PHỤ GIA THỰC PHẨM XANTHAN GUM

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

----- -----

TIỂU LUẬN PHỤ GIA THỰC PHẨM
ĐỀ TÀI 14: XANTHAN GUM
GV: LÊ VĂN NHẤT HOÀI
LỚP: DHTP7B (SÁNG THỨ 3 TIẾT 4-6)

NHÓM 14
TRẦN THÀNH QUÍ

11000367

ĐÀO NGỌC LAN

11000067

HỎA THỊ THANH THỦY

11000287

NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG

11002687

NGUYỄN THÀNH DUY

10041771

TP.HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC
Phụ gia thực phẩm


2

XANTHAN GUMS
1. GIỚI THIỆU VÀ LỊCH SỬ RA ĐỜI XANTHAN GUM
1.1 Giới thiệu
Xanthan gum là một loai polysaccharide ngoại bào được tổng hợp bởi chủng
Xanthaomonas capestris ( Xanthomonas campestris là loại vi khuẩn gây ra bệnh
mục đen trên cải, hoa lơ và các loại rau lá mỏng khác.).
Trong nước lạnh Xanthan gum có thể hòa tan được dễ dàng hinhg thành nên một
dung dịch có độ nhớ cao ở nồng độ rất thấp (khoảng 1% w/w). Vì vậy nó cố tính
chất như là một chất tạo độ nhớt cho hầu hết các thực phẩm dạng lỏng và được gọi
là “chất lỏng giả dẻo” (pseudoplastic).
Khác với các loại gum khác ,dung dịch Xanthan gum có độ nhớt rất bền trong
môi trường giới hạn nhiệt độ pH rộng .Bên cạnh đó dung dịch này có khả năng
chống lại một số tác dụng phân cắt của enzim.
Một đặc điểm của Xanthan gum là khi phối hợp với các loại gum khác ở nồng
độ nhỏ nó có thể gia tang khả năng tạo độ nhớt (vói Locust nean gum) và ở nồng
độ cao nó hình thành nên mạng lưới gel có cấu trúc mền ,dẻo và có khả năng thuận
nghịch về mặt nhiệt động (với Locust bean gum và Konjac mannan).
Xanthan gum đã và đang được nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong
công nghệ thực phẩm nhằm để mởi rộng khai thác các tiềm năng vốn có của nó .
1.2 Lịch sử ra dời Xanthan gum:

Cách đây rất lâu, con người đã tìm hiểu được rằng các loài Xanthomonas có thể
sản xuất ra những khối sền sệt.
Cuối năm 1950, xanthan đã được phát minh tại Northern Reaseach
Center (NRRC), Peoria, Illinois.

Phụ gia thực phẩm


3

Bà Allene Rosalind Jeanes và cộng sự của bà ở Viện Nông Nghiệp Hoa Kỳ
(United States Department of Agriculture) đã tổ chức cuộc kiểm tra các loài vi sinh
vật có khả năng sản xuất ra các loại gum tan trong nước, trong số đó, xanthan là
một polysaccharide tổng hợp bằng phương pháp sinh học mà có tiềm năng ứng
dụng rất lớn so với các loại gum tan trong nước được sản xuất bằng phương pháp
tự nhiên.
Đầu những năm 1960, xanthan trở thành sản phẩm thương mại bởi công ty
Kelco với tên thương mại là Kelzan (theo Whistler) nhưng không thích hợp cho
thương mại mãi đến năm 1964.
Năm 1969, xanthan đã được tổ chức FDA (the American Food and Drug
Administration) cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm sau những nghiên cứu
và thử nghiệm trên động vật. Nó được phép sử dụng ở các nước: Hoa Kỳ, Canada,
Châu Âu (1982). Số kí hiệu là E415.
Các công ty sản xuất xanthan nổi tiếng: Merck, Pfizer và Kelco của Mĩ, Rhône
Poulenc và Sanofi-Elf của Pháp, Jungbunzlauer của Úc.

2 CẤU TẠO HÓA HỌC CỦA XANTHANGUM
2.1 Cấu tạo phân tử
Xanthan bao gồm những cụm 5 gốc đường được lặp lại, mỗi cụm gồm 2 gốc
đường D -glucose, 2 gốc đường D - mannose, 1 gốc đường D - glucoronate và các

gốc acetate, pyruvate với số lượng thay đổi.
Mỗi cụm đơn vị của mạch chính trong chuỗi polysaccharide bao gồm các
gốc β – D –glucose, liên kết với nhau bằng liên kết – 1, 4 glycoside. Yếu tố
này giống với cấu trúc của cellulose.
Mạch nhánh gồm 1 gốc glucoronate nằm ở giữa liên kết với 2 gốc mannose.
Vị trí thứ nhất của gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ hai của 1 gốc D mannose, còn vị trí thứ tư của gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ nhất của
một gốc mannose khác.
Mạch nhánh liên kết với mạch chính tại vị trí thứ 3 trên gốc cellulose của mạch
chính và vị trí thứ nhất trên gốc mannose của mạch nhánh.
Phụ gia thực phẩm


4

Khoảng một nửa số gốc mannose ở cuối có nhóm acid pyruvic liên kết do nhóm
ketal tạo vòng tại vị trí 4 – 6 trên gốc mannose.
Gốc mannose còn lại liên kết với một acetyl tại vị trí thứ 6.
Xanthan gum cũng chứa các ion dương hóa trị một như là Na, K.
Mạch nhánh và mạch thẳng xoắn chặt với nhau tạo thành hình dạng bền chặt.

