Пектин

Материал подготовлен компанией АКВИОН

Пектины как химические соединения относятся к классу полимерных углеводов (полисахаридов) и являются одними из главных компонентов межклеточного вещества растений. Они присутствуют во всех высших растениях, особенно во фруктах, и в некоторых водорослях. В пищевой промышленности пектины получают из яблочного жмыха, свеклы, корзинок подсолнечника или кожуры цитрусовых [1].

Химическое строение пектинов

Первичными блоками полимерной цепочки пектинов являются молекулы D-галактуроновой кислоты, которые соединены друг с другом α(1→4)-связью. Образованные таким образом цепочки могут насчитывать десятки тысяч галактуроновых блоков. Различают высокоэтерифицированные и низкоэтерифицированные пектины. Этерифицированным пектин считается в том случае, когда карбоксильные группы молекул этерифицированы метиловым спиртом. Чем больше таких групп в полимерной цепочке пектина, тем выше степень этерификации, или метоксилирования, и наоборот [2, 19].

Между блоками галактуроновой кислоты на разных расстояниях друг от друга располагаются молекулы сахара рамнозы. В том месте, где находится рамноза, цепочка пектина изгибается примерно на 90°, а присутствие нескольких молекул рамнозы придает полимерной цепочке зигзагообразный вид. В растворе длинные извитые молекулы пектина образуют клубок нитей, которые могут располагаться друг от друга на разных расстояниях [3, 4].

Свойства пектинов

Пектины относятся к структурным углеводам, неперевариваемым в тонкой кишке, к «пищевым» волокнам. Существует несколько классификаций пищевых волокон.
По виду сырья:

1. пищевые волокна из низших растений (водоросли, грибы),
2. из высших растений (злаков, трав, древесных).

В основном пектины выделяют из второго типа сырья.

По строению полимеров:

1. гомогенные, состоящие из однородных высокомолекулярных веществ (к ним и относят пектин),
2. гетерогенные, включающие биополимеры нескольких видов (например, гемицеллюлозо-целлюлозо-лигнин).

По способности растворяться в воде:

1. водорастворимые (пектины, камеди и т.п.),
2. малорастворимые и нерастворимые (целлюлоза, лигнин и т.п.) [5].

Важным физико-химическим свойством ряда пищевых волокон является вязкость. Она влияет на скорость опорожнения желудка, диффузию и перемешивание компонентов содержимого кишечника. Полисахариды с водоудерживающей способностью, такие как пектины, способны существенно изменить вязкость кишечного содержимого [6].

Важное свойство пищевых волокон состоит в том, что они устойчивы к действию амилазы и других ферментов и поэтому в тонкой кишке не всасываются. Это свойство обеспечивает их своеобразное физиологическое действие. При прохождении по кишечнику пищевые волокна формируют матрикс фиброзного или аморфного характера по типу «молекулярного сита», физико-химические свойства которого обусловливают водоудерживающую способность, катионообменные и адсорбционные свойства, чувствительность к бактериальной ферментации в толстой кишке. Наличие у пищевых волокон гидроксильных и карбоксильных групп способствует кроме гидратации ионообменному действию [7].

Адсорбционные и катионообменные свойства пектинов

Пектины являются сорбентами и комплексообразователями. Некоторые формы пектина обладают очень высокой удельной поверхностью 80-200 м2/г и поровым пространством 0,9 см3/г [8]. Пектины связывают в ЖКТ и выводят из организма ионы тяжелых металлов (меди, ртути, свинца, железа) и радионуклидов (церия) [9, 10, 20, 21]. Для объяснения способности пектинов связывать молекулы металлов двух и большей валентности была предложена модель «egg-box» («упаковка для яиц»). Предполагают следующий механизм действия пектина. В геле, который образует пектин, время от времени участки цепочки одной и той же или разных молекул очень близко подходят друг к другу и образуют «зоны контакта». Между атомом металла и кислородными атомами пиранозных циклов образуются водородные связи, а между атомом металла и карбоксильными группами - ионные связи. Таким образом, чтобы образовался хотя бы один элементарный контакт при наличии в среде ионов металла, нужны четыре молекулы галактуроной кислоты, при этом все карбоксильные группы в этих молекулах должны быть свободными, то есть не занятыми метиловым радикалом [4].

