ГЛАВА 1. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КСАНТАНОВОЙ КАМЕДИ 1.1. Технические характеристики ксантановой камеди Ксанта́новаякаме́дь (ксанта́н) - природное химическое соединение (C35H49O29)n, пищевая добавка Е415, относится к группе стабилизаторов. Это линейный полисахарид, содержащий большое число боковых трисахаридных цепей. К ним присоединены ацетильные группы и группы пировиноградной кислоты. Благодаря такой структуре боковых цепей цепь ксантана необычайно прочно защищена от химического и ферментативного гидролиза. Молекулярную массу и свойства ксантана можно регулировать, изменяя условия жизнедеятельности микроорганизмов. Ксантан растворим в холодной и горячей воде, растворах сахара и молоке. 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. Полисахарид образуется в ходе сложного ферментативного процесса на поверхности клеточной стенки бактериями Xanthomonas campestris в течение их обычного жизненного цикла. В природе эти бактерии обитают на листьях овощей семейства Brassica, таких как капуста. В промышленности ксантановую камедь получают посредством аэробного брожения чистых культур бактерий Xanthomonas campestris. Культивирование производится в насыщенной кислородом среде, содержащей глюкозу, азот и различные микроэлементы. Чтобы обеспечить посев микроорганизмов на завершающей стадии ферментации, процесс инокуляции проводят в несколько этапов. После завершения ферментации бульон пастеризуют для инактивации бактерий, а ксантановую камедь выделяют осаждением изопропиловым спиртом. Затем продукт высушивают, измельчают и фасуют. Обычно рН, характерные для пищевых систем, почти не оказывают влияния на вязкость растворов ксантановой камеди. Практически во всем диапазоне рН (2-12) вязкость растворов сохраняет, по сути, одно и то же высокое значение, которое несколько уменьшается лишь в крайних точках этого диапазона. Тем не менее при низких концентрациях ксантановой камеди эти изменения вязкости более заметны. При низких рН растворы сохраняют превосходную стабильность в течение долгого времени. Растворы ксантановой камеди также уникальны своей способностью сохранять вязкость до тех пор, пока не достигнута определенная «температура плавления». При этой температуре из-за обратимого изменения конформации молекулы вязкость резко падает. Потеря вязкости является обратимой, и при охлаждении восстанавливается ее первоначальное высокое значение. Ксантановая камедь вступает в синергическое взаимодействие с галактоманнанами, такими как гуаровая камедь и камедь рожкового дерева, а также с глюкоманнанами (в частности, с конжаковым маннаном). Результатом взаимодействия являются повышение вязкости или гелеобразование. Ксантановая камедь является химически нейтральной для человека, то есть при попадании в желудочно-кишечный тракт не вступает в реакции и через некоторое время выводится из организма естественным путем без всяких изменений. Она обладает некоторым сливочным вкусом, но это ее свойство никак не используется из-за крайне малого количества, используемого в приготовлении. Ксантан: · Является натуральным гелеобразователем · Устойчив к воздействию ферментов · Легко растворяется в воде любой температуры · Даже небольшое его количество наделяет тесто вязкостью · Хорошо сочетается с другими компонентами промышленной выпечки – желатином, пектином, крахмалом, декстрином и проч. · Не утрачивает перечисленных качеств даже после заморозки и последующей разморозки 1.2. Области применения ксантановой камеди Ксантановая камедь применяются для стабилизации растворов, повышения эластичности и вязкости. Добавляются при изготовлении кремов, джемов, желе и соусов, молочных продуктов (десертов, йогуртов, сыров), хлебобулочных изделий. В мясоперерабатывающей промышленности камедь применяется для удержания влаги в готовом пищевом продукте при изготовлении колбасных изделий, фаршей, мясных консервов. В фармацевтической промышленности камедь применяется при производстве антикоагулянтов, кровезаменителей, изготовлении капсул, суспензий. Являясь экологически чистой и высокоэффективной добавкой к буровому раствору, ксантановая камедь обладает отличной переносимостью широкого диапазона температуры, pH. Она может чрезвычайно увеличить скорость проникновения бурового раствора. Между тем она