2.2 Khối lượng phân tử :
Có thể từ 0.9 triệu đến 1.6 triệu Dalton, nó phụ thuộc vào nguồn vi sinh vật và
điều kiện thực hiện quá trình lên men.
Đôi khi khối lượng phân tử xanthan cũng có thể lên đến 13 - 50 triệu Dalton.
Xanthan Gum

Phụ gia thực phẩm


5

2.3 Trang thái phân tử
Xanthan là phân tử sinh học xoắn đôi nhưng không đối xứng nhau.
Mạch nhánh và mạch thẳng xoắn chặt với nhau tạo thành hình dạng bền chặt.
Các phân tử có thể co lại hình xoắn ốc kép hình thành nên cấu trúc đặc quánh,
khi gặp một số điều kiện sẽ bị duỗi mạch làm thay đổi tính chất.
Mạch chính được mạch bên bảo vệ nên làm cho xanthan tương đối bền với acid,
kiềm và enzyme.
2.4. Phân loại Gum xanthan
Gum xanthan là sản phẩm lên men của glucose và saccharose bởi vi khuẩn
Xanthomonas campestris
X. Campestris là loại vi khuẩn sản xuất ra xanthan gum chủ yếu, tuy nhiên có một
số loài khác như: Xanthomonas phaseolis, Xanthomonas malvacearum,
Xanthomonas carotae, Xanthomonas manihotis, Xanthomonas jugandlis cũng
được biết đến khả năng sản xuất ra polysaccharide ngoại bào tốt. Nhưng sự đa
dạng về dinh dưỡng của
X. Campestris nên nó được sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp.
Phụ gia thực phẩm


6

Vi khuẩn Xanthomonas campestris:
Giới: Vi khuẩn
Nghành: Proteobacteria
Lớp: Gumma Proteobacteria
Bộ : Xanthomonadales
Họ : Xanthomonadaceae
Giống: Xanthomonas

Acid pyruvic là một thành phần rất quan trọng do nó tác động đến khả năng hòa
tan trong nước của polymer. Thành phần acid pyruvic trong xanthan khác
nhau phụ thuộc vào chủng
Xanthomonas campestris (có những chủng sản xuất ra hàm lượng acid pyruvic
rất cao, có những chủng lại sản xuất ra với hàm lượng rất thấp), điều kiện lên men
và điều kiện thu hồi sản phẩm.

3. TÍNH CHẤT CỦA XANTHAN GUM
Xanthan gum tan khá tốt trong nước. Dung dịch có độ nhớt cao thể hiện tính chất
của một chất lỏng “giả dẻo” (pseudoplastic) và giá trị độ nhớt phụ thuộc rất nhiều
vào nhiệt độ .Các dung dịch hệ nhũ tương hay gel khi có mặt xanthan gum đều rất
bền khi chuyển giữa hai trang thái lạnh đông và tan giá . So với các gum khác
xanthan gum có khả năng tạo độ nhớt cao hơn ở nồng độ rất thấp (từ 0.005% đến
1%).
Tính chất của “ hệ giả dẻo” được tạo nên do sự liên kết nội phân tử bên trong các
sợi xanthan gum riêng rẽ để tạo thành các cuộn ngẫu nhiên “random coil”. Dung
dịch có độ nhớt cao khi không chịu tác dụng của lực cắt (shear force) và giảm độ
nhớt rất nhanh thành dạng chảy lỏng khi chịu tác dụng của lực (khi bơm, khuấy
trộn , nhai…) Điều này giải thích tại sao nó được ứng dụng nhiều trong thực
phẩm .Vì khi ăn thực phẩm vào ,chúng ta không thể ăn nếu như thực phẩm đó quá
đặc , chắc ở trong miệng. Nhờ đặc tính “giả dẻo”này mà chúng trở nên mềm và
chảy ra trong miệng tạo cảm giác thích thú và dễ chịu .
Phụ gia thực phẩm


7

3.1. Tạo dung dịch có độ nhớt
Khi hòa tan trong nước, bị hidrate hóa một cách nhanh chóng, không bị
đóng cục tạo dung dịch có độ nhớt cao.

Xanthan gum có độ nhớt cao. Dung dịch có nồng độ khoảng 1% có độ nhớt xấp xỉ
1000 cP khi đo ở 60 v/ph với thiết bị đo độ nhớt Brookfield model LVF ở 25oC
Ảnh hưởng của muối: độ nhớt không bị ảnh hưởng khi thêm một lượng lớn
muối, như trong 250 g/l dung dịch NaCl chỉ làm tăng không đáng kể độ nhớt của
dung dịch xanthan.
. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch Xanthan gum
Nhiệt độ
Dung dịch Xanthan gum có khả năng duy trì độ nhớt của nó cho đến khi đạt
đến nhiệt độ chảy lỏng (melting temperature). Tại nhiệt độ này, độ nhớt sẽ giảm
một cách đột ngột, do thay đổi cấu trúc liên kết thuận nghịch trong phân tử. Nhiệt
độ này phụ thuộc vào nồng độ muối có mặt trong dung dịch: nhiệt độ chảy lỏng
càng cao khi nồng độ muối càng lớn (xem hình 2.4) nhiệt độ này có thể lên đến
100oC ở nồng độ NaCl 5%). Sự thay đổi độ nhớt bởi nhiệt độ cũng mang tính thuận
nghịch, khi làm nguội dung dịch thì độ nhớt có thể phục hồi về trạng thái ban đầu.

