Hidrokoloidi i pektinske supstance u voću i povrću

Prerada voća i povrća zahtijeva dobijanje proizvoda željene teksture , ukusa i ukupnih organoleptičkih svojstava.Za postizanje tih zahtjeva često se koriste tvari kojima se postiže odredjen stupanj želiranja.To su prije svega, aditivi tipa hidrokoloida, medju kojima je najčešće korišteni pektin.Hidrokoloidi su uglavnom prirodnog porijekla i dobijaju se iz biljaka , životinja, mikroorganizama i algi. Veliki broj hidrokoloidnih tvari zbog jedinstvenih teksturalnih, strukturalnih i funkcionalnih svojstava mnogo se koristi u preradi voća i povrća. Hidrokoloidi stabiliziraju emulzije, pjene i suspenzije, te imaju svojstva ugušćivanja. Želatina je protein koji se dobiva iz kolagena, jedan je od malobrojnih nepolisaharidnih stabilizatora koji se mnogo koristi. Svi učinkoviti stabilizatori i ugušćivači su hidrofilni i dispergiraju se u otopina kao koloidi, po čemu su i dobili naziv hidrokoloidi. Opća svojstva korisnih hidrokoloida su značajna topljivost u vodi, sposobnost povećanja viskoznosti i sposobnost tvorbe gela. Specifične uloge hidrokoloida su poboljšanje i stabilizacija teksture, inhibicija kristalizacije (šećer i led), stabilizacija pjena i emulzija, poboljšanje (smanjenje ljepljivosti) glazura na pekarskim proizvodima, te inkapsulacija arome. Hidrokoloidi se koriste u udjelu 2 % ili nižem jer je većina njih ograničeno disperzivna, a poželjna funkcionalnost postiže se i pri ovim koncentracijama. Učinkovitost hidrokoloida uglavnom ovisi o njihovoj sposobnosti da povećaju viskoznost. Ne mogu djelovati kao pravi emulgatori jer nemaju potrebnu kombinaciju jakih hidrofilnih i lipofilnih svojstava u istoj molekuli.

U malim udjelima želatina i druga topljiva sredstva za bistrenje mogu djelovati kao zaštitni koloidi, u višim udjelima mogu uzrokovati precipitaciju, a u još višima precipitacijama može izostati. Za topljivost koloidnih bistrila odgovorne su vodikove veze koje stvaraju s molekulama vode. Molekule bistrila i polifenola mogu se vezati u različitim omjerima koji ili neutraliziraju ili pospješuju hidrataciju i topljivost koloidne čestice. Što je kidanje H-veza između vode i proteina, odnosno polifenola kompletnije, precipitacija je potpunija. Ovo je za očekivati kada je količina otopljenog bistrila jednaka masi tanina koji se uklanjaju.

Pektini se prirodno nalaze u voću i nekim vrstama povrća. Odredjene vrste voća su izrazito bogate pektinima: jabuka, ,narandža ,dunja i sl. Širok dijapazon proizvoda moguće je proizvesti na bazi pektinskog gela ili drugih sredstva za želiranje, a najčšće su to : marmelade, džemovi, voćni želei i brojni konditorski proizvodi.Uvjeti pod kojima nastaje gel su različiti i ovise o temperaturi, pH vrijednosti, sadržaju iona, sadržaju i sastavu otopljene suhe tvari, vrsti i tipu sredstva za želranje.

Hidrokoloidi pojam i značaj

U prirodi ima veoma mnogo koloida, a mnoge tvari već po veličini svojih molekula pripadaju koloidima, kao što su škrob ili bjelančevine. Koloidi se mogu pripremiti disperzijom većih čestica ili kondenzacijom molekularnih otopina. Koloidne čestice mogu biti plinovite, tekuće ili čvrste. Dijelimo ih na:

sole – disperzije čvrstih čestica u tekućini
emulzije – disperzije tekućine u tekućini
gelove – koagulirani oblik koloidnih sustava
aerosole – disperzije čvrstih ili tekućih čestice u plinu
pjene – disperzije plinova u tekućinama ili čvrstim tvarima

Hidrokoloidi nastaju u vodenim otopinama. Prisutni su u voću i povrću ili se mogu koristiti kao aditivi za poboljšanje i regulaciju teksture proizvoda od voća i povrća. Hidrokoloidi nalaze danas široku primjenu u različitim granama prehrambene industrije kao sredstva koja poboljšavaju reološka svojstva hrane posebno viskoznih, visko-elastičnih i elastičnih namirnica. Hidrokoloidi su velika skupina prirodnih biljnih produkata koje imaju sposobnost da u vodi stvaraju gel-formu.to su najčešće različiti biljni sokovi, ekstrakti biljnog sjemena, ekstrakti algi i ekstrakti nekih mikroorganizama. Rapidno bubre vezanjem vode i povećavaju viskozitet tekućina.

