เพคติน
เพคติน ( ภาษากรีกโบราณ: πηκτικός pēktikós : 'จับตัวเป็นก้อน' และ 'จับตัวเป็นก้อน') เป็นเฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์ ซึ่งเป็นพอ ลิเมอร์โครงสร้างที่อยู่ในผนังเซลล์และชั้นกลางของพืชบก [ 1 ] ส่วนประกอบทางเคมีหลักของเพคตินคือกรดกาแลคทูโรนิก ( กรดน้ำตาลที่ได้จากกาแลคโตส ) เพคตินที่ผลิตในเชิงพาณิชย์เป็นผงสีขาวถึงสีน้ำตาลอ่อน ผลิตจากผลไม้ตระกูลส้มเพื่อใช้เป็นสารก่อเจล ที่รับประทานได้ โดยเฉพาะในแยมและเยลลี่ ไส้ขนมหวาน ยา และลูกอม
ชีววิทยา
ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
เพคตินถูกแยกและอธิบายโดยอองรี บราคอนโนต์ในปี พ.ศ. 2468 [ 2 ]เขาแสดงให้เห็นว่าเพคตินมีอยู่ในใบ ลำต้น และผลของพืชหลายชนิด ลูกแพร์ แอปเปิล ฝรั่ง ลูกควินซ์ ลูก พลัมกูสเบอร์รี่ และส้มและผลไม้ตระกูลส้มอื่นๆ มีเพคตินในปริมาณมาก ในขณะที่ผลไม้เนื้ออ่อน เช่น เชอร์รี่ องุ่น และสตรอว์เบอร์รี่ มีเพคตินในปริมาณน้อยกว่า[ 3 ]
ปริมาณเพคตินโดยทั่วไปในผลไม้และผักสดมีดังนี้:
เพคตินประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์เชิงซ้อนที่มีอยู่ในผนังเซลล์ปฐมภูมิของพืช และมีปริมาณมากในส่วนสีเขียวของพืชบก[ 4 ] เพคตินเป็นส่วนประกอบหลักของชั้นกลาง (middle lamella ) ซึ่งทำหน้าที่ยึดเซลล์เข้าด้วยกัน เพคตินถูกสะสมเข้าไปในผนังเซลล์โดยกระบวนการเอ็กโซไซโทซิสผ่านทางเวสิเคิลที่ผลิตในเครื่องมือของกอลจิ [ 5 ] ปริมาณโครงสร้าง และองค์ประกอบทางเคมีของเพคตินจะแตกต่างกันไปในแต่ละพืช ภายในพืชเดียวกันในช่วงเวลาต่างๆ และในส่วนต่างๆ ของพืช เพคตินเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ของผนังเซลล์ที่สำคัญ ซึ่งช่วยให้ผนังเซลล์ปฐมภูมิขยายตัวและพืชเจริญเติบโต[ 6 ]ในระหว่างการสุก ของผลไม้ เพคตินจะถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์เพคติเนสและเพคติเนสซึ่งในกระบวนการนี้ ผลไม้จะนิ่มลงเนื่องจากชั้นกลางแตกตัวและเซลล์แยกออกจากกัน[ 7 ]กระบวนการแยกเซลล์ที่คล้ายกันซึ่งเกิดจากการสลายตัวของเพคตินเกิดขึ้นในบริเวณการหลุดร่วงของก้านใบของ พืช ผลัดใบเมื่อใบไม้ร่วง
โภชนาการของมนุษย์
เพคตินเป็นส่วนประกอบตามธรรมชาติของอาหาร มนุษย์ และแม้ว่าจะไม่ถูกย่อยในลำไส้เล็ก แต่จะถูกหมักในลำไส้ใหญ่ มีผลดีต่อการลดระดับคอเลสเตอรอล LDL โดยรวม รวมถึงลดระดับน้ำตาลในเลือดหลังรับประทานอาหาร[ 8 ]ปริมาณเพคตินที่ได้รับต่อวันจากผักและผลไม้สามารถประมาณได้ประมาณ 5 กรัม หากบริโภคผักและผลไม้ประมาณ 500 กรัมต่อวัน
ในกระบวนการย่อยอาหารของมนุษย์ เพคตินจะจับกับคอเลสเตอรอลในทางเดินอาหารและชะลอการดูดซึมกลูโคสโดยการดักจับคาร์โบไฮเดรต ดังนั้นเพคตินจึงเป็นใยอาหาร ที่ละลายน้ำได้ ในหนูเบาหวานที่ไม่อ้วน (NOD)พบว่าเพคตินเพิ่มอุบัติการณ์ของโรคเบาหวานชนิดที่ 1 ที่เกิดจากภูมิคุ้มกันตนเอง[ 9 ]
การศึกษาพบว่าหลังจากรับประทานผลไม้ ความเข้มข้นของเมทานอลในร่างกายมนุษย์เพิ่มขึ้นมากถึงหนึ่งอันดับเนื่องจากการสลายตัวของเพคตินธรรมชาติ (ซึ่งถูกเอสเทอริไฟด์ด้วยเมทานอล) ในลำไส้ใหญ่ [ 10 ]
การบริโภคเพคตินแสดงให้เห็นว่าสามารถลดระดับคอเลสเตอรอล LDL ในเลือดได้เล็กน้อย (3–7%) ผลกระทบขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของเพคติน เพคตินจากแอปเปิลและส้มมีประสิทธิภาพมากกว่าเพคตินจากใยเนื้อส้ม[ 11 ]กลไกดูเหมือนจะเป็นการเพิ่มความหนืดในทางเดินอาหาร ซึ่งนำไปสู่การลดการดูดซึมคอเลสเตอรอลจากน้ำดีหรืออาหาร[ 12 ]ในลำไส้ใหญ่และลำไส้ส่วนปลาย จุลินทรีย์จะย่อยสลายเพคตินและปลดปล่อยกรดไขมันสายสั้นที่มีผล ดีต่อ พรีไบโอติก[ 13 ]
อื่น