Phụ gia thực phẩm


8

Hình 2.4 – Sự phụ thuộc của nhiệt độ chảy lỏng (melting temperature) của Xanthan
gum 1% vào nồng độ muối NaCl
Sự khuấy trộn
Ở trạng thái bình thường (ứng với tốc độ chảy tương đối thấp) dung dịch
Xanthan gum có độ nhớt cao gấp 15 lần so với Guar gum (xem hình 2.2) và gấp
hơn 100 lần so với CMC và Sodium alginate. Nhưng khi khuấy trộn ở tốc độ
khoảng 100s-1 thì độ nhớt của chúng xấp xỉ như nhau và nếu tiếp tục tăng vận tốc
này lên nữa thì độ nhớt của Xanthan gum lại hạ thấp hơn các gum khác nhiều lần.
Điều này giải thích vì sao chúng dễ dàng vận chuyển qua đường ống nhờ bơm và
dễ dàng phun, xịt… và đây cũng là tính chất khá quan trọng khi sử dụng xanthan

gum trong sản xuất công nghiệp.
pH
Thông thường, pH ít ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch xanthan gum. Độ
nhớt cao và không đổi trong một khoảng pH rộng từ 2 đến 12. Đặc biệt, ở pH thấp,
dung dịch xanthan gum sẽ rất bền khi bảo quản trong một gian dài.

Phụ gia thực phẩm


9

Xanthan gum cũng có thể hydrate hoá trong các dung dịch acid. Ví dụ, nó có
thể hoà tan hoàn toàn trong dung dịch acid acetic 5%, acid sunfuric 5%, nitric 5%
và acid phosphoric 25%. Thêm vào đó, xanthan gum cũng có thể hydrate trong
dung dịch NaOH 5%. Tuy nhiên, khi nâng nhiệt độ lên thì cũng chính môi trường
acid này cũng có thể gây ra phản ứng thủy phân (vì chúng là những
polysaccharide) làm cho độ nhớt giảm đi.
Nồng độ Xanthan gum
Nồng độ Xanthan gum thường hay sử dụng nhất trong thực phẩm vào
khoảng từ 0,1 đến 0,3%. Ở nồng độ 1% hoặc cao hơn, dung dịch Xanthan gum sẽ
có dạng giống như gel.
Nồng độ muối vô cơ
Ảnh hưởng của muối vô cơ như thế nào lên độ nhớt còn tùy thuộc vào nồng
độ của Xanthan gum trong dung dung dịch. Nếu nồng độ này thấp hơn 0,25% thì
sự có mặt của muối hoá trị 1 có thể làm giảm nhẹ độ nhớt của dung dịch. Nếu ở
nồng độ cao hơn, độ nhớt sẽ tăng lên cùng với nồng độ muối thêm vào. Mặt khác,
ở nồng độ NaCl 0,1%, độ nhớt vẫn ổn định, và nếu nồng độ này có tăng lên thì
cũng làm độ nhớt thay đổi chút ít. Sự có mặt của muối kim loại hoá trị 2 (bao gồm
Ca2+ và Mg2+) cũng có tác động tương tự lên độ nhớt.
Ảnh hưởng của muối lên khả năng hydrate hoá của dung dịch Xanthan gum:

sự có mặt của muối vô cơ là không cần thiết vì nếu ở nồng độ khoảng 1-2% có thể
ngăn cản và làm giảm khả năng hydrate hoá của của Xanthan gum vào dung dịch.
Tuy nhiên, để có thể đạt được những đặc tính về lưu biến học và tính ổn định tối
ưu, thì trong dung dịch cũng phải có mặt một vài muối cần thiết nào đó. Thông
thường thành phần muối khoáng có trong nước máy cũng vừa đủ để đạt được điều
này. Một lưu ý nhỏ là khi đã được hydrate hoá thì sự cho thêm vào muối cũng sẽ
không gây ảnh hưởng gì bất lợi nữa. Một số chế phẩm xanthan gum đặc biệt như
KELTROL® BT vẫn có khả năng hydrate hóa ở nồng độ muối lên đến 20%.
Nồng độ các ion trong dung dịch còn có ảnh hưởng đến cấu trúc của các
phân tử do hình thành các liên kết tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu
với các nhóm tích điện trên phân tử. Điều này có liên quan đến sự hình thành cấu
trúc xoắn cuộn của phân tử Xanthan gum.
Phụ gia thực phẩm


10

Rượu
Mặc dù Xanthan gum không tan được trong cồn nguyên chất nhưng nó có
khả năng phối hợp hoạt động tốt với cồn khi chúng cùng tồn tại ở dạng dung dịch.
Các sản phẩm có chứa cồn như cocktail hay rượu mùi vẫn có thể sử dụng Xanthan
gum như một chất tạo đặc tốt.
Enzymes
Hầu hết các hydrocolloid đều bị phân tách bởi tác động của enzyme có mặt
trong thực phẩm. Các enzyme có mặt trong thực phẩm thông thường đều là những
nhân tố không mong muốn như protease, cellulase, pectinase, amylase vì chúng ít
nhiều ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm, chưa kể đến việc gây hư hỏng, làm mất
giá trị dinh dưỡng và cảm quan trong thực phẩm. Tuy nhiên, những enzyme này
vẫn không phân giải được xanthan gum. Nguyên nhân dẫn đến tính bền trong môi
trường enzyme là do sự sắp xếp cấu hình không gian đặc biệt của xanthan gum. Sự

sắp xếp này góp phần cản trở sự xâm nhập của các enzyme đến liên kết b-(1, 4)
trên khung carbon chính và vì thế nó chống lại phản ứng depolymerisation của
enzyme, thậm chí là cả acid và kiềm. Trong thực tế, sự chống lại tác dụng của
enzyme lên xanthan gum được khai thác trong lĩnh vực chế biến các loại thực
phẩm mà sự có mặt của các enzyme hoạt động là tất yếu như các sản phẩm từ dứa,
hệ thống tinh bột nền, gia vị hỗn hợp…
3.2. Tính tương hợp của xanthan
3.2.1 Với alcohol
Tuy xanthan không hòa tan trực tiếp được trong alcohol nhưng lại có khả
năng tương thích với nó. Những sản phẩm có chứa xanthan trong công thức thành
phần thường chiếm đến 60% dung môi alcohol như ethanol. Ta có thể sử dụng tính
chất này để làm cho cocktail, rượu có mùi chocolate trở nên đặc hơn.
3.2.2 Với các loại enzyme
Hầu hết các dung dịch keo đều bị thoái hóa ở một giới hạn nào đó bới các enzyme
có mặt trong thực phẩm như cellulase, pectinase, amylase, protease. Tuy nhiên,
xanthan không bị thoái hóa bới chúng.
Khả năng kháng lại tác động của enzyme là do sự xắp xếp các nhánh chính và
nhánh phụ, sự xắp xếp này chống lại tác động của enzyme lên liên kết 1,4 trong
Phụ gia thực phẩm


