Pectinasi
(sistemi enzimatici pectinoliti attivi sui polisaccaridi pectinici; prodotti tipicamente da Aspergillus niger e microrganismi affini)

Descrizione

• Le pectinasi sono famiglie di enzimi che depolimerizzano o de-esterificano la pectina (regioni di omogalatturonano e rammnogalatturonano), riducendo la viscosità, eliminando colloidi che causano torbidità e migliorando il trasferimento di massa. I prodotti commerciali sono in genere preparazioni multienzimatiche con profilo di attività pectinolitiche definito e livelli controllati di cellulasi/emicellulasi.
• Attività principali: endo-poligalatturonasi (endo-PG), exo-poligalatturonasi (exo-PG), pectin liasi (PL) e pectin metilesterasi (PME). Le preparazioni per vino/succhi sono spesso a basso tenore di PME per limitare la formazione di metanolo.
• Forme fisiche: liquidi stabilizzati (spesso con glicerolo/sorbitolo) e polveri granulati o spray-dried (su carrier come maltodestrina). L’attività è dichiarata in U/g o in unità di processo (es. PGU) con specifica di pH e temperatura del saggio.

Valori nutrizionali indicativi

• Non applicabile come apporto diretto. Le pectinasi sono coadiuvanti tecnologici; non apportano nutrienti significativi e risultano per lo più inattivate o rimosse nel prodotto finito.

Principali sostanze contenute

• Proteine catalitiche: endo-PG, exo-PG, PL, PME; possibili attività accessorie (arabinasi, idrolasi del rammnogalatturonano, cellulasi/xilanasi).
• Stabilizzanti/carrier: glicerolo, sorbitolo, sali, maltodestrina; antiagglomeranti ammessi per le polveri.
• Residui di processo: tracce del mezzo di fermentazione ridotte a standard di purezza per enzimi alimentari.

Processo di produzione

• Ceppo e fermentazione: funghi food-grade (comunemente Aspergillus niger) in submerged fed-batch con induttori pectinici/galatturonici; controllo stretto di pH, O₂ disciolto e temperatura. Esistono versioni GMO e non-GMO; possibile identity preservation.
• Recupero: rimozione biomassa (filtrazione/centrifugazione) → ultrafiltrazione/diafiltrazione per concentrare e ridurre impurità a basso PM → filtrazione di finitura.
• Formulazione: impostazione dell’attività e delle side-activities; aggiunta di stabilizzanti; regolazione del pH. Immobilizzazione (es. su alginato/silice) in applicazioni continue di nicchia.
• Finitura: riempimento liquidi (asettico) o spray-dry/granulazione; confezionamento in pack barriera a luce/ossigeno in GMP/HACCP.

Proprietà funzionali

• Substrati: pectine HM e LM; efficacia dipendente da grado di metilazione (DM/DE), acetilazione e livello di calcio.
• Optima (fungine tipiche): endo/exo-PG e PL pH 3,0–5,0, 40–55 °C; PME spesso pH 4,0–7,0. Fuori finestra l’attività cala; denaturazione termica generale >55–65 °C (dipende dalla formulazione).
• Effetti di processo: rapida caduta di viscosità, migliore pressabilità/filtrabilità, chiarifica più stabile e maggiore estrazione colore/aromi (con enzimi maceranti).

Impieghi alimentari

• Succhi/ nettari di frutta e verdura: macerazione e chiarifica (abbattimento pectine → filtrazione più rapida, resa più alta, stabilità della limpidezza).
• Vino e sidro: macerazione di bucce (colore/fenolici nei rossi), chiarifica dei mosti e stabilità a freddo via rimozione pectine; preferire pectinasi PME-ridotte per minimizzare il metanolo.
• Puree e baby food: riduzione controllata della viscosità per pompaggio/riempimento; evitare sovraidrolisi per conservare il corpo.
• Confetture/gelatine e produzione di pectina: modulazione mirata (PME per ridurre DM; PG per taglio dello scheletro) per regolare la forza del gel.
• Processi plant-based: aiuto alla spremitura (bacche/drupacee), segmentazione agrumi, finitura pomodoro; talvolta in sinergia con cellulasi/xilanasi.

Altri impieghi

• Tessile/bio-scouring (con cellulasi/emicellulasi) per rimuovere pectine di apprettatura e migliorare la bagnabilità.
• Carta e pulping: riduzione pectine nelle acque di processo per abbassare pitch/schiume e migliorare lo scolo.
• Feed: pre-trattamento di sottoprodotti ricchi in pectina (nicchia).
• Laboratorio/ricerca: studi sulle pareti cellulari; macerazione delicata di tessuti vegetali.

