La goma xantana o xantana (GX) és un ecopolisacàrid produït per un grup bacteri gramnegatius entre els quals trobem el bacteri Xanthomonas campestris B-1459. La xantana s'utilitza en preparacions alimentàries per espessir i estabilitzar mescles per millorar la textura i evitar que els ingredients se separin. També hi ha aplicacions mèdics, tèxtils i petrolers.
Característiques La xantana té l'aspecte d'una pols de color crema. Es dissol fàcilment en aigua calenta o freda i produeix solucions de viscositat relativament alta a concentracions baixes. A més a més, té certes propietats que la fan única com el fet de no ser tòxica, ser soluble en aigua, biodegradable, biocompatible, tèrmicament estable, i estable en condicions tant alcalines com àcides. L'alta solubilitat tant en aigua freda com en calenta està asociada a la dissociació del polímer i l'alliberament d'electròlits a la solució aquosa.
La viscositat és alta en un interval ampli de concentracions i les solucions són estables en un rang ampli de pH, concentració de sals i temperatures. Aquestes característiques són molt favorables per poder rebaixar els preus dels diferents processos en els que s'empra, sovint com a espessants.
Història El descobriment de la xantana ésel resultat d'un programa de recerca sistemàtica pel departament d'agricultura dels Estats Units com a conseqüència de l'èxit comercial del dextrà a mitjan . El govern va llançar un programa de recerca de microorganismes capaços de produir polisacàrids solubles en aigua en cultius submergits. Com a conseqüència va ser descoberta la goma Xantana per Allene Rosalind Jeanes i el seu equip d'investigació a la dècada de 1950 als laboratoris del Northern Regional Research Laboratories (NRRL) del departament d'agricultura dels Estats Units.
Durant la dècada de 1960 diferents laboratoris industrials van continuar la recerca, això va impulsar la producció semicomercial de goma xantana amb el sobrenom de Kelzanl per la empresa Kelcol. Lany 1964 comença la producció comercial. Els principals productors de xantana són Merck i Pfizer als Estats Units, Rhone Poulenc i Sanofi-Elf a França i Jungbunzlauer a Àustria.
L'any 1969 l'Administració nord-american d'Aliments i Fàrmacs (FDA) va aprovar-la com a polímer no tòxic i segur com a espessant i estabilitzador en productes alimentaris. El 2000 la producció anual era de 30.000 tones.
La xantana es va convertir en el primer producte biopolímer d'una fermentació a base de sucre de blat de moro que va tenir importància comercial. Arran del succés es van començar a estudiar altres polisacàrids microbians, però el 2015 la xantana romania de lluny el producte més popular.
Estructura miniatura|Estructura de la goma xantana. És un polisacàrid format per unitats repedites de cel·lobiosa i cadenes laterals que consisteixen en una D-manosa interna que està acetilada, un D- àcid glucurònic i una D- manosa terminal unida a piruvat. La goma xantana té molts grups funcionals com grups carboxílics i hidroxils que poden ser modificats per millorar-ne les propietats fisicoquímiques. El seu pes molecular és de 241.112 g/mol. No obstant això, aquest pot variar depenent de les condicions de fermentació durant la producció.
Propietats Les propietats de la solució de goma xantana depenen fortament de la seva estructura química, de la categoria de sal present al medi, pH i temperatura, es pot dissoldre tant en aigua freda com calenta.
+Taula 1. Propietats de la goma xantana comercialContingutMinimoMàximViscositat (cP)1335Humitat (%)815Cendra (%)712Nitrogen (%)0.31Residus d'acetat (%)1.96Residus de piruvat (%)15.7
Aplicacions Aliments miniatura|223x223px|Caviar d'avruga, aliment on s'utilitza la goma xantana per donar-li estabilitat La goma s'afegeix als aliments per estabilitzar el comportament reològic del producte, ajuda a millorar la textura i l'aparença dels mateixos, així com donar estabilitat. En begudes s'utilitza com a espessant quan aquestes tenen polpa de fruita i ajuda a mantenir la suspensió el que les dona un millor cos i aparença. Per als amaniments també és utilitzada perquè proporciona estabilitat a l'emulsió per períodes de fins a un any i per mantenir-lo a la part superior de l'amanida. En productes làctics es fa servir com a estabilitzants per a gelats, sorbets i llets xocolatades i en formatges untables millora la consistència.
