Ксантановая камедь: свойства, применение и безопасность

Введение

Полисахаридная камедь, используемая в качестве пищевой добавки и загустителя.

Ксантановая камедь (/zæ/nθ/ə/n/) – полисахарид, широко применяемый в различных отраслях промышленности, в том числе в качестве распространенной пищевой добавки. Это эффективный загуститель и стабилизатор, предотвращающий расслоение ингредиентов. Она производится из простых сахаров путем ферментации и получила свое название от бактерий рода Xanthomonas campestris, используемых в процессе производства.

История

Ксантановая камедь была открыта Аллен Розалинд Джинс и ее исследовательской группой в Министерстве сельского хозяйства США и запущена в коммерческое производство компанией CP Kelco под торговым названием Kelzan в начале 1960-х годов. Она была одобрена для использования в пищевых продуктах в 1968 году и признана безопасной пищевой добавкой в США, Канаде, странах Европы и многих других странах, с E-номером E415 и CAS-номером 11138-66-2. Ксантановая камедь получила свое название от вида бактерий, используемых в процессе ферментации – Xanthomonas campestris.

Применение

Ксантановая камедь, 1%, может значительно увеличить вязкость жидкости. В пищевой промышленности ксантановая камедь обычно используется в соусах и заправках для салатов. Она помогает предотвратить расслоение масла, стабилизируя эмульсию, хотя сама не является эмульгатором. Ксантановая камедь также способствует суспендированию твердых частиц, таких как специи. Она помогает создать желаемую текстуру во многих сортах мороженого. Зубная паста часто содержит ксантановую камедь в качестве связующего вещества для поддержания однородности продукта. Ксантановая камедь также используется для загущения коммерческих заменителей яиц, изготовленных из яичных белков, заменяя жир и эмульгаторы, содержащиеся в желтках. Это также предпочтительный способ загущения жидкостей для людей с нарушениями глотания, поскольку при обычных концентрациях она не изменяет цвет или вкус пищи и напитков. В безглютеновой выпечке ксантановая камедь используется для придания тесту или жидкой смеси липкости, которую обычно обеспечивает глютен. В большинстве пищевых продуктов она используется в концентрациях 0,5% или ниже. Ксантановая камедь применяется в широком спектре пищевых продуктов, таких как соусы, заправки, мясные и птичьи продукты, хлебобулочные изделия, кондитерские изделия, напитки, молочные продукты и другие. В нефтегазовой промышленности ксантановая камедь используется в больших количествах для загущения бурового раствора. Эти жидкости поднимают на поверхность твердые частицы, образующиеся при бурении. Ксантановая камедь улучшает реологические свойства при низких сдвиговых напряжениях. При остановке циркуляции твердые частицы остаются во взвешенном состоянии в буровом растворе. Широкое распространение горизонтального бурения и потребность в эффективном контроле за выносимым буровым шламом привели к расширению ее применения. Ее добавляют в бетон, заливаемый под водой, для повышения его вязкости и предотвращения вымывания. В косметике ксантановая камедь используется для приготовления водных гелей. Она также применяется в эмульсиях типа «масло в воде» для усиления коалесценции капель. Ксантановая камедь находится на стадии предварительных исследований для оценки ее потенциального применения в тканевой инженерии для создания гидрогелей и каркасов, поддерживающих формирование трехмерных тканей, поскольку ковалентное присоединение тиольных групп к этому полисахариду позволяет придать ему высокую мукоадгезию и способность повышать проницаемость.

