Pectina

Polvo de pectina producido comercialmente, extraído de frutas cítricas

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

Biología

La pectina está compuesta por polisacáridos complejos que están presentes en las paredes celulares primarias de una planta y abundan en las partes verdes de las plantas terrestres. 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. 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 importante polisacárido de la pared celular que permite la extensión de la pared celular primaria y el crecimiento de las plantas. Durante la maduración de la fruta, las enzimas pectinasa y pectinesterasa descomponen la pectina, en cuyo proceso la fruta se vuelve más blanda a medida que las láminas medias se rompen y las células se separan unas de otras. 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.

La pectina es una parte natural de la dieta humana, pero no contribuye significativamente a la nutrición. La ingesta diaria de pectina de frutas y verduras se puede estimar en alrededor de 5 g si se consumen aproximadamente 500 g de frutas y verduras por día.

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

Un estudio encontró 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 se esterifica con metanol) en el colon.

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. Las películas pectináceas de la superficie, que son ricas en pectina, crean una capa de mucílago que retiene el rocío que ayuda a la célula a reparar su ADN.

Se ha demostrado que el consumo de pectina reduce ligeramente (3 a 7 %) los niveles de colesterol LDL en la 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. El mecanismo parece ser un aumento de la viscosidad en el tracto intestinal, lo que conduce a una absorción reducida de colesterol de la bilis o los alimentos. 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).

Química

Ácido galacrónico

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 unido a α-(1–4). Los galacturonanos sustituidos se caracterizan por la presencia de residuos adjuntos de sacárido (como D-xilosa o D-apiosa en los casos respectivos de xilogalacturonano y apiogalacturonano) que se ramifican desde una columna vertebral de D-galacturónico. Las pectinas de ramnogalacturonano I (RG-I) contienen una columna vertebral del disacárido repetitivo: 4)-α-D-ácido 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, variando los tipos y proporciones de azúcares neutros según el origen de la pectina.

Otro tipo estructural de pectina es el ramnogalacturonano II (RG-II), que es un polisacárido menos frecuente, complejo y altamente ramificado. Algunos autores clasifican el ramnogalacturonano II dentro del grupo de los galacturonanos sustituidos ya que el esqueleto del ramnogalacturonano II está formado exclusivamente por unidades de ácido D-galacturónico.

La pectina aislada tiene un peso molecular típico de 60 000 a 130 000 g/mol, que varía según el origen y las condiciones de extracción.

En la naturaleza, alrededor del 80 % de los grupos carboxilo del ácido galacturónico están esterificados con metanol. Esta proporción se reduce en un grado variable durante la extracción de pectina. Las pectinas se clasifican como pectinas de alto versus bajo metoxi (pectinas HM cortas versus pectinas LM), con más o menos de la mitad de todo el ácido galacturónico esterificado. La proporción de ácido galacturónico esterificado a no esterificado determina el comportamiento de la pectina en las 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, particularmente Ca2+, según el modelo idealizado de 'huevera', en el que se forman puentes iónicos entre los iones de calcio y los grupos carboxilo ionizados del ácido galacturónico.

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. Estos forman una red molecular tridimensional que crea el gel macromolecular. El mecanismo de gelificación se denomina gel de baja actividad de agua o gel de azúcar-ácido-pectina.

Si bien las pectinas de metoxi bajo necesitan calcio para formar un gel, pueden hacerlo con sólidos solubles más bajos y un pH más alto que las pectinas de metoxi alto. Normalmente, las pectinas de metoxi bajo forman geles con un rango de pH de 2.6 a 7.0 y con un contenido de sólidos solubles entre 10 y 70%.

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.

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

La pectina amidada es una forma modificada de pectina. Aquí, 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 producen durante el uso.

La pectina tiolada exhibe propiedades gelificantes sustancialmente mejoradas ya que este tiomero es capaz de entrecruzarse a través de la formación de enlaces disulfuro. Estas altas propiedades gelificantes son ventajosas para diversas aplicaciones farmacéuticas y aplicaciones en la industria alimentaria.

Para preparar un gel de pectina, los ingredientes se calientan, disolviendo la pectina. Al enfriarse por debajo de la temperatura de gelificación, comienza a formarse un gel. Si la formación de gel es demasiado fuerte, el resultado es una sinéresis o una textura granular, mientras que una gelificación débil conduce a geles excesivamente blandos.

Las pectinas amidadas se comportan como pectinas bajas en éster pero necesitan menos calcio y son más tolerantes al exceso de calcio. Además, los geles de pectina amidada son termorreversibles; pueden calentarse y, después de enfriarse, solidificarse de nuevo, mientras que los geles de pectina convencionales permanecerán líquidos después.

Pectinas con alto contenido de éster fraguadas 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 alto contenido de azúcar.

Fuentes y producción

Las peras, manzanas, guayabas, membrillos, ciruelas, grosellas, naranjas y otros cítricos contienen grandes cantidades de pectina, mientras que las frutas blandas, como las cerezas, las uvas y las fresas, contienen pequeñas cantidades de pectina.

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

• Manzanas, 1–1,5%
• Albaricoques, 1%
• Cerezas, 0,4%
• Naranjas, 0,5-3,5%
• Carrotas 1,4%
• Pulseras Citrus, 30%
• Caderas rosas, 15%

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 jugo. El orujo de la remolacha azucarera también se utiliza en pequeña medida.