มีการสังเกตว่าเพคตินมีหน้าที่ในการซ่อมแซม DNA ของเมล็ดพืชบางชนิด โดยเฉพาะพืชทะเลทราย[ 14 ]ฟิล์มผิวที่มีเพคตินเป็นองค์ประกอบหลักจะสร้างชั้นเมือกที่กักเก็บน้ำค้าง ซึ่งช่วยให้เซลล์ซ่อมแซม DNA ได้[ 15 ]
เคมี
คำจำกัดความและโครงสร้าง
เพคตินเป็นเฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์ ที่มี กรด D-galacturonicสัดส่วนสูง(≈ 65%) ในหน่วยซ้ำ[ 16 ] เนื่องจาก สายโซ่หลักของพอลิเมอร์ประกอบด้วยα-L-rhamnoseนอกเหนือจากกรด galacturonic ชื่อระบบของเพคตินจึงเป็นกรด rhamno-galacturonic การรวมหน่วย rhamnose เข้าไปทำให้สายโซ่ poly(galacturonic acid) ที่เป็นเส้นตรงเกิดการบิดเบี้ยว (หรือ "รอยหัก") หน่วย rhamnose จำนวนมากในเพคตินมีโซ่ข้างแบบโอลิโกเม อร์ ของน้ำตาลที่เป็นกลาง เช่นอาราบิโนสกา แลคโต สหรือไซโลสส่วนที่แตกแขนงเหล่านี้เรียกว่าบริเวณ "มีขน" ในขณะที่ส่วนที่ไม่แตกแขนงซึ่งประกอบด้วยกรด galacturonic เป็นหลักเรียกว่าบริเวณ "เรียบ" โดยรายละเอียดเพิ่มเติม บริเวณที่มีขนและบริเวณเรียบสามารถแบ่งออกเป็นโดเมนโครงสร้างที่แตกต่างกัน (ซึ่งมีอยู่ในโมเลกุลเพคตินเดียวกัน) ได้แก่ บริเวณเรียบประกอบด้วยโฮโมกาแลคทูโรแนน (HG) ไซโลกาแลคทูโรแนน (XGA) และอะพิโอกาแลคทูโรแนน (APGA) ในขณะที่บริเวณที่มีขนประกอบด้วยแรมโนกาแลคทูโรแนน I (RG-I) และแรมโนกาแลคทูโรแนน II (RG-II) [ 17 ]
หมู่คาร์บอกซิลของกรดโพลีแกลแลคทูโรนิกมักจะถูกเอสเทอริไฟด์ด้วยเมทานอลหรือกรดอะซิติกระดับของการเอสเทอริไฟด์และอะซิทิเลชันจะแตกต่างกันไปตามแหล่งที่มาของเพคติน และมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางเคมี ดังนั้นเพคตินจึงถูกจัดประเภทตามระดับของการเมทิลเลชัน (DM) และระดับของการอะซิทิเลชัน (DA) ซึ่งแสดงถึงอัตราส่วนของกรดแกลแลคทูโรนิกที่ถูกเอสเทอริไฟด์ (เมทิลเลชันหรืออะซิทิเลชัน) ต่อกรดแกลแลคทูโรนิกทั้งหมด ในเชิงฟังก์ชัน เพคตินแบ่งออกเป็นสามประเภท: [ 18 ]
- กรดเพคติก : ระดับการเติมหมู่เมทิลน้อยกว่า 5% (DM<5)
- เพคตินที่มีการเติมหมู่เมทิลอย่างอ่อน (LM) : ระดับการเติมหมู่เมทิลน้อยกว่า 50% (DM<50)
- เพคตินที่มีการเติมหมู่เมทิลในระดับสูง (HM) : ระดับการเติมหมู่เมทิลมากกว่า 50% (DM>50)
เพคตินที่เติมหมู่เอไมด์แสดงความทนทานต่อความเข้มข้นของแคลเซียมที่เปลี่ยนแปลงได้ดีขึ้น ในขณะที่เพคตินที่เติมหมู่ไทออล ซึ่งสามารถสร้างพันธะไดซัลไฟด์ได้ แสดงคุณสมบัติการก่อเจลที่เหนือกว่า ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการใช้งานในด้านเภสัชกรรมและอาหาร
โมโนเมอร์หลักของสายโซ่: กรดกาแลคทูโรนิก (GalA; กรดน้ำตาล)
โมโนเมอร์สายหลัก: Rhamnose (Rha)
โมโนเมอร์ของโซ่ข้าง: กาแลคโตส (Gal)
โมโนเมอร์ของโซ่ข้าง: อาราบิโนส (Ara)
โมโนเมอร์ของโซ่ข้าง: ไซโลส (ไซโลส)
| ลักษณะโครงสร้างของเพคตินชนิดต่างๆ |
|---|
 ส่วนหนึ่งของสายโซ่หลักของ เพคติน : โพลี-α-(1→4)-กรดกาแลคทูโรนิก |
 ส่วนของสายโซ่หลักของเพคตินที่ถูกเอสเทอริฟายบางส่วน |
 แรมโนกาแลคทูโรแนน: โครงสร้างหลักที่มี "รอยหักงอ" เนื่องจากการรวมตัวของแรมโนส |
โดเมนโครงสร้าง
เพคตินมีบริเวณที่ 'เรียบ' และ 'มีขน' สลับกัน โดยบริเวณ 'มีขน' แทนแรมนอกาแลคทูโรแนน I และแรมนอกาแลคทูโรแนน II ที่มีกิ่งก้านสาขา และบริเวณ 'เรียบ' สอดคล้องกับโครงสร้างหลักของโฮโมกาแลคทูโรแนนแบบเส้นตรง[ 19 ]โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพคตินประกอบด้วยโดเมนที่มีกรดกาแลคทูโรนิกที่แตกต่างกัน ได้แก่ โฮโมกาแลคทูโรแนน (HG) แรมนอกาแลคทูโรแนน I (RG-I) และแรมนอกาแลคทูโรแนน II (RG-II) ซึ่งแตกต่างกันในองค์ประกอบของน้ำตาลและรูปแบบการเชื่อมต่อ นอกจากนี้ ไซโลกาแลคทูโรแนน (XGA) และอะพิโอกาแลคทูโรแนน (APGA) มักถูกพิจารณาว่าเป็นเพคตินเนื่องจากมีโครงสร้างหลักเหมือนกับโฮโมกาแลคทูโรแนน[ 17 ]
