PECTINES

Les pectines sont un pentose, un polyol et un hydroxyaldéhyde.
Ce sont des polysaccharides riches en acide galacturonique, possédant une structure et une fonction complexes.
Les pectines se présentent sous forme de poudre fine ou grossière, blanc jaunâtre, inodore et au goût mucilagineux.

CAS : 9000-69-5
Formule mathématique : C6H12O6
EINECS : 232-553-0

Synonymes :
PECTINE DE POMME DE QUALITÉ ALIMENTAIRE SPÉCIALE ; PECTINE DE POMME DE QUALITÉ ALIMENTAIRE ; PECTINE DE POMME USP ; PECTINE D'AGRUMES USP À PRISE LENTE ; Acide polyhalactyronique ; ESTER MÉTHYLIQUE DE L'ACIDE POLY-D-GALACTURONIQUE ; ESTER MÉTHYLIQUE DE L'ACIDE POLYGALACTURONIQUE ; ACIDE POLYGALACTURONIQUE PARTIELLEMENT MÉTHOXYLÉ

Les pectines sont des hétéropolysaccharides, des polymères structuraux présents dans les parois cellulaires et la lamelle moyenne des plantes terrestres.
Le principal composant chimique des pectines est l'acide galacturonique (un acide de sucre dérivé du galactose), isolé et décrit par Henri Braconnot en 1825.
Les pectines produites industriellement se présentent sous forme de poudre blanche à brun clair, extraite des agrumes. Elles sont utilisées comme gélifiant alimentaire, notamment dans les confitures et gelées, les garnitures de desserts, les médicaments et les confiseries ; comme stabilisant alimentaire dans les jus de fruits et les boissons lactées ; et comme source de fibres alimentaires.

Biologie
Présence naturelle
Les poires, les pommes, les goyaves, les coings, les prunes, les groseilles à maquereau, les oranges et autres agrumes contiennent de grandes quantités de pectine, tandis que les fruits rouges, comme les cerises, les raisins et les fraises, en contiennent de faibles quantités. Teneurs typiques en pectines dans les fruits et légumes frais :

Pommes : 1 à 1,5 %
Abricots : 1 %
Cerises : 0,4 %
Oranges : 0,5 à 3,5 %
Carottes : 1,4 %
Zestes d’agrumes : 30 %
Cynorrhodons : 15 %

Les pectines sont composées de polysaccharides complexes présents dans la paroi cellulaire primaire des plantes et abondants dans les parties vertes des plantes terrestres.
Les pectines sont le principal constituant de la lamelle moyenne, où elles assurent la liaison entre les cellules.
Elles sont incorporées à la paroi cellulaire par exocytose, via des vésicules produites par l’appareil de Golgi.
La quantité, la structure et la composition chimique des pectines varient d’une plante à l’autre, au sein d’une même plante au fil du temps et selon les différentes parties de la plante.
Les pectines sont un polysaccharide essentiel de la paroi cellulaire qui permet l’élongation de la paroi cellulaire primaire et la croissance de la plante. Lors de la maturation des fruits, les pectines sont décomposées par les enzymes pectinase et pectinesterase. Ce processus entraîne un ramollissement du fruit, la désagrégation des lamelles moyennes et la séparation des cellules.
Un processus similaire de séparation cellulaire, dû à la dégradation des pectines, se produit au niveau de la zone d'abscission des pétioles des plantes à feuilles caduques lors de la chute des feuilles.

Nutrition humaine
Les pectines sont naturellement présentes dans l'alimentation humaine. Bien qu'elles ne soient pas digérées dans l'intestin grêle, elles sont fermentées dans le gros intestin.
Les pectines ont un effet positif sur la diminution du taux de cholestérol LDL et sur la réduction de la glycémie postprandiale.
L'apport quotidien en pectines provenant des fruits et légumes peut être estimé à environ 5 g pour une consommation d'environ 500 g de fruits et légumes par jour.
Lors de la digestion, les pectines se lient au cholestérol dans le tube digestif et ralentissent l'absorption du glucose en piégeant les glucides.
Les pectines sont donc une fibre alimentaire soluble. Chez les souris NOD (non obèses diabétiques), il a été démontré que la pectine augmente l'incidence du diabète de type 1 auto-immun.

