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Pektin
Vorkommen und Gewinnung
Pektin kommt weitverbreitet im Pflanzengewebe vor, wo es in Kombination mit Cellulose als intercellulare Gerüstsubstanz fungiert (Zellwände, Mittellamelle). Schalen von Zitrusfrüchten enthalten etwa 30 %, Apfelschalen etwa 15 %, Sonnenblumenkörbe etwa 25 % und Zuckerrübenpülpe etwa 20 % Pektin. Die Gewinnung erfolgt aus den wichtigsten Rohstoffquellen Citrusalbedo und Apfeltrester. Haupterzeugerländer sind USA, Israel und Europa. Zur Gewinnung wird der Rohstoff mit angesäuertem Wasser (pH 1.5-3.0) bei Temperaturen zwischen 60 und 100 °C extrahiert. Dabei wird unlösliches Protopektin zu löslichem Pektin abgebaut. Der Rohextrakt wird filtriert und etwa vorhandene Stärke enzymatisch entfernt. Der Reinextrakt wird konzentriert und sprüh- oder walzengetrocknet, oder es wird das Pektin mit Alkoholen gefällt.
Eigenschaften
Aussehen
Pektin ist ein weisses bis gelbliches oder leicht bräunliches Pulver.
Zusammensetzung
Pektin ist ein Polyuronid, bestehend aus einer Hauptkette von -(1-4)-verknüpften Galakturonsäureeinheiten. Die Carboxylgruppen sind partiell mit Methanol verestert. Die sekundären Hydroxylgruppen können je nach Herkunft des Pektins teilweise mit Acetat verestert sein. Im Makromolekül können kovalent gebundene Seitenketten von Neutralzuckern (Xylose, -(1-4)-D-Galaktane, -(1-5)-L-Arabane) enthalten sein. In die Hauptkette integriert finden sich Rhamnoseeinheiten, die in l- und 2-Stellung mit den Galakturonsäureeinheiten verbunden sind. Das an sich ziemlich gestreckte Pektinmolekül enthält dadurch einen Knick. Entsprechend der Anzahl der mit Methanol veresterten Carboxylgrupen werden Pektine in hochveresterte (Methoxylgehalt > 7 %, Veresterungsgrad > 50 %) und niederveresterte Pektine (Methoxylgehalt < 7 %, Veresterungsgrad < 50 %) eingeteilt. Die hochveresterten Pektine werden in schnellgelierende (Veresterungsgrad > 72 %), mittelschnellgelierende (Veresterungsgrad 66 bis 72 %) und langsamgelierende Pektine (Veresterungsgrad < 66 % eingeteilt. Zur Gelbildung benötigen die hochveresterten Pektine Zucker und Säure, die niederveresterten Pektine Calcium-Ionen. Das Molgewicht der gängigen Produkte liegt zwischen 30 000 – 300 000 Dalton. Pektin wird von einer Reihe von Enzymen umgesetzt: Pektinesterase (Pektinmethylesterase: E.C. 3.1.1.11) verseift die Methylester, wodurch niedrigveresterte Verbindungn entstehen; Exo-Polygalacturonase (Pectinase, Poly-[1,4--Galacturonid]-Galacturonase E.C. 3.2.1.67), Endo-Polygalacturonae (Poly-[1,4--D-Galacturonid]-Glykanohydrolase E.G. 3.2.1.15) spaltet die externen Etherbrücken der Pektinketten, wodurch es zu Depolymerisationen kommt; Pektinlyasen, Pektatlyasen (E.C. 4.2.2.10, E.C. 4.2.2.2) spalten die Petinketten durch Transeliminierungsreaktionen.
Löslichkeit
Hoch- wie auch niedrigverestertes Pektin ergibt mit Wasser eine kolloidale, opaleszierende Lösung. Die Löslichkeit nimmt mit abnehmendem Polymerisationsgrad und zunehmendem Veresterungsgrad zu. Weiter ist Pektin in Dimethylformamid, Dimethylsulfoxic und im warmen Glycerin löslich. Die Viskosität wässeriger Pektinlösungen ist vom Molekulargewicht und Veresterungsgrad abhängig und nimmt mit diesen zu. Konzentration, pH-Wert, Temperatur und andere Lösungsmittelbestandteile beeinflussen die Viskosität. Die optimale Stabilität der Viskosität liegt bei pH-Werten zwischen 4 und 5. Höhere und niedrigere pH-Werte führen zu Depolymerisation und damit zu Viskositäts- und Gelstärke-Verlusten. Alkali Pektate sind wasserlöslich, zwei- bzw. dreiwertige Metallionen geben entweder Niederschläge oder Gelbildung. Die hervorstechende Eigenschaft der Pektine liegt in ihrem Gelbildungsvermögen. Bei den Zucker/Säure-Gelen unterdrückt die Säure die intermolekularen Ladungsabstoss-Effekte, der Zcker konkurriert mit dem Pektin um das verfügbare Wasser. Beide Effekte führen zu Kettenassoziation und damit zur Gelbildung. Bei den niederveresterten Pektinen erfolgt die Gelbildung durch Brückenbindung der Ca-Ionen mit den Carboxyl- und Hydroxyl-Gruppen der Galakturonsäuren. Die Gele des hochveresterten Pektins sind nicht hitzereversibel, diejenigen zwischen niedrigverestertem Pektin und Ca-Ionen dagegen schmelzbar.
Anwendungstechnische Eigenschaften
Pektine werden überwiegend als Geliermittel eingesetzt, z.B. bei Konfitüren, Geleebonbons, backfesten Marmeladen (hochveresterte Pektine) bzw. bei zuckerarmen Konfitüren oder gelierten Milchprodukten (niedrigveresterte Pektine). Daneben werden sie in geringerem Umfang als Stabilisatoren (Mayonnaisen, Salatsossen, Speiseeis) und medizinisch (z.B. bei Darmerkrankungen) eingesetzt. Handelspräparate sind häufig mit Zucker (zur Einstellung des Geliergrades) und mit Puffersalzen (zur Einstellung der Gelierzeit) versetzt.