Le pectine sono eteropolisaccaridi complessi presenti nella parete cellulare vegetale di polpa e buccia di frutta e verdura (1). Sono caratterizzate per circa il 65% da una struttura lineare composta principalmente da residui di acido D-galatturonico legati con legame α(1,4)-glicosidico e per circa il 35% da una struttura ramificata da diverse molecole di zucchero come D-galattosio e L-arabinosio (1, 2).

Il principale fattore che influenza le caratteristiche meccaniche e chimiche delle pectine è il grado di esterificazione (DE), definito come il numero di gruppi metossilici che sostituiscono la porzione carbossilica sui residui di acido galatturonico. In base a DE, le pectine possono essere classificate in pectine ad alto grado (DE >50%) e basso grado di esterificazione (DE <50%). Le prime sono caratterizzate da catene unite tra loro da numerose interazioni idrofobiche e legami idrogeno e sono costituite da un elevato numero di unità zuccherine; a pH acido formano facilmente un gel. Le seconde, invece, per creare gel necessitano di ioni calcio e sono meno sensibili all'ambiente acido (2, 3).

Per essere ad uso alimentare, le pectine devono soddisfare gli standard stabiliti dal regolamento europeo UE n. 231/2012, cioè devo avere un contenuto di acido galatturonico (GalA) almeno pari al 65%. Attualmente, le pectine commerciali (codificate come E440a per pectine a basso peso molecolare e pectine ad alto peso molecolare e come E440b per pectine amidate) derivano principalmente dalle scorze di agrumi (85,5%) e dalla polpa di mela (14,0%), e in minima parte dalla polpa di barbabietola da zucchero (0,5%).

ADELE PAPETTI

Associate Professor, Università degli Studi di Pavia | Italia

Membro del COMITATO SCIENTIFICO di NUTRA HORIZONS

Negli ultimi tre decenni, la produzione mondiale di agrumi è cresciuta costantemente e circa un terzo degli agrumi viene utilizzato per la trasformazione, portando così alla produzione di circa il 50-60% di scarto (4). Pertanto, la buccia degli agrumi è una delle principali fonti di pectine (5). Le rese di estrazione oscillano tra il 10 e il 25% a seconda della tecnica estrattiva utilizzata (2); infatti le rese maggiori si ottengono impiegando le tradizionali metodiche che prevedono l’uso di acido, anche se negli ultimi anni la ricerca è volta allo sviluppo di estrazioni green che sfruttano l’impiego di ultrasuoni o microonde o di enzimi accanto all’uso di acidi organici, come l'acido acetico e citrico (6, 7, 8). Il tipo di pectina (peso molecolare) varia a seconda della specie di agrumi e della natura dell'acido utilizzato per l’estrazione. In particolare, la resa di estrazione per le scorze di arancia e pompelmo aumenta se la scorza è stata prima sottoposta alla rimozione dell'olio essenziale mediante idrodistillazione (9). Considerando le proprietà reologiche delle pectine ottenute dalla scorza degli agrumi, numerose ricerche hanno dimostrato eccellenti capacità di gelificazione e di ritenzione idrica, il che le rende utili come addensanti e come carrier per incapsulare e stabilizzare molecole di diversa natura. Confrontando queste pectine con quelle ottenute da altre fonti convenzionali di pectina vegetale (ad esempio, cereali e soia), esse presentano una maggiore solubilità in acqua, capacità di ritenzione idrica e viscosità, e formano un forte legame con l'acqua presente nella matrice alimentare, riducendo così la sineresi durante la conservazione degli alimenti (5).

Oltre agli agrumi, anche gli scarti di mela sono una buona fonte, molto sfruttata, di pectine (10). La resa di estrazione varia dal 6,4 al 22% a seconda dei parametri di estrazione. L'estrazione della pectina dalla sansa di mela utilizzando acidi organici di grado alimentare (tartarico, malico, citrico) potrebbe rappresentare una valida alternativa green.

Negli ultimi anni, il crescente interesse per la valorizzazione dei sottoprodotti alimentari e l'elevata domanda del mercato globale hanno portato i ricercatori a esplorare fonti emergenti di pectina. Tra queste, gli scarti derivanti da frutta tropicale come mango, jackfruit, banana, papaya e bucce di frutto della passione. Recentemente, utilizzando sistemi ad ultrasuoni in combinazione con sistemi a microonde è stato possibile ottenere pectine dalla buccia del frutto della passione fresco che presentano buona stabilità termica (11, 12), così come pectine da jackfruit che possono trovare ottimo impiego come agente gelificante in confetture e marmellate a ridotto contenuto di zucchero (13, 14). La buccia di mango, invece, è una buona fonte di pectine che presentano differente peso molecolare (e quindi differente lunghezza della catena polisaccaridica) a seconda della varietà e del grado di maturazione del frutto. Infatti, più il frutto è maturo, maggiore è la perdita di unità zuccherine da parte delle catene laterali della struttura polisaccaridica determinata dall’attività degli enzimi, portando così ad una diminuzione del peso molecolare. Inoltre, la maturazione del frutto porta ad un aumento della resa di estrazione poiché le pectine risultano più debolmente legate alle pareti vegetali (15, 16). Un’altra fonte molto studiata è la buccia di banana per la quale, al momento, le rese di estrazione più alte sono sempre state ottenute usando acidi minerali in ambiente estremamente acido, a caldo. Tuttavia, recentemente è stato studiato l’effetto sulla resa di estrazione derivante dall’impiego di enzimi o dell’acido citrico. Se l’uso di enzimi non ha portato ad un miglioramento rispetto all’uso di acidi minerali, l’impiego dell’acido citrico ha, invece, portato ad ottenere pectine in maggior quantità, caratterizzate da un minor peso molecolare delle catene polisaccaridiche e dalla possibilità di assumere una conformazione nello spazio che è ideale per fungere da carrier per molecole lipofile, poichè riescono a disporsi formando una porzione esterna idrofila e un nucleo centrale più idrofobico (17). Un interessante sviluppo applicativo recente riguarda l’uso di pectine estratte da bucce di banane, sia mature che acerbe. Queste pectine sono poi state testate come potenziali additivi sostituti dei grassi nei prodotti da forno come i muffins, ottenendo risultati molto promettenti. Inoltre, le pectine ottenute dalle bucce di banane acerbe hanno anche mostrato ottime caratteristiche sensoriali (18).

