КСАНТАНОВАЯ КАМЕДЬ
Камедь ксантана - это природный полисахарид, который был открыт в конце 50-х годов во время научных исследований по промышленному использованию микробных биополимеров на базе научно-исследовательской лаборатории департамента сельского хозяйства США. Научные исследования показали, что бактерия Xanthomonas Campestris, обнаруженная в растениях семейства капусты, вырабатывает высокомолекулярный защитный полисахарид. Этот полисахарид назвали камедью ксантана, он проявляет интересные свойства с технической и экономической точки зрения. Камедь ксантана - микробиологический продукт и его характеристики в большой степени зависят от микроорганизмов. Молекулярную массу и свойства ксантана можно регулировать, изменяя условия жизнедеятельности микроорганизмов. Камедь ксантана нашла своё применение, начиная от пищевых продуктов до нефтедобывающей отрасли.
Ксантановая камедь (ксантан) является углеводородным полимером с высоким молекулярным весом. Это линейный полисахарид, содержащий большое число боковых трисахаридных цепей. Главная цепь имеет структуру целлюлозы, а боковые образуют два звена D-манозы и одно звено галактуроновой кислоты. К ним присоединены ацетильные группы и группы пировиноградной кислоты. Благодаря такой структуре боковых цепей цепь ксантана необычайно прочно защищена от химического и ферментативного гидролиза.
Камедь ксантана получают путём ферментации чистой культуры при помощи микроорганизма ксантомонас кампестрис (Xanthomonas campestris).
Промышленное производство камеди ксантана имитирует природный процесс при оптимальных условиях. Раствор, содержащий углеводы, источник азота и питательные соли, составляет основу процесса брожения. Сам по себе процесс брожения происходит в условиях стерильного оборудования, с контролируемым уровнем рН, кислорода и температуры. По окончании ферментации добавляется изопропиловый спирт, и ксантановая смола выпадает в осадок, затем её сушат и размалывают. Камедь ксантана имеет белый или кремовый цвет, выпускается в порошкообразной форме.
Бактерии Xanthomonas campestris выращиваются в крупных емкостях в благоприятной для ферментации среде. Чаще всего это водный раствор с содержанием углеводов, проще говоря сахарный сироп, с включениями азота, микроэлементов и иных веществ, стимулирующих рост. В среднем длительность процесса составляет около 4 дней.
Методы приготовления ксантановой камеди по сути сводятся к культивированию бактериальной культуры в благоприятной среде. При этом учитывая особенности приготовления ксантановой камеди, заключающиеся в том, что бактерия чрезвычайно чувствительна к пропорциональным соотношениям состава среды, степени аэрации, температурным факторам, уровню pH среды, каждый промышленный изготовитель держит в тайне как изготавливают ксантановую камедь на их производстве.
Далее полимер извлекается из ферментативной среды с помощью добавления изоприл алкоголя, в следствие которого ксантановая камедь выпадает в осадок. Далее полученный осадок высушивается и измельчается до порошкообразного состояния. Для сохранения уникальных природных свойств ксантана, хранение ксантановой камеди возможно в прохладном защищённом от воздействий света и влаге месте.
Растворы ксантана стабильны при различных температурах и кислотности, а также при механической обработке, хорошо переносят замораживание и оттаивание.
Ксантан растворим в холодной и горячей воде, растворах сахара и молоке, но не растворим в большинстве органических растворителей. Водные растворы ксантана обладают необычным свойством - при механической нагрузке (размешивании, перекачивании насосом и т.д.) они утрачивают вязкость. Как только механическое воздействие заканчивается, моментально восстанавливается первоначальная вязкость.
Растворы ксантана обладают высокой псевдо пластичностью, т.е. когда возрастает касательное напряжение, полная вязкость достигается практически моментально. Ксантановая камедь имеет высокую степень вязкости «в покое», но когда прикладывается сдвигающее усилие, то степень вязкости уменьшается, то есть она имеет показатель пластичности. Высокая степень вязкости «в покое» означает, что ксантан обладает исключительными эмульсионными свойствами и придаёт растворам хорошие «липнущие» свойства.
По сравнению с другими гидроколлоидами, камедь ксантана более псевдо пластична. Псевдо пластичность усиливает качества восприятия конечного продукта (отделение аромата, органолептику) и гарантирует отличную смешиваемость, стабильность при перекачивании и текучесть продукта.
Ксантановая камедь одна из наиболее устойчивых к изменению водородного показателя рН.
Вязкость растворов в диапазоне рН 1- 13 относительно постоянная. Растворы ксантана очень устойчивы к кислотному гидролизу особенно, когда присутствуют органические кислоты. Непосредственно в органических растворителях камедь ксантана не растворяется. До 40-50% таких общепринятых растворителей, как изопропанол, метанол, этанол или ацетон могут добавляться в водный раствор ксантана без боязни осаждения камеди.
Термостабильность камеди ксантана, как правило, превосходит другие растворимые в воде полисахариды. При производстве продуктов питания вязкость растворов камеди ксантана после процесса теплового воздействия, например стерилизации, полностью восстанавливается.
Ксантановая смола показывает хорошую устойчивость к ферментной деструкции и в растворённом виде не подвергается разрушению под воздействием таких ферментов как амилаза, целлюлаза и др.
Долгосрочно стабилизирует продукты и удлиняет сроки их хранения; используется в производстве соусов, молочных продуктов, мороженого, десертов, хлебобулочных изделий, напитков и др.;
применяется в процессах добычи нефти и газа (буровые растворы с содержанием камеди до 2 % для бурения горизонтальных и наклонно-направленных скважин);
В косметике и фармацевтике ксантановая камедь необходима в мыловаренном деле, при производстве кремов, гелей для душа, шампуней; лакокрасочная промышленность.