Todo lo que necesitas saber sobre la goma xantana

Qué es la goma xantana?

La goma xantana, también considerada como goma de Xanthomonas, polisacárido de xanomonas, es un polisacárido de monospora producido por la fermentación de Pseudomonas Xanthomonas Campestris. Debido a su estructura macromolecular especial y propiedades coloidales, la goma xantana se ha convertido en un excelente estabilizador, espesante y emulsionante para muchos productos. Es ampliamente utilizado en las industrias alimentaria, química diaria, cosmética y petrolera. La goma xantana fue descubierta por científicos en 1963 y desde entonces ha sido bien investigada y posteriormente se ha confirmado que es un producto seguro. La FDA de EE. UU. aprobó la goma xantana como aditivo alimentario ilimitado en 1969, y la Comunidad Económica Europea la aprobó como emulsionante y estabilizador de alimentos en 1980. La goma xantana es un carbohidrato que nuestro cuerpo no puede descomponer, por lo tanto, el cuerpo no puede digerir Goma xantana y no aporta calorías.

Fuente de goma xantana

La goma xantana es un polisacárido microbiano con una gran escala de producción y amplia aplicación en el mundo. Es un producto industrial fermentado y utiliza principalmente carbohidratos como glucosa, sacarosa, almidón y maíz como materia prima. En la década de 1960, Estados Unidos inició por primera vez la producción comercial de goma xantana, y luego Francia y Japón comenzaron a producirla sucesivamente. y China comenzó la producción comercial en la década de 1980. En la actualidad, la goma xantana se puede producir a gran escala en Estados Unidos, China, Francia y Austria, y la capacidad de producción de China ocupa el primer lugar en el mundo.

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Proceso de producción de goma xantana

El paso inicial en la producción de goma xantana es la fermentación utilizando una cepa de bacteria Xanthomonas y un sustrato con azúcar como fuente de carbono, nitrógeno y sales (ver Figura Proceso de producción). El caldo de fermentación resultante contiene aproximadamente entre un 2% y un 3% de goma xantana, que puede concentrarse y purificarse mediante UF. Esto da como resultado un retenido de UF de 5–máx. 10% de goma xantana concentrada de alto peso molecular y un permeado de UF compuesto principalmente por agua con algo de goma xantana de bajo peso molecular, sales y azúcares.

Esta corriente de permeado de UF puede luego tratarse adicionalmente mediante RO para obtener una corriente de agua pura para reciclar al fermentador y una corriente concentrada de goma xantana de bajo peso molecular, sales y azúcares. La goma xantana concentrada en el retenido de UF se purifica adicionalmente mediante precipitación en metanol. A partir de la precipitación con metanol se recupera mediante un decantador la goma xantana bruta. Luego, la goma xantana se seca y se muele dando como resultado un polvo que fluye libremente de color blanco a crema. La fase ligera del decantador se puede purificar mediante UF, recuperando la goma xantana perdida para reciclarla en la etapa de precipitación y el metanol para la destilación y reciclarla en la etapa de precipitación.

 

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Ventajas únicas de la goma xantana

La goma xantana tiene propiedades espesantes, suspendidoras, emulsionantes y estabilizantes. El número de grupos de ácido pirúvico al final de la cadena lateral molecular de la goma xantana afecta el rendimiento de su aplicación. La goma xantana tiene las propiedades generales de los polímeros de cadena larga, pero contiene más grupos funcionales que los polímeros generales y mostrará propiedades únicas en condiciones específicas. Su conformación en solución acuosa es diversa y presenta diferentes propiedades en diferentes condiciones.

Suspensión y Emulsificación

La goma xantana tiene un buen efecto de suspensión sobre sólidos insolubles y gotas de aceite. Las moléculas de sol de goma xantana pueden formar copolímeros helicoidales en forma de cinta súper unidos, formando una estructura de red frágil similar a un pegamento, por lo que pueden soportar la morfología de partículas sólidas, gotitas y burbujas, mostrando una fuerte estabilidad de emulsificación y una alta capacidad de suspensión.

Buena solubilidad en agua

La goma xantana se disuelve rápidamente en agua y tiene buena solubilidad en agua. En particular, se puede disolver en agua fría, lo que ahorra complicados procesos y es fácil de usar. Sin embargo, debido a su fuerte hidrofilicidad, si se agrega agua directamente sin agitar lo suficiente, la capa externa absorberá agua y se hinchará formando micelas, lo que evitará que el agua ingrese a la capa interna, afectando así su función, por lo que debe usarse correctamente. Se mezclan bien el polvo seco de goma xantana o los materiales auxiliares en polvo seco, como la sal y el azúcar, y luego se añaden lentamente al agua en agitación para preparar una solución para su uso.

Espesamiento

La solución de goma xantana tiene las características de baja concentración y alta viscosidad (la viscosidad de una solución acuosa al 1% equivale a 100 veces la de la gelatina), que es un agente espesante eficaz.