Polisahridne gume takodje su vrsta hidrokoloida. Polisaharidne gume su skupina prirodnih ili polusintetskih ugljikohidrata dugih lanaca koji imaju iznimno svojstvo da s vodom tvore posebnu koloidnu disperziju, zbog čega tekućina postaje viskozna, homogena i lako tečljiva. Osim toga, neke gume tvore gel-stanje (galertu), koje se traži u mnogim proizvodima. Zbog toga se često nazivaju i fitokoloidi ili jednostavno gume. Dobivaju se postupkom ekstrakcije iz algi, cijedenjem eksudata iz stabljike ili enzimatskom fermentacijom sjemena odredenih biljnih vrsta ili čak iz korijena pojedinih biljaka. U prehrambenoj tehnologiji našli su mjesto kao cijenjeni aditivi (stabilizatori, ugušćivači, emulgatori), ponajprije stoga što sprečavaju taloženje; a osobito u proizvodima kao što je kakao napitak, sojino mlijeko, juhe, sladoled, smrznuti deserti itd. U polisaharidne gume spadaju karagenan, guar guma, tragakant, guma karaja, aligin, metil-celuloza, pektin i brojni drugi

Tabela 20. Primjeri hidrokoloidai koji se danas koriste u prehrambenoj industriji

	Porijeklo	Vrsta hidrokoloida
1	biljno	pektin, guar, brašno sjemenke rogača
2	mikroorganizmi	ksantan, gellan
3	morske alge aliginati, agar, karagenan
4	modificirani biljni materijali	derivati: celuloze, modificirani škrob
5	biljne izlučine (eksudati):	gumiarabika, gumigati, gumi-karaja, gumi. tragakanti
6	životinjski kolagen	Želatin

Da bi se pravilno odabrao hidrokoloid, ovisno o učinku koji se želi postići u pojedinim prehrambenim proizvodima, treba je voditi računa o:

1.Topljivosti ili disperzibilnosti hidrokoloida i utjecaju pH i temperature,

2.Sposobnosti tvorbe gela i utjecaju temperature, pH i koncentracije

3.Elektrohemijskom ponašanju i njegovom emulzionom djelovanju i stabilnosti proizvoda,

4.Spojivosti s drugim sastojcima u prehrambenom proizvodu,

5.Stabilnosti prema pH, temperaturi i mehaničkom naprezanju,

6.Slaganju s drugim hidrokoloidima

7.Djelovanje na boju, miris i okus proizvoda

8.Otpornost prema djelovanju mikroorganizama

9.Važećim propisima normama za odgovarajuće proizvode i

10.Cijeni.

Vodeći računa o navedenim činjenicama, dodatkom hidrokoloida mogu se dobiti prehrambeni proizvodi znatno boljih reoloških (teksturalnih), organoleptičkih i drugih svojstava.

Pektin – pojam i značaj

Pektini su heterosaharidi koji se nalaze u ćelijskom zidu biljka . Samo ime pektin potječe od grčke riječi «pektos» što u prevodu znači želiran, ukrućen. Pektinske materije predstavljaju visokomolekularna jedinjenja ugljohidratne prirode, vrlo složene strukture. Pektini se medjusobno razlikuju u dužini polimernog lanaca, kompleksnosti, kao i strukturi monosaharidne jedinice. U kiselim uvjetima pektini formiraju gel. Zbog te pojave koriste se kao jestivi agens za želiranje u preradi hrane. Ovaj efekt se koristi u proizvodnji džemova , želea i sličnih proizvoda.

Pektinske supstance nalaze se samo u biljkama i skoro u svim njihovim dijelovima: stablo, krtola, korijen, plod, plodovi gdje imaju važnu biohemijsku i fiziološku funkciju. Pektini se sintetiziraju u biljnoj stanici – golgijevom aparatu i formiraju mrežu u kojoj se smjestavju hemicelulozni polisaharidi biljne stanice. Pektini su važan dio staničnog zida, a razlažu se u prvom stupnju do pektininske i na kraju do pektinske kiseline. Za vrijeme razlaganja voće počinje bivati mekše,a ćelijski zid se deformiše.

Pektinske materije prisutne su u lišću, sjemenu i korijenovom sistemu biljaka. Također, spoljni sloj korijenovih dlačica sastoji uglavnom iz pektina, odnosno Ca- ili Mg-pektinata i pektata, dok je unutrašnja membrana celulozne i hemicelulozne prirode. Smatra se da je adsorptivni kapacitet korijenovih dlačica prema neorganskim jonima u direktnoj zavisnosti od sadržaja Ca-pektata. Koloidni karakter pektinskih materija je od esencijelnog značaja za uspostavljanje odnosa između korijenovog sistema, odnosno korijenovih dlačica i zemljišnog rastvora u njihovoj neposrednoj blizini. Pektinske supstance mogu se ponašati kao tipični izmjenjivači iona i kao takve su od posebnog značaja za transport i izmejnu iona između stanica. Polisaharidi poput galaktana, arabana i škroba su često pratioci pektina.

