Pektinek és pektinázok Dr. Barta Zsolt Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék 2018.09.10.

Pektin előfordulása A növényi sejtfal egyik alkotója, főleg gyümölcsökben fordul elő – a gyümölcs érése közben a sejtfal pektin szerkezete változik a pektinázok természetes működése miatt. Gyümölcsök pektin tartalma (nyers tömegre): 0,5 – 4% között Alma: 1 – 1,5% Barack: 1% Cseresznye: 0,4% Narancs: 0,5 – 3,5% Almatörköly/almarost (préselési maradék, pomace): 10 – 15% Citrusfélék héja: 20 – 30%

Pektin kémiai összetétele Nem egy határozott összetételű és szerkezetű molekula, hanem galakturonsavból és egyéb cukrokból és cukorszármazékokból felépülő komplex poliszacharid család. Homogalakturánok – HG – galakturonsavból épül fel alfa 1,4 kötés  hélix, polimerizációs fok: kb. 200 Szubsztituált homogalakturánok: Xilogalakturán – XG Apiogalakturán – AG Ramnogalakturán II – RG-II Ramnogalakturán I – RG-I

Pektin kémiai összetétele – HG Almában 3% az acetil csoport DE – Degree of Esterification – Észterezés foka (metanol/ecetsav észterez)

Pektin kémiai összetétele – XG/AG Apióz – 5 C-atomos cukor Xilóz – 5 C-atomos cukor

Pektin kémiai összetétele – RG-I Ramnóz – metilpentóz vagy 6-dezoxi-hexóz

Pektin nevezéktan Amerikai Kémiai Társaság (American Chemical Society) négy csoportba sorolja a pektin származékokat Protopektin (Protopectin): vízoldhatatlan pektin származék, ami az ép, élő növényi szövetekben van jelen, a pektin természetben előforduló formája. Hidrolízise során pektint vagy pektin(ikus) savat nyerünk. Pektin sav (Pectic acid): vízoldható galakturán polimer, ami elhanyagolható mennyiségű metil észter csoportot tartalmaz. Sóit pektátoknak nevezik. Pektinikus sav (Pectinic acid): a galakturán lánc karboxil csoportjai legfeljebb 75%-ban metiláltak. Sóit pektinátoknak nevezik. Pektin (Pectin vagy polymethyl galacturonate): az a polimer, amiben a galakturán lánc karboxil csoportjainak legalább 75%-a metilált. E440 – legalább 65% galakturonsav (FAO+WHO)

Dimer forma Ezen kívül még ionos és egyéb kovalens kötések más sejtfal alkotókhoz.

Gélképzés Kétféle gélesedési mechanizmus: HM (high methoxyl) pektinek (DE = 60 – 75%): H-hídak – minimális cukorkoncentráció és meghatározott pH (2-3) a gélesedéshez - rugalmas LM (low methoxyl) pektinek (DE = 20 – 40%): („egg-box”) – kétértékű fémion kell (kelát képződés) - törékeny Karboxil csoport – kelát képződés http://en.silvateam.com/Products-Services/Food-Ingredients/Pectin/Gelation

Felhasználás Főleg élelmiszeriparban: Dzsemek – zselésít Tejtermékek – stabilizál Gyógyszerek – segédanyag, hordozó, bevonó (vastagbélben bomlik csak le) Egyéb felhasználás: Koleszterin szint csökkentő Toxikus kationok felszívódása ellen Vérzés csillapítás (véralvadási időt csökkenti intravénásan adagolva) Hasmenés megszüntetése (a széklet viszkozitását növeli) Elhízás megelőzése (telítettség, és felszívódást gátol)