также может предотвратить повреждение нефтяного пласта, повысить эффективность бурения, ремонта и значительно увеличить коэффициент извлечения нефти. В нефтяной промышленности ксантан для скважин пользуется популярностью. Ксантановый природный загуститель, цена которого на порядок ниже прочих химических веществ используемых в нефтеперерабатывающей отрасли. В присутствии 5-20% NaCl, KCl, CaCl2 или MgCl2 вязкость 0,5% раствора ксантана возрастает на 10%. Наиболее важное качество камеди ксантана – это высокая прочность на разрыв одновременно с большой растяжимостью. Ксантановая камедь используется в качестве структурообразователя. Биополимер эффективно работает во всех буровых растворах на водной основе – от сильно утяжеленных до систем с низким содержанием твердой фазы. Включая пресную, морскую воду, системы на основе соленой воды и плотные рассолы; обеспечивает реологический профиль повышенной вязкости при низких скоростях сдвига и понижает сдвиговые характеристики при высоких скоростях сдвига. Эти характеристики часто приводят к образованию жидкостей, где предельное напряжение сдвига выше, чем пластическая вязкость. Указанные выше преимущества обуславливают следующие основные сферы применения ксантана в нефтегазовой промышленности: · вертикальное и горизонтальное бурение; · бурение скважин большого диаметра; · растворы для закачивания скважин; · растворы для вскрытия пласта; · буровые растворы, не содержащие твердой фазы для закачивания скважин и растворы капитального ремонта скважин; · растворы для отбора керна; · операции с гравийной набивкой; · чистые буферные жидкости для перфорационных работ; · пластификатор-понизитель трения среды для работ с гибкими НКТ; · модификация профиля; · жидкости гидроразрыва; · предотвращение изгиба колонны в скважине при использовании баритсодержащих растворов; · стабилизация эмульсий. Ксантан выполняет ряд технологических функций в косметической промышленности: · загустители в зубных пастах натуральный влагоудерживающий агент. В составе кремов, лосьонов, масок для лица, гелей создает естественную защитную пленку. Способствует разглаживанию кожи, нормализации водно-жирового равновесия; · стабилизатор вязкой однородной текстуры в зубных пастах; защищает продукт от высыхания; · пенообразователь в шампунях, кремах для бритья, муссах для укладки волос. Создает дополнительную защиту от внешних неблагоприятных факторов. Ксантан применяют в приготовлении взбитого жидкого теста. В жидком тесте ксантановая камедь препятствует осаждению муки, улучшает газоудерживающую способность, повышает устойчивость к действию ферментов, стабильность к замораживанию/оттаиванию и механическому воздействию. Кроме того, она обеспечивает также однородность покрытия и его способность удерживаться на поверхности. В тесте для блинов ксантан улучшает способность теста к распределению по поверхности, увеличивает объем и способность удерживать пузырьки воздуха. Ксантан используется также в тесте, применяемом для приготовления луковых колец в кляре. Ксантановая камедь улучшает адгезию теста на поверхности лука, которая может быть затруднена из-за его воскообразного покрытия. Клейкие свойства, связанные с высокой исходной вязкостью растворов ксантана, способствуют увеличению адгезии теста. С этой целью камедь обычно добавляют в количестве 0,15% от массы теста. Тесто для рыбы в кляре можно стабилизировать 0,06% ксантана, тогда как для стабилизации жидкого теста, которое используется, например, для приготовления креветок в кляре (темпура), рекомендуется 0,10-0,15% ксантана. Его можно использовать также в тесте, предназначенном для приготовления замороженных продуктов (курицы, креветок или рыбы). Ксантановая камедь обеспечивает тесту для пирогов, тортов, бисквитов и хлеба однородность консистенции, пористость и стабильность эффекта при изменении рецептурного состава. Такие продукты имеют повышенную влажность, объем, упругость мякиша, меньше крошатся, а следовательно, лучше переносят условия транспортировки. В замороженном тесте, низкокалорийной выпечке и хлебе без глютена ксантановая камедь увеличивает объем, поддерживает влажность, улучшает текстуру. Ксантан может быть введен в тесто в количестве 0,05% (от общей массы теста) без изменения рецептурного состава. Введение ксантановой камеди