمی قرار نمی گیرند. در حد بالایی ماده جامد یک پکتین HM تند بند و در حد پایینی یک پکتین LM لازم است(10)

محصولات پخت
بعضی محصولات پخت حاوی مغز ژله ای هستند که رطوبت و عطر و طعم آن باید در محدوده خمیری که دور آن را احاطه کرده است باقی بماند. برای این که لایه مرزی (بین خمیر و مغز) حفظ شود ژل در حین حرارت دیدن نباید به سول تبدیل شود. ژل های پکتین HM از نظر حرارتی غیر قابل برگشت بوده و برای این منظور مفید هستند. به این ترتیب ژل از پیش آماده شده پکتین HM را داخل خمیر قرار داده و بدون نگرانی از روان شدن، پخت انجام می گیرد. در دونات و بعضی شیرینی های دیگر بعد از پختن، ژل تزریق می شود(7).

محصولات لبنی
پکتین می تواند دو عملکرد مجزا در محصولات لبنی و آنالوگ های شیر (مثل آن هایی که از سویا تهیه می شوند) داشته باشد. پکتین های HM می تواند به عنوان پایدارکننده دیسپرسیون های پروتئینی در PH پایین مثل ماست یا نوشیدنی های شیر/آبمیوه عمل کند و از مشکل ته نشینی در اثر لخته شدن کازئین جلوگیری کند. پکتین LM (آمیدی)کاملاً متفاوت عمل می کند و می تواند شیر یا محصولات اسیدی تر را به وسیله واکنش با کلسیم ژل کند(7، 11، 12).

محصولات شیرینی سازی
ژله های قنادی پکتینی می تواند به دو نوع تقسیم شود: لطیف، ژله های میوه ای تهیه شده با پکتین HM، و ژله های الاستیک براساس پکتین LM مخلوط شده با بافرهای فسفات چنگال کننده مناسب برای طعم های خاص، نعناع و دیگر طعم های غیر اسیدی است(7).

فیلم های بسته بندی
برای تهیه فیلم های خوراکی می توان از پروتئین ها و پلی ساکاریدهای مختلف استفاده کرد. برای مثال پکتین و آلژینات تمایل به تشکیل فیلم های قوی اما با مقاومت ضعیف به آب به دلیل طبیعت هیدروفیلی شان دارند. توانایی آن ها برای تشکیل ژل های قوی و نامحلول با کاتیون های دوگانه می تواند برای بهبود این نقاط ضعف استفاده شود(13).

فرآورده های گوشتی
هیدروکلوئیدها با خصوصیات منحصر به فردشان در ایجاد بافت، پایداری و امولسیفیکاسیون در گوشت فرآوری شده کم چربی به دلیل توانایی آن ها به اتصال آب و تشکیل ژل بسیار مورد توجه هستند در کل برای استفاده با مواد اتصال دهنده آب برای بهبود خصوصیات حسی غذاهای کم چربی توصیه می شوند (14). استفاده از پکتین می تواند برای بهبود راندمان پخت، کاهش هزینه فرمولاسیون و افزایش بافت در محصولات غذایی موفق باشد(15).

حذف کلسترول زرده تخم مرغ
پکتین به عنوان عامل شلاته کننده با تشکیل کمپلکس های نامحلول (عامل شلاته کننده-لیپوپروتئین) در آب که برای خارج کردن آسان است استفاده می شود. به هر حال محدودیت این فرآیند افت بالای پروتئین ها که با لیپیدها همراه است و مسئول ویژگی های امولسیفایرزرده است، می باشد(16)..

امولسیون ها
بسیاری از محصولات غذایی ( مثل شیر، خامه، نوشیدنی ها، چاشنی ها، سس ها، خمیرها و دسرها) امولسیون های روغن در آب هستند. امولسیون ها در هر حال سیستم های ناپایدار از لحاظ ترمودینامیکی هستند که مستعد ناپایداری هستند. یکی از مهم ترین و پرکاربردترین روش های استفاده شده بهبود پایداری امولسیون های روغن در آب کاربرد امولسیفایرها است (16). بر طبق Leroux 2003 پکتین مرکبات با وزن مولکولی کم و درجه متوکسیلاسیون بالا ویژگی امولسیفایری بالایی دارد و قادر است که امولسیون روغن در آب (از جمله مایونز) را پایدار کند(17).