Une étude a révélé qu'après la consommation de fruits, la concentration de méthanol dans le corps humain augmentait d'un facteur dix en raison de la dégradation de la pectine naturelle (estérifiée par le méthanol) dans le côlon.
La consommation de pectine réduit légèrement (3 à 7 %) le taux de cholestérol LDL dans le sang. Cet effet dépend de la source de pectine ; les pectines de pomme et d'agrumes se sont avérées plus efficaces que la pectine de fibres de pulpe d'orange.
Le mécanisme semble impliquer une augmentation de la viscosité dans le tube digestif, entraînant une diminution de l'absorption du cholestérol provenant de la bile ou des aliments.
Dans le gros intestin et le côlon, les micro-organismes dégradent les pectines et libèrent des acides gras à chaîne courte qui ont un effet prébiotique positif.

Chimie
Définition et structure
Les pectines sont des hétéropolysaccharides dont les motifs répétitifs contiennent une forte proportion d'acide D-galacturonique (≈ 65 %).
Comme la chaîne principale du polymère contient de l'α-L-rhamnose en plus de l'acide galacturonique, le nom systématique de la pectine est acide rhamno-galacturonique.
L'incorporation d'unités de rhamnose perturbe la chaîne linéaire de poly(acide galacturonique), en y introduisant des coudes.
De nombreuses unités de rhamnose présentes dans les pectines portent des chaînes latérales oligomères de sucres neutres tels que l'arabinose, le galactose ou le xylose.
Ces sections ramifiées sont appelées régions « poilues », tandis que les segments non ramifiés, composés principalement d'acide galacturonique, sont appelés régions « lisses ». Plus précisément, les régions lisses et poilues peuvent être divisées en domaines structuraux distincts (présents au sein d'une même molécule de pectine) : les régions lisses comprennent l'homogalacturonane (HG), le xylogalacturonane (XGA) et l'apiogalacturonane (APGA), tandis que les régions poilues sont composées de rhamnogalacturonane I (RG-I) et de rhamnogalacturonane II (RG-II).

Les groupes carboxyle de l'acide polygalacturonique sont fréquemment estérifiés par le méthanol ou l'acide acétique.
Le degré d'estérification et d'acétylation varie selon l'origine de la pectine et influence fortement ses propriétés chimiques.
Les pectines sont donc classées selon leur degré de méthylation (DM) et leur degré d'acétylation (DA), qui représentent le rapport entre les acides galacturoniques estérifiés (méthylés ou acétylés) et la quantité totale d'acides galacturoniques. Du point de vue fonctionnel, on distingue trois types de pectines :

Acide pectique : degré de méthylation inférieur à 5 % (DM < 5)
Pectines faiblement méthylées (LM) : degré de méthylation inférieur à 50 % (DM < 50)
Pectines fortement méthylées (HM) : degré de méthylation supérieur à 50 % (DM > 50)
La pectine amidée présente une tolérance accrue aux variations de concentration en calcium.
La pectine thiolée, capable de former des ponts disulfure, possède des propriétés gélifiantes supérieures, avantageuses pour les applications pharmaceutiques et alimentaires.

Propriétés chimiques des pectines
Point de fusion : 174-180 °C (décomposition)
Température de stockage : température ambiante
Solubilité : H₂O : soluble à 0,02 g/10 mL, limpide à trouble, incolore à très légèrement jaune
Aspect : poudre
Couleur : jaune à brun clair
Odeur : poudre blanche à jaune ou concentré sirupeux, pratiquement inodore.
Source biologique : fruit de pommier.
Solubilité dans l’eau : soluble dans l’eau.
Merck : 14 7063
Fonctions des ingrédients cosmétiques : liant, régulateur de viscosité, stabilisateur d’émulsion.
CIR (Cosmetic Ingredient Review) : pectine (9000-69-5).
EPA Substance Registry System : pectines (9000-69-5).