U stanicama biljaka molekule pektina su čvrsto povezane sa molekulama staničnog zida pa se pektini iz biljke ne mogu ekstrahirati sa vodom. Ovaj u vodi nerastvorljivi oblik pektina se naziva protopektin. Pošto on daje čvrstoću plodovima naziva se još i biljnim cementom, a nalazi se u nezrelim plodovima biljaka . Pektinske supstance ulaze u sastav srednje lamele (midle lamela) koja povezuje (sljepljuje) zidove biljne stanice. Tu se nalaze u obliku Ca- i Mg-soli protopektina, koje su prisutne naročito u nezrelim dijelovima biljaka koji se intenzivno razvijaju. U toku razvoja u međupektinske supstance se inkorporijaju drugi polisaharidi što je karakteristično za sekundarne zidove. Na kraju dolazi i do obrazovanja lignina, što sve zajedno predstavlja poseban hemijski kompleks. U toku razvoja plodova protopektin se akumulira u znatnim količinama. Tako je pokožica mesnatih plodova voća najbogatija u pektinskim materijama. Njihov izraziti sadržaj je u albedu plodova citrusa (limun, narandža, greip-frut). Pektinskim supstancama bogat je korijen šećerne repe, a u visokom stupnju ga sadrže biljna vlakna konoplja, lana.

Tabela 21. Sadržaj pektlna u nekim biljkam a

Biljkna kultura	svježa supstanca	suha supstanca
Jabuka	0. 4 – 2.6	5 – 18
Limun	2.5- 4.1	25- 36
Naranča	2.8- 5.2	27- 39
Šećerna repa	0.8- 1.2	22- 30
Šljiva	0.4- 1.3	6- 18

Hemijska kompozicija. Pektin je polimer koji se sastoji od galakturonske kiseline kao monomera. Glavni lanac polimera može biti kombiniran i sa ramnoznim grupama. Kraboksilne grupe galakturonske kiseline mogu biti esterificirane ili amidirane. Općenito pektin kao polimer galakturonske kiseline može sadržavati tri glavna polisahridna tipa :

poligalakturonan, koji je polimeriziran od ponovljenih Dgalakturoniskih kiselina monosaharidne podjedinice,

ramnogalakturonan koji je alternativno sastavljen od Lramnoze i D- galakturonske kiseline kao podmonomernih jedinica i

ramnogalakturonan koji je kompleks, visoko razgranatih polisahrida

: Galakturonska kiselina

Skeletnu osnovu pektinskih materija predstavlja poligalakturonska kiselina. Ona je polimer ostataka D-galakturonske kiseline, međusobno povezanih 1,4-L-galaktozidnom vezom.

Poligalakturonska kiselina je najprostije jedinjenje ove grupe materija .

: Isječak glavnog lanca poligalakturonske kiseline povezane α-1,4-glikozidnim vezama

Molekularni kostur biljnih pektina je kompleksne građe. On je izgrađen od molekula d-galakturonske kiseline, koje su α-1,4- glikozidnim vezama međusobno spojene u poligalakturonsku kiselinu. Pektinske tvari su velike molekularne težine (23000-71000 kod agruma, 25000-35000 kod jabuka, šljiva i krušaka do 200000- 360000 za jabuke i limune). Pektinske tvari čine : galakturonani i ramnogalakturonani, arabinani, galaktani i arabinogalaktani (1,4β-Dgalaktan i 3,6β-D-galaktan). Karboksilne skupine su djelimično esterificirane metilnim alkoholom, a sekundarne alkoholne skupine mogu biti acetilirane. Osnovni lanac se preko dodatnih (bočnih) veza povezuje sa drugim lancima na razne načine. To je inače normalno kod polisaharida sa dugim i razgranatim lancima i molekulskim asocijacijama. Ove veze mogu biti po svome tipu: etarske, estarske, anhidridne, hidrogenske, itd..

Tako se obrazuju makrormolekule koje imaju tipična koloidna svojstva. Osim prisustva 1,4- galaktozidne veze evidentirano je i prisustvo drugih veza (l,3;1,5). α-1,2-L-ramnozil-α-1,4-Dgalakturonske sekcije sadrže tačke grananja sa pobočnim lancima koji su veličine od 1-20 ostataka, a izgrađeni su uglavnom od neutralnih šećera poput L-arabinoze i D-galaktoze. Zbog prisustva tih neutralnih šećera i zbog prekidanja glavnog lanca ramnozom, pridaje se pektinu karakter heteropolisaharida.

: Prikaz α-1,2-L-ramnozil-α-1,4-D-galakturonske sekcije

Protopektin. To je osnovna supstanca pektinskog kompleksa u biljkama. Sazrijevanje plodova karakterizira se prelaženjem netopivog protopektina u topivi pektin. Ova pojava je izražena kod jabuka u fazi sazrijevanja plodova i praćena je njihovim omekšavanjem. Protopektin je netopiv u vodi. Blagom hidrolizom (kiselom ili baznom, ili pak enzimskom) daje pektininsku kiselinu. Protopektin služi kao početna supstanca za dobivanje pektininske i pektinske kiseline, te pektina. Za ekstrakciju se koristi: albedo citrusa, pulpa jabuka i drugog voća (crna ribizla) i drugi izvori. Vrlo je teško odvojiti protopektin od drugih pratećih supstanci, uglavnom polisaharida koji su netopivi u vodi. U protopektinskom kompleksu prisutno je više oblika hemijskog vezivanja između poligalakturonskog lanca (skelet makromoloknla), acetil ostataka, fosforne kiseline, celuloznog lanca, arabanskih i galaktanskih makromolekula. Smatra se da je čvrsta veza između lanca pektininske kiseline i celuloze glavni razlog njegove nerastvorljivosti u vodi. Treba podvući da interni hemijski i kvalitativni sastav protopektina zavisi od vrste biljke, njenog organa i njegove starosti. Enzim protopektinaza hidrolizira protopektin. Optimum djelovanja je kod pH 3.5-4.0. Kao rezultat ovog procesa nastaje rastvorljivi pektin.

