3.6. Пектин
Любите ли вы варенье? А джем, повидло? Может быть, мармелад? Без пектина, придающего этим лакомствам структуру, все они просто оставались бы жидкими.
Хотя люди готовят варенье, повидло, мармелад и другие пектиносодержащие сладости веками, пектин был впервые выделен в 1825 году французским химиком и фармацевтом Анри Браконно; название вещества происходит от греческого слова pektikos – «студнеобразный».
Пектин можно обнаружить как внутри клеток растений, так и в межклеточном пространстве; биологическая роль пектина заключается в увеличении механической прочности клеток, придания им формы и жесткости. Содержание пектина в растительных тканях, как, впрочем, и его точный состав и строение могут меняться в зависимости вида растения, а для одних и тех же биологических видов – от условий произрастания, времени года и различных частей одной и той же особи. Так, в плодах фруктовых деревьев наибольшее содержание пектина наблюдается в кожуре и семенах.
Пектин представляет собой структурный полисахарид с достаточно сложной молекулярной структурой. Преимущественно главную цепь полимера-пектина составляют остатки этерифицированной (с группами COOCH3) и неэтерифицированной (с группами COOH) D-галактуроновой кислоты, однако, как в основной цепи полимера, так и в боковых группах могут встречаться остатки других сахаров, и не только их. Карбоксильные группы СООН D-галактуроновой кислоты в воде диссоциируют, теряя ион водорода и образуя заряженный фрагмент СОО—, связанный с общей полимерной цепью. Формирование на одной цепи большого количества одноименно заряженных атомных группировок приводит к тому, что они отталкиваются друг от друга, молекула пектина распрямляется, увеличивая свой объем, а соседние нити пектина отталкиваются друг от друга.
Наиболее важным свойством пектина является то, что в определенных условиях он может принимать трехмерную структуру – ту самую, которая не дает повидлу, намазанному на хлеб, растекаться. Однако пектин является не единственным важным компонентом повидла или джема – для их изготовления нам также нужны сахар и кислота.
При относительно высокой кислотности депротонирование карбоксильной группы СООН подавляется, поэтому, хотя нити пектина и распрямляются, их взаимное отталкивание не происходит. В большинстве фруктов и ягод содержания кислоты вполне хватает для такого подавления депротонирования, однако при приготовлении джемов и повидла из некоторых особо сладких сортов плодоягодного сырья рецептура требует незначительных добавок лимонной кислоты или лимонного сока. Молекула пектина также весьма гидрофильна (водолюбива или просто – охотно связывается с водой), поэтому отдельные молекулы пектина «обволакиваются» оболочкой из молекул воды. При наличии в растворе помимо пектина еще и сахара, который также «водолюбив», часть молекул воды связывается именно с сахаром, а не с пектином, что позволяет нитям пектина сблизиться и взаимодействовать друг с другом. Возможность такого сближения наряду с неполным депротонированием групп СООН приводит к тому, что отдельные нити пектина сближаются и образуют трехмерную сеть молекулярную, внутри которой оказываются и меньшие по размеру молекулы сахара и воды.
При готовке варенья и других кондитерских изделий из фруктов и ягод мы должны нагреть плодоягодное сырье для того, чтобы из клеток сырья выделился пектин, сок, представляющий собой в первую очередь воду, и вещества, обеспечивающие аромат. Также к смеси добавляют сахар (строго говоря, с химической точки зрения надо добавлять его уже после первичного нагрева ягод и фруктов, но есть куча рецептов, в которых сырье еще и отстаивается с сахаром от получаса до ночи). Смесь, содержащая уже все, что надо, должна нагреваться до точки гелеобразования, которая для джемов и желе составляет около 103–105 °C (в промышленности обычно готовят джемы при более низкой температуре, ускоряя гелеобразование и выкипание воды за счет создания разрежения специальными насосами). При охлаждении образуется трехмерная сетка из молекул пектина, и джем или варенье застывают до соответствующей консистенции. Звучит просто, но для того чтобы сделать варенье, которое радовало бы и язык (в желудке, однако, нет вкусовых рецепторов), и глаз, нужно набить руку, выдерживая при этом правильный баланс всех ингредиентов.
Разные фрукты содержат различное количество пектина, причем по мере созревания содержание пектина понижается. Больше всего пектина в недозрелых фруктах, а когда фрукт становится слаще, ферменты пектиназа и пектинэстераза начинают работу по разрушению пектина, и плод становится мягче и дряблее. Задача плода обеспечить воспроизводство растения, а из дряблого плода, сами понимаете, семечкам выпадать много проще, чем из упругого и богатого пектином.
Яблоки, смородина и цитрусовые отличаются высоким содержанием пектина, в то время как более мягкие земляника, вишня и абрикосы с персиками обычно содержат мало пектина. Именно поэтому при промышленном получении джемов из персиков или земляники увеличивают содержание пектина в смеси, либо добавляя плоды других видов с высоким содержанием пектина, либо закачивая в варку уже готовый пектин в порошкообразном виде или в виде раствора. Коммерчески доступный пектин обычно полают из отходов переработки яблок или цитрусовых – соответственно из сердцевинок или кожурок.
Помимо изготовления кондитерских изделий пектин применяется еще много где. Так, помимо загустителя в пищевой промышленности (добавка Е-440), пектин применяется в фармацевтике. Его способность к гелеобразованию лежит в основе его применения в изготовлении свеч для лечения геморроя (пектин ускоряет коагуляцию крови) или в качестве вещества для изготовления некоторых таблеток. Он также может использоваться для профилактики отравления солями тяжелых металлов (именно по этой причине химикам и химико-технологам, работающим с тяжелыми металлами, рекомендовано пить чай с мармеладом).
Итак, когда вы в следующий раз будете пить чай с вареньем, вспомните замечательное вещество пектин и его химические свойства, которые существенно снижают риск поставить трудно отстирываемое пятно на вашу любимую рубашку или блузку.