Utilisations : dans la préparation de gelées et de produits alimentaires similaires : Owens et al., « Factors Influencing Gelation with Pectin », dans Natural Plant Hydrocolloids, Advances in Chemistry Series (ACS, Washington, 1954), p. 10-15.
Les pectines sont utilisées comme agent épaississant dans les préparations cosmétiques en raison de leurs propriétés gélifiantes. Les pectines sont apaisantes et légèrement acides. Elles sont extraites des pommes ou de la partie interne du zeste des agrumes.
La pectine est une gomme, ester méthylé de l'acide polygacturonique. Elle est obtenue à partir des zestes d'agrumes et du marc de pomme.
Le degré de méthylation (dm) ou d'estérification (de) correspond au pourcentage de groupements acides présents sous forme d'ester méthylique.
On distingue deux grands groupes de pectines : les pectines à haut degré de méthylation (hm), estérifiées à 50 % ou plus, et les pectines à bas degré de méthylation (lm), estérifiées à moins de 50 %.

Ces pectines gélifient dans des conditions différentes. Les pectines lm sont subdivisées en pectines amidées à bas degré de méthylation et en pectines conventionnelles à bas degré de méthylation. Les pectines constituent un vaste groupe de substances pectiques contenant une proportion non négligeable de groupes ester méthylique et dont tous les groupes carboxyle non estérifiés sont libres.
Les sels divalents de l'acide pectique sont peu solubles dans l'eau et doivent être convertis en leur forme sodique ou potassique pour être dissous.
La pectine est principalement utilisée comme gélifiant, épaississant et stabilisant alimentaire.
Dans certains pays, elle est également disponible sous forme de solution, d'extrait ou de poudre mélangée, pour la confection de confitures maison.
Son application classique consiste à donner une consistance gélifiée aux confitures et marmelades, qui seraient autrement des jus sucrés.
La pectine réduit également la synérèse dans les confitures et marmelades et améliore la tenue du gel des confitures allégées.

Pour un usage domestique, la pectine entre dans la composition du sucre gélifiant (également appelé « sucre à confiture »), où elle est diluée à la concentration appropriée avec du sucre et de l'acide citrique pour ajuster le pH. Pour diverses applications alimentaires, on distingue différents types de pectines selon leurs propriétés, telles que l'acidité, le degré d'estérification, le nombre relatif de groupes méthoxyle dans les molécules, etc.
Par exemple, le terme « à haut degré de méthoxylation » désigne les pectines dont une grande proportion des groupes carboxyle de la molécule de pectine sont estérifiés par le méthanol, contrairement aux pectines à faible degré de méthoxylation.
Les pectines à haut degré de méthoxylation, définies comme celles dont le degré d'estérification est égal ou supérieur à 50, sont généralement utilisées dans la fabrication traditionnelle de confitures et de gelées. Ces pectines nécessitent des concentrations élevées en sucre et un milieu acide pour former des gels, et offrent une texture lisse, convenant ainsi aux fourrages de boulangerie et aux applications de confiserie.

Les pectines à faible degré de méthoxylation ont un degré d'estérification inférieur à 50 et peuvent être amidées ou non amidées. Le pourcentage de substitution du groupe amide, défini comme le degré d'amidation, détermine l'efficacité de la pectine. Les pectines à faible degré de méthoxylation peuvent offrir une gamme de textures et de propriétés rhéologiques, selon la concentration en calcium et la réactivité au calcium de la pectine choisie. Les pectines à faible degré de méthoxylation amidées sont généralement thermoréversibles, c'est-à-dire qu'elles peuvent former des gels qui fondent et se reforment, tandis que les pectines à faible degré de méthoxylation non amidées peuvent former des gels thermostables qui résistent aux hautes températures. Ces propriétés rendent les pectines à faible degré de méthoxylation adaptées aux applications à faible teneur en sucre et sans sucre, aux produits laitiers et à la stabilisation des boissons protéinées acides.