Pektininska kiselina. Pektininska kiselina predstavlja makromolekule poligakturonske kiseline, potpuno ili dijelom esterificirane CH3 grupom. Rastvorljive su u vodi, gdje daju voluminozne rastvore. U prisustvu određene količine šećera njeni vodeni rastvori obrazuju gel sisteme (pektinski žele). Sa kationima metala pektininska kiselina obrazuje soli. Sa vodom daje tipično koloidne sisteme. Ferment pektin-metilesteraza (pektinaza) katalizira hidrolizu pektininske kiseline uz izdvajanje CH3-grupa (deesterifikacija pektininske kiseline). Sadržaj metilnih grupa u makromolekulu pektininske kiseline varira u širokom intervalu i zavisi od broja esterificiranih COOH-grupa u molekuli. Pri potpunoj esterifikaciji sadržaj metilnih grupa iznosi 16.3%. U prirodnim uvjetima on je znatno niži i zavisi od uvjeta ekstrakcije. Postotak metoksila u molekuli pektininske kiseline iz jabuke i citrusa kreće se, u zavisnosti od uvjeta ekstrakcije od 5,8 do 11,6%.

Makromolekule pektininske kiseline mogu biti međusobno povezane preko Ca2+ i Mg2+, koji interakcijom sa COO+ – grupama obrazuju mostove, ostvarujući tako specifičnu „mrežastu“ strukturu pektinskih micela. Enzim pektin-poligalakturonaza (pektinaza, pektolaza) katalizira hidrolitičko razlaganje 1,4-galaktozidnih veza u makromolukulama pektininske i pektinske kiseline, bez ikakvog utjecaja na sadržaj metoksila, tako da se obrazuju poligalakturonske kiseline kraćeg lanca (parcijalna hidroliza), a dijelom se izdvaja slobodna galakturonska kiselina.

Pektininska kiselina nastaje hidrolizom protopektina ( 0.05 N rastvorom tople HCl, a precipitira se etanolom). Može se dobiti i alkalnom hidrolizom sirovog materijala pri čemu se dobivaju preparati visoke molekulske težine. Prečišćavanje preparata postiže se etanolom i eterom.

Pektinska kiselina.To je ustvari poligalakturonska kiselina koja je potpuno slobodna od metoksilnih grupa. Rastvorljiva je u vodi, pri čemu nastaju koloidni rastvori, a sa metalima gradi odgovarajuće soli. Veličina makromolekula varira u zavisnosti od biljnog porijekla. Pektinsku kiselinu hidrolizira pektin-depolimeraza, pri čemu nastaje smjesa poligalakturonskih kiselina niže molekulske težine, bez prisustva slobodne galakturonske kiseline. Ovaj enzim ne katalizira hidrolizu pektininske kiseline, a pH aktivnosti mu je 4,5. Smatra se da ovaj enzim hidrolizira i druge oblike veza u pektinskom kompleksu osim 1,4-galaktozidne veze.

Pektin. Ovaj termin ima više praktičan i komercijalni značaj. On se odnosi na iste supstance koje su definirane pod terminom pektininske kiseline, koje imaju sposobnost da u rastvorima sa šećerom i kiselinama obrazuju žele. Pektinski preparati su prirodna sredstva za želiranje koja služe kao pomoćna sredstva za proizvodnju želiranih proizvoda. Pektinski preparati se stavljaju u promet kao pektin u prahu ili kao pektinski ekstrakt. Pektin u prahu koji se stavlja u promet je praškaste konzistencije i blijedožute do otvoreno mrke boje. Ekstrakt je viskozan i opalescentan rastvor bljedožute do otvorenomrke boje Stepen želiranja se najčešće izražav po Tarr — Beaker-u (SAG — metoda). Deklaracija za pektinske preparate mora sadržati i podatak o stepenu želiranja po Tarr-Beaker-u (SAG — metoda), kao i uputstvo za upotrebu.