De estos materiales, la pectina se extrae agregando 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 por adición de etanol o isopropanol. Ya no se utiliza una antigua técnica de precipitación de pectina con sales de aluminio (aparte de los alcoholes y los cationes polivalentes, la pectina también precipita con proteínas y detergentes).

Luego, la pectina precipitada con alcohol se separa, se lava y se seca. El tratamiento de la pectina inicial con ácido diluido conduce a pectinas poco esterificadas. Cuando este proceso incluye hidróxido de amonio (NH₃(aq)), se obtienen pectinas amidadas. Después del secado y la molienda, la pectina generalmente se estandariza con azúcar y, a veces, con sales de calcio o ácidos orgánicos, para optimizar el rendimiento en una aplicación particular.

Usos

El uso principal de la pectina es como agente gelificante, agente espesante y estabilizador en los alimentos. La aplicación clásica es dar la consistencia gelatinosa a confituras o mermeladas, que de otro modo serían jugos dulces. La pectina también reduce la sinéresis en confituras y mermeladas y aumenta la fuerza de gel de las confituras bajas en calorías. Para uso doméstico, la pectina es un ingrediente del azúcar gelificante (también conocido como "azúcar de mermelada") donde se diluye a la concentración adecuada con azúcar y un poco de ácido cítrico para ajustar el pH. En algunos países, la pectina también está disponible como solución o extracto, o como polvo mezclado, para hacer mermeladas caseras.

Para las confituras y mermeladas convencionales que contienen más del 60 % de azúcar y sólidos de frutas solubles, se utilizan pectinas con alto contenido de éster. Con pectinas bajas en éster y pectinas amidadas, se necesita menos azúcar para que se puedan hacer productos dietéticos. El extracto de agua de las semillas de aiyu se usa tradicionalmente en Taiwán para hacer gelatina de aiyu, donde el extracto gelifica sin calentarse debido a las pectinas de bajo éster de las semillas y los cationes bivalentes del agua.

La pectina se utiliza en las jaleas de confitería para dar una buena estructura de gel, un bocado limpio y una buena liberación del sabor. La pectina también se puede utilizar para estabilizar bebidas proteicas ácidas, como beber yogur, para mejorar la sensación en la boca y la estabilidad de la pulpa en bebidas a base de jugo y como sustituto de grasa en productos horneados. Los niveles típicos de pectina utilizados como aditivos alimentarios oscilan entre el 0,5 y el 1,0 %; esta es aproximadamente la misma cantidad de pectina que se encuentra en la fruta fresca.

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, fue 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. La pectina también se usa en pastillas para la garganta como demulcente.

En los productos cosméticos, la pectina actúa como estabilizador. La pectina también se usa en preparaciones para curar heridas y adhesivos médicos especiales, como dispositivos de colostomía.

Sriamornsak reveló que la pectina podría usarse en varias plataformas de administración de fármacos orales, por ejemplo, sistemas de liberación controlada, sistemas gastrorretentivos, sistemas de administración específicos para el colon y sistemas de administración mucoadhesivos, según su toxicidad y bajo costo. Se encontró que la pectina de diferentes fuentes proporciona diferentes capacidades de gelificación, debido a las 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 mala reproducibilidad en las características de administración del fármaco.

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 mejorar la digestibilidad y la concentración de energía en los forrajes aumentando la concentración de pectina en el forraje.

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

Yablokov et al., escribiendo en Chernobyl: Consequences of the Catastrophe for People and the Environment, cita una investigación realizada por el Centro Ucraniano de Medicina Radiológica y el Instituto Bielorruso de Medicina Radiológica y Endocrinología, concluyó, en relación con los efectos radioprotectores de la pectina, que "agregar preparaciones de pectina a los alimentos de los habitantes de las regiones contaminadas de Chernobyl promueve una excreción efectiva de los 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 gravemente contaminadas, con una mejora de hasta un 50 % con respecto a los grupos de control.

Durante la Segunda Guerra Mundial, los pilotos aliados recibieron mapas impresos en seda, para la navegación en los esfuerzos de escape y evasión. Al principio, el proceso de impresión resultó casi imposible porque varias capas de tinta corrieron inmediatamente, desdibujando 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 impidió que se ejecutara, permitiendo que las pequeñas características topográficas fueran claramente visibles.

Estado legal

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

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

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 pectinas no amidadas y E440(ii) para pectinas amidadas. Existen especificaciones en toda la legislación nacional e internacional que definen su calidad y regulan su uso.

Historia

La pectina fue aislada y descrita por primera vez en 1825 por Henri Braconnot, aunque la acción de la pectina para hacer confituras y mermeladas se conocía mucho antes. Para obtener mermeladas bien cuajadas a partir de frutas que tenían poca o solo pectina de mala calidad, se mezclaron en la receta frutas ricas en pectina o sus extractos.

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 comercialmente pectina del orujo de manzana deshidratado, y luego de la cáscara de cítricos, en regiones que producían jugo de manzana tanto en EE. UU. como en Europa.

La pectina se vendió primero como un extracto líquido, pero ahora se usa más a menudo como polvo seco, que es más fácil de almacenar y manejar que un líquido.