Pour les confitures et marmelades classiques contenant plus de 60 % de sucre et de solides de fruits solubles, on utilise des pectines à haut degré d'ester (haut degré de méthoxylation). Avec les pectines à faible degré d'ester (faible degré de méthoxylation) et les pectines amidées, la quantité de sucre nécessaire est réduite, ce qui permet la fabrication de produits diététiques.
À Taïwan, l'extrait aqueux de graines d'aiyu est traditionnellement utilisé pour la fabrication de la gelée d'aiyu. Cet extrait gélifie sans chauffage grâce aux pectines à faible degré d'ester issues des graines et aux cations divalents présents dans l'eau.
Les pectines sont utilisées dans les gelées de confiserie pour leur conférer une bonne structure, une texture agréable en bouche et une libération optimale des arômes.
Elles peuvent également servir à stabiliser les boissons protéinées acides, comme les yaourts à boire, à améliorer la texture et la stabilité de la pulpe dans les boissons à base de jus, et à remplacer les matières grasses dans les produits de boulangerie. Les concentrations typiques de pectine utilisée comme additif alimentaire se situent entre 0,5 et 1,0 %, soit environ la même quantité que dans les fruits frais.

En médecine, la pectine augmente la viscosité et le volume des selles, ce qui permet de lutter contre la constipation et la diarrhée.
Les pectines étaient l'un des principaux ingrédients du Kaopectate, un médicament contre la diarrhée, avec la kaolinite.
Les pectines sont utilisées pour l'élimination douce des métaux lourds des systèmes biologiques.
Elles entrent également dans la composition des pastilles pour la gorge, où elles agissent comme adoucissant.
Dans les produits cosmétiques, la pectine sert de stabilisant.
On retrouve aussi les pectines dans les préparations cicatrisantes et les adhésifs médicaux spécifiques, tels que les dispositifs de colostomie.

Sriamornsak a démontré que, grâce à son innocuité et à son faible coût, la pectine pourrait être utilisée dans diverses plateformes d'administration orale de médicaments, notamment les systèmes à libération contrôlée, les systèmes gastro-rétentifs, les systèmes d'administration ciblée au côlon et les systèmes mucoadhésifs. Il a été constaté que les pectines provenant de différentes sources présentent des capacités gélifiantes variables, en raison de différences de taille moléculaire et de composition chimique.

Comme pour d'autres polymères naturels, l'un des principaux problèmes liés aux pectines est l'inconstance de leur reproductibilité entre les échantillons, ce qui peut entraîner une faible reproductibilité des caractéristiques d'administration de médicaments.
En nutrition des ruminants, selon le degré de lignification de la paroi cellulaire, les pectines sont digestibles jusqu'à 90 % par les enzymes bactériennes.
Les nutritionnistes spécialisés dans les ruminants recommandent d'améliorer la digestibilité et la concentration énergétique des fourrages en augmentant leur teneur en pectine.
Dans la fabrication des cigares, les pectines sont considérées comme un excellent substitut à la colle végétale ; de nombreux fumeurs et collectionneurs de cigares les utilisent pour réparer les feuilles de tabac abîmées.

Yablokov et al., dans leur ouvrage « Tchernobyl : Conséquences de la catastrophe pour la population et l'environnement », citent une étude menée par le Centre ukrainien de médecine des radiations et l'Institut biélorusse de médecine des radiations et d'endocrinologie. Cette étude conclut, concernant les effets radioprotecteurs de la pectine, que « l'ajout de préparations à base de pectine à l'alimentation des habitants des régions contaminées par Tchernobyl favorise une élimination efficace des radionucléides incorporés », tels que le césium-137.

