Las mermeladas y derivados de frutas en los que intervienen las pectinas se han elaborado desde hace siglos. En 1825, el químico francés Henri Braconnot aisló las pectinas por primera vez, reconociendo su papel en esos productos. La producción comercial de pectinas comenzó en 1908 en Alemania, a partir de los restos de la fabricación de zumo de manzana. Actualmente se obtienen de los restos de la extracción de zumo de manzana y, sobre todo, de los de la industria de los zumos de cítricos. La pectina de manzana suele ser de un color algo más oscuro, debido a las reaccciones de pardeamiento enzimático. La pectina se extrae con agua caliente acidificada, perecipitándo la de la disolución con etanol o con una sal de aluminio.
Las pectinas están formadas fundamentalmente por largas cadenas formadas por unidades de ácido galacturónico, que puede encontrarse como tal ácido, con el grupo carboxilo libre, o bien o con el carboxilo esterificado por metanol (metoxilado).
Ácido galacturónico y ácido galacturónico metoxilado
Las unidades de ácido galacturónico están unidas entre sí por enlaces α1- 4.
Tres unidades de ácido galacturónico no metoxilado unidas entre sí por enlaces α1- 4.
En las frutas, la mayoría de los grupos ácidos del ácido galacturónico están esterificados por metanol. Este metanol fuede perderse con relativa facilidad por hidrólisis ácida o enzimática, dejando el grupo ácido libre. En función del porcentaje de restos de ácido galacturónico esterificado, las pectinas se clasifican como "de alto metoxilo", cuando este porcentaje es superior al 50%, y "de bajo metoxilo", cuando es inferior.
Pectina de alto metoxilo
Pectina de bajo metoxilo
En las pectinas existen zonas en las que la continuidad de la cadena se rompe por la presencia de algunos restos de ramnosa, con ramificaciones de galactosa, arabinosa y xilosa.
La proporción es de alrededor de una ramnosa por cada 40 galacturónicos, pero no se encuentran dispersas individualmente, sino agrupadas en algunas zonas, las llamadas "zonas peludas".
Las "zonas peludas" de las pectinas están formadas por una cadena de ramnogalacturonano, con unidades alternas de ácido galacturónico y ramnosa, con ramificaciones sobre la ramnosa que pueden ser de cuatro tipos:
Cadenas lineales de galactosa, cadenas ramificadas de arabinosa, cadenas lineales de galactosa con alguna ramificación de arabinosa, y cadenas ramificadas de galactosa con alguna arabinosa.
La estructura más frecuente es la del "arabinogalactano de tipo I", presente en las pectinas del tomate, cítricos y manzanas
Estructura del arabinogalactano de tipo I Imagen reproducida por cortesía de A. Sarkar Polysac3DB .
En los vegetales, la pectina se encuentra en forma insoluble, la llamada "protopectina", que se solubiliza durante la maduración de las frutas y en la extracción con ácido, formando la pectina soluble. En este proceso se pierden sobre todo las regiones ramificadas. La pectina de remolacha azucarera contiene algunos grupos ferolilo en lugar del metanol.
Geles de pectina de alto metoxilo
La primera condición para obtener geles de pectina de alto metoxilo es que el pH sea bajo, Para que los grupos ácidos, minoritarios, se encuentren fundamentalmente en forma no ionizada, y no existan repulsiones entre cargas. A pH 3,5, aproximadamente la mitad de los grupos carboxilo del ácido galacturónico se encuentran ionizados, pero por debajo de pH 2 el porcentaje es ya muy pequeño. Las cadenas de pectinas de alto metoxilo pueden entonces unirse a través de interacciones hidrofóbicas de los grupos metoxilo o mediante puentes de hidrógeno, incluidos los de los grupos ácidos no ionizados, siempre que exista un material muy hidrófilo (azúcar)que retire el a agua. En consecuencia, las pectinas de alto metoxilo formarán geles a pH entre 1 y 3,5, con contenidos de azúcar entre el 55% como mínimo y el 85%.