Пектин может связывать желчные кислоты и обладает гиполипидемическим действием [9]. В условиях ЖКТ он может адсорбировать разнообразные липиды, блокирует контакт липидов с поджелудочными липазами и желчными кислотами.

Пектины также связывают панкреатические ферменты, связывают пестициды и некоторые канцерогены. Может адсорбировать ксенобиотики, в частности, фармацевтические препараты. [11, 12, 13, 14].

Также по некоторым данным пектин способен сорбировать и выводить из организма микроорганизмы и выделяемые ими токсины, биогенные токсины, анаболики, ксенобиотики, продукты метаболизма, а также биологически вредные вещества, способные накапливаться в организме: холестерин, желчные кислоты, мочевину, билирубин, серотонин, гистамин, продукты тучных клеток» [15].

Одним из важных свойств пектина, как эффективного энтеросорбента, является способность уменьшать интенсивность синдрома эндогенной интоксикациии. Так, при токсических гепатитах под влиянием гепатотропных ядов запускается перекисное окисление липидов, нарушается энергообеспечение клеток печени, возрастает активность лизосомальных гидролаз, что ведет к ухудшению функционального состояния печени, ее способности к биотрансформации и поступлению в общий кровоток большого количества токсических для организма соединений. Эффективность некрахмальных полисахаридов была изучена на мышах с экспериментальным тетрахлорметановым гепатитом. Результаты показали, что альгинат кальция, два низкометоксилированных пектина, фукоидан и хитозан, оказывают нормализующий эффект на показатели общих липидов, гликогена, малонового диальдегида и диеновых коньюгатов в печени, а также общих липидов и активности аланинаминотрансферазы в крови животных с токсическим гепатитом [16].

Пектиносодержащий препарат (порошок столовой красной свеклы содержит 46% углеводов, 13% клетчатки, 7% лигнина, 2% биологически активных веществ, 0,7-1% пектина, витамины, минералы, флавоноиды и т.п.) использовался в качестве энтеросорбента и нутритивной поддержки в комплексной терапии хирургического эндотоксикоза и кишечной непроходимости у 161 больного. Результаты сравнили с таковыми у 171 больного группы парной выборки, получавшими лечение без пектиносодержащего препарата. Анализ полученных результатов показал, что при лечении перитонита средний койко-день составил 12,6, летальность — 5,0%; при лечении неинфицированного панкреонекроза — соответственно 21,1 и 0%; при механической желтухе — 18,2 и 5,0%; при эмпиеме плевры — 19,35 и 7,6%. В группе больных, в лечении которых ПСП не использовался, средний койко-день и летальность составили соответственно при перитонитах 15,6 и 12,7%; при неинфицированном панкреонекрозе — 26,1 и 0%; при механической желтухе — 21,5 и 8,2%; при эмпиеме плевры — 45,2 и 14,2%. Снижение летальности при лечении авторы связывают применением пектинсодержащего продукта, который обеспечил раннюю и активную детоксикацию, нутритивную поддержку и энтеропротекцию [1].

