Ксантановая камедь – внеклеточный полисахарид, продуцируемый микроорганизмами Xanthomonas campestris.
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.
Применяется ксантан в комбинации с другими гидроколлоидами, особенно для получения структуры сгущенных пищевых продуктов, которые употребляются в холодном виде, в качестве загустителя при производстве соусов, растворимых супов, кетчупа, замороженных продуктов. ДСП ксантана, установленное экспертным комитетом по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ, – до 10 мг на 1 кг массы тела.
4.1.1. КРАТКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА КСАНТАНОВОЙ КАМЕДИ
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.
4.1.2. СТРУКТУРА КСАНТАНОВОЙ КАМЕДИ
Первичная структура ксантановой камеди, изображенная на рис. 4.1, состоит из линейно связанных (1→4)-молекул P-D-глюкозы, которые образуют основную цепь (структура аналогична целлюлозе), где каждый второй глюкозный остаток (при третьем углеродном атоме) содержит боковую цепь из трех моносахаридных единиц.
Рис. 4.1. Первичная структура ксантановой камеди
Трисахарид боковой цепи включает остаток глюкуроновой кислоты, соединенный (1→4)-связью с концевым единичным остатком маннозы и (1→2)-связью – со вторым остатком маннозы, примыкающим к основной цепи.
Приблизительно 50% концевых маннозных остатков содержат пируватную группу, а неконцевые (примыкающие к основной цепи) – ацетатную группу при шестом углеродном атоме.
Исследования методом рентгеновской дифракции ориентированных волокон камеди ксантана позволили идентифицировать конформацию молекулы ксантана как правозакрученную пятивитковую спираль с шагом 4,7 нм, в которой длина дисахаридного структурного фрагмента основной цепи соответственно составляет 0,94 нм. В растворе боковые цепи окружают основную цепь молекулы, обеспечивая тем самым защиту лабильной β-(1→4)-связи от внешних воздействий.
Считается, что именно это защита обусловливает стабильность камеди при неблагоприятных условиях.
4.1.3. СВОЙСТВА КСАНТАНОВОЙ КАМЕДИ
Научные представления о строении и конформационном состоянии молекул ксантановой камеди во многом объясняют уникальные свойства ее растворов.
Растворы ксантановой камеди высокопсевдопластичны. При увеличении сдвиговых напряжений вязкость резко падает. После снятия сдвигового напряжения исходная вязкость восстанавливается почти моментально. Такое поведение является следствием способности ксантановых молекул образовывать в растворе агрегаты за счет возникновения водородных связей и переплетения полимерных молекул (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Взаимосвязь структуры и свойств ксантановой камеди
Такая высокоупорядоченная сеть переплетенных жестких молекул имеет высокую вязкость при низких скоростях сдвига, что в практическом плане объясняет необыкновенные суспендирующие свойства растворов ксантановой камеди.
Под воздействием приложенного сдвигового напряжения эти агрегаты постепенно разрушаются, что и объясняет высокую псевдопластичность растворов ксантановой камеди.
Растворы ксантановой камеди 1%-ной или более высокой концентрации почти гелеподобны в состоянии покоя, но те же самые растворы легко текучи и оказывают очень низкое сопротивление перемешиванию и перекачиванию. Такие же свойства наблюдаются при типичных концентрациях, составляющих примерно 0,1-0,3%.
Высокая вязкость растворов ксантановой камеди при низких скоростях сдвига объясняет их способность придавать высокую стабильность коллоидным системам.
Снижение вязкости при увеличении скорости сдвига является важным для свойств текучести суспензий и эмульсий, а также при использовании ксантановой камеди в качестве технологического средства.
При концентрации, равной или ниже 0,25%, соли одновалентных металлов, такие как хлорид натрия, вызывают незначительное уменьшение вязкости. При более высоких концентрациях камеди в растворе с добавлением соли его вязкость повышается. При концентрации хлорида натрия на уровне 0,1% достигается постоянство вязкости, и дальнейшее добавление соли влияния на вязкость почти или вообще не оказывает. Многие соли двухвалентных металлов, включая соли кальция и магния, оказывают на вязкость ксантановых растворов аналогичное влияние.
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.
4.1.4. ПРИМЕНЕНИЕ КСАНТАНОВОЙ КАМЕДИ
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.
В соответствии с нормами Федерального управления США по вопросам качества продовольствия и медикаментов (21 CFT 172.695), ксантановая камедь признана пищевой добавкой для использования в качестве стабилизатора, загустителя или эмульгатора. Европейским союзом ей присвоен кодификационный номер Е 415; она разрешена к ежедневному применению с нерегламентируемым допустимым суточным потреблением. Ксантановая камедь под фирменными наименованиями KELTROL® и KELTROL® F одобрена для использования при изготовлении кошерных продуктов.
Ксантановая камедь разрешена к применению и на территории Российской Федерации.
