Ksantaan

Ksantaan ehk ksantaankummi ehk ksantaankumm on polüsahhariidide hulka kuuluv looduslik keemiline aine. See on polümeer keemilise valemiga (C₃₅H₄₉O₂₉)_n. CAS-number on 11138-66-2.

Ksantaan kujutab endast hüdrokolloidi, mis koosneb glükoosist, mannoosist ja glükuroonhappest ning on osaliselt esterdatud etaanhappega ja püroviinamarjahappega.

Struktuur

Ksantaani biopolümeeri peaahel koosneb β-(1→4)-sidemega D-glükoosi üksustest. See on samasugune nagu tselluloosil, nii et ksantaani võib pidada tselluloosi derivaadiks.

Kõrvalahelates on glükoosi, glükuroonhappe ja mannoosi jäägid ning püroviinamarjahapperühmad (püruvaatrühmad) ja atsetüülrühmad.

Iga teise glükoosiüksusega on α-(1→3)-glükosiidselt seotud β-D-mannopüranosüül-(1→4)-β-D-glükuronopüranosüül-(1→2)-6-O-atsetüül-
α-D-mannopüranosüül-kõrvalahel. Umbes pool selle kõrvalahela lõpp-mannoosiüksustest moodustab hüdroksüülrühma kaudu positsioonides 4 ja 6 ketaali püroviinamarjahappega.

Mõnikord võib atsetüülrühm või üks kõrvalahel täielikult puududa.

Looduslik esinemine

Bakterite Xanthomonas campestris ja teiste perekonda Xanthomonas kuuluvate bakterite elutsüklis on ksantaan kaitseks viiruste ja kuivamise eest.

Tootmine

Ksantaani toodetakse perekonda Xanthomonas kuuluvate bakterite (eriti Xanthomonas campestris) abil biotehnoloogiliselt kääritamisel suhkrut (tavaliselt maisisuhkrut) sisaldavatest substraatidest.

Ksantaani tootmine põhineb aeroobsel käärimisel süsivesikute, lämmastikuallika jm vesilahuses. Järgneb keskkonna pastöörimine ning sadestamine või puhastamine mikrofiltreerimise teel. Puhastamiseks kasutatakse ekstraktsiooni etanooli või isopropanooli abil. Pärast seda ksantaan kuivatatakse ja jahvatatakse.

Ksantaani omadusi reguleeritakse bakterite elutingimuste muutmise kaudu.

Toiduainetes kasutamiseks happerühmad neutraliseeritakse, viies ksantaani kaaliumi-, naatriumi- või kaltsiumivormi.

Aastal 2003 toodeti maailmas umbes 20 000 tonni ksantaani.

Omadused

Et ksantaan vesilahuses paisub, suurendab ta keskkonna viskoossust. Püruvaatrühmade arv määrab ksantaani vesilahuste viskoossuse. Ksantaan moodustab pseudoplastilisi lahuseid. Viskoossus on tugevalt sõltuv mehaanilistest teguritest (sh segamine). Lahuste viskoossus sõltub vähesel määral pH-st, temperatuurist ja soolalisanditest. Elektrolüüdid suurendavad viskoossust. Keemilise ja füüsikalise stabiilsuse tõttu on ksantaanilahus sobiv väga happeliste või aluseliste lahuste paksendamiseks. Ksantaanilahuse viskoossust suurendab märgatavalt guarkummi lisamine.

Ksantaan lahustub hästi külmas ja kuumas vees, piimas, samuti soola- ja suhkrulahustes. Ksantaani molekulid adsorbeerivad vett, nii et moodustub ksantaani kaksikspiraalidest koosnev kolmemõõtmeline võrk, mis on struktuurilt lähedane geelile, kuid on vähem viskoosne.

Ksantaanilahus on vastupidav fermentidele, alkoholidele, pindaktiivsetele ainetele, hapetele (välja arvatud soolhape) ja leelistele ning kõrgetele (kuni 120 ºС) ja madalatele (kuni −18 ºС) temperatuuridele. Lahus peab vastu külmutamisele ja ülessoojendamisele.

Segus teiste kummidega on paksendav toime väiksem kui iga paksendaja puhul eraldi. Ksantaanilahusele on iseloomulik kõrge viskoossus pH diapasoonis 2 kuni 12 ja kõrge pseudoplastilisus.

Ksantaan eraldi ei moodusta želeed, kuid koos jaanikaunakummiga on tal želeeriv toime.

Kasutamine

Teda kasutatakse toidulisaainena E-numbriga E 415 paksendajana, želeerijana ja stabilisaatorina. Geelimoodustajana teda tavaliselt ei kasutata. Teda on lubatud kasutada ökotoiduainetes.

Et ksantaan suurendab keskkonna viskoossust, saab tema abil dispersioone paksendada ja stabiliseerida. Tänu suurele viskoossusele ja pseudoplastilisusele moodustab ksantaan hea struktuuri, stabiliseerib tooteid pikaajaliselt ja pikendab nende säilitamistähtaegu.

Sellepärast kasutatakse teda laialdaselt näiteks piimasaadustes, kastmetes, tomatiketšupis, majoneesis, sinepis ja salatikastmetes, samuti jäätises, magustoitudes, pagaritoodetes ja jookides. Ka molekulaarköögis on ksantaan tähtis lisand.

Ksantaani kasutamine võimaldab

• suurendada hakkliha viskoossust ja elastsust;
• saada stabiilsema ja plastilisema struktuuriga valmistoote;
• vähendada niiskuskadusid termilisel töötlemisel ja valmistoodete järgneval säilitamisel.

Peale selle kasutatakse ksantaani paljudes kosmeetikatoodetes, näiteks ihupiimades, šampoonides, hambapastas, vedelseepides ja ripsmetuššides.

Ksantaani kasutatakse ka libestite valmistamisel.

Ksantaani kasutatakse ka värvides.

Samuti kasutatakse ksantaani lõhkeainetes ja puurimismudades nafta ja gaasi tootmisel. Puurimislahused horisontaalsete ja kaldasendis puuraukude saamiseks sisaldavad kuni 2% ksantaani.

Ksantaanilahustel on pseudo-elastsuspiir. Peale selle saab ksantaan sünergias jaanikaunajahuga moodustada termopöörduvaid geele, mis seovad väga hästi vett ja on väga elastsed.

Mõju inimese organismile

Inimese organism ksantaani ei seedi, mistõttu ta arvatakse ballastainete hulka. Osalt lagundavad teda soolestiku mikroorganismid. Suurtes annustes võib ksantaanil olla lahtistav toime. Siiski loetakse teda tervisele ohutuks.