Nutrizione e salute (prospettiva d’uso)

• Le pectinasi operano come coadiuvanti tecnologici e non sono arricchenti dal punto di vista nutrizionale. Nei prodotti finiti risultano per lo più inattivate dal calore o allontanate con vinacce/feccia/polpe.
• Allergenicità da ingestione: improbabile ai residui tipici; tuttavia l’esposizione professionale (aerosol di polveri) può dare sensibilizzazione → servono controlli ingegneristici e DPI.
• Metanolo: l’attività PME demetila la pectina liberando metanolo; le pectinasi moderne per enologia/succhi gestiscono la PME per mantenere il metanolo ben entro i limiti se usate correttamente.

Nota porzione: non pertinente per coadiuvante tecnologico; seguire i dosaggi d’uso indicati dal fornitore per la specifica applicazione.

Qualità e specifiche (temi tipici)

• Attività dichiarata (es. endo-PG U/g) con condizioni di saggio; profilo di side-activities (cellulasi/xilanasi) se rilevante.
• Identità/purezza: fingerprint proteico, assenza di attività antimicrobica indesiderata; metalli pesanti nei limiti (Pb, As); endotossine basse per applicazioni sensibili.
• Microbiologia: Salmonella assente/25 g; carica totale bassa; lieviti/muffe in specifica.
• Fisico-chimica: densità/viscosità (liquidi), aw e granulometria (polveri), pH, colore.
• Stabilità: shelf-life alle condizioni dichiarate; ritenzione attività vs tempo/temperatura; tolleranza freeze-thaw per liquidi.

Linee guida d’uso

• Dose: specifica per processo; intervalli tipici 10–200 ppm di concentrato enzimatico (oppure 0,01–0,2%), da tarare su tempo/temperatura/pH target.
• pH/temperatura: operare vicino all’optimum; per lavorazioni “a freddo” (vino/succo) aumentare il tempo di contatto o impiegare formulazioni cold-active.
• Sinergie: combinare con cellulasi/emicellulasi per matrici più tenaci; aggiungere β-glucosidasi per rilascio aromi in enologia.
• Inibitori/interferenze: pH estremi, SO₂ elevato, metalli pesanti (Cu²⁺/Fe³⁺) e tenute termiche riducono l’attività; il calcio può ostacolare l’accesso allo scheletro LM molto reticolato → impiegare chelanti se consentito.
• Kill-step: riscaldare >70 °C (dipendente dal processo) per garantire la disattivazione prima del confezionamento quando richiesto.

Sicurezza e regolatorio

• In molte giurisdizioni le pectinasi sono enzimi alimentari/coadiuvanti; è richiesta conformità agli standard di purezza (es. JECFA) e ai regolamenti su enzimi alimentari (es. UE 1332/2008).
• USA: varie pectinasi da A. niger sono GRAS per usi specificati; UE: autorizzazione/lista dell’Unione per organismo produttore e TOS (total organic solids).
• GMO: la dichiarazione dipende dalla normativa e dall’uso di organismi produttori geneticamente modificati (l’enzima non contiene cellule vive).
• Sicurezza lavorativa: controllo polveri; evitare aerosolizzazione; SDS disponibile; attuare GMP/HACCP.

Sostenibilità e ambiente

• La chiarifica enzimatica riduce energia, uso di coadiuvanti di filtrazione e carico di rifiuti; gli effluenti sono biodegradabili.
• Gestire i flussi di lavaggio verso target BOD/COD; valorizzare vinacce/paste a mangimi, produzione di pectina o bioenergia.
• Packaging: preferire formati riciclabili/leggeri; catena del freddo solo se richiesta dal fornitore.

Troubleshooting

• Torbidità persiste / filtrazione lenta → pH/T fuori optimum; dose bassa; tempo di contatto corto; pectina con DM/acetilazione elevati → scegliere blend più ampio o alzare T entro i limiti.
• Eccessivo assottigliamento / perdita di corpo → sovradosaggio o contatto lungo → ridurre dose/tempo o usare profilo più mild.
• Metanolo alto nel mosto → carry-over di PME o macerazione calda prolungata → passare a pectinasi PME-ridotte, abbassare T, accorciare contatto.
• Scarsa estrazione colore/aromi (rossi) → attività maceranti insufficienti → abbinare cellulasi/emicellulasi e regolare gestione del cappello.
• Enzima “assente” → inibizione da SO₂ o metalli → verificare solforosa, evitare superfici in Cu/Fe, considerare chelanti se consentiti.