Les auteurs font état des résultats positifs de l'utilisation de préparations alimentaires à base de pectine dans plusieurs études cliniques menées auprès d'enfants vivant dans des zones fortement polluées, avec une amélioration allant jusqu'à 50 % par rapport aux groupes témoins.
Durant la Seconde Guerre mondiale, les pilotes alliés disposaient de cartes imprimées sur soie pour s'orienter lors de leurs tentatives d'évasion. Au début, le processus d'impression s'avéra presque impossible car les différentes couches d'encre coulaient immédiatement, brouillant les contours et rendant les noms de lieux illisibles, jusqu'à ce que l'inventeur des cartes, Clayton Hutton, mélange un peu de pectine à l'encre et que celle-ci coagule aussitôt l'encre, empêchant ainsi les coulures et permettant de visualiser clairement les petits détails topographiques.

Utilisations agricoles
Les pectines sont des polyuronides de haut poids moléculaire.
Appartenant à la famille des glucides, les pectines sont présentes dans les fruits et les baies.
On trouve des pectines en quantités variables dans les fruits et les plantes.
Les pectines contiennent du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène et, par hydrolyse, elles libèrent des glycosides et de l'acide galachronique.
Les pectines peuvent former un gel lorsqu'elles absorbent l'eau.
Sur le plan commercial, la principale source de pectine couramment utilisée est le zeste de citron et de citron vert ; d'autres agrumes comme l'orange et le pamplemousse peuvent également être utilisés.
Les pectines sont largement utilisées dans l'industrie alimentaire, principalement pour la préparation de gels.
Elles sont également utilisées dans la fabrication de médicaments, de colloïdes protecteurs, d'émulsifiants, etc.

Applications pharmaceutiques
Présentes dans des préparations à base de plusieurs ingrédients pour le traitement de la diarrhée, de la constipation et de l'obésité, les pectines sont également utilisées comme stabilisant d'émulsion. Expérimentalement, la pectine a été utilisée dans des formulations de gel pour l'administration orale prolongée d'ambroxol.
Il a été démontré que les billes de gel de pectine constituent un milieu efficace pour contrôler la libération d'un médicament dans le tractus gastro-intestinal (GI).

La pectine a également été utilisée dans une matrice de pectine biodégradable dans le côlon, dotée d'un revêtement polymère sensible au pH, qui retarde le début de la libération du médicament et surmonte les problèmes de solubilité de la pectine dans la partie supérieure du tractus GI.
Des patchs à matrice de pectine amidée ont été étudiés pour l'administration transdermique de chloroquine, et des formulations de pectine gélifiantes pour l'administration orale prolongée de paracétamol ont été étudiées in situ.
Des matrices à base de pectine présentant différents degrés d'estérification ont été évaluées sous forme de comprimés oraux à libération contrôlée.
Il a été démontré que les pectines faiblement méthoxylées ont une vitesse de libération plus sensible à la teneur en calcium de la formulation.
La pectine a été utilisée comme composant dans la préparation de systèmes de microsphères polymères mixtes dans le but de produire une libération contrôlée de médicament.

Actions biochimiques/physiologiques
Les pectines, hétérosaccharides constitutifs des parois cellulaires des plantes terrestres, sont utilisées comme substrat pour identifier, différencier et caractériser les pectinases.
Elles servent également à étudier leur dégradation par les bactéries pectinolytiques.

Méthodes de purification
Dissoudre la pectine dans de l'eau chaude pour obtenir une solution à 1 %, puis refroidir. Ajuster la concentration de pectine à environ 0,05 M en HCl par ajout d'HCl concentré et la précipiter en versant lentement, sous forte agitation, dans deux volumes d'éthanol à 95 %.
Après plusieurs heures de repos, filtrer la pectine sur un tissu de nylon, puis la remettre en suspension dans de l'éthanol à 95 % et la laisser reposer une nuit.
Le précipité est filtré, lavé avec un mélange éthanol/éther diéthylique, puis avec de l'éthanol pur, et enfin séché à l'air.