Проводилась оценка эффективности профилактического комплекса биопротекторов, который включал глутаминовую кислоту, пектиновый энтеросорбент, мультивитаминный комплекс, кальций, витамин С, глицин, метионин, на токсикинетику комбинации свинца-хрома-мышьяка-марганца-ванадия и бензопирена, а также комбинаций нафталина-свинца и фенола-нафталина-свинца. Исследования проводились на крысах. Экспериментально доказано, что комплексное применение биопротекторов оказывает положительное влияние на токсикокинетику ксенобиотиков, способствуя усиленному выведению токсикантов из организма (снижается содержание в моче общего фенола – в 1,6 раз и общего нафталина - в 1,5 раза), и токсикодинамику органических ядов (коррекция показателей состояния нервной системы, печени, биоэнергетического обмена). При комбинированном влиянии многокомпонентных комбинаций металлов (марганец, ванадий, свинец, хром), мышьяка и бензо(а)пирена значительный коррегирующий эффект наблюдается при использовании биопрофилактического комплекса, направленного на изменение преимущественного пути выведения металлов (снижение содержания в моче свинца в 1,9 раза, хрома - в 1,2 раза, марганца - в 1,6 раза в результате повышения их элиминации через кишечник на фоне применения энтеросорбента) и усиление выведения бензо(а)пирена из организма и, как следствие, компенсацию токсикодинамических нарушений [17, 18].

Другие свойства пектина в организме

Пектин изменяет вязкость содержимого желудка и кишечника, замедляет желудочно-кишечный транзит. Этот эффект влияет на абсорбцию пищевых сахаров, липидов, уменьшает биодоступность микроэлементов и некоторых других компонентов химуса. После прохождения по тонкой кишке пектины частично ферментируются в толстой кишке анаэробными бактериями в короткоцепочечные жирные кислоты. В толстой кишке следствием наличия пектина и продуктов его бактериальной деградации являются увеличение объема стула, стимуляция перистальтики кишечника. [4, 19].

Пектины способны образовывать гель на поверхности слизистой желудка и кишечника и благодаря этому оказывать обволакивающее и защитное действие, предохраняя слизистые оболочки от раздражающего влияния агрессивных факторов [1]. Пектиновые вещества обладают противовоспалительной активностью [19].

Немалое значение также имеют и данные об антимикробной активности пектинов. В ряде работ было установлено, что пектины оказывают бактерицидное действие на грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы [22, 23], хотя это не обнаружили другие авторы [24]. Более детальные in vitro эксперименты показали, что в 4% растворе пектина количество стрептококков (Streptococcus pyogenes, S.viridans, S.pneumoniae), синегнойной и спороносной палочек уменьшалось вплоть до полного исчезновения в течение 4 часов, а количество Shigella sonnei, Klebsiella pneumoniae, Proteus vulgaris, E.coli и Staphylococcus aureus – в течение 24 часов. Эти данные позволили авторам рассматривать действие пектина как бактерицидное. До 48 часов составлял срок антибактериального действия яблочного пектина на Salmonella enteritidis и свекловичного – на Staphylococcus epidermidis. В аналогичных условиях представители индигенной микрофлоры желудочно-кишечного тракта (Lactobacillus plantarum и Bifidobacterium bifidum), а также Candida albicans сохраняли жизнеспособность. Уменьшение концентрации пектинов в 4-8 раз приводило к ослаблению эффекта к большинству микроорганизмов, хотя в отношении стрептококков, спороносной палочки, S.sonnei и Enterococcus faecalis он оставался достаточно высоким. Пектины, наряду с бактерицидным действием на патогенную и условно-патогенную микрофлору, не оказывают влияния на индигенную флору кишечника [22, 23].

Влияние пектина на всасывание полезных веществ. Безопасность пектинов

Существует мнение, что нужно с осторожностью относиться к длительному приему пищевых волокон, так как они способны снизить адсорбцию кальция, железа, цинка и магния, увеличить выведение азота из организма и подавить активность ферментов. Эти явления особенно характерны для отрубей, содержащих фитат и из-за этого ингибирующих всасывание железа и цинка.