Principali funzioni INCI (cosmesi)

• Pectinase — Enzima usato soprattutto come coadiuvante di processo per chiarificare estratti vegetali e ridurre la viscosità pectinica nelle materie prime cosmetiche. L’uso diretto su pelle è raro; ogni impiego deve confermare sicurezza al livello d’uso e accettazione regolatoria.

Conclusione

Le preparazioni di pectinasi sono strumenti chiave per trasformare matrici ricche di pectina in prodotti più limpidi, filtrabili e ad alta resa, riducendo energia e consumabili. Il successo richiede matching del profilo enzimatico (PG/PL/PME), controllo di pH–T–tempo e gestione di inibitori e del rischio metanolo in applicazioni sensibili come l’enologia.

Mini-glossario

• PG (endo/exo-poligalatturonasi): idrolasi che tagliano lo scheletro dell’omogalatturonano (endo = tagli interni; exo = rilascio terminale).
• PL (pectin liasi): taglio eliminativo della pectina metil-esterificata senza acqua; efficace su pectine ad alto DM.
• PME (pectin metilesterasi): rimuove gli esteri metilici dalla pectina, liberando metanolo e abilitando reticolazione con Ca²⁺.
• DM/DE (grado di metilazione/esterificazione): quota di unità galatturoniche esterificate; governa comportamento del gel e scelta enzimatica.
• U/g, PGU: unità di attività enzimatica per grammo; fare sempre riferimento alla definizione di saggio del fornitore.
• GMP/HACCP: good manufacturing practice / hazard analysis and critical control points — sistemi igienico-preventivi e di controllo di processo.
• BOD/COD: domanda biochimica/chimica di ossigeno — metriche del carico inquinante per la gestione/trattamento reflui.
• CAZyme: enzima carboidrato-attivo che agisce su polisaccaridi complessi.

Bibliografia__________________________________________________________________________

Khan M, Nakkeeran E, Umesh-Kumar S. Potential application of pectinase in developing functional foods. Annu Rev Food Sci Technol. 2013;4:21-34. doi: 10.1146/annurev-food-030212-182525.

Abstract. The understanding that enzymatic degradation of fruit pectin can clarify juices and improve juice yields resulted in the search for microbial pectinases and application in vegetable- and fruit-processing industries. Identified enzymes were classified on the basis of their catalytic activity to pectin or its derivatives and in terms of industrial use. Discovery of gene sequences that coded the enzymes, protein engineering, and molecular biology tools resulted in defined microbial strains that over-produced the enzymes for cost-effective technologies. Recent perspectives on the use of pectin and its derivatives as dietary fibers suggest enzymatic synthesis of the right oligomers from pectin for use in human nutrition. While summarizing the activities of pectin-degrading enzymes, their industrial applications, and gene sources, this review projects another application for pectinases, which is the use of enzymatically derived pectin moieties in functional food preparation.

Zhao M, Chen J, Pan X, Zabed HM, Arsalan A, Qi X. Advances in Pectinase Engineering for Food Bioprocessing: Novel Sources, Mechanisms, and Optimization Strategies. J Agric Food Chem. 2025 Sep 17;73(37):23078-23097. doi: 10.1021/acs.jafc.5c06547.

Abstract. Pectinases are indispensable biocatalysts for pectin degradation in food and bioprocessing industries, yet natural enzymes often lack tailored functionalities for modern applications. While a previous review discussed pectinases in terms of production and application, this review particularly discusses an integrated framework for robust pectinases. This framework combines enzyme mining, protein engineering, and AI-assisted design to systematically discover, optimize, and customize pectinases. These synergistic strategies, in fact, have been widely explored in recent years to enable precise development of biocatalysts with enhanced industrial traits, moving beyond traditional single-approach-based enzyme improvement. Specifically, we discuss how cutting-edge methodologies, such as data-driven discovery and intelligent protein engineering, accelerate robust pectinase development, while emerging purification and bioprocessing techniques expand their applications in juice/wine production, textile bioscouring, and agricultural waste valorization. By unifying novel microbial sources, mechanistic insights, and engineering advances, these holistic approaches offer transformative potential for biocatalyst development, including pectinases. In this way, this review consolidates recent progress to guide next-generation pectinase development through combinatorial biotechnology, providing actionable insights for advancing sustainable industrial processes.

