stringtranslate.com

Ксантановая камедь

Ксантановая камедь ( / ˈ z æ n θ ə n / ) — полисахарид , имеющий множество промышленных применений, в том числе в качестве обычной пищевой добавки . Это эффективный загуститель и стабилизатор , который предотвращает разделение ингредиентов. Его можно получить из простых сахаров путем ферментации , и он получил свое название от вида используемых бактерий , Xanthomonas campestris .

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 торговой маркой Kelzan в начале 1960-х годов. CP Kelco является единственным производителем в США. [2] [3] Она была одобрена для использования в пищевых продуктах в 1968 году и принята в качестве безопасной пищевой добавки в США, Канаде, странах Европы и многих других странах под номером E415 и номером CAS 11138-66-2.

Ксантановая камедь получила свое название от вида бактерий, используемых в процессе ферментации, Xanthomonas campestris . [4]

Использует

Ксантановая камедь, 1%, может значительно увеличить вязкость жидкости . [5]

В пищевых продуктах ксантановая камедь часто встречается в заправках для салатов и соусах. Она помогает предотвратить отделение масла, стабилизируя эмульсию , хотя и не является эмульгатором . Ксантановая камедь также помогает суспендировать твердые частицы, такие как специи. Ксантановая камедь помогает создать желаемую текстуру во многих видах мороженого. Зубная паста часто содержит ксантановую камедь в качестве связующего вещества для сохранения однородности продукта. Ксантановая камедь также помогает загустить коммерческие заменители яиц, изготовленные из яичных белков, чтобы заменить жир и эмульгаторы, содержащиеся в желтках. Это также предпочтительный метод загустения жидкостей для людей с нарушениями глотания, поскольку он не меняет цвет или вкус продуктов или напитков при типичных уровнях использования. [6] В безглютеновой выпечке ксантановая камедь используется для придания тесту или жидкому тесту липкости, которая в противном случае была бы достигнута с помощью глютена . В большинстве продуктов питания она используется в концентрации 0,5% или меньше. Ксантановая камедь используется в широком спектре пищевых продуктов, таких как соусы, заправки, продукты из мяса и птицы, хлебобулочные изделия, кондитерские изделия, напитки, молочные продукты и другие.

В нефтяной промышленности ксантановая камедь используется в больших количествах для загущения бурового раствора . [7] Эти жидкости переносят твердые частицы, разрезанные буровым долотом, на поверхность. Ксантановая камедь обеспечивает улучшенную реологию «нижнего конца» [ требуется уточнение ] . Когда циркуляция прекращается, твердые частицы остаются взвешенными в буровом растворе. Широкое использование горизонтального бурения и потребность в хорошем контроле выбуренной твердой фазы привели к ее расширенному использованию. Ее добавляли в бетон, заливаемый под водой, для увеличения его вязкости и предотвращения вымывания .

В косметике ксантановая камедь используется для приготовления водных гелей. [8] Она также используется в эмульсиях типа «масло в воде» для улучшения коалесценции капель . [9] Ксантановая камедь находится на стадии предварительных исследований на предмет ее потенциального использования в тканевой инженерии для создания гидрогелей и каркасов, поддерживающих трехмерное формирование тканей. [8] Кроме того, тиолированная ксантановая камедь (см. тиомеры ) продемонстрировала потенциал для доставки лекарств , [10] [11] поскольку за счет ковалентного присоединения тиоловых групп к этому полисахариду могут быть введены высокие мукоадгезивные и усиливающие проницаемость свойства. [12]

Истончение при сдвиге

Вязкость растворов ксантановой камеди уменьшается с более высокими скоростями сдвига. Это называется истончением при сдвиге или псевдопластичностью. Это означает, что продукт, подвергаемый сдвигу, будь то смешивание, встряхивание или жевание, будет истончаться. Это похоже на поведение томатного кетчупа . Когда сдвиговые силы устраняются, пища снова загустеет. В заправке для салата добавление ксантановой камеди делает ее достаточно густой в состоянии покоя в бутылке, чтобы смесь оставалась довольно однородной, но сдвиговые силы, возникающие при встряхивании и заливке, разжижают ее, поэтому ее можно легко налить. Когда она выходит из бутылки, сдвиговые силы устраняются, и она снова загустевает, поэтому она прилипает к салату. Реология растворов ксантановой воды становится вязкоупругой при более высоких концентрациях ксантановой камеди в воде. [13]