Pektinski gelovi

Formiranje pektinskog gela.Pektini imaju izvanredno široku primjenu u prehrambenoj industriji, farmaciji, medicini, proizvodnji emulgatora i drugim granama.Pektinski koloidni rastvori imaju sposobnost obrazovanja čvrstih gelova (žele) u prisustvu nekog dahidratacionog agensa. Obrazovanje pektinskih gelova odvija se najbolje pri pH intervalu od 3.1 do 3.5, a kao dehidratacioni agens koristi se šećer. Žele se obrazuje pri koncentraciji šećera od 65-70 % saharoze ili heksoze, koja koncentracija odgovara približno zasićenom rastvoru saharoze.

pH-interval je vrlo važan za obrazovanje dobrog želea. Tako pri sniženom pH dolazi do pojave sinereze gela, a u alkalnoj sredini obrazuju se slabi gelovi. Količina pektina koja učestvuje u obrazovanju gela kreće se od 0.2 do 1.5 %. Kvalitet želea zavisi od kvaliteta pektinskog preparata, njegovog porijekla i načina ekstrakcije. Komercijalni kvalitet pektina izražava se preko „stupnja ili moći želiranja“. On varira u intervalu od 50 (obično l00) do 500, što uglavnom zavisi od dva faktora:

stupnja eaterifikacije pektina

molekulske težine pektina.

Kao mjera želirajuće moći pektina služi veličina viskoziteta pektina u rastvoru. Demetilirani pektini (pektinska kiselina) nema želirajuća svojstva. Također djelimično metilirana pektininska kiselina daje slabe gelove. Dužina pektinskog lanca također utječe na obrazovanje gela. Pektini kratkog lanca (npr., pektin iz šećerne repe) ima slaba želirajuća svojstva. Soli pektininske kiselina daju pri nižim koncentracijama šećera „mekan“ žele i takvi gelovi se koriste u razne svrhe (proizvodnja krema, i dr.).

Molekulska težina pektina je u zavisnosti od njihovog porijekla i načina ekstrakcije i dosta je različita. Tako pektini iz šećerne repe imaju molekulsku težinu od 20.000 do 25.000; iz jabuka od 90.000 do 300000, a iz citrusa 150 000 do 400 000.

: Funkcionalne groupe pektina

Faktori koji utiču na tendencije formiranja gela.Pektinski gel u pogledu izgradnje gel sistema može biti u poziciji izmedju stanja potpune otopljenosti i percipitacije. Teoretski to podrazumijeva da je segment molekulskog lanca pridružen zajedno ograničenom kristalzacionom formom u trodimenzionalnoj mreži u kojoj se skupa vežu voda šećer i druge otopljene tvari. Formiranje gela, iz stanja gdje je polimer potpuno otpljen je uzrokovano fizičkim i hemijskim promjenama u nastojanju da se smanji topljivost pektina i težnje ka formiranju lokalne kristalizacije. Najvažniji faktori koji utiču na rastvorljivost pektina i tendencije formiranja gela su :

1. temperatura

2. molekularna kompozicija pektina (tip pektina)

3. pH

4. šećer i druge otopljene tvari

5. kalciumovi ioni

: Visokoesterificirani niskoesterificirani pektini i pektini s amidnim grupama

: Pojednostavljeni model molekularne mreže pektinskog gela (osjenčeno područje predstavlja lokalnu kristalizaciju)

Temperatura. Kada se hladi topla otopina koja sadrži pektin, termalna kretanja molekula se smanjuju i njihova tendencija kombinovanja u gel mrežu raste. Svaki sistem koji sadrži pektin pod odredjenim uvjetima želiranja ima ograničeno temperaturno područje u kojem se želatinizacija nikd neće dogoditi.

Tabela 23. Želiranje pektina sa različitim stupnjem esterifikacije (pH = 3.0, koncentacija pektina = 0.43%)

Pektin	Stupanj esterifikacije	Vrijeme želiranja
Pektin	Stupanj esterifikacije	95°C 85°C 75°C 65°C
Brzi	73.5	60 min. 10 min. Pre-gel Pre-gel
Srednji	69.5	Bez gela 40 min. 5 min. Pre-gel
Lagani	64.5	Bez gela Bez gela Bez gela 30 min

Tip pektina. Distribucija hidrofilnih i hidrofobnih groupa u molekuli pektina determinira rastvorljivost i tendenciju stvaranja gela odrdjenog pektina. Stupanj esterifikacije visoko esterificiranih pektina utječe na želirajuća svojstva. Esterska groupa je manje hidrofilna nego acido groupa. Pektin sa visokim stupnjem esterifikacije želira na višoj temperaturi nego visoko esterificirani pektin sa nižim stupnjem esterifikacije. Ova razlika se reflektuje u terminima brzom, srednjem i laganom želiranju predstavljenom na tabeli.

Svojstva i funkcionalnost pektina su determinirani njihovom hemijskom strukturom Na osnovu osobine želiranja pektini se dijele u tri grupe:

1. Visokoesterificirani pektini

2. Niskoesterificirani pektini

3. Pektini s amidnim grupama

Postotak esterificiranih karboksilnih grupa u pektinskim tvarima zove se stupanj esterifikacije. Funkcionalne groupe determiniraju klasifikaciju pektina. Tip pektina može biti diferenciran prema broju esterskih grupa(methoksil groupe). Pektine koji sadrže više od 50% esterskih groupa nazivamo visoko esterificiranim ili VE (HE) pektinima.Pektine koji sadrže manje od 50% esterskih groupa nazivamo ih niskoesterificirani NE (LE) pektinima. Ova dva oblika se jako razlikuju u sposobnosti i mehanizmu želiranja odnosno tvorbe gela. Amidirani pektini su nisko metoksilirani pektini koji takodje sdrže više od 25% amidnih groupa.