Однако эксперименты не подтверждают эти данные. Так, в исследовании на животных тенденция к снижению содержания витаминов групп В и С в крови была выявлена только при добавлении в диету пшеничных отрубей, а пектины и микрокристаллическая целлюлоза никакого влияния на усвоение этих витаминов не оказывали [25]. У белых крыс, получавших пектин на уровне 5% суточного рациона, абсорбция цинка на 10% превышала контрольные значения, при этом общее количество цинка в большеберцовой и бедренной костях у контрольных крыс незначительно превышала таковое у подопытных животных [26]. Доза пектина в 2% суточного рациона у крыс за 40 суток никак не повлияла на абсорбцию и обмен железа [27], хотя в условиях in vitro пектин связывал ионы железа [28]. В экспериментах на растущих поросятах было показано, что высокоэтерифицированный пектин слабо влияет на баланс фосфора, кальция, магния и цинка, в отличие от низкоэтерифицированного пектина, который в количестве 2,5% суточного рациона существенно уменьшал абсорбцию кальция, магния и цинка [29]. Клинические исследования на молодых здоровых женщинах заключались в том, что пектин в дозе 0,15 г/кг массы тела давали вместе с пищей и смесью, состоящей из бета-каротина, ликопина, лютеина, кантаксантина и альфа-токоферола, определяли их концентрации в течение 24 часов и вычисляли область суточных кривых для каждого компонента. При таких условиях пектин достоверно уменьшал суточный уровень бета-каротина, ликопина и лютеина и не уменьшал суточный уровень кантаксантина и альфа-токоферола [30].

Хотя аналогичные исследования на здоровых волонтерах, принимавших цитрусовый пектин в дозе 14 г непосредственно перед приемом 500 мг вальпроата натрия в таблетках, покрытых оболочкой, показали, что пектин не изменял константу скорости абсорбции, концентрационный пик в плазме и время наступления пика концентрации исследованного препарата [31]. Клинические наблюдения на больных в возрасте от 40 до 69 лет с гиперлипопротеидемией показали, что ежедневный прием 15 г высокоэтерифицированного яблочного пектина на протяжении трех месяцев не изменял сывороточныый уровень натрия, калия, хлора, ионизированного кальция, общего и ионизированного магния, железа и меди [32]. Показано также, что комплекс пектина с железом можно использовать в лечении железодефицитных анемий [33].

Согласно данным экспериментальных исследований на животных дозы пектинов до 8-10% суточного рациона не вызывают появления морфологических повреждений в тонкой и толстой кишке и не нарушают процессы нормального развития [34; 35]. И только в одной работе, в которой цыплятам давали высокоэтерифицированные и низкоэтерифицированные пектины в дозе 30 г/кг массы, были отмечены изменения в морфологии стенки тонкой кишки и повышение активности микроорганизмов в подвздошной кишке при применении главным образом высокоэтерифицированного пектина [36]. Однако эти дозы в десятки раз превышают обычно используемые дозы пектина.

Выводы

Таким образом, пектины обладают свойствами энтеросорбента и комплексообразователя, способны сорбировать разнообразные липиды, оказывать умеренное гиполипидемическое действие. Пектины оказывают обволакивающее и защитное действие, предохраняя слизистые ЖКТ от раздражающего действия агрессивных факторов. Пектины как и любое пищевое волокно способны стимулировать перистальтику кишечника, а также обладают некоторыми антимикробными свойствами.
Следует учитывать, что пектин действительно может повлиять на усвоение некоторых компонентов пищи, поэтому не следует принимать препараты пектинов совместно с пищей и лекарствами.

Литература:

