La gomma xantana è un'unità ripetitiva pentasaccaridica composta da D-glucosio, D-mannosio, acido D-glucuronico, acido acetico e acido piruvico. (Il rapporto molare tra glucosio, mannosio e acido glucuronico è 2,8:3,0:2,0).
Si ottiene dal terreno di fermentazione contenente zuccheri (come glucosio, saccarosio, amido, amido idrolizzato, ecc.), in presenza di un'adeguata fonte di azoto, idrogeno fosfato dipotassico e una quantità appropriata di oligoelementi, per azione di ceppi di Xanthomonas campestris di colza selvatica, fermentazione, e poi dopo estrazione, essiccazione, frantumazione e altri processi.
È insapore, inodore, non tossico, sicuro per il consumo e facilmente solubile in acqua. È facilmente solubile in acqua e presenta proprietà fisico-chimiche uniche in soluzione acquosa.
Nella produzione industriale, viene utilizzata principalmente come agente addensante, ma anche come agente di sospensione, emulsionante e stabilizzante. Ad oggi, la gomma di xantano è considerata la gomma biologica di qualità superiore sul mercato internazionale ed è ampiamente utilizzata nei settori alimentare, dei succhi di frutta, delle bevande, dei mangimi, del make-up, della medicina, della ceramica, dell'antincendio, del petrolio e in altri settori.
Questo articolo fornisce una panoramica della struttura, delle proprietà e della produzione della gomma di xantano e ne descrive l'applicazione nell'industria alimentare.
La gomma xantana è una polvere di colore bianco pallido o beige chiaro, composta ripetutamente da cinque unità di zucchero; la sua catena principale è la stessa della cellulosa, cioè composta da glucosio legato da legami glicosidici β-1,4, mentre tre monosaccaridi legati formano la sua catena laterale: mannosio - glucosio - mannosio. Il mannosio legato alla catena principale è solitamente modificato da un gruppo acetile, l'estremità della catena laterale è modificata dalla reazione acetalica con il piruvato e il glucosio al centro è ossidato ad acido glucuronico.
La gomma di xantano ha una struttura primaria regolare, ma anche una struttura secondaria, come determinato dalla diffrazione a raggi X e dalla microscopia elettronica, le molecole di gomma di xantano si affidano al legame a idrogeno per formare una struttura elicoidale regolare. La struttura a doppia elica dipende dalla forza debole tra la formazione della struttura tridimensionale della rete, che è la struttura terziaria della gomma di xantano, in soluzione acquosa in forma di cristallo liquido.
La gomma xantana, nota come "glutammato monosodico industriale", è attualmente il polisaccaride microbico più grande e più utilizzato al mondo. La gomma xantana ha le seguenti proprietà.
La gomma xantana è insapore, inodore, sicura e forte, ad alta viscosità, la viscosità della soluzione acquosa 1% è equivalente a 100 volte quella della gelatina, che può essere utilizzata come buon agente addensante e stabilizzante.
Se sottoposta a taglio, la viscosità della soluzione diminuisce rapidamente e, una volta tolto il taglio, la viscosità della soluzione si ripristina immediatamente. Questa proprietà conferisce un buon sapore a cibi come gelati, salsicce, succhi di frutta, bevande proteiche vegetali e prodotti da forno. Questa proprietà fa sì che la gomma di xantano sia ampiamente utilizzata nelle perforazioni petrolifere e nelle miniere.
La gomma xantana ha una buona stabilità termica e mantiene la sua funzione unica in un ampio intervallo di temperature (da -18 a 130℃), rendendola un buon eccipiente per la produzione di alimenti surgelati e prodotti da forno.
La sua viscosità è sostanzialmente inalterata da acidi e alcali e può mantenere le sue proprietà originali nell'intervallo di valori di pH compresi tra 1 e 12, il che le consente di avere un'ampia gamma di applicazioni.
Anche in presenza di ipoclorito di sodio, perossido di idrogeno ed enzimi bioattivi, può svolgere un ruolo importante.
La miscela con gomma di guar e farina di semi di carrube può produrre effetti sinergici benefici. Questa gomma strutturale può produrre gelificazione in determinate condizioni.
Con alte concentrazioni di sali e zuccheri, mantiene comunque un sistema di addensamento stabile.
Buona sospensione di particelle solide insolubili e gocce d'olio.
Anche lo scongelamento nel forno a microonde non influisce sulle prestazioni del sistema stabile che si è formato.
Buona compatibilità con sali, acidi e basi e buona reattività con il galattomannano.
I ceppi utilizzati nella produzione di gomma di xanthan sono xanthomonas di diverse specie, l'attuale produzione industriale di ceppi di batteri è principalmente il marciume nero del cavolo xanthomonas, oltre a xanthomonas della colza, xanthomonas della malva e xanthomonas della carota possono anche essere utilizzati come ceppi di fermentazione.
