В промышленности пектины главным образом получают из жома сахарной свёклы, корзинок подсолнечника, выжимок из яблок и цитрусовых путём кислотного гидролиза. Другие виды растительного сырья не имеют особого промышленного и прикладного значения.
Пектины практически не усваиваются пищеварительной системой человека. Формула пектина представлена на рисунке 3.3.
Технологическая схема производства пектина предполагает его экстрагирование из исходного сырья, очистку, осаждение органическими растворителями, сушку, измельчение и стандартизацию.
Рисунок 3.3 – Формула пектина
Процесс стандартизации пектина состоит в изменении свойств полисахарида путём воздействия на него химическими или физическими способами для соответствия производственным требованиям при изготовлении пищевых продуктов.
Выделенный из растительного сырья пектин в итоге представляет собой порошок коричневого оттенка без запаха. При этом цвет яблочного и цитрусового пектина различается. Пектиновые вещества способны поглощать около 20 % воды. В том случае, если пектин долгое время находится в воде, он перенасыщается водой, разбухает и начинает растворяться. При этом возможно создание кома, который образуется, если при контакте с водой частицы пектинового порошка расположены рядом друг с другом. Однако в растворах, где содержание сухих веществ (СВ) превышает 30 % растворения пектинов не происходит.
Желирование высокоэтерифицированных пектинов проводят в среде с высокой кислотностью, содержащей большое количество сухих веществ, а низкоэтерифицированных пектинов – в среде с низкой кислотностью и при невысоком содержании сухих веществ. Образование гелей высокоэтерифицированных пектинов представляет собой процесс взаимодействия полимерных молекул путём образования химических связей при повышенной кислотности и содержании СВ, с образованием пространственной структуры (гель или желе). В процессе молекулы пектина связывают большое количество воды, образуя при этом трёхмерную сеть. Таким же способом возможно получать гели из низкоэтерифицированных пектинов. Также известен способ желирования в результате взаимодействия с ионами поливалентных металлов. В этом случае ионы металла выступают связующим звеном между полимерными молекулами пектина, которые образуют пространственную структуру геля (желе). Способность образовывать гели объясняет широкое использование пектина в пищевой промышленности.
Способность образовывать комплексы основана на взаимодействии молекулы пектина с радионуклидами и ионами тяжёлых металлов. Максимальную эффективность проявляют низкоэтерифицированные пектины, так как они содержат много свободных аминокислот. Препараты, имеющие в своём составе комплексы высоко- и низкоэтерифицированных пектинов, широко используются в питании у людей, контактирующих с тяжёлыми металлами и радионуклидами. Высокоочищенные пектины добавляют при производстве функциональных продуктов питания, продуктов специального или здорового питания. Для профилактики употребление пектина в сутки должно быть не более 5–8 г, но в условиях радиоактивного загрязнения – 15–16 г.
С каждым годом производство пектина увеличивается на 4–5 %. Основными странами-производителями пектина являются Швейцария, Германия, Бразилия, Аргентина, Китай и др. В год производится около 30 тыс. т пектина, из которых на долю яблочного и цитрусового пектина приходится 30 и 70 % соответственно. Ведущими мировыми производителями этого продукта являются компании Herbstreith & Fox, Cargill, Danisco, CP Kelco, Yantai Andre Pectin. Последний, по данным Центра инвестиционно-промышленного анализа и прогноза, вырвался в 2012 году в лидеры, заняв 22 % российского рынка.
В Российской Федерации пектин главным образом используется при получении кондитерских желейных изделий (мармелад, зефир), кисломолочных продуктов (йогурты, начинки для йогуртов), хлебобулочных изделий (термостабильные начинки), фруктовых желейных консервов (повидло, конфитюр, джем).