โฮโมกาแลคทูโรแนนเป็นโฮโมพอลิเมอร์เชิงเส้นของ หน่วยย่อยกรด D-กาแลคทูโรนิกที่เชื่อมต่อด้วย α- (1 → 4) ซึ่งประกอบเป็น เพคตินประมาณ 65% [ 20 ]โดยทั่วไป โฮโมกาแลคทูโรแนนประกอบด้วยโมโนเมอร์ของหน่วยย่อยกรด D-กาแลคทูโรนิกในสายยาวอย่างน้อย 72 ถึง 100 หน่วยย่อยที่เชื่อมต่อกัน[ 17 ]
แรมนอกาแลคทูโรแนน I เป็นไดแซ็กคาไรด์ที่ซ้ำกันของ [→4- α -D-GalA-(1 → 2)- α -L-Rha-(1→] กล่าวคือโคพอลิเมอร์สลับของกรดกาแลคทูโรนิกและแรมโนส โดยมี ตำแหน่ง O-4 จำนวนมาก ที่มีน้ำตาลกลางอื่นๆ เช่นD-กาแลคโตสหรือL-อะราบิโนส [ 21 ] ความยาวของโครงสร้างหลักของแรมนอกาแลคทูโรแนน I อยู่ที่ประมาณ 100 ถึง 300 หน่วยที่ซ้ำกัน โซ่ข้างจะแตกต่างกันไปตามแหล่งที่มาของพืช เช่น อะราบิแนน, β -(1 → 4)-กาแลคแทน, อะราบิโนกาแลคแทนชนิดที่ 1 (AG-I) และอะราบิโนกาแลคแทนชนิดที่ 2 (AG-II) อะราบิแนนประกอบด้วย โครงสร้างหลักของ L-อะราบิโนสที่เชื่อมต่อด้วย α -(1 → 5) ซึ่งมักจะถูกแทนที่ด้วยα -L-อะราบิโนสในการเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน AG-I ประกอบด้วย ประกอบด้วยโครงสร้างหลัก ของD-galactose ที่เชื่อมต่อแบบβ -(1 → 4) โดยมีสารตกค้าง α -L-arabinose ติดอยู่กับ ตำแหน่ง O-3 กา แลคโตสปลายสุดของβ -(1 → 4) galactan มักจะเชื่อมต่อกับ L-arabinose ด้วย พันธะไกลโคไซด์ α -(1 → 5) อาราบิโนกาแลคแทนชนิดที่ 2 ประกอบด้วย โครงสร้างหลักของ D-Gal ที่เชื่อมต่อแบบ β -(1 → 3) ซึ่งมีโซ่ข้างสั้นๆ ของα -L-Ara-(1 → 6)-[ β -D-Gal-(1 → 6)]n สารตกค้างกาแลคโตซิลของโซ่ข้างสามารถถูกแทนที่ด้วย สารตกค้าง L-arabinose ที่เชื่อมต่อแบบ α -(1 → 3) [ 22 ]อาราบิโนกาแลคแทนชนิดที่ 2 ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับโปรตีน (3–8 %) ซึ่งเรียกว่าโปรตีนอาราบิโนกาแลคแทน (AGPs) ซึ่งอุดมไปด้วยโพรลีน/ไฮดรอกซีโพรลีน อะลานีน เซรีน และทรีโอนีน[ 23 ]หมู่กรด D-galacturonic ในโครงสร้างหลักของ rhamnogalacturonan I อาจมี O-acylated สูงที่O-2และ/หรือO-3แต่โดยปกติแล้วจะไม่มีการเอสเทอริฟายด์ด้วยเมทิลหมู่กรดเฟรูลิกใน rhamnogalacturonan I อาจเชื่อมต่อด้วยเอสเทอร์กับO-2ของหมู่ arabinose และกับ O-6 ของหมู่ galactose [ 17 ]
เพคตินอีกประเภทหนึ่งที่มีโครงสร้างคล้ายกันคือแรมนอกาแลคทูโรแนน II (RG-II) ซึ่งเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีกิ่งก้านสาขาจำนวนมากและซับซ้อนกว่า[ 24 ]แรมนอกาแลคทูโรแนน II ถูกจัดอยู่ในกลุ่มของกาแลคทูโรแนนที่ถูกแทนที่โดยผู้เขียนบางท่าน เนื่องจากโครงสร้างหลักของแรมนอกาแลคทูโรแนน II ประกอบด้วย หน่วยกรด D-กาแลคทูโรนิก เท่านั้น [ 17 ]
น้ำหนักโมเลกุล
น้ำหนักโมเลกุลของเพคตินที่แยกได้จะแตกต่างกันอย่างมากตามแหล่งที่มาและวิธีการแยก[ 25 ]มีรายงานค่าต่ำสุดที่ 28 kDa สำหรับกากแอปเปิล[ 26 ]จนถึง 753 kDa สำหรับเปลือกมันเทศ[ 27 ]
การเปลี่ยนตัว
ในธรรมชาติ ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของกลุ่มคาร์บอกซิลของกรดกาแลคทูโรนิกจะถูกเอสเทอริ ไฟด์ ด้วยเมทานอลสัดส่วนนี้จะลดลงในระดับที่แตกต่างกันระหว่างการสกัดเพคติน เพคตินถูกจัดประเภทเป็นเพคตินที่มีเมทอกซีสูงและต่ำ (เพคติน HM สั้นเทียบกับเพคติน LM) โดยมีกรดกาแลคทูโรนิกที่ถูกเอสเทอริไฟด์มากกว่าหรือน้อยกว่าครึ่งหนึ่ง[ 28 ]อัตราส่วนของกรดกาแลคทูโรนิกที่ถูกเอสเทอริไฟด์ต่อกรดกาแลคทูโรนิกที่ไม่ถูกเอสเทอริไฟด์จะเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมของเพคตินในการใช้งานด้านอาหาร – เพคติน HM สามารถก่อตัวเป็นเจลได้ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดเมื่อมีน้ำตาลเข้มข้นสูง ในขณะที่เพคติน LM ก่อตัวเป็นเจลโดยการโต้ตอบกับแคตไอออนสองวาเลนต์ โดยเฉพาะCa 2+ตามแบบจำลอง 'กล่องไข่' ในอุดมคติ ซึ่งมีการสร้างสะพานไอออนระหว่างไอออนแคลเซียมและกลุ่มคาร์บอกซิลที่แตกตัวเป็นไอออนของกรดกาแลคทูโรนิก[ 29 ] [ 30 ] [ 28 ]
