Chimica degli alimenti e cucina molecolare. Pectina La pectina è un carboidrato idrosolubile e per noi indigeribile. In natura si trova dentro la frutta acerba (in particolare nelle mele e nelle pere), dona ai frutti quell’aspetto duro e legnoso, durante la maturazione entrano in gioco degli enzimi come la pectasi e pectinasi che idrolizzano questo carboidrato, aumentando la quantità di mono e poli saccaridi dentro il frutto e quindi aumentando la dolcezza e diminuendo la durezza. Generalmente la pectina è utilizzata come gelificante alimentare e porta il nome di E440, visto che la sua capacità gelificante è legata alla presenza di zuccheri e al pH acido viene utilizzata generalmente come gelificante di marmellate. Possiede parecchie applicazioni di natura farmaceutica. La pectina è utilizzata all’interno delle diete: le pectine sono catene di carboidrati solubili in acqua ma indigeribili, sono dotate di gruppi funzionali che interagiscono con composti ricchi di cariche elettriche e tendono per questo a essere utilizzati come regolatori della digestione. Oltretutto essendo fibre che regolano lo svuotamento gastrico e regolano allo stesso tempo il transito intestinale, contribuiscono a eliminare gli acidi biliari e riducono sia l'assorbimento che la produzione di colesterolo, diventando cruciali all’interno di una dieta. La pectina peraltro, ritardando l'assorbimento di zuccheri a livello intestinale, ha una funzione stabilizzante dei livelli glicemici. La pectina è presente in quantità variabile nella membrana cellulare della frutta, la sua quantità è determinata dal tipo di frutto e dal suo grado di maturazione; in particolare è estratta da mele, pere e barbabietole. La pectina è un polisaccaride (eterogeneo), composto dall'unione di più monosaccaridi differenti, formato in parte da unità di esosano C6H10O5. In percentuale variabile i gruppi carbossilici sono esterificati con CH3OH. La percentuale di gruppi esterificati, rapportata ai gruppi carbossilici totali prende il nome di grado di esterificazione (Degree of esterification, DE). Mori Guido moriguido@gmail.com www.dcfood.it 1 Chimica degli alimenti e cucina molecolare. Per capire il processo di gelatinizzazione della pectina è necessario comprendere la sua struttura. La pectina è normalmente classificata in base al suo grado di metossilazione (DM). È definito come grado di metossilazione il rapporto tra i gruppi metossilati e quelli acidi liberi presenti sulla catena molecolare della pectina. Esistono principalmente due tipi di pectina: HM (più del 50% di gruppi metossile) e LM (meno del 50% di gruppi metossili). Generalmente in commercio si trova la pectina HM. Vista la presenza dei gruppi metossilici e dei gruppi carbonilici si capisce e si spiega facilmente il suo comportamento: Questo tipo di pectine esprimono il loro miglior comportamento con un pH incluso tra 2,0 e 3,8. A questo pH le interazioni elettrostatiche sono favorite. Con un contenuto di solidi solubili inferiori al 65% le pectine favoriscono i legami a idrogeno con l’acqua e formano delle sostanze molto viscose. Con la presenza di solidi solubili superiore al 65% le pectine formano una sorta di “rete” che intrappola i solidi formando un gel. Cioè se si vuole realizzare una marmellata densa simile a un gel è necessario usare almeno il 65% di frutto e il 35% di sciroppo liquido, il pH dev’essere piuttosto acido e la temperatura abbastanza alta. In pratica: Gelatina pH 2,0-3,8 Alta viscosità pH 2,0-3,8 Mori Guido moriguido@gmail.com www.dcfood.it Solidi solubili superiori al 65% Solidi solubili inferiori al 65% 2 Chimica degli alimenti e cucina molecolare. Nel processo interviene anche il DM: Minore è il DM maggiore è il tempo di presa e minore la possibilità di formare un gel e minore è la temperatura di presa. Approfondimento: La pectina, prodotta secondo un normale processo di estrazione, contiene più del 50% dei gruppi metossilici ed è classificata come pectina ad alto metossile (HM). Modifiche nel processo produttivo oppure un trattamento acido prolungato portano invece alla formazione di pectina a basso metossile convenzionale (LMC) che contiene meno del 