En la indústria fornera, s' utilitza principalment per augmentar la retenció d' aigua durant la fornada i l'emmagatzematge estenent el temps de vida dels productes i de les masses refrigerades.
Pot servir com a substitut de l'ou per adaptar receptes a la dieta vegana i com a substitut del gluten, ja que dona elasticitat i textura com fa el gluten naturalment present en moltes farines. És apte per al consum de persones amb celiaquia.Calle Dominguez, Jehannara & Nuñez de Villavicencio, Margarita & Rosell, Cristina & Marques, Carlos. (2014). INFLUENCIA DE MEZCLAS DE HIDROCOLOIDES EN LA REOLOGÍA DE LA MASA DEL PAN LIBRE DE GLUTEN. Ciencia y Tecnología de Alimentos. 24. 37. Pel caràcter pseudoplàstic en solució, deixa una sensació menys grumosa a la boca que les solucions amb comportament newtonià.
Indústria farmacèutica En la indústria farmacèutica es fa servir com a agent suspensor, estabilitzant i emulsionant. És capaç de formar gels no transparents, blanquinosos i translúcids. S'aplica per fer la matriu de comprimits d'alliberament sostingut, per retardar l'absorció dels principis actius en col·liris i per mantenir en suspensió els antibiòtics o altres fàrmacs, per fer formulacions de dosificació uniforme o estabilitzar cremes que contenen fàrmacs.
Indústria cosmètica Es pot afegir a productes d' higiene personal com cremes, locions, maquillatges, productes capil·lars o dentífrics perquè deixen una bona sensació quan són en contacte amb la pell.
Agricultura En l'agricultura es fa servir es fa servircom a agent de suspensió o espessant. Millorar l'eficiència de fungicides, herbicides i insecticides perquè suspèn uniformement els components sòlids de les formulacions en sistemes aquosos o estabilitza emulsions i sistemes multifàsics líquids.
Altres usos S'utilitza en la conservació i restauració com a hidrogel, pot ser aplicat en superfícies lleugerament sensibles a l'aigua per retirar materials hidrosolubles com alguns adhesius.
La com per a perforació petroliera pot millorar la taxa d' extracció de petroli i el factor d'utilització dels recursos naturals. Igualment, pot fer més viscosa l'aigua dolça i fluids a base de salmorra utilitzats per a la perforació, fresat, eixamplament, i operacions d' empacat de grava. També, pot suspendre els agents i agreujar els materials en sistemes d' aigua dolça i salmorra.
Mecanisme de producció a nivell bacterià miniatura|217x217px|Colonies de la soca de Xanthomonas campestris La xantana és un metabòlit secundari, pel fet que el bacteri per adaptar-se a condicions ambientals difícils produeix biofilms com a estratègia de defensa. Aquesta característica és un mètode d'agregació essencial en què una matriu semblant a un gel envolta les cèl·lules microbianes. El biofilm s'acumula en el 95% de l'aigua, els microorganismes i les substàncies polimèriques extracel·lulars (EPS). La composició de l'EPS depèn principalment de les condicions en què es formen, però normalment constitueix polisacàrids, proteïnes i àcids nucleics, una de les quals és la xantana.
La xantana és un producte de fermentació dels bacteris gramnegatius del gènere Xanthomonas, sobretot per la soca Xanthomonas campestris. Tots els bacteris d'aquest gènere són patògens vegetals. Aquestes cèl·lules es presenten com a bastons rectes i són mòbils a causa d'un únic flagel polar. A més, són aerobis obligats, quimioorganotròfics i creen colònies grogues, llises i denses.