Большое содержание пектина в таких овощах, как свёкла столовая, тыква, морковь, баклажаны, перец, и таких фруктах, как яблоки, айва, вишня, слива, груши, цитрусовые. Овощные и фруктовые соки с мякотью (айвовый, морковный, яблочный, яблочно-клюквенный, яблочно-морковный, томатный, персиковый), фрукты, протёртые с сахаром и его заменителем (крыжовник, яблоки, слива, клубника, смородина), также в составе имеют значительное количество пектина. Обогащают пектином и готовые фруктовые и овощные консервы (икра баклажанная, перец резаный с овощами), мармелад, фруктовые пюре, кисели, сиропы, желе, драже.
Исследования показали, что микроорганизмы могут быть значительно защищены микрокапсулированием и иммобилизацией на различных субстратах, включая молочные белки и полисахариды. Таким образом, клетки остаются внутри капсулирующей матрицы, что благоприятствует жизнеспособности бактерий во время обработки, хранения и прохождения через желудочно-кишечный тракт [28]. Сообщалось о нескольких методах микрокапсулирования для защиты пробиотических бактерий от враждебных условий окружающей среды, включая методы экструзии и эмульсии [5, 88].
Соединения альгиновой кислоты. Альгиновая кислота – полисахарид, вещество резиноподобной консистенции, выделяемое из красных, бурых и некоторых зелёных водорослей. В ламинарии японской (лат. Laminaria japonica) содержание альгиновой кислоты находится в пределах 15–30 %. В воде и многих органических растворителях кислота не растворяется. Использование альгиновой кислоты как загустителя объясняется её способностью поглощать 300 массовых частей воды. Альгиновые кислоты извлекают из водорослей обработкой раствором щёлочи. Полученный раствор альгината очищают. В товарном продукте могут содержаться примеси, попадающие из водорослей и морской воды.
Альгиновая кислота состоит из двух остатков полиуроновых кислот (D-маннуроновой и L-гулуроновой). Соли альгиновой кислоты не перевариваются организмом человека. Соединения альгиновой кислоты в качестве загустителей используются в пищевой промышленности и как компонент лекарственных препаратов в медицине.
Альгинат натрия состоит из остатков маннуроновой и гулуроновой кислот, связанные за счёт 1,4-β-гликозидных связей с небольшими разветвлениями. Водород в карбоксильных группах замещён на калий. Соотношение маннуроновая: гиалуроновая кислота в зависимости от вида водорослей меняется от 1:1,04 до 1:1,9. Формула альгината натрия представлена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Формула альгината натрия
Альгинат натрия выпускается в виде волокнистого желтоватого порошка, гранул или пластинок. Отсутствие аллергенных свойств, выведение солей тяжёлых металлов и радионуклидов объясняет широкое использование альгината натрия. Соединение не вызывает раздражения слизистых оболочек и кожных покровов при контакте.
Калиевая соль альгиновой кислоты состоит из остатков маннуроновой и гиалуроновой кислот, связанные за счёт 1,4-β-гликозидных связей с небольшими разветвлениями. Водород в карбоксильных группах замещён на калий. Соотношение маннуроновая: гиалуроновая кислота меняется в зависимости от вида водорослей от 1:1,04 до 1:1,9. Формула альгината калия представлена на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 – Формула альгината калия
По сравнению с альгиновой кислотой, которая в воде не растворяется, альгинаты натрия и калия образуют в воде коллоидные растворы. При смешивании растворов альгината натрия и растворов с содержанием ионов кальция происходит образование гелей альгината кальция, нерастворимых в воде. Такая способность альгинатов учитывается при производстве различных пищевых продуктов и создании искусственных клеток и микрокапсул. Проведены исследования по возможности доставки в кишечник пробиотиков с использованием альгинатных капсул.
Коллаген встречается в соединительной ткани и обладает такими характеристиками, как низкая токсичность, эластичность, хорошая механическая прочность и низкий иммунный ответ. Из-за этих характеристик и спроса на новые биоматериалы коллаген был описан в биотехнологических применениях. Например, подготовленные мембраны коллагена/фермента для создания биокаталитических реакторов, которые использовались в системе рециркуляции для конверсии