50% dei gruppi metossilici. Le condizioni ottimali che favoriscono la gelatinizzazione delle diverse tipologie di pectina sono riportate nella tabella seguente. Le pectine HM sono in grado di formare un gel solo se il contenuto di solidi solubili totali è superiore al 65% e il pH è compreso tra 2,0 e 3,8. Le pectine HM in soluzione acquosa danno origine a sospensioni a elevata viscosità per la formazione di legami a idrogeno tra i gruppi polari della molecola pectica e l’acqua. I centri di carica negativi, originati dai gruppi carbossilici dissociati che tendono a respingersi, mantengono le molecole in sospensione, impedendo la formazione di legami pectina – pectina che sono alla base della formazione del gel. Mori Guido moriguido@gmail.com www.dcfood.it 3 Chimica degli alimenti e cucina molecolare. Minore è il DM, maggiore è il tempo di presa della pectina e minore è la temperatura di presa. Maggiore è la concentrazione dei solidi solubili, minore è l’acqua libera e maggiore è la forza del gel che si ottiene. Le pectine LM sono in grado di gelificare solo alla presenza di cationi polivalenti, generalmente calcio (quantità minima 15 mg Ca++ / g pectina). Le pectine LM sono in grado di formare gel in un ampio intervallo di pH, da 2,6 a 7,0 e con una concentrazione di solidi solubili totali variabile dal 10 al 70%. Il legame con il Ca++ non è una semplice interazione ionica, ma coinvolge legami intermolecolari di tipo chelante, portando alla formazione di aggregati macromolecolari (cavità “egg-box”). Maggiore è la concentrazione di solidi solubili e minore è il pH, maggiore è la reattività della pectina. Inoltre, maggiore è la concentrazione di calcio solubile e minore è il pH, maggiore è la temperatura di presa della pectina. In this section, we will specifically address low-methoxyl pectin and not high-methoxyl pectin. Temperature (gels and melts): LM pectin will hydrate and gel in either cold or hot water. The presence of calcium ions increases viscosity and accelerates gelation. Texture: LM pectin forms a brittle to very brittle gel, but with slightly more "stickiness" than gelatin. Appearance: Clear. Flavor release: Excellent. Mouthfeel: As a gel, it is similar to the texture of gelatin, just slightly more sticky. As a thickener, it adds body with little cling. Freeze / Thaw stable: Yes. Syneresis (weeping): Yes, though syneresis can be reduced with additional calcium. Shearing: Breaks the gel. Hysteresis: no. PH Tolerance: The ideal range appears to be pH 2.5-5.5, though some sources list 2-7. We assume the exact pH at which the pectin will gel depends on calcium. Sugar Tolerance: High sugar concentrations inhibit the formation of a gel. Other Tolerances: Not a good gelling agent for alcohol. Synergies with other ingredients: LM Pectin requires calcium ions to gel properly. Its viscosity will also be increased in the presence of other cations. LM Pectin is synergistic with Locust Bean Gum. Concentration Range: 0.15-3.1% for most applications. In smaller amounts, pectin thickens liquids much like the gelatin in a rich stock. At higher concentrations, pectin forms an increasingly stronger gel. Of note, LM Pectin will form a thermoirreversible gel, which means that it will stay gelled even when heated to temperatures that would normally melt it. This is due to the presence of calcium ions. Read more about thermoirreversibility and pectin here. Dispersion: Disperse in cold water. Hydration: Will only hydrate in the presence of calcium. Ideally, you should add the LM Pectin to a liquid with known low levels of calcium. Then, once the pectin is dispersed, add the calcium source to induce hydration and gelling. A calcium sequestrant may also be used to reduce calcium levels enough that the pectin can disperse. Mori Guido moriguido@gmail.com www.dcfood.it 4 Chimica degli alimenti e cucina molecolare. Setting: a gel will form after the introduction of calcium. Fonti: http://www.molecularrecipes.com/ On Food and Cooking. Harold McGee. www.wikipedia.com Chimica degli alimenti. Aldo Martelli. Mori Guido moriguido@gmail.com www.dcfood.it 5
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