GOMME XANTHAN

GOMME XANTHAN

CAS: 11138-66-2

La gomme xanthane est un polysaccharide avec de nombreuses utilisations industrielles, y compris comme additif alimentaire courant. C'est un agent épaississant et un stabilisant efficace pour empêcher les ingrédients de se séparer. Il peut être produit à partir de sucres simples en utilisant un processus de fermentation et tire son nom de l'espèce de bactérie utilisée, Xanthomonas campestris.

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Numéro CAS: 11138-66-2
Formule chimique: C35H49O29 (monomère)
Masse molaire: 933,748 g · mol − 1

La gomme de xanthane a été découverte par Allene Rosalind Jeanes et son équipe de recherche au ministère de l'Agriculture des États-Unis, et mise en production commerciale par CP Kelco sous le nom commercial Kelzan au début des années 1960. Il a été approuvé pour une utilisation dans les aliments en 1968 et est accepté comme additif alimentaire sûr aux États-Unis, au Canada, dans les pays européens et dans de nombreux autres pays, avec le numéro E E415 et le numéro CAS 11138-66-2.
La gomme xanthane tire son nom de l'espèce de bactérie utilisée pendant le processus de fermentation, Xanthomonas campestris. Il s'agit de la même bactérie responsable de la formation de pourriture noire sur le brocoli, le chou-fleur et d'autres légumes à feuilles.

LES USAGES

La gomme xanthane, 1%, peut produire une augmentation significative de la viscosité d'un liquide. Dans les aliments, la gomme xanthane est courante dans les vinaigrettes et les sauces. Il aide à empêcher la séparation de l'huile en stabilisant l'émulsion, bien que ce ne soit pas un émulsifiant. La gomme xanthane aide également à mettre en suspension les particules solides, telles que les épices. La gomme xanthane aide à créer la texture souhaitée dans de nombreuses glaces. Le dentifrice contient souvent de la gomme de xanthane comme liant pour garder le produit uniforme. La gomme xanthane aide également à épaissir les substituts d'œufs commerciaux fabriqués à partir de blancs d'œufs, pour remplacer la graisse et les émulsifiants présents dans les jaunes. C'est également un procédé préféré d'épaississement de liquides pour ceux qui ont des troubles de la déglutition, car il ne change pas la couleur ou la saveur des aliments ou des boissons aux niveaux d'utilisation typiques. Dans la cuisson sans gluten, la gomme xanthane est utilisée pour donner à la pâte ou à la pâte le caractère collant qui serait autrement obtenu avec du gluten. Dans la plupart des aliments, il est utilisé à des concentrations de 0,5% ou moins. La gomme xanthane est utilisée dans une large gamme de produits alimentaires, tels que les sauces, les vinaigrettes, les produits à base de viande et de volaille, les produits de boulangerie, les produits de confiserie, les boissons, les produits laitiers, etc.
Dans l'industrie pétrolière, la gomme xanthane est utilisée en grande quantité pour épaissir la boue de forage. Ces fluides transportent les solides coupés par le foret vers la surface. La gomme xanthane offre une excellente rhéologie "bas de gamme". Lorsque la circulation s'arrête, les solides restent en suspension dans le fluide de forage. L'utilisation généralisée du forage horizontal et la demande d'un bon contrôle des solides forés ont conduit à son utilisation élargie. Il a été ajouté au béton coulé sous l'eau, pour augmenter sa viscosité et éviter le lessivage.
En cosmétique, la gomme xanthane est utilisée pour préparer des gels aqueux. Il est également utilisé dans les émulsions huile-dans-eau pour améliorer la coalescence des gouttelettes. La gomme xanthane fait l'objet de recherches préliminaires pour ses utilisations potentielles en génie tissulaire pour construire des hydrogels et des échafaudages soutenant la formation de tissus en trois dimensions.