หน่วยกรดกาแลคทูโรนิกที่ไม่เป็นเอสเทอร์อาจเป็นกรดอิสระ (หมู่คาร์บอกซิล) หรือเกลือกับโซเดียม โพแทสเซียม หรือแคลเซียม เกลือของเพคตินที่เป็นเอสเทอร์บางส่วนเรียกว่าเพคติเนต หากระดับการเป็นเอสเทอร์ต่ำกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ เกลือจะเรียกว่าเพคเตต ซึ่งเป็นรูปแบบกรดที่ไม่ละลายน้ำ เรียกว่ากรดเพคติก[ 18 ]
พืชบางชนิด เช่นบีทน้ำตาลมันฝรั่ง และลูกแพร์ มีเพคตินที่มีกรดกาแลคทูโรนิกที่ถูกอะซิทิเลตแล้ว นอกเหนือจากเมทิลเอสเทอร์ การอะซิทิเลตช่วยป้องกันการเกิดเจล แต่เพิ่มประสิทธิภาพในการทำให้คงตัวและทำให้เกิดอิมัลชันของเพคติน
เพคตินอะมิเดตเป็นเพคตินรูปแบบดัดแปลง โดยกรดกาแลคทูโรนิกบางส่วนจะถูกแปลงด้วยแอมโมเนียเป็น กรด คาร์บอกซิลิกอะไม ด์ เพคตินเหล่านี้ทนต่อความเข้มข้นของแคลเซียมที่เปลี่ยนแปลงได้ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการใช้งานได้ดีกว่า[ 31 ]
เพคตินที่มีหมู่ไทออลแสดงคุณสมบัติการก่อเจลที่ดีขึ้นอย่างมาก เนื่องจากไทโอเมอร์ นี้ สามารถเชื่อมโยงกันได้ผ่าน การสร้างพันธะ ไดซัลไฟด์คุณสมบัติการก่อเจลที่สูงเหล่านี้เป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานทางเภสัชกรรมและการใช้งานในอุตสาหกรรมอาหารต่างๆ[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]
เพคตินที่ผ่านกระบวนการอะมิเดชันมีคุณสมบัติคล้ายกับเพคตินที่มีเอสเทอร์ต่ำ แต่ต้องการแคลเซียมในปริมาณน้อยกว่าและทนต่อแคลเซียมส่วนเกินได้ดีกว่า นอกจากนี้ เจลที่ทำจากเพคตินที่ผ่านกระบวนการอะมิเดชันยังสามารถเปลี่ยนสถานะกลับได้ด้วยความร้อน กล่าวคือ สามารถให้ความร้อนและเมื่อเย็นลงก็จะแข็งตัวอีกครั้ง ในขณะที่เจลเพคตินแบบดั้งเดิมจะยังคงเป็นของเหลวหลังจากนั้น
การเกิดเจล
ในเพคตินที่มีเมทอกซีสูง ซึ่งมีปริมาณของแข็งที่ละลายได้มากกว่า 60% และค่า pH ระหว่าง 2.8 ถึง 3.6 พันธะไฮโดรเจนและปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิกจะยึดสายโซ่เพคตินแต่ละสายเข้าด้วยกัน พันธะเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อน้ำถูกจับโดยน้ำตาลและบังคับให้สายเพคตินเกาะติดกัน ทำให้เกิดโครงข่ายโมเลกุลสามมิติที่สร้างเจลระดับมหภาค กลไกการเกิดเจลนี้เรียกว่าเจลที่มีกิจกรรมของน้ำต่ำหรือเจลน้ำตาล-กรด-เพคติน
ในขณะที่เพคตินที่มีเมทอกซีต่ำต้องการแคลเซียมในการก่อตัวเป็นเจล แต่ก็สามารถก่อตัวได้ที่ปริมาณของแข็งที่ละลายได้ต่ำกว่าและค่า pH สูงกว่าเพคตินที่มีเมทอกซีสูง โดยปกติแล้วเพคตินที่มีเมทอกซีต่ำจะก่อตัวเป็นเจลในช่วงค่า pH ตั้งแต่ 2.6 ถึง 7.0 และมีปริมาณของแข็งที่ละลายได้ระหว่าง 10 ถึง 70%
ในการเตรียมเจลเพคติน ส่วนผสมจะถูกให้ความร้อนเพื่อละลายเพคติน เมื่อเย็นตัวลงต่ำกว่าอุณหภูมิการเกิดเจล เจลจะเริ่มก่อตัว หากการเกิดเจลรุนแรงเกินไป จะทำให้ เกิด การแยกตัวของน้ำหรือเนื้อสัมผัสเป็นเม็ด ในขณะที่การเกิดเจลที่อ่อนแอเกินไปจะทำให้เจลนิ่มเกินไป