La produzione di gomma xantana è influenzata dalla composizione del terreno di coltura, dalle condizioni del terreno (temperatura, pH, ossigeno disciolto, ecc.), dal tipo di reattore, dalla modalità di funzionamento (continuo o intermittente) e da altri fattori.
Il ceppo può essere coltivato a 25℃～30℃, la temperatura di fermentazione più adatta è 28℃ e i ricercatori hanno proposto equazioni specifiche per la relazione tra temperatura e tasso di crescita.
In confronto, il costo del recupero del prodotto dal brodo di fermentazione è elevato. In generale, i componenti del brodo di fermentazione finale sono: gomma xantana: 10-30L, cellule: 1-10g/L, nutrienti residui 3-10L e altri metaboliti.
A causa della presenza di alte concentrazioni di gomma xantana, la concentrazione della soluzione è elevata, aumentando così la difficoltà dell'operazione di estrazione; pertanto, è opportuno effettuare prima una diluizione. Le fasi principali dell'estrazione sono la precipitazione delle cellule intercalate, la precipitazione della gomma xantana, la disidratazione, l'essiccazione e la macinazione.
La gomma xantana come additivo alimentare è stata accettata da molti Paesi. È diventata un importante stabilizzatore, agente di sospensione, emulsionante, addensante, legante e materiale di lavorazione ad alto valore aggiunto e di alta qualità nei settori delle bevande, della pasticceria, della gelatina, delle conserve, della lavorazione dei frutti di mare e dei prodotti a base di carne e in altri campi. Si può riassumere come segue.
Viene utilizzato in varie bevande a base di succo, succhi concentrati, condimenti (come salsa di soia, salsa di ostriche, condimenti per insalate) di alimenti.
L'effetto stabilizzante della gomma di xantano è ovviamente migliore di quello di altre gomme, ha una forte stabilità termica, la sterilizzazione generale ad alta temperatura non ha un impatto su di essa, può essere utilizzata in tutti i tipi di bevande a base di succo di frutta, bevande alla frutta, bevande a base di proteine vegetali, ecc, dosaggio 0,08 ~ 0,3%.
L'eccellente resistenza della gomma xantana ai sali, agli acidi e agli alcali può sostituire completamente il tradizionale agente addensante - l'amido nella salsa di soia, può superare le carenze della precipitazione dell'amido e può rendere la salsa di soia finemente uniforme, migliorare la parete e la colorazione e prolungare la durata di conservazione.
L'uso della gomma di xantano come stabilizzante addensante nella marmellata, nella pasta di fagioli e in altre salse che modificano il sapore rende la salsa uniforme e facile da riempire senza grumi, e ne migliora il gusto.
Può essere utilizzato come emulsionante in varie bevande proteiche e lattiero-casearie per prevenire la stratificazione di olio e acqua, migliorare la stabilità delle proteine e prevenirne la precipitazione, nonché utilizzare la sua capacità emulsionante come agente schiumogeno e stabilizzatore di schiuma, ad esempio per la produzione di birra.
Dopo l'aggiunta di gomma xantana 0,02% al sistema di emulsione a base di proteine di soia, l'emulsionabilità è notevolmente migliorata e il sistema miscelato presenta caratteristiche di alta velocità di taglio e alta viscosità indotta dal calore.
Come riempitivo stabile ad alta viscosità, può essere ampiamente utilizzato nella lavorazione di vari tipi di snack, pane, biscotti, caramelle e altri prodotti alimentari.
Con la premessa di non modificare il sapore tradizionale dell'alimento, può far sì che l'alimento abbia una migliore conservazione della forma, una più lunga durata di conservazione e un gusto migliore, il che favorisce la diversificazione e la produzione su scala industriale di questi alimenti.
Nella produzione di tutti i tipi di alimenti surgelati, la gomma di xantano ha la funzione di prevenire la perdita di acqua, ritardare l'invecchiamento e prolungare la durata di conservazione.
Come stabilizzatore di emulsione utilizzato negli alimenti surgelati, la gomma di xantano può regolare la viscosità della miscela nei gelati e nei ghiaccioli, in modo che la composizione sia uniforme e stabile e l'organizzazione sia liscia e morbida.
Poiché la gomma di xantano ha proprietà di plasticità e di taglio in funzione della temperatura, la viscosità diminuisce e la resistenza diminuisce durante l'operazione di lavorazione, favorendo il processo; mentre durante la fase di raffreddamento e di invecchiamento, la viscosità viene ripristinata, favorendo l'aumento del tasso di espansione e prevenendo la formazione di grandi cristalli di ghiaccio nel gelato e rendendo il gusto del gelato lubrificante e delicato.
Allo stesso tempo, migliora la stabilità al congelamento e al disgelo del prodotto e la crema e l'acqua si mescolano uniformemente durante la fusione, evitando così il fenomeno della separazione dei fanghi.