Visokoesterificirani pektini imaju udio esterificiranih karboksilnih grupa veći od 50%, tako da reakcija sa Ca-ionima skoro potpuno izostaje. Jačina želiranja je između ostalog zavisna od : sadržaja kiseline (pH treba da je od 2-3.5), tipa pektina, količine topive suhe tvari koja u većini slučajeva treba da je veća od 55 %. Stupanj esterifikacije je u korelaciji brzina stvaranja gelova i tekstura samoga gela, pri inače istim uvjetima. To znači da visokoesterificirani pektini, sa jako visokim stupnjem esterifikacije, brže želiraju od visokoesterificiranih pektina sa nižim stupnjem esterifikacije. Pektini sa manje od 50% esterificiranih karboksilnih skupina su u stanju da želiraju sa Ca-ionima. Za njihovo želiranje nije potrebna tačna količina šećera i kiselina, već kontrolirana količina Ca-iona.

Želiranje se može postići u širem rasponu topive suhe tvari (10-80 %) i u širem području pH (2.5-6.5). Niska pH-vrijednost postiže dodatkom limunske, askorbinske ili vinske kiseline, koje se već nalaze u voću. Askorbinske se kiselina dodaje zbog sprječavanja tamnjenja, dodatka vitamina i sniženja pH. Za jačinu gela su najvažniji: količina pektina, vrsta pektina, količina suhe tvari, pHvrijednost i količina kalcijevih iona.

Pektini s amidnim grupama se deesterificiraju uz pomoć amonijaka. Tokom deesterifikacije se jedan dio esterskih grupa se zamijeni amidnim grupama. Zbog toga se mijenjaju njihove osobine želiranja u odnosu na pektine koji su deesterificirani uz pomoć kiseline. Ovi pektini želiraju jako brzo, zbog čega se i zovu brzoželirajući pektini. Za želiranje ne zahtijevaju veću količinu Ca-iona od one prisutne u voću. Ova vrsta pektina se primjenjuje u rasponu suhe tvari 30-65 % i pH 3.0-4.5. Za proizvode sa količinom suhe tvari manjom od 30 % ne preporučuje se primjena ove vrste pektina.

: Temepratura želiranja i stupanj esterifikacije

: Disocijacija pektina u ovisnosti od pH

Pektin je kiseo sa pK- vrijednosti approx. 3.5. Porast odnosa disociranih acido grupa u odnosu na nedisocirane acido grupe općenito čine molekule pektina više hydrophilnim. Tendencija formiranja gela jako raste padom pH sistema.

Šećer i druge otopljene tvari. Šećer i druge otopljene tvari općenito imaju tendenciju da dehidriraju pektinske molekule u otopini. Iznad 85% otopljene tvari dehidratacioni efekt je tako jak da želatinizacija svakog komercijalnog pektina teško može biti kontrolirana. Visokoeserificirani pektin formira gel kod rastvorive suhe tvari ispod 55 %. Za sve tvari rastvorljive iznad 55 % potrebno je više uzeti u obzir pH-vrijednost.

Kalcium ioni. Za razliku od visoko esterificiranih pektina , niskoestrificirani pektini formiraju gel u prisustvu divalentnih kationa kao što je kalcijum. Kao što je prikazano na slici acid dimetilizirani niskoesterificirani pektin zahtijeva sadrzaj kalcijuma sa optimumom u formiranju gel strukture. Amidirani nisko esterificirajući pektin pokazuje visoku fleksibilnost. Za obje vrste pektina povećanje koncentracijue kalcijuma rezultira povećanjem snage želiranja Povećanje temperature želiranja do tačke preželatinizacije uzokuje naprimjer da se temepratura želiranja zatvara u tačci ključanja .

: Formiranje gela za amidirani i demetilizirani pektin u ovisnosi o sadrzaju Ca iona

Reverzibilni i ireverzibilni pektinski gel. Zbog velikog broja karboksilnih i hidroksilnih grupa pektin se može u vodenim otopinama nalaziti u sol ili gel stanju. U sol stanju molekule pektina su hidratizirane (spojile su se na molekule vode) i pokretljive. U gel stanju molekule pektina su nepokretne ili imobilizirane. Najčešće se pektinske tvari vežu međusobno pomoću vodikovih veza. Te veze mogu biti i ionske i kovalentne. Ako su pektinske tvari vezane slabim vodikovim vezama mogu graditi reverzibilne gelove. To znači da pektinske tvari mogu prelaziti ponovo u sol stanje.

: Reverzibilni pektinski gel

U slučaju da su pektinske tvari vezane ionskim ili kovalentnim vezama tvore ireverzibilne gelove. Sposobnost tvorbe ireverzibilnog pektinskog gela nam omogućuje određivanje količine ili udjela pektinskih tvari. Sastojci pektina su poznati i kao stabilizatori, što znači da su pektini aditivi-stabilizatori i u tu svrhu se koriste u prehrambenoj industriji.