11

nhánh chính. Nhờ đó mà ngăn cản được sự ngưng trùng hợp do enzyme, acid
và kiềm. Ứng dụng thực tế, khả năng xanthan chống lại tác động của enzyme
đã được sử dụng trong một số sản phẩm thực phẩm như bánh mứt táo, thực phẩm
có chứa tinh bột, gia vị trộn…
3.3 Gel thuận nghịch về nhiệt độ
Gel tạo thành khi làm nguội các hỗn hợp. Xanthan gum ở trạng thái keo có thể thực
hiện sự chuyển đổi cấu hình xoắn ốc đôi thành chuỗi đơn bằng cách tôi luyện ở

nhiệt độ 40 - 800C. Ở cấu hình chuỗi đơn, mạng lưới liên kết yếu đi, hình thành
nên trạng thái giả dẻo (pseudoplastic)làm giảm độ nhớt của dung dịch.
Xanthan gum có khả năng kết hợp được với nhiều chất tạo gel, tạo sệt
khác nhau như locust bean gum, konjac, guar gum.
3.4 Khả năng hydrate hóa
Sự hiện diện của những chuỗi tích điện âm trong phân tử xanthan gum làm tăng
khả năng hydrate hóa và tạo nên dung dịch xanthan trong nước lạnh.
Xanthan gum là một chất háo nước, tan được trong nước nóng và nước lạnh.
Điều kiện lạnh đông/rã đông: nhờ khả năng liên kết với nước nên dung dịch
xanthan gum rất bền khi lạnh đông cũng như rã đông.
3.4.1 Cách pha trộn
Các phân tử xanthan gum bị hydrate hố rất nhanh khi cho vào nước nên khả năng
phân tán để “hòa tan” vào dung dịch của chúng rất kém. Vì vậy, để đạt được những
tính năng công nghệ tối ưu thì trước khi sử dụng Xanthan gum phải được hydrate
hóa ở một mức độ thích hợp kết hợp với khuấy trộn ở 90-100oC nhằm hòa tan hoàn
toàn trong nước thành dung dịch trong suốt và sệt.
3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng
3.4.2.1 Mức độ phân tán (dispersion):
Để quá trình hydrate hóa đạt được l tốt nhất thì các tiểu phần của gum phải
phân tán tốt. Nếu không sẽ có thể dẫn đến hiện tượng kết khối trong quá trình
khuấy trộn hình thành nên các khối trương phồng (đôi khi còn gọi l “mắt cá” fisheyes). Hiện tượng này ít nhiều sẽ làm giảm hiệu quả của quá trình hydrate hóa,

Phụ gia thực phẩm


12

ảnh hưởng đến tính năng công nghệ của xanthan gum. Để thực hiện quy trình
hydrate hóa người ta sử dụng thiết bị khuấy trộn (xem hình 3.4.2)
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị như sau:

Trước khi cho Xanthan gum vào, bồn chứa phải được chứa một lượng vừa đủ
nước. Nước được dẫn vào bồn nhờ một van dẫn hay đơi khi sử dụng cả eductor cho
đến khi vừa đủ lấp cánh khuấy. Lúc đó, cánh khuấy bắt đầu hoạt động, nước vẫn
tiếp tục chảy vào bồn qua Edutor với lưu lượng khoảng 80-120 lít/pht. Chế phẩm
Xanthan gum dạng khan cũng được đưa vào đồng thời qua phểu chiết ở phía trên
Eductor. Trong suốt quá trình đưa Xanthan gum vào cho đến khi kết thúc, dung
dịch phải được khuấy đều đặn với một vận tốc xác định để tránh tình trạng vón
cục. Bên cạnh đó áp suất cần được duy trì trong khoảng 50-100 psi.

Hình 3.4.2 – Quá trình hồ tan (hydrate hóa và phân tán) xanthan gum trong bồn
khuấy

Phụ gia thực phẩm


13

3.4.2.2 Tốc độ khuấy trộn (agitation rate):
Tốc độ khuấy trộn ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ phân tán của các hạt, tốc
độ này phải đạt ở ngưỡng nào đó để áp suất trong lòng dung dịch không quá cao,
nếu áp suất cao quá (khoảng 100 psi) tương ứng với tốc độ khuấy quá lớn thì cũng
sẽ dẫn đến sự kết khối làm giảm mức độ phân tán.
3.4.2.3 Thành phần và tỉ lệ các thành phần trong dung dịch (the composition of
the solvent):
Một cách khác để tăng mức độ phân tán l có thể phối trộn Xanthan gum cùng
với các thành phần khác (như đường hay tinh bột ….). Bên cạnh đó, có thể tăng
cường khả năng phân tán của Xanthan gum bằng cách sử dụng những chất lỏng có
khả năng hỗ trợ cho quá trình tách rời các hạt gum, những chất này có thể là rượu
hoặc glycol (non-aquarous liquids) và dầu thực vật hay dầu khoáng (non-miscible
liquids).