El grado de esterificación de las pectinas de alto metoxilo influye mucho sobre sus propiedades. En particular, a mayor grado de esterificación, mayor es la temperatura de gelificación. Por ejemplo, una pectina con un grado de esterificación del 75% es capaz de gelificar ya a temperaturas de 95º, y lo hace en muy pocos minutos a temperaturas por debajo de 85ºC. Por esto se llaman "pectinas rápidas". Son, por ejemplo, las que se utilizan en la fabricación de gominolas, que con una concentración muy elevada de azúcar, hasta el 80% de sólidos, forman geles que pueden desmoldearse al poco tiempo.
En cambio, una pectina con un grado de esterificación del 65% no gelifica auna temperatura de 75ºC, y tarda alrededor de media hora en hacerlo a 65ºC. Es lo que se llama una "pectina lenta". Además, las pectinas con un grado de esterificación mayor forman geles que son ireversibles térmicamente, mientras que los geles formados por pectinas de grado de esterificación menor son reversibles.
Para cada tipo de pectina con un grado de metoxilación concreto existe una combinación óptima de concentración de azúcar y pH, aunque se pueden obtener geles dentro de un cierto rango de pH.
Geles de pectina de bajo metoxilo
En el caso de las pectinas de bajo metoxilo, el mecanismo de formación de geles es totalmente distinto, ya que la unión entre cadenas se produce a través de iones de calcio, que forman puentes entre las cargas negativas. La estructura es semejante a la "caja de huevos" de lso geles de alginato, pero algo menos ordenada, dada la presencia de grupos esterificados entre los galacturónicos sin esterificar.
La concentración de calcio es importante hasta llegar a una cierta cantidad, que depende de cada tipo concreto de pectina, y que se conoce como "saturación de calcio". Suele estar en torno a las 500 ppm. Por encima, una mayor cantidad de calcio no tiene efecto, o incluso en algunos casos puede llegar a debilitar el gel. Esto no sucede en el caso de otros geles de este tipo, como es el de alginato. Las pectinas de bajo metoxilo forman geles de consistencia máxima con cantidades de calcio que oscilan de 20 a 100 mg de por gramo de pectina. La presencia de azúcar reduce mucho la cantidad de calcio necesaria. Consecuentemente, a menor cantidad de azúcar presente en el producto, es necesario utilizar pectinas de metoxilo menor para obtener la misma consistencia
Pectinas amidadas
Las pectinas amidadas se obtienen mediante procesos químicos, forrmando amidas con amoniaco en algunos de los grupos carboxilo de pectinas de bajo metoxilo. Forman geles en presencia de calcio, y tienen como ventaja una mayor tolerancia frente a la concentración de este ión, en comparación con las pectinas de bajo metoxilo convencionales. A mayor grado de amidación, la temperatura de formación de geles es también mayor.
Las pectinas como estabilizantes
las pectinas se comportan muy bien como estabilizantes de las caseínas frente a los tratamientos térmicos a pH ácido. Dado que a pH por encima de 3,5 las pectinas tienen carga negativa, son capavces de unirse a las regiones con carga positiva de las micelas, formando una "bola peluda" que se mantiene en suspensión.
Las pectinas, como muchos otros polisacáridos, se hinchan muy rápidamente con el agua, y por eso cuando se añaden de golpe, y especialmente si se añade agua sobre el sólido, forman agregados difíciles de disolver. La solución es separar las partículas cuando se se mezcla el polisacárido con el agua, con sistemas mecánicos o mezclandolo previamente con otro material no acuoso. son relativamente inestables desde el punto de vista químico, especialmente a temperaturas elevadas. Su máxima estabilidad está en torno a pH 4. Pueden perder grupos metoxilo, hidrolizarse, y en medio neutro o alcalino romperse por beta-eliminación. Esto afecta muy negativamente a su viscosidad y capacidad de formación de geles.
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