: Ireverzibilni pektinski gel

Destabilizacija pektinskih tvari. Destabilizacija pektinskih tvari se odvija uz pomoć tvari koje se jednim imenom nazivaju pektolitički enzimi. Ovi enzimi mogu destabilizirati pektinske tvari djelujući na glikozidnu ili estersku vezu. Pektinaze ili pektin-depolimeraze djeluju na glikozidnu vezu, dok pektin-esteraze djeluju na estersku vezu. Ovaj postupak destabilizacije pektinskih tvari uz pomoć pektolitičkih enzima se naziva depektinizacija i jako je korisna u procesima proizvodnje bistrih sokova, jer je u njima prisustvo pektinskih tvari nepoželjno. Temperatura na kojoj pektolitički enzimi djeluju je 45-50 °C. Oni vremenom gube svoju enzimsku moć. Da bi se ta moć sačuvala na duže vrijeme moraju se čuvati u hermetički zatvorenim posudama bez prisustva zraka i svjetlosti (ako su u obliku praha) ili na niskim temperaturama u hladnjacima (ako su u obliku tekućina).Enzimska moć pektolitičkih enzima može trajati duže ili kraće, a mora se s vremena na vrijeme povjeriti, pogotovo ako se misle upotrebljavati povremeno u proizvodnji.

Tabela 24. Aditivi – hidrokoloidi

E broj	Naziv aditiva	Funkcionalno Svojstvo	Dopuštenost upotrebe
E416	Karaja guma	Zgušnjivač	voćni nadjevi, preljevi i premazi za pecivo deserti na bazi voća i povrća
E460	Mikrokristalinična celuloza(I)Celuloza u prahu (II)	Zgušnjivač	đem, voćni žele, marmelada i pekmez i ostali slični voćni namazi uključujućiniskokalorične proizvode
E461	Metil celuloza		đem i žele
E463	Hidroksipropil		celuloza citrus baza
E464	Hidroksipropilmet il celuloza		samo prirodno mutnivoćni sirup
E465	Metiletil celuloza		deserti na bazi voća i povrća
E466	Na karboksimetil celuloza		umaci (uključujući kečap i slične proizvode)
E405	Propilenglikolalgi nat	Zgušnjivač	preradevine voca i povrca
		emulgator	mase za punjenje , preljevi
E509	Kalcijev klorid	regulator kiselosti	sterilizirano voće i povrće
E440	Pektin	stabilizator,tvar za želiranje,tvar za učvrišćivanje tkiva voća	đem, voćni žele, marmelada i pekmez i drugi slični voćni namazi uključujući niskokalorične proizvode
E400	Alginska kiselina	zgušnjivač	đem, žele, marmelada i
E401	Natrijev alginat	zgušnjivač	pekmez i drugi slični proizvodi
E402	Kalijev alginat	zgušnjivač	voćni namazi uključujući niskokalorične proizvode(osim extra đema i extraželea), punjene masline, citrus baza,deserti na bazi voća i povrća,umaci na bazi voća i povrća (uključujući kečapi slične proizvode)
E403	Amonijev alginat
E404	Kalcijev alginat
E406	Agar
E407	Karagenan
E410	Karuba guma
E412	Guar guma
E415	Ksantan guma
E418	Gellan guma
E440	Pektin	Amidirani pektin	zgušnjivač đem, voćni žele, marmelada, pekmez drugi slični voćni proizvodi

Zaključci

Pektini su najčešće industrijski primjenjivani aditivi koji maju svojstvo stvaranja hidrokolidne konzistencije u proizvodima od voća i povrća. Osim pektina koriste s i drugi hidrokoloidi kao što su: guar, brašno sjemenke rogača, ksantan, gellan, aliginati, agar, karagenan, derivati celuloze, modificirani škrob, gumiarabika, gumigati, gumikaraja, gumitragakanti, želatina i drugi. Svi imaju svojstvo da grade hidrokoloide. Pektini i drugi hidrokoloidi kao aditivi – dodaci se koriste u proizvodnji džema, voćnih želea, marmelada i drugih sličnih voćnih namazi uključujući niskokalorične proizvode, ekstra džemove, ekstra žele i zaslađeni pire i druge prerađevine voća i povrća.

Za postizanje želiranja moraju se poznavati želirajuća svojstva upotrebljenog sredstva za želiranje kao i obezbijediti odgovarajući uvjeti kao što sutemperatura, pH vrijednost, suha tvar, sadržaj šećera itd.

Literatura

1. Peterson, M.S., Johnson, A.H.: Encyclopedia of Food Science. The Avi publishing company, Inc., Vestport, Conneticut, 1978.

2. Paul, P.C., Palmer, H.H.: Food Theory and Applications. Joh

Wiley &Sons, Inc., 1972.

3. Potter, N.N.: Food science. The Avi publishing company, Inc.,

Vestport, Conneticut, 1978.