3.4.2.4 Kích thước hạt phân tán (particle size):
Sự phân tán càng cao khi kích thước hạt gum ban đầu càng nhỏ.

Phụ gia thực phẩm


14

Hình 2.6 – Ảnh hưởng của kích thước tiểu phần đến sự gia tăng độ nhớt
của dung dịch Xanthan gum

3.5 Sự tương tác với các Galactomannans và Glucomannans
Khi phối trộn Xanthan gum vào hỗn hợp có chứa loại gum khác như
Glucomannan (Konjac mannan) hay Galactomannan (Guar gum, Locust bean gum
và cassia gum) ở một tỷ lệ thích hợp có thể tăng cường quá trình tạo đặc và tạo gel.
Mức độ tương tác này có liên quan đến sự sắp xếp và mức độ xen kẽ giữa các
gốc mannose và galactose trên mạch carbon của galactomannan và glucomannan.
Cụ thể là, đối với galactomannans trên mạch có ít liên kết galactose side và nhiều
vùng không lặp lại sẽ cho phản ứng mạnh hơn. Ví dụ, ở locust bean gum, tỉ lệ lặp
lại (giữa mannose và galatose) là 3,5:1 sẽ phản ứng với xanthan tốt hơn guar gum
có tỉ lệ này là 2:1.
Sự tác dụng tương hỗ giữa các hỗn hợp phụ thuộc tỷ lệ hỗn hợp, pH và mức độ
ion hoá của môi trường. Để đạt được hiệu quả sử dụng tối ưu thì tỷ lệ phối trộn
phải là 80:20 đối với hỗn hợp guar:xanthan và 50:50 đối với LBG:xanthan trong
môi trường pH trung tính. Tác dụng này sẽ giảm đi rất nhiều khi ở trong dung dịch
có nồng độ muối cao và pH thấp.

3.6 Kết luận
Nói tóm lại, một chế phẩm xanthan gum khi đưa vào sử dụng phải hội đủ những
tính chất như sau:








Thể hiện tính chất của một chất lỏng “giả dẻo”
Có khả năng làm bền các hệ nhũ tương (emulsions), ổn định cấu trúc các hạt
lơ lững trong hệ huyền phù (suspension)*, ổn định hệ bọt (foams).
Có thể hoà tan được trong nước nóng hoặc lạnh.
Bền trong môi trường có giới hạn pH rộng từ acid đến kiềm (pH = 2-12).
Không bị biến đổi hoạt tính khi gia nhiệt.
Có khả năng hoạt động tốt (tương thích) trong môi trường có chứa các ion
âm (anionic), ion lưỡng tính (amphoteric), các chất hoạt động bề mặt
(surfactants), môi trường có nồng độ muối cao (high concentration of salt).

Phụ gia thực phẩm


15



Có khả năng chống lại hoạt động của enzyme.
An toàn, không độc hại cho người sử dụng.

(*) Tuy nhiên, trong một số nghiên cứu cho thấy, xanthan gum có thể tạo nên
một dung dịch có độ nhớt rất cao nhưng khả năng ổn định hệ huyền phù tương đối
kém. Điều này có thể giải thích là do trong dung dịch các phân tử xanthan gum

không tạo ra được mạng lưới không gian 2 chiều nên không giữ các hạt huyền phù
lơ lững tốt. Vì vậy, để cải thiện tính năng này người ta thường phải phối trộn
xanthan gum với một loại gum khác ở một tỷ lệ thích hợp có khả năng tạo nên
mạng lưới gel 2 chiều.

4. ỨNG DỤNG CỦA XANTHAN
4.1 Ứng dụng trong thực phẩm

 Xanthan gum là một loại phụ gia được sử dụng trong thực phẩm để tạo độ
nhớt, độ sệt, tạo nhũ hay làm chất ổn định, làm bền hệ nhũ tương của dầu và nước,
ví dụ như trong các sản phẩm kem, sữa chua, mayonnaise, salad dressing…
 Xathan có thể được phối trộn và sử dụng kết hợp với các phụ gia khác như
guar gum, locust bean gum để làm tăng độ dai, độ nhớt, độ bám chắc của thực
phẩm so với sử dụng một loại phụ gia.
 Khi gluten (có trong lúa mì) bị loại bỏ, xanthan gum sẽ được sử dụng cho bột
nhão hoặc hỗn hợp có tính bám dính thay thế cho gluten. Đây là dòng sản phầm
dùng cho những người dị ứng với gluten.
Phụ gia thực phẩm


16

Ứng dụng thực tế quan trọng của xanthan gum trong thực phẩm dựa trên khả
năng tạo độ đặc, dẻo cho các sản phẩm lỏng, làm bền nhũ tương trong các loại
sause và là ổn định trạng thái lơ lững của các hạt huyền phù trong nước quả... Do
có tính bền nhiệt cao nên xanthan gum được sử dụng nhiều trong các loại đồ hộp.
Khi thêm các gel tinh bột, xanthan gum giúp cải thiện đáng kể độ bền của gel ở
trạng thái lạnh đông. Xanthan gum cũng được sử dụng trong bánh pudding ăn liền.
Bột nhào làm bánh - Batters
Trong quá trình nhào bột đầu (prepared batters), xanthan gum giúp giảm quá