เพคตินที่มีเอสเทอร์สูงจะจับตัวเป็นเจลที่อุณหภูมิสูงกว่าเพคตินที่มีเอสเทอร์ต่ำ อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาการจับตัวเป็นเจลกับแคลเซียมจะเพิ่มขึ้นเมื่อระดับเอสเทอริฟิเคชันลดลง ในทำนองเดียวกัน ค่า pH ที่ต่ำลงหรือปริมาณของแข็งที่ละลายได้สูงขึ้น (โดยปกติคือน้ำตาล) จะทำให้ความเร็วในการจับตัวเป็นเจลเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงสามารถเลือกเพคตินที่เหมาะสมสำหรับแยมและเยลลี่ หรือสำหรับเยลลี่ขนมหวานที่มีน้ำตาลสูงได้
เพคติเนส
เพคติเนสเป็นกลุ่มของเอนไซม์ที่ย่อยสลายเพคติน เพคตินมีส่วนช่วยในการยึดเกาะของเซลล์และความแข็งแรงของผนังเซลล์ ดังนั้นเพคติเนสจึงมีบทบาทในการทำให้เนื้อเยื่อพืชอ่อนตัวลงเมื่อไฮโดรไลซ์พันธะไกลโคไซด์ในเพคติน เพคติเนสเกิดขึ้นตามธรรมชาติในจุลินทรีย์หลายชนิด รวมถึงแบคทีเรียและเชื้อรา และยังผลิตโดยพืชเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเจริญเติบโตตามปกติ การสุกของผลไม้ และการเน่าเปื่อยของพืช[ 17 ]
ในภาคอุตสาหกรรม เอนไซม์เพคติเนสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อทำให้ใสขึ้นในน้ำผลไม้และไวน์ เพิ่มประสิทธิภาพในการสกัดน้ำผลไม้ และปรับปรุงเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์จากผลไม้ นอกจากนี้ยังนำไปใช้ในกระบวนการผลิตสิ่งทอ การผลิตกระดาษ และการบำบัดน้ำเสีย เนื่องจากมีความสามารถในการย่อยสลายวัสดุที่ได้จากพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การผลิต
วัตถุดิบหลักในการผลิตเพคตินคือเปลือกส้มแห้ง (85%) หรือกากแอปเปิล (14%) ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการผลิตน้ำผลไม้ นอกจากนี้ยังใช้กากจากหัวบีทน้ำตาลในปริมาณเล็กน้อย (0.5%) [ 35 ]
วิธีการผลิตเพคตินแบบดั้งเดิมใช้การสกัดด้วยน้ำกรดร้อน ตามด้วยการกรอง การตกตะกอนด้วยแอลกอฮอล์การล้าง และการอบแห้ง กระบวนการนี้มีความแข็งแกร่งและเป็นที่ยอมรับในระดับใหญ่ แต่ต้องใช้กรดแร่และตัวทำละลายอินทรีย์ในปริมาณมาก และอาจทำให้โครงสร้างของพอลิเมอร์เสื่อมสภาพบางส่วน (โปรโตเพคตินสูญเสียกิ่งก้านบางส่วน)
มีการพัฒนาวิธีการสกัดแบบ" สีเขียว " ทางเลือกเพื่อแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ แนวทางดังกล่าวมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงผลผลิตและฟังก์ชันการทำงานในขณะที่ลดการใช้สารเคมีและพลังงาน แม้ว่าวิธีการเหล่านี้จำนวนมากยังคงอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการหรือระดับนำร่อง แต่ก็เป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับการผลิตเพคตินที่ยั่งยืน [ 36 ]
วิธีการสกัดด้วยตัวทำละลายแบบดั้งเดิม
การสกัดเพคตินแบบดั้งเดิมจากวัสดุจากพืช เช่น เปลือกส้มและกากแอปเปิล เกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่อไปนี้: [ 37 ]
- การเตรียมการเบื้องต้น:การล้าง การสับ หรือการทำให้แห้งของวัสดุจากพืชเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกและเพิ่มพื้นที่ผิว
- การสกัดด้วยกรด:การให้ความร้อนแก่สารตั้งต้นในกรดเจือจาง (โดยทั่วไปคือกรดแร่หรือกรดอินทรีย์) เพื่อละลายเพคติน
- การแยก:การกำจัดสารตกค้างที่เป็นของแข็งโดยการกรองหรือการเหวี่ยงแยก
- การตกตะกอน:การเติมแอลกอฮอล์ (เอทานอลหรือไอโซโพรพานอล) เพื่อแยกเพคตินออกจากสารละลาย
- การทำให้แห้ง:การเก็บรวบรวมและทำให้เพคตินแห้งเพื่อให้ได้ผง
- การดัดแปลงเพิ่มเติม (ไม่จำเป็น):การปรับคุณสมบัติทางเคมี (เช่น การกำจัดเอสเทอร์) เพื่อให้ได้คุณลักษณะการใช้งานเฉพาะ
วิธีการสกัดที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
- การสกัดโดยใช้เอนไซม์ช่วย (EAE) — ใช้เพคติเนส เซลลูเลส หรือเฮมิเซลลูเลสเพื่อปลดปล่อยเพคตินที่ค่า pH/อุณหภูมิที่อ่อนกว่า สามารถเพิ่มผลผลิตและรักษาสายโซ่ด้านข้างบางส่วนไว้ได้ แต่การเลือกใช้เอนไซม์มีความสำคัญ มักใช้ร่วมกับอัลตราซาวนด์หรือไมโครเวฟ[ 38 ]