Pektinázok Protopektinázok (PPáz) Pektin észterázok (PEáz) Depolimerázok

Pektinázok – depolimerázok Hidrolázok – hidrolízis: poligalakturanáz (PGáz) Pektinsavon aktív: endo-PGáz, exo-PGáz, exo-diPGáz Pektinen aktív: endo- és exo-polimetilgalakturanáz (PMGáz) Liázok – transzelimináció (telítettlenség jön létre): poligalakturán liáz (PGL) Pektinsavon aktív: endo-PGL, exo-PGL Pektinen aktív: endo- és exo-polimetilgalakturán liáz (PMGLáz) http://pec.biodbs.info/SpecificActivity.html PE activity was measured by determining the carboxyl groups released by titration with 0.02 N NaOH. Endo-Polygalacturonase(Endo-PG)  was determined at 45 °C by viscometry method. The reduction in viscosity was monitored with an Ostwald viscometer. Endo polymethylgalacturonase (Endo - PMG) was assayed by the viscosity method using citrus pectin as substrates. The EXO-PG activity was measured by quantification of reductant groups liberated from the pectin solution by the DNS method. The Pectate Lyase activity was determined spectrophotometrically by monitoring the increase of absorbance at 235 nm during 120s. The increase in the A235 originates from the formation of unsaturatedmethyloligosaccharides and can be transformed into l moles of product by using an extinction coefficient of 5500 M-1 cm-1). Pectin lyase (Pl) activity was determined by measuring the increase in absorbance at 235 nm of substrate solution (0.8 ml 1% citric pectin in 0.2M tris-HCl buffer, pH 8.5) hydrolyzed by 0.2 ml enzyme solution, at 50ºC. One unit of enzymatic activity (U) was defined as the amount of enzyme which releases 1 μmol of unsaturated uronide per minute, based on the molar extinction coefficient (ε=5500) of the unsaturated products.

Pektinázok felhasználása 1. Savas pektinázok – főleg gyümölcslé gyártás során 1930-as évektől, nagyfokú és hatékony ipari alkalmazás viszont csak a sejtfal szerkezetének megértése után, az 1960-es évektől Általában Aspergillus eredetű enzimek Lé kinyerés hatásfokának javítása, pektin tartalom lebontása vagy stabilizálása: Tiszta levek: alma, szőlő, eper Zavaros levek: narancs

Tiszta levek: almalé gyártás Aprítás Polifenol oxidáció (polifenolok inhibeálják az enzimeket) Hőmérséklet optimum elérése (alma 30°C, eper 50 °C) Macerálás: 15 perc – 2 óra Préselés Centrifugálás: „zavaros” almalé Aroma kinyerés – flash pasztőrözés Enzimes kezelés: lebontás és „ködrészecskék” kicsapása Centrifugálás Ultraszűrés Sűrítés (a térfogat ötödére csökken) Polifenol oxidáxió 15-20 perc keverés, szín is stabil lesz Aromakinyerés: el is adhatják, de vissza is keverhetik  bepárlás miatt kell korábban kinyerni

Ködrészecskék Almalé pH 3,5 – pektinek negatív töltéssel rendelkeznek és körbeveszik a pozitív töltésű fehérjéket Pektinázok mellett segédanyagok (zselatin, tannin, bentonit) is szükségesek lehetnek a jó szűrhetőség eléréséhez Bentonit negatív töltésű Pektin pKa kb. 3

Zavaros levek: narancslé gyártás Kihívás a zavarosság fenntartása: pektináz adagolás a viszkozitás csökkentéséhez Narancs: sok PEáz a gyümölcsben PEáz gátlás: hőkezelés (90°C) Enzimadagolás célja a láncok feldarabolása Kerülendő a Ca-pektát képződés Enzim: tiszta endo-PMGáz

Pektinázok felhasználása 2. Lúgos pektinázok Bakteriális eredetűek Rostnövények (juta, len, kender, rámi vagy hócsalán, kenaf vagy rostmályva) áztatása és nyálkátlanítása  textilipar Pektin tartalmú szennyvizek kezelése Kávé és tea fermentáció (kávészem és tealevél fermentációja rövidül) Papírgyártás (vegyszerigény csökkenthető) Növényolaj extrakció (olajhozam növelhető)