Le bucce di anguria e melone costituiscono un ingente scarto. In particolare, quelle di anguria hanno un contenuto di pectine che si aggira intorno al 13%. Anche in questo caso l'estrazione acida che sfrutta un processo di riscaldamento convenzionale o metodi innovativi è la procedura più comune. In particolare, l'uso di acido citrico porta ad una resa più alta di pectina ad alto grado di metossilazione (19). Grazie al suo elevato DE, queste pectine potrebbero essere adatte come stabilizzanti di emulsioni ricche di olio, poiché la presenza di gruppi idrofobici fa sì che il polisaccaride si ponga facilmente all'interfaccia olio-acqua. Pertanto, potrebbero essere utilizzate non solo in campo alimentare ma anche farmaceutico (20, 21). Le pectine estratte dalla buccia di melone, invece, sono poco studiate e i pochissimi studi indicano che sono molto meno promettenti. Unico studio degno di nota è quello che dimostra l’attività prebiotica degli idrolizzati ottenuti dalle pectine a diverso grado di metilazione estratte (22).

Tra le fonti vegetali negli ultimi anni particolare attenzione è stata posta alle bucce di pomodoro (23), melanzana (24) e zucca. Per quanto riguarda il pomodoro, in realtà sono stati condotti studi sull’insieme di tutti i sottoprodotti, quindi anche semi e polpa residua dopo la lavorazione del vegetale. Le pectine isolate, pur presentando caratteristiche reologiche simili a quelle della pectina commerciale, presentano lo svantaggio di essere colorate poiché intrappolano nel loro reticolo licopene e questo le rende meno facilmente utilizzabili come gelificanti o additivi in genere (25). Per quanto riguarda le pectine da sottoprodotti della melanzana, è interessante uno studio che evidenzia come, a differenza di quanto accade per qualunque altra matrice, la potenza degli ultrasuoni ha un effetto negativo sulla resa di estrazione perché porta a frammentazione dei polisaccaridi in oligosaccaridi. Mettendo a confronto le pectine estratte dalla buccia con quelle estratte dal calice, le prime hanno migliori proprietà emulsionanti e migliore capacità di ritenzione di acqua e olio e quindi potrebbero più facilmente essere usate per evitare problemi di sineresi e come stabilizzanti in prodotti alimentari grassi ed emulsioni (26).

Considerando ora la buccia di zucca, è possibile ottenere pectine ad elevato grado di metilazione sia utilizzando acido nitrico che acido citrico nel processo di estrazione. Queste pectine possono essere utilizzate per sviluppare film commestibili in quanto le proprietà meccaniche e di barriera sono risultate più che accettabili (27). Inoltre, l’elevato grado di metilazione ne suggerisce anche un possibile uso come agente stabilizzante ed emulsionante (28).

In conclusione, i sottoprodotti della filiera agricola rappresentano sicuramente una buona fonte di pectine che possono essere e che saranno sempre più in futuro estratte con tecnologie green. Queste nuove fonti di pectine spesso presentano rese di estrazione paragonabili o addirittura superiori a quelle ottenute dagli agrumi. La struttura chimica delle pectine che si possono estrarre è strettamente correlata sia all’origine che allo specifico metodo di estrazione applicato. Oltre al tradizionale uso come additivo alimentare per conferire viscosità, possono anche essere adatte alla formulazione di prodotti ipocalorici, grazie al basso contenuto di zuccheri necessario per la gelificazione, come nel caso di quelle estratte dalle bucce di agrumi. Inoltre, possono essere utilizzate dopo funzionalizzazione con altri polimeri (ad esempio chitosano) per stabilizzare componenti bioattivi e ottenere in questo modo nuovi ingredienti alimentari aventi effetti salutistici, oltre a svolgere azione prebiotica. Considerata l’enorme quantità di tutti questi sottoprodotti è auspicabile che la ricerca continui in questa direzione supportando così anche il concetto di economia circolare.

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Le pectine sono eteropolisaccaridi presenti nella parete cellulare di frutta e verdura, costituite principalmente da acido D-galatturonico. Sono caratterizzate da pesi molecolari differenti e il loro utilizzo dipende dal grado di esterificazione. Le principali fonti di pectine commerciali sono gli scarti di agrumi e mele. Tuttavia, l’interesse per fonti alternative come bucce di frutti tropicali, anguria, melone, pomodoro, melanzana e zucca è in continuo aumento. Le tecniche di estrazione, sempre più orientate verso metodi “green”, influenzano la resa e le proprietà delle pectine che possono essere usate come gelificanti, emulsionanti o stabilizzanti in ambito alimentare e farmaceutico, oltre che come carrier per molecole bioattive. La possibilità di estrarre pectine valorizzando i sottoprodotti favorisce lo sviluppo sostenibile e promuove l’economia circolare.