حد مجاز
انجمن های FAO/WHO پکتین را به عنوان ماده ای غیر مضر معرفی می کنند و همچنین در ایالت متحده نیز پکتین به عنوان GRAS ( Generally Recognized As Safe) شناخته می شود.در سیستم شماره گذاری بین المللی (INS) پکتین نمره ۴۴۰ را دارا می باشد.در اروپا ، پکتین با نمره ی E متمایز میشود و پکتین های غیر میانی میزان E440(i) و پکتین های میانی E440(ii) را دریافت میکنند.
بررسی اقتصادی تولید پکتین
عمده مواد اولیه مصرفی: پوست مرکبات، عوامل شلاته کننده، قلیا رقیق یا اسید (مانند سدیم هگزا متافسفات سدیم ، اسید کلریدریک)
اشتغال زایی: 25 نفر
متراژ زمین:3500 متر مربع
میزان سرمایه گذاری ثابت:000/000/500/15 ریال
هزینه خط تولید وتجهزات:000/000/500/7 ریال
دوره بازگشت سرمایه:3 سال
میزان تولید در سال: 30 تن در سال

خط تولید پکتین و ژلاتین، سایر آنتی اکسیدانها
کمپانی گوگانی:
ارائه خط کامل تولید پکتین وژلاتین به همراه تمامی تجهیزات لازمه وفرمولاسیون وتحویل محصول
ایمیل info@goganidesign.com
همراه : 09143025323
تلفن : 04114766578
وب سایت: www.gogani.com

نتیجه گیری
پکتین یک پلی ساکارید بسیار پر کاربرد در صنایع غذایی و دارویی می باشد که این به دلیل ویژگی های تکنولوژیکی و درمانی منحصر به فرد این ماده است. تاکنون در بسیاری از مواد غذایی به کار رفته و امکان بررسی استفاده از آن در سایر مواد غذایی نیز وجود دارد. با توجه به وجود منابع فراوان و ارزان جهت تولید پکتین در کشور، با تولید این ماده سودمند می توان از واردات آن جهت استفاده در صنعت جلوگیری کرد.

منابع:

1-Willats, W.G.T., Knox, J.P., Mikkelsen, J.D. Pectin: new insights into an old polymer are starting to gel. Trends in food science & technology, 2006, 17: 97-104
2-Fissore, E.N., Ponce, N.M., Wider, E.A., Stortz, C.A., Gerschenson, L.N. Commercial cell wall hydrolytic enzymes for producing pectin-enrichedproducts from butternut (Cucurbita moschata, Duchesne ex Poiret). Journal of food engineering. 2009
3- Ptichkina, N.M., Markina, O.A., Rumyantseva, G.N. Pectin extraction from pumpkin with the aid of microbial enzymes. Food Hydrocolloids, 2008, 22: 192-195
4- Ovodov, Y.S., Current Views On Pectin Substances. Russian Journal of Biooraganic Chemistry, 2009, 35 (3): 269-284
5- Jun, H.l., Lee, C.H., Song, G.S., Kim, Y.S. Characterization of the pectic polysaccharides from pumpkin peel. LWT. 2006, 39: 554-561
6- www.ippa.com
7- May, C.D., Pectins. In a lmeson. Thickening and gelling agents for food. London: Blackie Academic and professional
8- Macku, I. Bunka, F., Pavlinek, V., Lecianova, P., Hrabe, J. The effect of pectin concentration on viscoelastic and sensory properties of processed cheese. International journal of food science and technology. 2008, 43: 1663-1670
9- Thakur, B.R., Singh, R.K., Handa, A.K. Chemistry and uses of pectin. Critical review of food science and nutrition. 1997, 37(1): 47-73
10- Moghari, A.A. Effect of variety and acid-washing method on yield and quality of sunflower head pectin. MsC thesis. Tabiat modares.1378
11- Laurent, M.A., Boulenguer, P. Stabilization mechanism of acid dairy drinks (ADD) induced by pectin. Food hydrocolloids. 2003, 17: 445-454
12- Jensin, S., Rolin, C., Ipsen, R. Stabilisation of acidified skimmed milk with HM pectin. Food hydrocolloids.2009.
13- Silva, M.A., Bierhalz, A.C., Kieckbusch, T.G. Alginate and pectin composite films cross linked with Ca ions: effect of plasticizer concentration. Carbohydrate polymers. 2009, 77: 736-742.
14- Candogan, K., Kolsarici, N.The effects of carrageenan and pectin on some quality characteristics of low-fat beef frankfurters. Meat science. 2003, 64: 199-206
15- Saricoban, C., Yilmaz, M.T., Karakaya, M., Tiske, S.S. The effect of different levels of sunflower head pith addition on the properties of model system emulsions prepared from fresh and frozen beef. Meat science. 2010, 84: 186-195
16- Rojas, E.G., Coimbra, J.R., Minim, L.A., Freitas, J.F. Cholestrol removal in liquid egg yolk using high methoxyl pectins. Carbohydrate polymer. 2007, 69: 72-78
17- Bueno, A.S., Pereira, C.M., Menegassi, B., Areas, G.F. Effect of extrusion on the emulsifying properties of soybean proteins and pectin mixtures modeled by response surface methodology. Journal of food engineering. 2009, 90: 504-510
18- http://www.asreelm.com/wonders/didyouknow/pectin-jelly-gum-gelling-agent
19- http://persianpet.org/forum/thread41726.html?langid=7

1