1. Брискин Б. С., Демидов Д. А. Эволюция энетросорбции в лечении хирургического эндотоксикоза // Международный медицинский журнал. – 2004. – № 4. dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/5265…
2. Pilnik W., Rombouts F.M. Polysaccharides and food processing // Carbohydr. Res. 1985. Vol. 142, N 1. P. 93-105.
3. Пектин. ВФС 42-3433. – Введ. 1999. – 08.10. – М., 1999. – 4 с.
4. Хотимченко Ю. С., Одинцова М. В., Ковалев В. В. Полисорбовит. – Томск: Изд-во НТЛ, 2001.
5. Дудкин М. С., Щелкунов Л. Ф. Пищевые волокна – новый раздел химии и технологии пищи // Вопр. питания. – 1998. – № 3. – С. 36-38.
6. Ikegami S., Tsuchihashi F., Harada H. et al. Effect of viscous indigestible polysaccharides on pancreatic biliary secretion and digestive organs in rats // J. Nutr. 1990. Vol. 120, N 4. P. 353-360.
7. Рыженков В. Е., Ремизова О. В., Беляков Н. А. Применение энтеросорбентов для профилактики и лечения атеросклероза // В кн.: Энтеросорбция (Под ред. Белякова Н. А.). Л. Центр сорбционных технологий. – 1991. – С. 179-224.
8. White R. J., Budarin V. L., Clark J. H. Pectin-derived porous materials. Chemistry. 2010 Jan 25;16(4):1326-35.
9. Николаев В. Г., Михаловский С. В., Гурина Н. М. // Современные энтеросорбенты и механизмы их действия. Эфферентная терапия. – 2005 г. – Т. 11. – № 4.
10. Yuri Khotimchenko, Elena Khozhaenko, Valeri Kovalev, and Maxim Khotimchenko. Cerium Binding Activity of Pectins Isolated from the Seagrasses Zostera marina and Phyllospadix iwatensis. Mar Drugs. Apr 2012; 10(4): 834–848/ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3366678
11. Lairon D, Lafont H, Vigne JL, Nalbone G, Léonardi J, Hauton JC. Effects of dietary fibers and cholestyramine on the activity of pancreatic lipase in vitro // Am J Clin Nutr. 1985 Oct;42(4):629-38.
12. Bucci AJ, Myre SA, Tan HS, Shenouda LS.In vitro interaction of quinidine with kaolin and pectin. // J Pharm Sci. 1981 Sep;70(9):999-1002.
13. Lewińska D, Rosiński S, Piatkiewicz W.A new pectin-based material for selective LDL-cholesterol removal. // Artif Organs. 1994 Mar;18(3):217-22.
14. Tsujita T, Sumiyosh M, Han LK, Fujiwara T, Tsujita J, Okuda H.Inhibition of lipase activities by citrus pectin. // J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo). 2003 Oct;49(5):340-5.
15. Комиссаренко С.Н. Пектины – их свойства и применение / Комиссаренко С.Н., Спиридонов В.Н. // Раст. ресурсы. – 1998. – Т. 34, вып. 1. – С. 111-119.
16. Хотимченко Ю. С., Хасина Э. И. Ковалев В. В. и др. Эффективность пищевых некрахмальных полисахаридов при экспериментальном токсическом гепатите // Вопр. питания. – 2000. – Т. 69. – № 1-2. – С. 22-26.
17. Degtriareva TD, Katsnel'son BA, Minigalieva IA, Soloboeva IuI, Brezgina SV, Beresnova OIu, Beresneva TA, Slyshkina TV, Makarenko NP. [Biological prevention of combined effects of toxic metals and organic substances]. Gig Sanit. 2007 May-Jun;(3):37-40.
18. Минигалиева И. А. Экспериментальное обоснование подходов к биологической профилактике вредных эффектов органических загрязнителей среды обитания и их комбинаций с токсичными металлами. / АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Москва – 2009.
19. Оводова Р. Г., Головченко В. В., Попов С. В., Оводов Ю. С. Новейшие сведения о пектиновых полисахаридах. // Известия Коми научного центра УРО РАН № 3/2010.
20. Schiewer S, Patil SB. Pectin-rich fruit wastes as biosorbents for heavy metal removal: equilibrium and kinetics. Bioresour Technol. 2008 Apr;99(6):1896-903.