trình kết lắng bột (reduces flour sedimentation), tăng khả năng giữ CO2 (improves
gas retention), tạo điều kiện cho men dịch chuyển tốt, góp phần tăng độ đồng nhất
và bám dính. Trong quá trình nướng, sự có mặt của xanthan gum giúp dễ dàng cải
thiện độ chặt và điều khiển sự thoát ẩm ra khỏi khối bột. Trong bột nhào làm bánh
kếp (pancake), xanthan gum giúp điều chỉnh độ căng, đồng thời làm tăng khả năng
giữ khí và ổn định độ nở của bánh.
Các sản phẩm từ sữa – Dairy products
Hỗn hợp của xanthan gum với carrageenan và galactomannan có tác dụng
làm bền rất tốt đối với các sản phẩm sữa trạng thái lạnh và lạnh đông như: kem (ice
cream), kem chua (sour cream), kem đánh tiệt trùng (sterile whipping cream) và
sữa tái chế (recombined milk). Những hỗn hợp pha trộn dạng này có nhiều ưu
điểm: mang lại cho sản phẩm độ nhớt tối ưu, độ ổn định rất lâu, ngoài ra nó còn
góp phần tăng khả năng truyền nhiệt trong quá trình chế biến, chống lại hiện tượng
sốc nhiệt (heat shock protection) và dễ dàng kiểm soát quá trình hình thành tinh thể
đá trong sản phẩm.
Nước sốt salad – Salad Dressing
Nước sốt salad là một hệ nhũ tương dầu/nước có thành phần chính bao gồm:
dầu thực vật (vegetable oil), tinh bột bắp, giấm, đường và một số phụ gia khác
trong đó có xanthan gum đóng vai trò như một chất tạo đặc và ổn định hệ nhũ. Đây
là một ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất của xanthan gum trong công nghệ
thực phẩm. Nhờ những tính chất đặc biệt như: là một chất lỏng “giả dẻo”, bền
trong môi trường acid và muối, hoạt động hiệu quả ngay khi ở nồng độ rất nhỏ, rất
an toàn khi sử dụng… đã giúp cho nó trở thành một chất làm bền lý tưởng cho việc
Phụ gia thực phẩm


17

chế biến nước sốt salad. Nước sốt salad khi có mặt của xanthan gum sẽ giữ được
độ bền cấu trúc rất lâu và có độ đặc gần như không thay đổi khi gia nhiệt hay làm

lạnh. Nó có thể chảy rất dễ dàng mà lại có độ bám dính lên bề mặt salad rất tốt.
Nồng độ sử dụng tuỳ thuộc vào hàm lượng dầu, thông thường vào khoảng 0,2 đến
0,4%.

4.2 Ứng dụng trong mỹ phẩm

Hình : một số mỹ phẩm có dùng xanthan
Xanthan được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm như dầu gội đầu, cream, sản phẩm
dùng cho tóc, kem đánh răng. Đặc biệt, xanthan có công dụng làm cho da dễ chịu
và không gây tác dụng phụ khi dùng sản phẩm. Xanthan tạo ra gel liên kết với đất
sét bentonite. Nó cũng được dùng để tạo nhũ tương dầu – nước, giúp ổn định các
giọt dầu, ngăn cản tách pha. Xanthan tạo được một số hiệu ứng bề mặt.
4.3 Ứng dụng trong công nghiệp dầu mỏ
Trong lĩnh vực dầu khí, xanthan đóng vai trò to lớn trong tất cả các giai đo ạn
khoan dầu, vệ sinh đường ống…
Tính lưu biến đặc trưng của xanthan, khả năng tương thích của xanthan với muối
và khả năng làm giảm hư hỏng do nhiệt làm cho xanthan được sử dụng rất phổ
biến để thêm vào dầu thô. Xanthan cũng được trộn vào bê tông khi đổ dưới nước
để tăng độ sệt và chống xói lở.Ngoài ra còn có những ứng dụng trong công nghiệp
sơn phủ.

Phụ gia thực phẩm


18

4.4 Ứng dụng trong dược phẩm
Xanthan được dùng trong thuốc có dạng huyền phù như thuốc kháng sinh, thuốc
đau dạ dày…với vai trò capsule bao giữ bột thuốc và tác dụng hòa tan.
Nhãn hiệu xanthan trên thị trường: sản phẩm xanthan gum từ Cargill

Texturizing Solutions được bán với tên thương hiệu SATIAXANE™ cho thực
phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và VerXan™ cho các ngành công nghiệp khác.

5. CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA XANTHAN GUM
Chỉ tiêu vật lý
 Tan hoàn toàn trong cả nước nóng và nước lạnh
Chỉ tiêu hóa học
a) Thành phần dinh dưỡng
 Năng lượng: 237 kJ/100g
 Protein 5 – 6g
 Tổng lượng glucid: 78g
 Chất xơ: 73g
 Natri: 1 – 2g
b) Độc tố
 Arsenic < 3 (ppm)
 Chì < 5 (ppm)
 Kim loại nặng < 20 (ppm)
 Isopropyl alcohol < 0,075%
Chỉ tiêu hóa lý
 Độ ẩm max: 12%
 Độ nhớt ở 24oC: 600 cP
Phụ gia thực phẩm


19

 Độ trắng > 6
Chỉ tiêu vi sinh
Hàm lượng vi khuẩn trong hộp cấy petri < 2000 (cfu/g)
Nấm mốc: 50 tế bào/g