Amincissement par cisaillement
La viscosité des solutions de gomme xanthane diminue avec des taux de cisaillement plus élevés. C'est ce qu'on appelle l'amincissement par cisaillement ou pseudoplasticité. Cela signifie qu'un produit soumis au cisaillement, qu'il soit mélangé, secoué ou mâché, s'amincira. Lorsque les forces de cisaillement sont supprimées, les aliments épaississent à nouveau. Dans la vinaigrette, l'ajout de gomme xanthane la rend suffisamment épaisse au repos dans la bouteille pour garder le mélange assez homogène, mais les forces de cisaillement générées par l'agitation et le versement l'amincissent, de sorte qu'il peut être facilement versé. Lorsqu'il sort de la bouteille, les forces de cisaillement sont supprimées et il s'épaissit à nouveau, donc il s'accroche à la salade.
Montants utilisés
Plus le rapport de la gomme xanthane ajoutée à un liquide est élevé, plus le liquide deviendra épais. Une émulsion peut être formée avec aussi peu que 0,1% (en poids). L'augmentation de la quantité de gomme donne une émulsion plus épaisse et plus stable jusqu'à 1% de gomme xanthane. Une cuillère à café de gomme xanthane pèse environ 2,5 grammes et apporte une tasse (250 ml) d'eau à une concentration de 1%.
Pour fabriquer une mousse, 0,2 à 0,8% de gomme xanthane est généralement utilisée. Des quantités plus importantes donnent des bulles plus grosses et une mousse plus dense. La poudre de blanc d'oeuf (0,2–2,0%) avec 0,1–0,4% de gomme de xanthane produit des bulles semblables à des bulles de savon.
Santé
L'évaluation des travailleurs exposés à la poussière de gomme de xanthane a mis en évidence un lien avec les symptômes respiratoires.
Le 20 mai 2011, la FDA a publié un communiqué de presse sur SimplyThick, un additif épaississant alimentaire contenant de la gomme xanthane comme ingrédient actif, avertissant les parents, les soignants et les prestataires de soins de santé de ne pas donner SimplyThick, un produit épaississant, aux nourrissons prématurés. Le problème est que le produit peut provoquer une entérocolite nécrosante chez les prématurés.

sécurité
Selon un examen de sécurité réalisé en 2017 par un groupe scientifique de l'Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA), la gomme xanthane (additif alimentaire européen numéro E 415) est largement digérée pendant la fermentation intestinale et ne provoque aucun effet indésirable, même à des doses élevées. Le panel de l'EFSA n'a trouvé aucune préoccupation concernant la génotoxicité liée à la consommation à long terme. L'EFSA a conclu qu'il n'y a pas de problème de sécurité pour la population générale lorsque la gomme xanthane est consommée comme additif alimentaire.
Préparation
La gomme xanthane est produite par la fermentation du glucose et du saccharose. Le polysaccharide est préparé par l'inoculation des bactéries dans une solution aqueuse stérile de glucides, d'une source d'azote, de phosphate dipotassique et de certains oligo-éléments. Le milieu est bien aéré et agité, et le polymère xanthane est produit de manière extracellulaire dans le milieu. Après un à quatre jours, le polymère est précipité du milieu par addition d'alcool isopropylique, et le précipité est séché et broyé pour donner une poudre qui est facilement soluble dans l'eau ou la saumure.
Il est composé d'unités répétées de pentasaccharide, comprenant du glucose, du mannose et de l'acide glucuronique dans le rapport molaire 2: 2: 1.
Une souche de X. campestris a été développée qui poussera sur le lactose - ce qui lui permet d'être utilisée pour transformer le lactosérum, un déchet de la production de fromage. Cela peut produire 30 g / L de gomme xanthane pour 40 g / L de poudre de lactosérum. La gomme xanthane dérivée du lactosérum est couramment utilisée dans de nombreux produits commerciaux, tels que les shampooings et les vinaigrettes.
Détail de la biosynthèse

La synthèse provient du glucose comme substrat pour la synthèse des précurseurs de nucléotides de sucre UDP-glucose, UDP-glucuronate et GDP-mannose qui sont nécessaires pour construire l'unité de répétition de pentasaccharide. Cela relie la synthèse du xanthane au métabolisme des glucides. Les unités répétées sont constituées de supports lipidiques undécaprénylphosphate ancrés dans la membrane cytoplasmique.
Des glycosyltransférases spécifiques transfèrent séquentiellement les fractions sucre des précurseurs nucléotidiques de sucre xanthane vers les supports lipidiques. Les résidus acétyle et pyruvyle sont ajoutés en tant que décorations non glucidiques. Les unités répétées matures sont polymérisées et exportées d'une manière ressemblant au mécanisme de synthèse des polysaccharides dépendant de Wzy des Enterobacteriaceae. Les produits de la grappe de gènes gingivaux stimulent la synthèse, la polymérisation et l'exportation de l'unité répétée.

Propriétés chimiques

viscosité d'une solution à 1% 1200-1 600 mPas

Propriétés chimiques

La gomme xanthane se présente sous la forme d'une poudre fine de couleur crème ou blanche, inodore et fluide.

Les usages

La gomme xanthane est une gomme obtenue par fermentation microbienne à partir de l'organisme xanthomonas campestris. il est très stable au changement de viscosité à des températures, pH et concentrations de sel variables. il est également très pseudoplastique ce qui entraîne une diminution de la viscosité avec un cisaillement croissant. il réagit de manière synergique avec la gomme de guar et la gomme de tara pour augmenter la viscosité et avec la gomme de caroube pour augmenter la viscosité ou la formation de gel. il est utilisé dans les vinaigrettes, les sauces, les desserts, les produits de boulangerie et les boissons à raison de 0,05-0,50%.