4. Canjura, F.L., Schwartz, S.J.: Separation of chlorophyll compounds and their polar derivatives by HPLC. J. Agric. Food Chem., 39, 1102-1105, 1991. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

5. Loef, H.W., Thung, S.B.: Ueber den Einfluss von Chlorophyllase auf die Farbe von Spinat waehrend und nach der Verwertung. Z. Lebensm. Forsh., 126, 401-406, 1965. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

6. Schwartz, S.J., Lorenzo, T.V.: Chlorophyll stability during aseptic processing and storage. J. Food Sci. 56, 1056-1062, 1991.

7. Jones, I.D., White, R.C., Gibbs E., Butler, L.S., Nelson, L.A.: Experimental formation of zinc and copper complexes of chlorophyll derivates in vegetable tissue by thermal processing. J. Agric. Food Chem., 25, 149-153, 1977. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

8. Tan, C.T., Francis, F.J.: Effect of processing temperature on pigments and color of spinach. J. Food. Sci., 27, 232-240, 1962.

9. Buckle, K.A., Edwards, R.A.: Chlorophyll: Color and pH changes in HTST processed green pea puree. J. Food Technol. 5, 173-186, 1979. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

10. Gross, J.: Pigments in Vegetables: Chlorophylls and Carotenoids, Van Nostrand Reinhold, New York, 1991. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

11. Perry, A.D., Horgan, R.: Abscisic acid biosythesis in roots: The identification of potential abscisic acid precursors, and other carotenoides. Planta 187, 185-191, 1992. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

12. Peiser, C.Y., Yang, S.F.: Sulfite-mediated destruction of β- karoten. J. Agric. Food Chem. 27, 446-449, 1979. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

13. Ben Aziz, A., Grossman, S., Ascarelli, I., Budowski, P.: Carotenbleaching activities of lipoxygenase and heme proteins as studied by a direct spectrophotometric method. Phytochemistry. 10, 1445-1452, 1971. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

14. Burton, G.W., Ingold, K.U.: Beta-carotene: An unusual type of lipid antioxidant. Science, 224, 569-573, 1984. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

15. Sies, H.: Antioxidant functions of vitamins: Vitamins E i C, betacarotene and other carotenoids. Ann. NY Acad. Sci. 669, 7-20, 1992. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

16. Davies, W.J., Zhang, J.: Root signals and the regulation of growth and development of plants in drying soil. Annu. Rev. Mol. Biol. 42, 55-76, 1991. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

17. Huang, A.S., Von Elbe, J.H.: Effect of pH on the degradation and regeneration of betanin. J. Food Sci. 52, 1689-1698, 1987.

18. Francis, F.J.: Antocyanins, Curent aspects of food colorants, CRC Press, Cleveland, OH, pp. 19-27, 1977. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

19. Markakis, P.: Stability of antocyanins in foods, in Antocyanins as Food Colors (P. Markakis, ed.), Academic Press, New York, pp. 163-180, 1982. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

20. Goodman, L.P., Markakis, P.: Sulfur dioxide inhibition of antocyanin degradation by phenolase. J. Food Sci. 130, 135-137, 1965. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996.

21. Pedreno, M.A., Escribano, J.: Correlation between antiradical activity and stability of betanine from L roots under different pH, temperature and light conditions. J. Sci. Food Arric. 81, 627-631, 2001. cit. u Von Elbe, J.H., Schwartz S.J.: Colorants in Fennema, O.R.: Food Chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, 1996

22. . 1. W. Fogarthy and C.T.Kelly, Microbial Enzymes and Biotechnology, Elsevier Applied Science, London and New York, 1990.

23. Biocatalysis in Organic Media, Proceedings of an International Symphosium organized under Auspices of the Working Party on Applied Biocatalysis of EFB, Wageningen, 7-10 Dezember 1986, Elsevier Science

24. W.Bains, Biotechnology from A to Z, Second Edition, Oxford, New York and Tokyo, Oxford University Press, 1998.

25. J.M.S.Cabral, D.Best, L.Boross and J.Tramper, Applied Biocatalysis, Harwood academic publishers, Switzerland, 1994.

26. D.Šubarić: Inhibicija polifenoloksidaze u svrhu sprečavanja enzimskog posmedjivanja,Doktorski rad ,Pregrambeno, 1999

27. http://www.hzjz.hr/zdr_ekologija/priopcenja/arome/podjela.htm

28. http://www.agsci.ubc.ca/courses/fnh/410/colour/3_70.html

29. http://www.agsci.ubc.ca/courses/fnh/410/colour/4_40.htm

30. http://www.agsci.ubc.ca/courses/fnh/410/colour/3_30.htm

31. http://www.botgard.ucla.edu/html/botanytextbooks/generalbotany/shootfeatures/generalstructure/leafcolor/a0896tx.html

32. http://fn.cfs.purdue.edu/bot/VideoConferencePres/Ferruzzi10-29- 02.pdf

33. http://www.agsci.ubc.ca/courses/fnh/410/colour/3_22.htm

34. http://metallo.scripps.edu/PROMISE/1MBO.html#Fig

35. http://metallo.scripps.edu/PROMISE/1BBB.html#Fig