Producció industrial En la producció industrial, la soca Xanthomonas es cultiva primer en un fermentador ben airejat i amb agitació contínua. Per la seva banda, el medi és proveït d'una font de carboni, com ara glucosa, una font de nitrogen i sals nutritives, ja que el rendiment de la fermentació depèn de les condicions operatives i ambientals. Mentre que el creixement de les cèl·lules bacterianes depèn de la mena de fermentador, el mode d'operació i la concentració d'oxigen dissolt.
A la fi de fermentació, el medi de producció conté la xantana produïda, residus microbians i molts altres agents químics. Primer s'eliminen les cèl·lules bacterianes, ja sigui per tractament tèrmic o per altres mètodes com la centrifugació o la filtració. La precipitació es fa per una purificació utilitzant dissolvents orgànics com etanol, isopropanol i acetona, amb l'addició de sals i ajustaments de pH. Després de la precipitació, el producte es deshidrata, s'asseca i s'envasa.
Les fonts de carboni que s'utilitzen són econòmiques i diverses, com la sacarosa, la melassa de canya de sucre, mentre que com a font de nitrogen s'utilitza el sèrum de llet.
Cal una proporció elevada de carboni a nitrogen per a la conversió eficient de les fonts de carboni a la producció de polisacàrids. Es prefereix el cultiu per lots amb medis complexos per a una producció eficient de goma. El pH cau durant el procés de fermentació a causa de la formació d'àcids orgànics. Cal controlar el medi de fermentació al pH òptim de 7,0, una caiguda del pH per sota de 5,0 redueix dràsticament la formació de goma, de manera que utilitzar un tampó o addició de base durant el procés ajuda a mantenir el pH.
Modificacions de la goma xantana Sí bé els polisacàrids són materials orgànics amb molts beneficis, també tenen inconvenients com un grau incontrolat de gruix, hidratació, alta viscositat, atac microbià i freqüència de dissolució lenta, per la qual cosa es poden fer modificacions per evitar aquestes dificultats.
Hi ha quatre grans grups de modificacions de la GX: modificacions enzimàtiques, modificacions físiques, modificacions químiques i modificacions genètiques.
Modificacions enzimàtiques Per a aquest tipus de modificacions s'utilitzen enzims específics (sols o en combinació), els quals catalitzen la reacció de despolimerització de la GX sota condicions industrials determinades. El principal objectiu d'aquestes reaccions és trencar la cadena principal de polisacàrids específics, perquè canviï la seva viscositat i disminueixi el pes molecular. A causa de la seva estabilitat, la GX no es degrada fàcilment per l'acció de microorganims, existeixen alguns estudis fets en bacteris que avalen que algunes espècies son capaces de realitzar la reacció de despolimerització, però, es va demostrar que depèn en gran manera de la composició molecular, la força iònica, el pH i la temperatura de la GX. Alguns dels enzims que es poden utilitzar per a aquest tipus de modificació són la X-liasa, la xantanasa, la cel·lulosa, la manosidasa, l'acetilesterasa i la glucosidasa. Un dels benefics d' utilitzar enzims és que s' obtenen alteracions altament específiques que en conseqüència, produeixen nous polímers amb característiques innovadores.
Xantan liasa Aquest grup d'enzims exolítics ataquen la cadena lateral i com a resultat es produeix la degradació dels enllaços entre les molècules de GX. La viscositat de la solució disminueix considerablement. El trencament de la cadena lateral, facilita l'accés a la cadena principal de GX, permetent que altres enzims accedeixin a aquesta última cadena per degradar-la posteriorment.
Endoxantanasa Aquests enzims catalitzen la hidròlisi de la cadena principal de GX, col·locant un grup hidroxil per promoure la seva ruptura. L' activitat enzimàtica es va analitzar utilitzant Microbacterium sp. i Paenibacillus sp.
Cel·lulases