Les polysaccharides de plantes : Les pectines
Les pectines, du grec pectos signifiant «figé, rigide », sont connues dans l’alimentation humaine depuis longtemps pour leurs propriétés texturantes. Ainsi, les pectines de certains fruits sont utilisées depuis des siècles de façon empirique, pour la fabrication de gelées et de confitures. Par tradition, les ménagères ajoutaient à leurs préparations de fruits des trognons de pommes enfermés dans de petits sacs de toile pour favoriser la prise de gel. Ce n’est qu’au XXe siècle que les industriels ont mis au point des procédés d’extraction permettant d’obtenir des jus pectiques puis des poudres de bonne qualité.
Origines cellulaire et botanique
Les pectines sont des composés de parois des plantes supérieures. Elles sont abondantes dans la lamelle moyenne, assurant la cohésion des cellules voisines. On les trouve aussi dans les parois primaires comme éléments de la matrice associés à la cellulose et possédant des propriétés d’échangeur d’ions et de gélification.
Les pectines employées comme additifs texturants sont principalement extraites des écorces d’agrumes et de marcs de pommes (résidus solides obtenus dans la confection du cidre, Ce sont des coproduits de l’industrie des jus de fruits.
Les pulpes de betterave, coproduits de l’industrie sucrière, sont aussi une source potentielle de pectines, mais elles ne sont pas utilisées dans l’industrie des texturants car, malgré de nombreux essais, on constate que les pectines extraites ont un mauvais pouvoir gélifiant. Les pommiers (Malus domestica, famille des rosacées) sont principalement cultivés en Europe du Nord, dont la France (Bretagne et Normandie) et en Europe centrale. Les écorces d’agrumes obtenues à partir de citron et citron vert (Citrus limon, famille des rutacées), d’orange (Citrus aurantium) ou de pamplemousse (Citrus paradisi) proviennent d’Amérique du Nord (Californie, Floride), d’Amérique du Sud (Argentine, Brésil), d’Amérique centrale (Mexique) et des pays du Bassin méditerranéen (Afrique du Nord, Italie, Espagne…).
Caractéristiques moléculaires
Les pectines ont été isolées pour la première fois par Henri Braconnot, en 1825, à partir d’extraits végétaux. Ces molécules représentent un ensemble complexe et hétérogène de polysaccharides fortement hydratés et riches en acides uroniques.
Les chaînes principales sont des macromolécules linéaires d’acides ct-D-galacturoniques liés en a (1-4) et sont appelées homogalacturonanes (HGA). Les fonctions acides (COO–) peuvent être estérifiées par du méthanol (groupes méthoxyles COOCH3), le degré d’estérification (DE) étant variable. On distingue ainsi deux grandes catégories: les pectines faiblement méthylées (LM), dont le degré d’estérification est inférieur à 50 %, et les pectines fortement méthylées (HM), dont le degré d’estérification est supérieur à 50 %.
Les chaînes régulières d’homogalacturonanes peuvent être interrompues par des unités rhamnose (pentose neutre méthylé), ce qui entraîne une déviation dans l’orientation de la chaîne. Il se forme ainsi des motifs mixtes de rhamnose et d’acide galacturonique (RG) qui peuvent porter des chaînes latérales de sucres neutres (galactose et arabinose), constituant des zones irrégulières et ramifiées. Le degré d’estérification, d’une part, et, d’autre part, la proportion de motifs RG et de ramifications déterminent les propriétés texturantes des pectines en solution.
Les propriétés des pectines
La solubilité des pectines dépend de plusieurs facteurs: l’existence de chaînes latérales et la présence de groupes méthoxyles favorisent l’écarte- ment des chaînes et leur hydratation. De plus, l’ionisation des fonctions acides permet la répulsion électrostatique et favorise la solubilisation. Ainsi, selon la quantité de ramifications, le degré d’estérification et l’acidité du milieu, la solubilisation des pectines sera variable et pourra s’effectuer à froid ou à chaud. Toutes les pectines possèdent des propriétés gélifiantes.
Les zones de jonction s’établissent entre les segments homogalacturoniques réguliers HGA, les régions RG ramifiées permettant la formation des mailles du gel. Cependant, les modalités de gélification et les caractéristiques des gels sont différentes selon le type de pectines, faiblement ou fortement méthylées.
Les pectines HM (avec un DE a 50). Elles gélifient en milieu acide : des zones de jonction s’établissent au niveau des réglons régulières homogalacturoniques et l’acidité du milieu neutralise les fonctions acides non méthylées, permettant ainsi le rapprochement des chaînes et l’établissement de liaisons hydrogène.