Nấm men: 50 tế bào/g
Samonella: âm tính/25g
E. coli: âm tính/25g

6 MỘT SỐ QUY TRÌNH ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM
6.1 Sản xuất Xanthan Gum
Xanthan gum được sản xuất thông qua quá trình trao đổi chất của vi khuẩn
Xanthomonas campetris với sự xúc tác của một phức hợp các enzyme đặc biệt. Khi
đó, Xanthan gum được xuất ra trên bề mặt thành tế bào như một sản phẩm của quá
trình này. Trong tự nhiên, Xanthomonas campetris được tìm thấy trên lá của cây
thuộc họ Brassia, điển hình là cây cải bắp (cabbage). Sau đó chúng được phân lập
trong canh trường thuần khiết để làm giống cho quá trình sản xuất Xanthan gum.
Quá trình sản xuất xanthan gum là quá trình lên men hiếu khí và tiến hành theo
phương pháp lên men chìm. Khi đó chủng vi khuẩn được lên men trong canh
trường thần khiết có chứa đường Glucose, NH 4Cl, khoáng và được sục khí liên tục.
Sau khi lên men, người ta tiến hành thanh trùng để diệt toàn bộ vi khuẩn có trong
dịch lên men.
Thu nhận Xanthan gum thô trong dịch bằng cách cho kết tủa với Isopropanol với
sự có mặt của KCl. Sau đó ta thực hiện quá trình tách và tinh chế để thu được chế
phẩm Xanthan gum tinh rồi tiến hành các quá trình sấy, nghiền và đóng gói để thu
được sản phẩm Xanthan gum có chất lượng cao.
Quy trình công nghệ sản xuất xanthan gum:

Phụ gia thực phẩm


20

Hình 6.1 – Sơ đồ quy trình sản xuất Xanthan gum

6.2 Quy trình sản xuất nayonaise
Nguyên liệu
Đậu nành Đậu nành được mua tại siêu thị Coop mark do công ty TNHH TM-DV
Xuân
Hồng 44/12 Phan Xích Long, P.16, Q.11, TP. HCM, Việt Nam đóng gói và phân
phối.
Chỉ tiêu chất lượng trên bao bì sản phẩm: độ ẩm ≤ 14%. Dư lượng thuốc bảo vệ
thực vật và phân hóa học theo QĐ 46/2007/QĐ-BYT. 2.1.2 Dầu đậu nành
Sử dụng sữa đậu nành simply.
Xanthan gum là một trong những đường đa có phân tử lượng rất lớn thu được bằng
quá trình lên men hiếu khí các nguồn carbon (đường) do tác động của vi khuẩn
Phụ gia thực phẩm


21

thuộc họ Xanthomonas, thường là Xanthomonas campestris. Điều kiện cho môi
trường lên men là có chứa các chất dinh dưỡng khác nhau, nhiệt độ lên men. Ngoài
ra khâu thu hồi sản phẩm cũng có ý nghĩa kinh tế quan trọng vì 50% tổng chi phí
sản xuất thuộc về khâu này. Xanthan gum là một polymer sinh học có phân tử
lượng rất lớn từ 2.106 – 20.106. phân tử gồm mạch chính là β - (1-4) - D glucopyranose. Các nhánh là trisaccharide tạo nên bởi glucose, mannose và acid
glucuronic. Phân tử được thế một phần bằng gốc acetyl và pyruvate. Cấu trúc bậc
III này của xanthan gum được công nhận là có dạng xoắn ốc. Phân tử lượng cao và
cấu trúc bậc III của xanthan gum tạo cho đường đa này có độ hòa tan tương đối cao
trong nước và dung dịch có độ nhớt rất cao. Hơn nữa độ nhớt biểu kiến của dung
dịch còn ổn định trong một khoảng rộng điều kiện như: nhiệt độ, pH. Đây là lý do
chủ yếu khiến cho xanthan gum có nhiều ứng dụng đa dạng trong các ngành công
nghiệp khác nhau. Ứng dụng thương mại chủ yếu là trong thực phẩm, làm tác nhân
tạo huyền phù, độ sệt và ổn định của sản phẩ
m. Trong công nghiệp khai thác dầu khí, xanthan gum được sử dụng nhiều để tăng

độ nhớt của dung dịch khoan. Trong công nghiệp hóa nông và mỹ phẩm, nó được
dùng là tác nhân huyền phù cho các hoạt chất khác nhau.
Quy trình sản xuất nayonaise dự kiến:

Đậu nành
Phụ gia thực phẩm
Dầu ăn

Nayonaise
Khuấy
Làm
nguội
Phối
trộn
Đun
sôi
Ngâm
Đãi
Lọc
vỏ
Xay


22

Gia vị và phụ gia có
xanthangummm

Thuyết minh quy trình:
a. Ngâm [5] - Mục đích của quá trình ngâm:

Phụ gia thực phẩm


23

Trong quá trình ngâm, hạt đậu hút nước và trương lên. Khi đó các phân tử nước có
tính lưỡng cực sẽ tác động vào các liên kết của các phân tử protein, lipid, glucid và
cellulose. Quá trình này xảy ra qua 2 giai đoạn:
+ Trong giai đoạn đầu xảy ra hiện tượng solvate hóa, ở giai đoạn này liên kết giữa
các phân tử trong hạt đậu chưa bị phá vỡ còn ở trạng thái keo đông.
+ Trong giai đoạn hai các phân tử nước tiếp tục tác động và làm phá vỡ các liên
kết trong hạt đậu, chuyển liên kết giữa các phân tử sang trạng thái dịch thể keo linh
động nằm trong các tế bào hạt đậu.
- Yếu tố ảnh hưởng:
thời gian ngâm quá