- การสกัดด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ (UAE) — การเกิดโพรงอากาศช่วยสนับสนุนการถ่ายโอนมวล ลดเวลาและอุณหภูมิ สามารถใช้ร่วมกับเอนไซม์ (UA-EAE) หรือไมโครเวฟได้[ 39 ]
- การสกัดด้วยไมโครเวฟ (MAE)และไมโครเวฟไฮโดรเทอร์มอล (MAHE) — การให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว เวลาการสกัดสั้น สามารถให้ผลผลิตสูง แต่จำเป็นต้องปรับให้เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพ[ 40 ]
การใช้งาน
เพคตินใช้ประโยชน์หลักๆ ในการใช้เป็นสารก่อเจล สารเพิ่มความข้น และสารทำให้คงตัวในอาหาร[ 41 ]
ในบางประเทศ เพคตินยังมีจำหน่ายในรูปแบบสารละลาย สารสกัด หรือผงผสม สำหรับใช้ทำแยมที่บ้านอีกด้วย
การใช้งานแบบดั้งเดิมคือการทำให้แยมหรือ มาร์มาเลดมีลักษณะคล้ายเจลซึ่งหากไม่เช่นนั้นจะเป็นเพียงน้ำผลไม้หวาน[ 42 ]เพคตินยังช่วยลดการแยกตัวของน้ำในแยมและมาร์มาเลด และเพิ่มความแข็งแรงของเจลในแยมแคลอรี่ต่ำ สำหรับการใช้งานในครัวเรือน เพคตินเป็นส่วนประกอบในน้ำตาลเจล (หรือที่รู้จักกันในชื่อ "น้ำตาลแยม") โดยจะเจือจางให้มีความเข้มข้นที่เหมาะสมกับน้ำตาลและกรดซิตริกบางส่วนเพื่อปรับค่า pH
สำหรับการใช้งานด้านอาหารต่างๆ เพคตินชนิดต่างๆ สามารถจำแนกได้ตามคุณสมบัติ เช่น ความเป็นกรด ระดับการเกิดเอสเทอร์ จำนวนกลุ่มเมทอกซิลสัมพัทธ์ในโมเลกุล เป็นต้น ตัวอย่างเช่น คำว่า "เมทอกซิลสูง" หมายถึงเพคตินที่มีสัดส่วนของกลุ่มคาร์บอกซิลในโมเลกุลเพคตินที่เกิดเอสเทอร์กับเมทานอลจำนวนมาก เมื่อเทียบกับเพคตินที่มีเมทอกซิลต่ำ: [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]
- เพคตินที่มีเมทอกซิลสูง หมายถึง เพคตินที่มีระดับเอสเทอริฟิเคชันเท่ากับหรือสูงกว่า 50 ซึ่งโดยทั่วไปใช้ในการทำแยมและเยลลี่แบบดั้งเดิม[ 45 ] [ 46 ] [ 41 ]เพคตินดังกล่าวต้องการความเข้มข้นของน้ำตาลสูงและสภาวะที่เป็นกรดเพื่อสร้างเจล และให้เนื้อสัมผัสที่เรียบเนียนและเหมาะสมที่จะใช้ในไส้ขนมอบและขนมหวาน[ 41 ] [ 44 ] [ 47 ]
- เพคตินเมทอกซิลต่ำมีระดับการเอสเทอริฟิเคชันน้อยกว่า 50 [ 44 ] [ 41 ]อาจเป็นอะมิเดตหรือไม่เป็นอะมิเดตก็ได้ โดยระดับเปอร์เซ็นต์ของการแทนที่กลุ่มอะมิเดต ซึ่งกำหนดเป็นระดับของอะมิเดต จะกำหนดประสิทธิภาพของเพคติน[ 41 ]เพคตินเมทอกซิลต่ำสามารถให้เนื้อสัมผัสและคุณสมบัติทางรีโอโลจีที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของแคลเซียมและปฏิกิริยาของแคลเซียมของเพคตินที่เลือก[ 48 ] —เพคตินเมทอกซิลต่ำที่เป็นอะมิเดตโดยทั่วไปสามารถกลับคืนสภาพได้ด้วยความร้อน หมายความว่าสามารถสร้างเจลที่สามารถละลายและก่อตัวใหม่ได้ ในขณะที่เพคตินเมทอกซิลต่ำที่ไม่เป็นอะมิเดตสามารถสร้างเจลที่คงตัวด้วยความร้อนซึ่งทนต่ออุณหภูมิสูงได้[ 48 ]คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เพคตินเมทอกซิลต่ำเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีน้ำตาลต่ำและปราศจากน้ำตาล ผลิตภัณฑ์นม และการทำให้เครื่องดื่มโปรตีนที่เป็นกรดคงตัว[ 45 ] [ 43 ] [ 41 ]
สำหรับแยมและแยมผิวส้มทั่วไปที่มีน้ำตาลและของแข็งจากผลไม้ที่ละลายได้มากกว่า 60% จะใช้เพคตินที่มีเอสเทอร์สูง (เมทอกซิลสูง) ส่วนเพคตินที่มีเอสเทอร์ต่ำ (เมทอกซิลต่ำ) และเพคตินอะมิเดต จะใช้น้ำตาลน้อยลง จึงสามารถผลิตผลิตภัณฑ์สำหรับผู้ที่ควบคุมอาหารได้ สารสกัดจาก เมล็ด ไอหยู ในน้ำ ถูกนำมาใช้ทำเยลลี่ไอหยู ในไต้หวันมาแต่ดั้งเดิม โดยสารสกัดจะจับตัวเป็นเจลได้โดยไม่ต้องใช้ความร้อน เนื่องจากมีเพคตินที่มีเอสเทอร์ต่ำจากเมล็ดและแคตไอออนสองวาเลนต์จากน้ำ[ 28 ]