La formation de ces liaisons est favorisée par la réduction de l’activité de l’eau (proportion d’eau libre par rapport à l’eau liée). Dans les produits alimentaires, l’ajout du sucre dans la solution joue ce rôle en permettant de piéger l’eau. C’est l’exemple classique de la confection traditionnelle des confitures : le chauffage des fruits, en présence de quantités Importantes de sucre et d’un jus de citron, permet de libérer les pectines des fruits, de réduire l’activité de l’eau, de neutraliser les fonctions acides et de favoriser le rapprochement des chaînes et l’établissement d’un gel. Les gels obtenus ne sont pas thermoréversibles: ils ont une structure courte et cohérente, dans des milieux dont l’extrait sec est, en moyenne, supérieur à 60 % et le pH compris entre 2,5 et 4.
Les conditions de gélification dépendent donc de plusieurs paramètres : la quantité de matières dissoutes (en particulier la teneur en sucre), la réduction du pH et le degré d’estérification. Ainsi, par exemple, plus le degré d’estérification est élevé, plus la prise de gel est rapide et moins l’acidification du milieu est nécessaire.
Les pectines LM (avec un DE s 50). Elles gélifient en présence d’ions calcium ou d’autres cations divalents. S’établissent alors, comme pour les alglnates, des zones de jonction de type « boîte à œufs » entre les réglons régulières d’homogalacturonanes acides qui peuvent s’empiler les unes sur les autres. Ces gels, contrairement à ceux des pectines HM, ne nécessitent pas la présence de sucre et d’acide pour leur formation. La
rigidité du gel dépend de plusieurs facteurs : la proportion de zones HGA et de ramifications, le degré d’estérification, le pH qui doit permettre l’ionisation des fonctions acides, et la teneur en ions calcium du milieu. Le gel peut être thermoréversible ou non.
Le procédé d’extraction des pectines
La première étape est une hydrolyse acide à chaud, qui permet de solubiliser les pectines contenues dans les parois végétales, en même temps qu’un certain nombre de composés solubles. La seconde étape sépare les composés solubles des matières insolubles, par pressage puis filtration sous pression à l’aide de terres filtrantes. La dernière étape consiste à purifier l’extrait pectique qui est clarifié et précipité dans l’alcool. Il se forme un coagulum fibreux qui subit des lavages successifs en milieu hydroalcoolique. Un pressage et un séchage sous vide, suivis d’un broyage, permettent d’obtenir une poudre fine. Les pectines ainsi extraites sont souvent fortement méthylées (pectines HM de DE compris entre 55 et 75). Pour obtenir les pectines faiblement méthylées (pectines LM), on pratique une déméthylation contrôlée des pectines HM par traitement acide ou alcalin.
Les rendements d’extraction sont variables selon la richesse en pectine des matières premières utilisées: par exemple.de 22 à 27% pour les écorces d’agrumes séchées et de 8 à 11 % pour les marcs de pommes séchés.
Les utilisations industrielles des pectines
Les pectines peuvent jouer un rôle en tant que fibres alimentaires proprement dites et sont utilisées en diététique et en pharmacie. Seules les pectines utilisées comme hydrocolloïdes (E440) sont abordées ici. Leur production mondiale représente environ 15% de la production totale des hydrocolloïdes. La majeure partie de la production est consommée par les industries alimentaires qui utilisent principalement leur pouvoir gélifiant. L’amélioration constante de la qualité et des moyens techniques mis en œuvre permet maintenant de préparer des pectines « sur mesure », ayant des caractéristiques spécifiques demandées par l’utilisateur. On les utilise aussi, à moindre concentration, pour leur capacité d’épaississants et de stabilisation des boissons.
On les retrouve dans trois grands types de produits :
- les produits laitiers (stabilisation des boissons laitières acides avec les pectines HM, yaourts à boire, préparations fruitées pour crèmes dessert, entremets et flans, préparations pour crèmes dessert instantanées avec les pectines LM) ;
- les produits à base de fruits (marmelades, confitures classiques avec les pectines HM ou allégées avec les pectines LM, préparations riches en fruits, de 40 à 60%, pour yaourts et fromages frais, sorbets et desserts multicouches, préparations fruitées pour pâtisserie et biscuiterie comme les nappages, fourrages, décoration [pectines LM], boissons fruitées [pectines HM]) ;
- les confiseries (pâtes de fruits avec les pectines HM, mais aussi en association avec la gélatine pour obtenir des produits gélifiés à textures différentes tels que les gommes, guimauves, gelées russes avec les pectines HM et LM).
Les utilisations en pharmacie sont nombreuses et variées. On retrouve les pectines comme agents texturants dans des gelées, confiseries et confitures ayant des propriétés particulières comme les laxatifs, sirops à texture visqueuse ou onctueuse. Leurs utilisations comme fibres alimentaires proprement dites sont traitées.
Vidéo : Les polysaccharides de plantes : Les pectines
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