+ Thời gian: ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi protein, nếu

ngắn sự biến đổi của hạt đậu chỉ dừng lại ở giai đoạn một (ở trạng thái keo đông),
sự liên kết của các thành phần trong hạt đậu chưa bị phá vỡ. Nếu thời gian ngâm
quá dài thì xảy ra quá trình hòa tan các chất khô trong hạt đậu, làm hao hụt chất
dinh dưỡng. + Lượng nước: nếu lượ
ng nước quá nhiều các thành phần chất khô trong hạt dễ hòa tan, gây tổn thất chất
khô, đồng thời gây lãng phí nước. Nếu lượng nước dùng quá ít thì sẽ làm cho hạt
đậu trương nở không đều làm giảm hiệu suất thu hồi protein.
+ Nhiệt độ nước ngâm: nếu nhiệt độ cao thì tốc độ trương nở của hạt đậu nhanh
nhưng khả năng trương nở thấp các thành phần trong hạt đậu chỉ ở trạng thái keo
khó hòa tan. Nếu nhiệt độ thấp thì thời gian ngâm dài.
b. Đãi vỏ:
- Mục đích: tách vỏ ra khỏi nhân hạt. Do trong hạt có chứa chất chát và một số

glycoside có tính độc như solanin có mặt nhiều trong lớp vỏ đậu nành nên lớp vỏ
cần được tách khỏi nhân để đảm bảo mùi vị thơm ngon của dịch sữa.
- Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đãi vỏ:
+ Thời gian ngâm: thời gian ngâm cần đủ để làm lõng lẽo các liên kết giữa vỏ hạt
và nhân hạt. Nếu thời gian ngâm chưa đủ thì quá trình bóc tách vỏ hạt trở nên khó
khăn do một số hạt đậu nành có mối liên kết giữa vỏ và nhân còn bền chặt.
Phụ gia thực phẩm


24

+ Nhiệt độ nước ngâm: nhiệt độ nước ngâm cao vừa phải thì thời gian ngâm sẽ
giảm đi do ở nhiệt độ cao, các phân tử nước có chuyển động nhiệt nhiều hơn nên
nước dễ dàng xâm nhập qua lớp vỏ hạt, đồng thời nhiệt độ cao làm cho vỏ và nhân
hạt giãn nở thể tích nhiều hơn.
c. Xay [5]
- Mục đích: dùng lực cơ học để phá vỡ tế bào nhằm giải phóng protein, lipid và
glucid,…nhờ có nước hòa tan các chất này và chuyển chúng sang dạng huyền phù.
- Yếu tố có ảnh hưởng:
+ Nếu lượng nước quá ít xảy ra hiện tượng hòa tan kém và tạo ra ma sát mạnh gây
hiện tượng tăng nhiệt. Nhiệt tăng làm protein biến tính, do đó khả năng hòa tan
protein cũng kém đi, làm giảm hiệu suất thu hồi dung dịch, tăng lượng bã thải.
+ Nếu quá nhiều nước thì sẽ làm tăng lượng hòa tan các chất nhưng sau này phải
gia nhiệt với một lượng nước lớn gây tổn hao nguyên liệu và thiết bị chứa.
d. Lọc - Mục đích của quá trình lọc: Mục đích của quá trình lọc là thu được dịch
đậu gồm có protein hòa tan, glucid, lipid và loại bỏ các tạp chất khác không hòa
tan như cellulose, protopectin,…
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc:
+ Quá trình xay: nếu đậu được xay quá mịn thì sau khi lọc xong, trong dịch lọc
còn có các tạp chất cặn là cellulose được xay nhỏ + Lượng nước dùng để lọc: nếu

lượng nước quá ít, tách không hết các thành phần hòa tan như protein, glucid, lipid.
Nếu lượng nước quá nhiều các thành phần hòa tan mong muốn có thể hòa tan hết
vào nước, nhưng nồng độ các chất hòa tan trong dịch sữa quá thấp sẽ làm giảm
chất lượng của sản phẩm sau này.
e. Đun sôi
- Mục đích: gia nhiệt nhằm mục đích phá hủy enzyme kháng tripxin và độc tố
aflatoxin, diệt vi sinh vật, khử mùi tanh của đậu nành, phá vỡ lớp solvat (lớp nước
bao quanh) tạo điều kiện cho các phần tử sữa gần lại nhau hơn và dễ keo tụ hơn.

Phụ gia thực phẩm


25

- Yếu tố ảnh hưởng: + Nhiệt độ: nếu nhiệt độ đun sôi quá cao sẽ gây cháy khét
dịch sữa. Nếu nhiệt độ thấp thì không đủ nhiệt để diệt enzyme, vi sinh vật, khử mùi
tanh của dung dịch sữa.
+Thời gian: nếu đun ở thời gian dài thì bốc hơi gây tổn hao dung dịch sữa, tốn
nhiên liệu. Nếu thời gian ngắn thì không đủ nhiệt để diệt enzyme, vi sinh vật, khử
mùi tanh của dung dịch sữa.
f. Làm nguội
-Quá trình làm nguội nhằm mục đích đưa nhiệt độ của dịch sữa về nhiệt độ bình
thường để chuẩn bị cho quá trình khuấy trộn được thuận lợi. g. Khuấy
-Quá trình khuấy trộn được thực hiện để tạo hệ nhũ tương của hỗn hợp dầu và
nước. Quá trình khuấy trộn với dầu nhằm tăng giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm,
vcảm quan cho sản phẩm.
h. Phối trộn
-Hỗn hợp nhũ tương sữa và dầu đậu nành được hòa tan các loại gia vị và phụ gia
để tạo vị và tăng sự liên kết giữa các thành phần ưa nước và thành phần kỵ nước.
Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Xác định thời gian ngâm đậu nành
- Mục đích thí nghiệm: Mục đích của thí nghiệm này là xác định thời gian ngừng
quá trình ngâm đậu
nành, nếu thời gian ngâm quá ngắn, đậu chưa thể bóc vỏ, nếu thời gian ngâm quá
dài, tổn thất chất dinh dưỡng hòa tan có trong đậu.
- Yếu tố cố định: + Khối lượng đậu nành: 100 g
+ Thể tích nước ngâm: 500 ml (lượng nước này đủ để ngập tất cả các hạt đậu)
+ Nhiệt độ ngâm: nhiệt độ thường - Yếu tố khảo sát: Thời gian ngừng quá trình
ngâm: 2h30, 3h, 3h30, 4h, 4h30, 5h
Cách tiến hành:
Phụ gia thực phẩm