Dans les aliments, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques en tant que stabilisant et agent épaississant. Pour le contrôle de la rhéologie dans les systèmes à base d'eau. Dans les fluides de forage et d'achèvement de pétrole et de gaz.

La gomme xanthane (gomme d'amidon de maïs) sert de textulise et épaissit les formulations. Cette gomme est produite par une fermentation de glucides et de Xanthomonas campestris.

Méthodes de production

La gomme xanthane est un polysaccharide produit par une fermentation aérobie en culture pure d'un glucide avec Xanthomonas campestris. Le polysaccharide est ensuite purifié par récupération avec du propan-2-ol, séché et broyé.

Applications pharmaceutiques

La gomme de xanthane est largement utilisée dans les formulations pharmaceutiques orales et topiques, les cosmétiques et les aliments comme agent de suspension et de stabilisation. Il est également utilisé comme agent épaississant et émulsifiant. Il est non toxique, compatible avec la plupart des autres ingrédients pharmaceutiques et possède de bonnes propriétés de stabilité et de viscosité sur une large plage de pH et de température. Les gels de gomme xanthane présentent un comportement pseudoplastique, l'amincissement par cisaillement étant directement proportionnel au taux de cisaillement. La viscosité revient à la normale immédiatement après la libération de la contrainte de cisaillement.
La gomme xanthane a été utilisée comme agent de suspension pour des suspensions conventionnelles, sèches et à libération prolongée. Lorsque la gomme de xanthane est mélangée avec certains agents de suspension inorganiques, tels que le silicate de magnésium et d'aluminium, ou des gommes organiques, des effets rhéologiques synergiques se produisent. En général, des mélanges de gomme xanthane et de silicate de magnésium et d'aluminium dans des rapports entre 1: 2 et 1: 9 produisent les propriétés optimales. De même, des effets synergiques optimaux sont obtenus avec des rapports gomme xanthane: gomme guar compris entre 3: 7 et 1: 9.

Bien qu'elle soit principalement utilisée comme agent de suspension, la gomme xanthane a également été utilisée pour préparer des comprimés matriciels à libération prolongée. Il a été rapporté que les comprimés à libération contrôlée de chlorhydrate de diltiazem préparés à l'aide de gomme de xanthane maintiennent la libération du médicament de manière prévisible, et les profils de libération du médicament de ces comprimés n'ont pas été affectés par le pH et la vitesse d'agitation. La gomme xanthane a également été utilisée pour produire des matrices directement comprimées qui présentent un degré élevé de gonflement dû à l'absorption d'eau, et une petite quantité d'érosion due à la relaxation du polymère. Il a également été utilisé en combinaison avec du chitosane, de la gomme de guar, du galactomannane et de l'alginate de sodium pour préparer des comprimés matriciels à libération prolongée. La gomme xanthane a été utilisée comme liant et, en association avec le konjac, le glucomannane est utilisé comme excipient pour l'administration contrôlée de médicaments coliques. La gomme xanthane avec boswellia (3: 1) et la gomme de guar (10: 20) ont montré les meilleurs profils de libération pour les systèmes enduits de compression spécifiques du côlon de 5-fluorouracile pour le traitement du cancer colorectal. La gomme de xanthane a également été utilisée avec la gomme de guar pour le développement d'un système d'administration de médicament flottant. La gomme xanthane a été incorporée dans une forme posologique liquide ophtalmique, qui interagit avec la mucine, aidant ainsi à la rétention prolongée de la forme posologique dans la zone précornéenne. Lorsqu'elle est ajoutée à des ophtalmiques liquides, la gomme de xanthane retarde la libération de substances actives, augmentant l'activité thérapeutique des formulations pharmaceutiques.
La gomme xanthane peut être utilisée pour augmenter la force bioadhésive dans les formulations vaginales. La gomme xanthane seule ou avec le carbopol 974P a été utilisée comme excipient mucoadhésif à libération contrôlée pour l'administration buccale de médicaments. Des films de xanthane modifiés ont été utilisés comme système matriciel pour l'administration transdermique d'aténolol. La gomme xanthane a également été utilisée comme gélifiant pour des formulations topiques incorporant des nanoparticules lipidiques solides de vitamine A ou une microémulsion d'ibuprofène. Un système polymère combiné constitué de gomme de xanthane, de carboxyméthylcellulose et d'un polymère à base de polyvinylpyrolidone a été utilisé pour soulager les symptômes de la xérostomie. La gomme xanthane peut également être utilisée comme excipient pour les procédés de séchage par atomisation et de lyophilisation pour de meilleurs résultats. Il a été utilisé avec succès seul ou en combinaison avec de la gélose pour les milieux de culture microbiens.