21. Khotimchenko M, Serguschenko I, Khotimchenko Y Lead absorption and excretion in rats given insoluble salts of pectin and alginate. Int J Toxicol. 2006 May-Jun;25(3):195-203.
22. Потиевский Э. Г., Шавахабов Ш. Ш., Бондаренко В. М., Ашубаева З. Д. Экспериментальное и клиническое изучение влияния пектина на возбудителей острых кишечных инфекций // Журн. микробиол. – 1994. – Прилож. – С. 106-109. Правила доклинической оценки безопасности фармакологических средств (GLP). Руководящий документ 64-126-91. М., 1992. 78 с. Принципы и методы оценки токсичности химических веществ. Часть 1.Гигиенические критерии окружающей среды. Женева: ВОЗ, 1981. № 6. С. 271-300.
23. Лазарева Е.Б. Бактериофаги и пектины в коррекции нарушений микробиоценозов при гнойно-воспалительных процессах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук. Москва – 2007. earthpapers.net/bakteriofagi-i-pektiny-v-korrektsi…
24. Nelson J.L., Alexander J.W., Gianotti L. et al. Influence of dietary fiber on microbial growth in vitro and bacterial ttranslocation after burn injury in mice // Nutrition. 1994. Vol. 10, N 1. P. 32-36.
25. Богданов Н. Г., Пятницкая И. Н., Смирнова А. И. и др. Влияние использования различных концентраций нескольких видов пищевых волокон на обеспеченность витаминами С и витаминами группы В в длительном эксперименте на животных // Мат-лы Всес. конф. «Пищевые волокна в рациональном питании человека». М., 1987. – С. 34-35.
26. Kondo H., Osada A. Influence of dietary fiber on the biovailability of zinc in rats // Biomed. Environ. Sci. 1996. Vol. 9, N 1-2. P. 204-208.
27. Baig M.M., Burgin C.W., Cerda J.J. Effect of dietary pectin on iron absorption and turnover in the rat // J. Nutr. 1983. Vol. 113, N 12. P. 2385-2389.
28. Fernandez R., Phillips S.F. Components of fiber bind iron in vitro // Am. J. Clin. Nutr. 1982. Vol. 35, N 1. P. 100-106.
29. Bagheri S., Gueguen L. Effect of wheat bran and pectin on the absorption and retention of phosphorus, calcium, magnesium and zinc by the growing pig // Reprod. Nutr. Dev. 1985. Vol. 25, N 4A. P. 705-716.
30. Riedl J., Linseisen J., Hoffmann J., Wolfram G. Some dietary fibers reduce the absorption of carotenoids in women // J. Nutr. 1999. Vol. 129, N 12. P. 2170-2176
31. Issy A.M., Lanchote V.L., de Carvalho D., Silva H.C. Lack of kinetic interaction between valproic acid and citrus pectin // Ther. Drug Monit. 1997. Vol. 19, N 5. P. 516-520.
32. Grudeva-Popova J., Sirakova I. Effect of pectin on some electrolytes and trace elements in patients with hyperlipoproteinemia // Folia Med. (Plovdiv). 1998. Vol. 40, N 1. P. 41-45.
33. Thakur B.R., Singh R.K., Handa A.K. Chemistry and uses of pectin. A review // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 1997. Vol. 37, N 1. P. 47-73.
34. Tamura M., Suzuki H. Effects of pectin on jejunal and ileal morphology and ultrastructure in adult mice // Ann. Nutr. Metab. 1997. Vol. 41, N 4. P. 255-259.
35. Yu B., Tsai C.C., Hsu J.C., Chiou P.W. Effect of different sources of fibre on growth performance, intesyinal morphology and ceacal carbohydrases of domestic geese // Br. Poult. Sci. 1998. Vol. 39, N 4. P. 560-567.
36. Langhout D.J., Schutte J.B., Van Leeuwen P. et al. Effect of dietary highand low-methylated citrus pectin on the activity of the ileal microflora and morphology of the small intestinal wall of broiler chicks // Br. Poult. Sci. 1999. Vol. 40, N 3. P. 340-347.

Комментарии