Xanthan gum, 1%, can produce a significant increase in the viscosity of a liquid. In foods, xanthan gum is common in salad dressings and sauces. It helps to prevent oil separation by stabilizing the emulsion, although it is not an emulsifier. Xanthan gum also helps suspend solid particles, such as spices. Xanthan gum helps create the desired texture in many ice creams. Toothpaste often contains xanthan gum as a binder to keep the product uniform. Xanthan gum also helps thicken commercial egg substitutes made from egg whites, to replace the fat and emulsifiers found in yolks. It is also a preferred method of thickening liquids for those with swallowing disorders, since it does not change the color or flavor of foods or beverages at typical use levels. In gluten free baking, xanthan gum is used to give the dough or batter the stickiness that would otherwise be achieved with gluten. In most foods, it is used at concentrations of 0.5% or less. Xanthan gum is used in a wide range of food products, such as sauces, dressings, meat and poultry products, bakery products, confectionery products, beverages, dairy products, and others. In the oil industry, xanthan gum is used in large quantities to thicken drilling mud. These fluids carry the solids cut by the drilling bit to the surface. Xanthan gum provides improved "low end" rheology. When circulation stops, the solids remain suspended in the drilling fluid. The widespread use of horizontal drilling and the demand for good control of drilled solids has led to its expanded use. It has been added to concrete poured underwater, to increase its viscosity and prevent washout. In cosmetics, xanthan gum is used to prepare water gels. It is also used in oil in water emulsions to enhance droplet coalescence. Xanthan gum is under preliminary research for its potential uses in tissue engineering to construct hydrogels and scaffolds supporting three dimensional tissue formation. since by the covalent attachment of thiol groups to this polysaccharide high mucoadhesive and permeation enhancing properties can be introduced.

Разрежение сдвига

Вязкость растворов ксантановой камеди уменьшается при увеличении скорости сдвига. Это явление называется тиксотропией или псевдопластичностью. Это означает, что продукт, подвергающийся воздействию сдвига – будь то перемешивание, встряхивание или жевание – становится более жидким. Когда воздействие сдвига прекращается, продукт снова густеет. В салатной заправке добавление ксантановой камеди делает ее достаточно густой в состоянии покоя в бутылке, чтобы смесь оставалась относительно однородной, но при встряхивании и выливании, возникающие силы сдвига разжижают ее, облегчая выливание. Когда заправка выливается из бутылки, воздействие сдвига прекращается, и она снова густеет, благодаря чему хорошо обволакивает салат. Реология водных растворов ксантановой камеди становится вязкоупругой при более высоких концентрациях ксантановой камеди в воде.

Используемые концентрации

Чем выше концентрация ксантановой камеди в жидкости, тем гуще она становится. Эмульсия может быть сформирована при содержании всего 0,1% (по весу). Увеличение концентрации камеди приводит к образованию более густой и стабильной эмульсии, вплоть до 1% ксантановой камеди. Одна чайная ложка ксантановой камеди весит около 2,5 грамма и обеспечивает концентрацию 1% в одном стакане (250 мл) воды. Для приготовления пены обычно используют 0,2–0,8% ксантановой камеди. Большее количество приводит к образованию более крупных пузырьков и более плотной пены. Порошок яичного белка (0,2–2,0%) в сочетании с 0,1–0,4% ксантановой камеди позволяет получить пузырьки, подобные мыльным пузырям.

Безопасность

Согласно обзору безопасности, проведенному в 2017 году научной группой Европейского управления по безопасности пищевых продуктов (EFSA), ксантановая камедь (европейский пищевой добавка номер E 415) интенсивно переваривается в процессе кишечной ферментации и не вызывает каких-либо неблагоприятных эффектов, даже при высоких дозах потребления. Группа экспертов EFSA не выявила опасений относительно генотоксичности при длительном употреблении. Был разработан штамм X. campestris, способный расти на лактозе, что позволяет использовать его для переработки сыворотки – побочного продукта производства сыра. Это позволяет получать 30 г/л ксантановой камеди из 40 г/л сывороточного порошка. Ксантановая камедь, полученная из сыворотки, широко используется во многих коммерческих продуктах, таких как шампуни и заправки для салатов.

Деталь биосинтеза

Синтез начинается с глюкозы, которая служит субстратом для синтеза нуклеотидных предшественников сахаров – UDP-глюкозы, UDP-глюкуроновой кислоты и GDP-маннозы, необходимых для построения пентасахаридного повтора.