Mahto RB, Yadav M, Sasmal S, Bhunia B. Optimization of Process Parameters for Production of Pectinase using Bacillus Subtilis MF447840.1. Recent Pat Biotechnol. 2019;13(1):69-73. doi: 10.2174/1872208312666180917094428. 

Abstract. Background: Pectinase enzyme has immense industrial prospects in the food and beverage industries. Objective: In our investigation, we find out the optimum process parameters suitable for better pectinase generation by Bacillus subtilis MF447840.1 using submerged fermentation. Method: 2% (OD600 nm = 0.2) of pure Bacillus subtilis MF447840.1 bacterial culture was inoculated in sterile product production media. The production media components used for this study were 1 g/l of pectin, 2 g/l of (NH4)2SO4, 1 g/l of NaCl, 0.25 g/l of K2HPO4, 0.25 g/l of KH2PO4 and 1 g/l of MgSO4 for pectinase generation. We reviewed all recent patents on pectinase production and utilization. The various process parameters were observed by changing one variable time method. Results: The optimum fermentation condition of different parameters was noticed to be 5% inoculums, 25% volume ratio, temperature (37°C), pH (7.4) and agitation rate (120 rpm) following 4 days incubation. Conclusion: Maximum pectinase generation was noticed as 345 ± 12.35 U following 4 days incubation.

Stanek-Wandzel N, Krzyszowska A, Zarębska M, Gębura K, Wasilewski T, Hordyjewicz-Baran Z, Tomaka M. Evaluation of Cellulase, Pectinase, and Hemicellulase Effectiveness in Extraction of Phenolic Compounds from Grape Pomace. Int J Mol Sci. 2024 Dec 18;25(24):13538. doi: 10.3390/ijms252413538.

Abstract. Grape pomace, the solid residue from winemaking, is a rich source of polyphenolic compounds with significant antioxidant properties. However, the efficient extraction of these valuable compounds remains a challenge. This study focuses on optimizing the conditions for the enzyme-assisted extraction of polyphenolic compounds from red grape pomace using cellulase, hemicellulase, and pectinase. The key variables investigated in this study were enzyme concentration, extraction time, and solid/liquid ratio. The results highlight the importance of selecting enzymes based on target compounds, as different enzymes were found to be more effective for specific phenolic fractions. Hemicellulase was most effective for phenolic acids, cellulase for catechins, and pectinase for anthocyanins. Enzyme-assisted extraction significantly increased the yield of phenolic compounds and resulted in higher total phenolic content and antioxidant activity compared to control samples treated with solid/liquid extraction without enzyme addition. These findings confirm that enzyme-assisted extraction is a promising approach for enhancing the recovery of polyphenolic compounds from grape pomace.

Merín MG, Martín MC, Rantsiou K, Cocolin L, de Ambrosini VI. Characterization of pectinase activity for enology from yeasts occurring in Argentine Bonarda grape. Braz J Microbiol. 2015 Jul 1;46(3):815-23. doi: 10.1590/S1517-838246320140160. 

Abstract. Pectinolytic enzymes are greatly important in winemaking due to their ability to degrade pectic polymers from grape, contributing to enhance process efficiency and wine quality. This study aimed to analyze the occurrence of pectinolytic yeasts during spontaneous fermentation of Argentine Bonarda grape, to select yeasts that produce extracellular pectinases and to characterize their pectinolytic activity under wine-like conditions. Isolated yeasts were grouped using PCR-DGGE and identified by partial sequencing of 26S rRNA gene. Isolates comprised 7 genera, with Aureobasidium pullulans as the most predominant pectinolytic species, followed by Rhodotorula dairenensis and Cryptococcus saitoi. No pectinolytic activity was detected among ascomycetous yeasts isolated on grapes and during fermentation, suggesting a low occurrence of pectinolytic yeast species in wine fermentation ecosystem. This is the first study reporting R. dairenensis and Cr. saitoi species with pectinolytic activity. R. dairenensis GM-15 produced pectinases that proved to be highly active at grape pH, at 12 °C, and under ethanol and SO2 concentrations usually found in vinifications (pectinase activity around 1.1 U/mL). This strain also produced cellulase activity at 12 °C and pH 3.5, but did not produce β-glucosidase activity under these conditions. The strain showed encouraging enological properties for its potential use in low-temperature winemaking.