Il tempo di invecchiamento generale è di 2~3h, il dosaggio è di 0,2%~0,4%.
La gomma xantana viene utilizzata per reticolare polveri idrosolubili come il fucoidano di sodio, la caseina, la metilcellulosa e i sali di polietilenglicole della cellulosa di sodio per formare un legante.
Questo legante viene utilizzato nella lavorazione degli alimenti per migliorare la consistenza e aumentare le proprietà filmogene.
Questa proprietà della gomma di xantano può essere sfruttata per produrre paste granulari. Rispetto alle paste tradizionali, quelle prodotte con gomma di xantano presentano una minore dispersione, un'elevata uniformità e solubilità, una buona fluidità e proprietà di riempimento e un'eccellente conservazione dei solidi grazie alla mancanza di coesione.
(1) La gomma xantana tende a rafforzare e poi a indebolire il glutine e l'effetto sulla capacità di trattenere l'acqua influisce su altri indicatori del glutine.
(2) La gomma xantana ha un buon effetto sul miglioramento delle proprietà della polvere e un effetto di indebolimento sulle proprietà di trazione.
(3) La gomma xantana ha un effetto minimo sul potenziale di rigonfiamento dell'amido, la temperatura di gelatinizzazione iniziale della farina diminuisce regolarmente e il picco di viscosità è massimo quando la quantità di gomma aggiunta è 0,2%.
(4) La gomma xantana ha un buon effetto sulle caratteristiche di cottura; con l'aumento della percentuale di gomma, le caratteristiche di cottura degli indici diminuiscono.
(5) L'aggiunta di gomma aumenta la durezza, l'adesione, la masticabilità, l'aderenza e l'elasticità delle tagliatelle, mentre riduce l'aderenza e il recupero delle tagliatelle rispetto al bianco.
La gomma xantana migliora la ritenzione idrica della carne di manzo grazie a due aspetti principali.
Uno di questi è che la gomma di xantano è di per sé un colloide idrofilo e la sua penetrazione nei tessuti della carne bovina aumenta la capacità del muscolo di trattenere l'acqua.
In secondo luogo, la ritenzione idrica della carne può essere dimostrata dalla struttura gelatinosa delle proteine e dalle interazioni elettrostatiche, in cui la miosina, la proteina strutturale del muscolo, svolge un ruolo decisivo nella ritenzione idrica.
Il pH è un parametro importante per misurare la qualità della carne bovina. Non solo influisce sulla palatabilità, sulla tenerezza, sulla perdita di cottura e sulla conservabilità, ma ha anche una correlazione significativa con la capacità di trattenere l'acqua, il colore e il sapore della carne.
Quando il pH del muscolo è vicino al punto isoelettrico delle proteine (5,0-5,5), la carne presenta la massima resistenza meccanica, una minore tenerezza e una minore ritenzione idrica.
La produzione di solito richiede che il pH della carne si discosti dal suo punto isoelettrico.
L'immersione della carne di manzo in una soluzione di gomma di xantano aumenta il pH del muscolo, quindi l'aggiunta di gomma di xantano contribuisce a migliorare la ritenzione idrica e la consistenza della carne di manzo.
La tenerezza è funzione della massima forza di taglio della carne bovina e più bassa è la forza di taglio, più tenera è la carne. Pertanto, una soluzione di gomma xantana di 0,5% migliora la tenerezza della carne bovina.
Il motivo potrebbe essere che la gomma xantana chela il Ca2+, che può indurre il trasferimento di Ca2+ dalle cellule muscolari al plasma muscolare, attivando così gli enzimi che attivano il calcio nel plasma muscolare, promuovendo l'idrolisi delle proteine muscolari, con conseguente disintegrazione del filamento z nella struttura delle fibre muscolari fino alla sua scomparsa, nonché la rottura dei segmenti muscolari e la frammentazione delle miofibrille, rendendo il muscolo più tenero.
La soluzione acquosa di gomma di xanthan ha proprietà reologiche uniche: l'assottigliamento al taglio; all'aumentare della velocità di taglio, la viscosità apparente della soluzione diminuisce significativamente.
Ha proprietà di aumento della viscosità, con una maggiore viscosità a concentrazioni inferiori.
Ha una buona solubilità in acqua, stabilità al calore, agli acidi e agli alcali e buona compatibilità con molti sali.
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Queste numerose caratteristiche gli consentono di migliorare significativamente la consistenza, il gusto e l'aspetto degli alimenti controllando il comportamento reologico del prodotto e di migliorarne il valore commerciale, per cui ha una prospettiva di applicazione molto ampia nel settore alimentare.
Spero che questo articolo possa aiutarvi a saperne di più sugli usi della gomma xantana negli alimenti.
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