เพคตินใช้ในเยลลี่ขนมหวานเพื่อให้โครงสร้างเจลที่ดี เคี้ยวง่าย และช่วยให้รสชาติกระจายตัวได้ดี นอกจากนี้ เพคตินยังสามารถใช้เพื่อทำให้เครื่องดื่มโปรตีนที่เป็นกรด เช่น โยเกิร์ตดื่ม มีความคงตัวมากขึ้น เพื่อปรับปรุงความรู้สึกในปากและความคงตัวของเนื้อผลไม้ในเครื่องดื่มที่มีส่วนผสมของน้ำผลไม้ และใช้เป็นสารทดแทนไขมันในขนมอบ[ 45 ] [ 49 ]
โดยทั่วไปแล้ว ระดับของเพคตินที่ใช้เป็นสารเติมแต่งอาหารจะอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 1.0% ซึ่งเป็นปริมาณเพคตินที่ใกล้เคียงกับในผลไม้สด[ 50 ]
ในทางการแพทย์ เพคตินช่วยเพิ่มความหนืดและปริมาณของอุจจาระจึงถูกนำมาใช้รักษาอาการท้องผูกและท้องเสียเป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักที่ใช้ในKaopectateซึ่งเป็นยาสำหรับรักษาอาการท้องเสีย ร่วมกับคาโอลิไนต์นอกจากนี้ยังใช้ในการกำจัดโลหะหนักออกจากระบบชีวภาพอย่างอ่อนโยน[ 51 ]เพคตินยังใช้ในยาอมแก้เจ็บคอเป็นสาร บรรเทาอาการ ระคายเคือง อีก ด้วย[ 52 ]
ในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง เพคตินทำหน้าที่เป็นสารทำให้คงตัว นอกจากนี้ เพคตินยังใช้ในผลิตภัณฑ์สำหรับสมานแผลและกาวทางการแพทย์ชนิดพิเศษ เช่นอุปกรณ์สำหรับผู้ป่วยที่มีถุงเก็บอุจจาระ
Sriamornsak [ 53 ]เปิดเผยว่าเพคตินสามารถใช้ในแพลตฟอร์มการส่งยาทางปากได้หลากหลายรูปแบบ เช่น ระบบปลดปล่อยแบบควบคุม ระบบกักเก็บในกระเพาะอาหาร ระบบส่งยาเฉพาะลำไส้ใหญ่ และระบบส่งยาแบบยึดเกาะเยื่อเมือก เนื่องจากความเป็นพิษต่ำและต้นทุนต่ำ พบว่าเพคตินจากแหล่งต่างๆ ให้ความสามารถในการก่อเจลที่แตกต่างกัน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในขนาดโมเลกุลและองค์ประกอบทางเคมี เช่นเดียวกับพอลิเมอร์ธรรมชาติอื่นๆ ปัญหาสำคัญของเพคตินคือความไม่สม่ำเสมอในการทำซ้ำระหว่างตัวอย่าง ซึ่งอาจส่งผลให้ความสามารถในการทำซ้ำในลักษณะการส่งยาไม่ดี
ใน โภชนาการของสัตว์ เคี้ยวเอื้องเพคตินสามารถย่อยได้ด้วยเอนไซม์ของแบคทีเรียได้มากถึง 90% ขึ้นอยู่กับระดับการเกิดลิกนินในผนังเซลล์ นักโภชนาการสัตว์เคี้ยวเอื้องแนะนำว่าควรปรับปรุงการย่อยได้และความเข้มข้นของพลังงานในอาหารสัตว์โดยการเพิ่มความเข้มข้นของเพคตินในอาหารสัตว์
ในซิการ์ เพคตินถือเป็นสารทดแทนกาวจากพืชที่ยอดเยี่ยม และผู้สูบซิการ์และนักสะสมซิการ์จำนวนมากใช้เพคตินในการซ่อมแซมใบยาสูบที่เสียหายบนซิการ์ของพวกเขา
Yablokov และคณะเขียนไว้ในChernobyl: Consequences of the Catastrophe for People and the Environmentอ้างถึงงานวิจัยที่ดำเนินการโดยศูนย์การแพทย์รังสีแห่งยูเครนและสถาบันการแพทย์รังสีและต่อมไร้ท่อแห่งเบลารุส ซึ่งสรุปเกี่ยวกับผลการป้องกันรังสีของเพคตินว่า "การเพิ่มสารเตรียมเพคตินลงในอาหารของผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ปนเปื้อนเชอร์โนบิลช่วยส่งเสริมการขับถ่ายสารกัมมันตรังสี ที่สะสมอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ " เช่นซีเซียม-137ผู้เขียนรายงานผลลัพธ์เชิงบวกของการใช้สารเติมแต่งอาหารเพคตินในการศึกษาทางคลินิกหลายครั้งที่ดำเนินการกับเด็กในพื้นที่ปนเปื้อนอย่างรุนแรง โดยมีการปรับปรุงดีขึ้นถึง 50% เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม[ 54 ] ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง นักบินฝ่ายสัมพันธมิตรได้รับแผนที่ที่พิมพ์บนผ้าไหมสำหรับการนำทางในการหลบหนีและการเอาตัวรอด ในตอนแรก กระบวนการพิมพ์แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เพราะหมึกหลายชั้นไหลเยิ้มทันที ทำให้เส้นขอบเบลอและทำให้ชื่อสถานที่อ่านไม่ออก จนกระทั่งClayton Hutton ผู้คิดค้นแผนที่ ได้ผสมเพคตินเล็กน้อยลงในหมึก และเพคตินก็จับตัวเป็นก้อนหมึกและป้องกันไม่ให้ไหลเยิ้ม ทำให้สามารถมองเห็นลักษณะภูมิประเทศขนาดเล็กได้อย่างชัดเจน[ 55 ]