в начинки холодного или горячего приготовления для фруктовых пирогов и других видов выпечки улучшает их текстуру и вкус. Дополнительными преимуществами введения ксантана в сливочные и фруктовые начинки являются увеличение срока хранения, стабильность к замораживанию/оттаиванию и регулирование синерезиса. Смеси из ксантановой камеди, каррагинана и галактоманнанов являются превосходными стабилизаторами целого ряда замороженных и охлажденных молочных продуктов, таких как мороженое, шербет (фруктовое мороженое), сметана, стерилизованные взбитые сливки и восстановленное молоко. Такие смеси обладают оптимальной вязкостью, высокой стабильностью, улучшенной теплопроводностью, устойчивостью к перегреву и способностью регулировать процесс образования кристаллов льда. Салатные заправки – это самое распространенное применение ксантановой камеди в пищевой промышленности. Стабильность ксантана к кислотному и солевому воздействию, его эффективность при низких концентрациях и высокая псевдопластичная реология делают эту камедь идеальным стабилизатором для текучих обезжиренных, низкожирных или стандартных салатных соусов (заправок). Заправки с ксантановой камедью обладают превосходной устойчивостью при долговременном хранении и относительно постоянной вязкостью в широком диапазоне температур. Такие салатные соусы обладают хорошей текучестью, но при этом удерживаются на поверхности салата. Обычно в зависимости от содержания масла дозировки ксантана составляют 0,2-0,4%. При повышении количества масла в составе заправки необходимое для стабилизации количество ксантановой камеди сокращается. Введение ксантановой камеди в состав сухих смесей для приготовления напитков улучшает «тело» и качество восстановленного напитка. Более того, камедь способствует суспендированию в напитках с мякотью, что улучшает их внешний вид и текстуру. Ксантановая камедь обеспечивает также прекрасную текучесть и превосходно удерживается на поверхности мороженого, фруктов и блинов. При хранении в холодильнике консистенция сиропов и глазурей не изменяется. Дисперсия какао-порошка в шоколадных сиропах остается стабильной. Замороженные немолочные взбитые глазури и их замороженные концентраты обладают твердой текстурой, легко взбиваются и имеют превосходную устойчивость к замораживанию/оттаиванию. Таблица 1.1 Непищевые отрасли потребления ксантановой камеди | Отрасли | Применение | | Бурение | контролирует реологию; обеспечивает хорошую устойчивость к воздействию соли, температуры | | Добыча нефти | функционирует как загуститель | | Третичная нефтедобыча | обеспечивает контроль движения и стабильность циркуляции полимера | | Закачивание скважин | сгущение, охрана окружающей среды | | Пестицид | суспензирует эффективные ингредиенты; контролирует прилипание | | Средство для очистки | обеспечивает стабильность pH; увеличивает время контакта, удаляет ржавчину | | Клей | контролирует проникновение | | Полирующее средство | суспензирует абразивные компоненты | | Водорастворимое покрытие | используется в водорастворимой и латексной краске для улучшения их стабильности, чтобы легко распылять краску для гладкого и однородного внешнего вида | | Керамические изделия | стабилизирует частицы; контролирует различные цвета при глазировании, предотвращает нарушение формы; обеспечивает хорошую обрабатываемость | | Текстиль и ковры | улучшает технологию обработки и яркость цвета | | Целлюлозно-бумажная промышленность | контролирует поток, приостанавливает крупнозернистый крахмал | | Огнетушащее вещество | стабилизирует, улучшает долговременное вспенивание | | Покраска | разглаживает и выравнивает внешний вид | | Чернила | контролирует реологические свойства | | Горнодобывающая промышленность | предотвращает отложение руды во время производства; повышает устойчивость пены | | Удобрения | агент для жидких удобрений | | Чугун | суспендирующее вещество | | Удобрение семян | пленка для упаковки питательных веществ | | Микрокапсулы | высококачественные материалы для изготовления капсулы | | Гравитационное расслоение | увеличивает толщину, суспендирующее вещество | | Корм для рыб и креветок | используется как вяжущее вещество для корма | | Табак | улучшает эластичность, предотвращает поломку табака | Источник: по данным открытых источников информации
| 