Используемые концентрации

Чем больше концентрация ксантановой камеди в жидкости, тем гуще она станет. Эмульсию можно образовать всего лишь с 0,1% (по весу). Увеличение концентрации камеди дает более густую, более стабильную эмульсию до 1% ксантановой камеди. Чайная ложка ксантановой камеди весит около 2,5 граммов и доводит одну чашку (250  мл) воды до 1% концентрации. [6] [14]

Для получения пены обычно используют 0,2–0,8% ксантановой камеди. Большее количество приводит к более крупным пузырькам и более плотной пене. Порошок яичного белка (0,2–2,0%) с 0,1–0,4% ксантановой камеди дает пузыри, похожие на мыльные.

Безопасность

Согласно обзору безопасности, проведенному в 2017 году научной группой Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов (EFSA), ксантановая камедь (европейская пищевая добавка под номером E 415) активно переваривается во время кишечной ферментации и не вызывает побочных эффектов даже при приеме в больших количествах. [15] Группа EFSA не обнаружила никаких проблем с генотоксичностью при длительном потреблении. [15] EFSA пришла к выводу, что нет никаких проблем с безопасностью для населения в целом при потреблении ксантановой камеди в качестве пищевой добавки . [15]

Подготовка

Ксантановая камедь производится путем ферментации глюкозы и сахарозы . [4] Среда хорошо аэрируется и перемешивается, и полимер ксантана вырабатывается внеклеточно в среде. Через один-четыре дня полимер осаждается из среды путем добавления изопропилового спирта , а осадок высушивается и измельчается , чтобы получить порошок, который легко растворяется в воде или рассоле. [15]

Он состоит из пентасахаридных повторяющихся единиц, включающих глюкозу, маннозу и глюкуроновую кислоту в молярном соотношении 2:2:1. [15] [16]

Был разработан штамм X. campestris , который будет расти на лактозе, что позволяет использовать его для переработки сыворотки , отходов производства сыра. Это может производить 30 г/л ксантановой камеди на каждые 40 г/л сывороточного порошка. Ксантановая камедь, полученная из сыворотки, обычно используется во многих коммерческих продуктах, таких как шампуни и заправки для салатов. [17]

Деталь биосинтеза

Синтез происходит из глюкозы как субстрата для синтеза предшественников нуклеотидов сахара UDP-глюкозы , UDP-глюкуроната и GDP-маннозы , которые необходимы для построения пентасахаридной повторяющейся единицы. [15] Это связывает синтез ксантана с углеводным метаболизмом . Повторяющиеся единицы строятся на ундекапренилфосфатных липидных носителях, которые закреплены в цитоплазматической мембране . [ требуется ссылка ]

Специфические гликозилтрансферазы последовательно переносят сахарные фрагменты нуклеотидных сахарных предшественников ксантана на липидные носители. Остатки ацетила и пирувила добавляются в качестве неуглеводных украшений. Зрелые повторяющиеся единицы полимеризуются и экспортируются способом, напоминающим Wzy-зависимый механизм синтеза полисахаридов у Enterobacteriaceae . Продукты кластера генов камеди управляют синтезом, полимеризацией и экспортом повторяющейся единицы. [18]