สถานะทางกฎหมาย
ในรายงานของคณะผู้เชี่ยวชาญร่วม FAO/WHO เกี่ยวกับวัตถุเจือปนอาหารและในสหภาพยุโรปไม่มี การกำหนด ปริมาณการบริโภคต่อวันที่ยอมรับได้ (ADI) เนื่องจากเพคตินถือว่าปลอดภัย[ 56 ]
สหภาพยุโรป (EU) ไม่ได้กำหนดขีดจำกัดปริมาณการบริโภคต่อวันสำหรับเพคตินสองประเภท ได้แก่ E440(i) และเพคตินอะมิเดต E440(ii) สหภาพยุโรปได้กำหนดมาตรฐานความบริสุทธิ์สำหรับสารเติมแต่งเหล่านี้ไว้ในระเบียบข้อบังคับของคณะกรรมาธิการสหภาพยุโรป (EU)/231/2012 เพคตินสามารถใช้ได้ตามความจำเป็นในอาหารส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นแนวคิดที่เรียกว่า "quantum satis" [ 57 ]หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) ได้ทำการประเมินเพคติน E440(i) และเพคตินอะมิเดต E440(ii) อีกครั้งในปี 2017 EFSA สรุปว่าการใช้สารเติมแต่งอาหารเหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดความกังวลด้านความปลอดภัยสำหรับประชากรทั่วไป นอกจากนี้ หน่วยงานยังระบุว่าไม่จำเป็นต้องกำหนดค่าตัวเลขสำหรับปริมาณการบริโภคต่อวันที่ยอมรับได้ (ADI) [ 58 ] [ 59 ]
ในสหรัฐอเมริกา เพคตินได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัยสำหรับการบริโภคของมนุษย์
ในระบบการกำหนดหมายเลขสากล (INS) เพคตินมีหมายเลข 440 ในยุโรป เพคตินจะถูกจำแนกออกเป็นหมายเลข E คือ E440(i) สำหรับเพคตินที่ไม่ผ่านกระบวนการอะมิเดชัน และ E440(ii) สำหรับเพคตินที่ผ่าน กระบวนการ อะมิเดชันมีข้อกำหนดในกฎหมายระดับชาติและระดับสากลทั้งหมดที่กำหนดคุณภาพและควบคุมการใช้งานของเพคติน
ประวัติศาสตร์
เพคตินถูกแยกและอธิบายลักษณะเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1825 โดยอองรี บราคอนโนต์แม้ว่าคุณสมบัติของเพคตินในการทำแยมและมาร์มาเลดจะเป็นที่รู้จักกันมานานก่อนหน้านั้นแล้ว เพื่อให้ได้แยมที่คงตัวจากผลไม้ที่มีเพคตินน้อยหรือคุณภาพต่ำ จึงมีการผสมผลไม้ที่มีเพคตินสูงหรือสารสกัดจากผลไม้เหล่านั้นลงในสูตร
ในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมผู้ผลิตแยมผลไม้หันไปหาผู้ผลิตน้ำแอปเปิลเพื่อขอรับกาก แอปเปิลแห้ง มาใช้ในการต้มเพื่อสกัดเพคติน ต่อมาในช่วงทศวรรษ 1920 และ 1930 โรงงานต่างๆ ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อสกัดเพคตินจากกากแอปเปิลแห้งในเชิงพาณิชย์ และต่อมาก็สกัดจากเปลือกส้ม ในภูมิภาคที่ผลิตน้ำแอปเปิลทั้งในสหรัฐอเมริกาและยุโรป
เพคตินถูกจำหน่ายครั้งแรกในรูปสารสกัดเหลว แต่ปัจจุบันมักใช้ในรูปผงแห้ง ซึ่งจัดเก็บและจัดการได้ง่ายกว่าในรูปของเหลว[ 60 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- ฐานข้อมูลออนไลน์ของ Codex General Standard for Food Additives (GSFA); รายการการใช้งานเพคตินที่ได้รับอนุญาต พร้อมลิงก์เพิ่มเติมไปยังข้อกำหนดของ JECFA (...) เกี่ยวกับเพคติน
- คำสั่งของรัฐสภายุโรปและสภาแห่งสหภาพยุโรป ฉบับที่ 95/2/EC ลงวันที่ 20 กุมภาพันธ์ 1995 ว่าด้วยสารปรุงแต่งอาหารอื่นที่ไม่ใช่สีและสารให้ความหวาน; คำสั่งของสหภาพยุโรปที่ระบุรายชื่ออาหารที่สามารถใช้เพคตินได้หมายเหตุ: ลิงก์นี้ชี้ไปยังเวอร์ชัน "consleg" ของคำสั่ง ซึ่งอาจไม่รวมการเปลี่ยนแปลงล่าสุด คำสั่งนี้จะถูกแทนที่ด้วยระเบียบใหม่สำหรับสารปรุงแต่งอาหารในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
- Certo Health: ข้อมูลเกี่ยวกับประโยชน์ต่อสุขภาพของเพคตินจากแอปเปิล (สหราชอาณาจักร)