La gomme xanthane est également utilisée comme hydrocolloïde dans l'industrie alimentaire, et en cosmétique, elle a été utilisée comme agent épaississant dans les shampooings. On suggère que le polyphosphate avec de la gomme de xanthum dans les boissons gazeuses est efficace pour réduire l'érosion de l'émail.
sécurité

La gomme xanthane est largement utilisée dans les formulations pharmaceutiques orales et topiques, les cosmétiques et les produits alimentaires, et est généralement considérée comme non toxique et non irritante aux niveaux utilisés comme excipient pharmaceutique.
L'apport journalier acceptable estimé pour la gomme xanthane a été fixé par l'OMS à 10 mg / kg de poids corporel.
Aucune irritation des yeux ou de la peau n'a été observée chez les lapins et aucune allergie cutanée n'a été observée chez les cobayes après exposition cutanée. Aucun effet indésirable n'a été observé dans les études d'alimentation à long terme chez le rat (jusqu'à 1000 mg / kg / jour) et le chien (jusqu'à 1000 mg / kg / jour). Aucun effet indésirable n'a été observé dans une étude de reproduction sur trois générations chez le rat (jusqu'à 500 mg / kgal):> 45 g / kg
DL50 (souris, orale):> 1 g / kg
DL50 (souris, IP):> 50 mg / kg
DL50 (souris, IV): 100–250 mg / kg

La gomme xanthane est un matériau stable. Les solutions aqueuses sont stables sur une large gamme de pH (pH 3–12), bien qu'elles démontrent une stabilité maximale à pH 4–10 et à des températures de 10–60 ° C. Les solutions de gomme xanthane d'une concentration inférieure à 1% p / v peuvent être affectées négativement par des températures supérieures à la température ambiante: par exemple, la viscosité est réduite. La gomme xanthane offre les mêmes propriétés d'épaississement, de stabilisation et de suspension pendant le stockage à long terme à des températures élevées que dans les conditions ambiantes. De plus, il assure une excellente stabilité au gel-dégel. Les solutions sont également stables en présence d'enzymes, de sels, d'acides et de bases. Vanzan NF-ST est spécialement conçu pour être utilisé dans des systèmes contenant des concentrations élevées de sel car il se dissout directement dans des solutions salines, et sa viscosité n'est relativement pas affectée par des niveaux élevés de sel par rapport aux grades à usage général.

Le matériau en vrac doit être stocké dans un contenant bien fermé dans un endroit frais et sec.

Incompatibilités
La gomme xanthane est un matériau anionique et n'est généralement pas compatible avec les tensioactifs cationiques, les polymères ou les conservateurs, car la précipitation se produit. Les tensioactifs anioniques et amphotères à des concentrations supérieures à 15% p / v provoquent la précipitation de la gomme xanthane à partir d'une solution.
Dans des conditions hautement alcalines, les ions métalliques polyvalents tels que le calcium provoquent une gélification ou une précipitation; ceci peut être inhibé par l'addition d'un séquestrant de glucoheptonate. La présence de faibles niveaux de borates (<300 ppm) peut également provoquer une gélification. Ceci peut être évité en augmentant la concentration en ions bore ou en abaissant le pH d'une formulation à moins de pH 5. L'addition d'éthylène glycol, de sorbitol ou de mannitol peut également empêcher cette gélification.
La gomme xanthane est compatible avec la plupart des agents augmentant la viscosité synthétiques et naturels, de nombreux acides minéraux forts et jusqu'à 30% de sels inorganiques. S'il doit être combiné avec des dérivés de cellulose, la gomme de xanthane sans cellulase doit être utilisée pour empêcher la dépolymérisation du dérivé de cellulose. Les solutions de gomme de xanthane sont stables en présence de jusqu'à 60% de solvants organiques miscibles à l'eau tels que l'acétone, le méthanol, l'éthanol ou le propan-2-ol. Cependant, au-dessus de cette concentration, une précipitation ou une gélification se produit.
La viscosité des solutions de gomme xanthane est considérablement augmentée, ou une gélification se produit, en présence de certains matériaux tels que la cératonia, la gomme de guar et le silicate de magnésium et d'aluminium. Cet effet est le plus prononcé dans l'eau désionisée et est réduit par la présence de sel. Cette interaction peut être souhaitable dans certains cas et peut être exploitée pour réduire la quantité de gomme xanthane utilisée dans une formulation.
La gomme xanthane est incompatible avec les agents oxydants, certains pelliculages de comprimés, la carboxyméthylcellulose sodique, le gel d'hydroxyde d'aluminium séché et certains ingrédients actifs tels que l'amitriptyline, le tamoxifène et le vérapamil.