Ссылки

  1. ^ "Sicherheitsdatenblatt des Herstellers Carl-Roth" [Паспорт безопасности от производителя Carl-Roth] (PDF) (на немецком языке). Архивировано (PDF) из оригинала 2011-07-18 . Получено 2011-04-18 .
  2. ^ Whistler RL, BeMiller JN (1973). Промышленные камеди, полисахариды и их производные (2-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press. ISBN 978-0-12-746252-3.
  3. ^ "KELZAN Xanthan Gum - CP Kelco". cpkelco.com . CP Kelco. 18 февраля 2019 г. . Получено 18 февраля 2019 г. CP Kelco предлагает ряд биополимеров для загущения, суспендирования и стабилизации эмульсий и других систем на водной основе. Линейка промышленных продуктов KELZAN xanthan gum может использоваться для изменения текстуры промышленных продуктов и стабилизации бытовых чистящих средств, средств по уходу за тканями, суспензий, эмульсий «масло в воде» и пен от расслоения.
  4. ^ ab Barrere GC, Barber CE, Daniels MJ (декабрь 1986 г.). «Молекулярное клонирование генов, участвующих в производстве внеклеточного полисахарида ксантана Xanthomonas campestris pv. campestris». Международный журнал биологических макромолекул . 8 (6): 372–374. doi :10.1016/0141-8130(86)90058-9.
  5. ^ Дэвидсон Р.Л. (1980). Справочник по водорастворимым камеди и смолам . McGraw Hill. ISBN 978-0-07-015471-1.
  6. ^ ab cuisine, m. (2014). Ксантановая камедь. Получено из modernist cuisine: "Xanthan Gum". 2012-11-27. Архивировано из оригинала 2014-06-18 . Получено 2014-06-21 .
  7. ^ "Oilfield Glossary - xanthan gum". www.glossary.oilfield.slb.com . Schlumberger. Архивировано из оригинала 12 февраля 2017 г. Получено 30 апреля 2017 г.
  8. ^ ab Kumar A, Rao KM, Han SS (январь 2018 г.). «Применение ксантановой камеди в качестве полисахарида в тканевой инженерии: обзор». Углеводные полимеры . 180 : 128–144. doi : 10.1016/j.carbpol.2017.10.009. PMID  29103488.
  9. ^ Ye A, Hemar Y, Singh H (август 2004 г.). «Влияние полисахаридов на скорость коалесценции в эмульсиях типа «масло в воде», образованных высокогидролизованными сывороточными белками». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 52 (17): 5491–5498. Bibcode : 2004JAFC...52.5491Y. doi : 10.1021/jf030762o. PMID  15315390.
  10. ^ Bhatia M, Ahuja M, Mehta H (октябрь 2015 г.). «Тиоловая дериватизация ксантановой камеди и ее оценка как мукоадгезивного полимера». Carbohydrate Polymers . 131 : 119–124. doi :10.1016/j.carbpol.2015.05.049. PMID  26256167.
  11. ^ Alhakamy NA, Naveen NR, Gorityala S, Kurakula M, Hosny KM, Safhi AY и др. (август 2022 г.). «Разработка новых S-защитных тиолированных мукоадгезивных таблеток для репаглинида: фармакокинетическое исследование». Полимеры . 14 (17): 3529. doi : 10.3390/polym14173529 . PMC 9460926. PMID  36080604 . 
  12. ^ Leichner C, Jelkmann M, Bernkop-Schnürch A (2019). «Тиолированные полимеры: биоинспирированные полимеры, использующие одну из самых важных мостиковых структур в природе». Advanced Drug Delivery Reviews . 151–152: 191–221. doi : 10.1016/j.addr.2019.04.007. PMID  31028759. S2CID  135464452.
  13. ^ Biroun MH, Haworth L, Abdolnezhad H, Khosravi A, Agrawal P, McHale G и др. (апрель 2023 г.). «Динамика воздействия неньютоновских капель на супергидрофобные поверхности». Langmuir . 39 (16): 5793–5802. doi :10.1021/acs.langmuir.3c00043. PMC 10134492 . PMID  37041655. 
  14. ^ Рубензал М. "Ксантановая камедь: пройдите мимо странностей, и она станет волшебной". Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 2016-01-02 .Тесты и измерения ксантановой камеди
  15. ^ abcdef Мортенсен А., Агилар Ф., Кребелли Р., Ди Доменико А., Фрутос М.Дж., Галтье П. и др. (июль 2017 г.). «Переоценка ксантановой камеди (Е 415) как пищевой добавки». Журнал EFSA . 15 (7). Европейское управление по безопасности пищевых продуктов: e04909. дои : 10.2903/j.efsa.2017.4909 . ПМК 7009887 . ПМИД  32625570. 
  16. ^ García-Ochoa F, Santos VE, Casas JA, Gómez E (ноябрь 2000 г.). «Ксантановая камедь: производство, восстановление и свойства». Biotechnology Advances . 18 (7): 549–579. doi :10.1016/S0734-9750(00)00050-1. PMID  14538095.
  17. ^ Tortora GJ, Funke BR, Case CL (2010). Микробиология: Введение (10-е изд.). Сан-Франциско: Benjamin Cummings. стр. 801.
  18. ^ Беккер А., Форхёльтер Ф.Дж. (2009). «Биосинтез ксантана бактериями Xanthomonas: обзор современных биохимических и геномных данных». В Rehm BH (ред.). Микробное производство биополимеров и предшественников полимеров . Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-36-3.