Pseudoplasticidad

La solución acuosa de goma xantana tiene una alta viscosidad bajo acción estática o de bajo cizallamiento, y bajo una acción de alto cizallamiento, la viscosidad disminuye drásticamente, pero la estructura molecular permanece sin cambios. Cuando se elimina la fuerza de corte, la viscosidad original se restablece inmediatamente. La relación entre fuerza cortante y viscosidad es completamente plástica. Es muy destacada la pseudoplasticidad de la goma xantana, que resulta sumamente eficaz para estabilizar suspensiones y emulsiones.

Estabilidad al calor

La viscosidad de la solución de goma xantana no cambiará mucho con el cambio de temperatura. La viscosidad de los polisacáridos generales cambiará debido al calentamiento, pero la viscosidad de la solución acuosa de goma xantana casi no cambia entre 10 y 80 ℃, incluso si la baja concentración de la solución acuosa todavía muestra una alta viscosidad estable en un amplio rango de temperaturas. La viscosidad de la solución de goma xantana al 1% (que contiene 1% de cloruro de potasio) solo se redujo en un 3% cuando se calentó de 25 ℃ a 120 ℃.

Estabilidad al ácido y al álcali.

La solución de goma xantana es muy estable a ácidos y álcalis y su viscosidad no se ve afectada entre pH 5 y 10. Cuando el pH es inferior a 4 y superior a 11, la viscosidad cambia ligeramente. En el rango de pH 3-11, cuando la viscosidad es mayor, la diferencia entre el valor menor es inferior al 10%. La goma xantana se puede disolver en una variedad de soluciones ácidas, como ácido sulfúrico al 5%, ácido nítrico al 5%, ácido acético al 5%, ácido clorhídrico al 10% y ácido fosfórico al 25%, y estas soluciones ácidas de goma xantana son bastante estables a temperatura ambiente. temperatura, la calidad no cambiará durante varios meses. La goma xantana también es soluble en solución de hidróxido de sodio y tiene propiedades espesantes. La solución resultante es bastante estable a temperatura ambiente. La goma xantana puede degradarse con oxidantes fuertes, como el ácido perclórico y el ácido persulfúrico, y la degradación se acelera con el aumento de la temperatura.

Estabilidad a la sal

La solución de goma xantana es miscible con muchas soluciones salinas (sal de potasio, sal de sodio, sal de calcio, sal de magnesio, etc.) y la viscosidad no se ve afectada. A concentraciones de sal más altas, su solubilidad se mantiene sin precipitación ni floculación incluso en soluciones salinas saturadas, y su viscosidad apenas se ve afectada.

Estabilidad a la hidrólisis enzimática.

La estructura estable de doble hélice de la goma xantana la hace extremadamente resistente a la oxidación y la hidrólisis enzimática. Muchas enzimas como la proteasa, amilasa, celulasa, hemicelulasa y otras enzimas no pueden degradar la goma xantana.

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La versatilidad de la goma xantana

Más allá de la emulsificación y el espesamiento, la goma xantana también tiene algunas propiedades menos conocidas que benefician al mundo culinario e industrial.

Mejora las propiedades de congelación y descongelación.

La goma xantana mejora la textura y la vida útil de los alimentos congelados. Estabiliza los cristales de hielo que se forman durante la congelación, evitando que dañen la estructura de los alimentos. Esta propiedad es especialmente útil en helados, donde evita que se formen cristales de hielo, asegurando una textura suave y cremosa.

Suspensión de Sólidos

En bebidas que tienen partículas insolubles, como batidos de frutas o batidos de proteínas, se utiliza goma xantana para suspender estas partículas y evitar que se depositen en el fondo. Forma una red que atrapa las partículas, proporcionando una distribución uniforme por todo el líquido.

Estabilización de espuma

La goma xantana estabiliza las espumas, característica esencial en productos como el merengue o la nata montada. Aumenta la viscosidad de la fase líquida de la espuma, ayudando a sujetar la estructura y mantener el volumen.

Aplicación de la goma xantana en los alimentos

Muchos países han aceptado la goma xantana como aditivo alimentario. Este tipo de polisacárido puede mejorar significativamente la textura, el sabor y la apariencia de los alimentos al controlar el comportamiento reológico del producto y mejorar su valor comercial. Se ha convertido en un importante estabilizador, agente de suspensión, emulsionante, espesante, aglutinante y materias primas de procesamiento de alta calidad y alto valor agregado en los campos de bebidas, pasteles, gelatinas, alimentos enlatados, mariscos y procesamiento de carne. En concreto, se puede resumir en los siguientes aspectos.

Estabilizador de espesamiento

Se utiliza en alimentos de diversas bebidas de jugos de frutas, jugos de frutas concentrados y condimentos (como salsa de soja, salsa de ostras y aderezos para ensaladas). El efecto estabilizador de la goma xantana es obviamente mejor que el de otras gomas. Tiene una fuerte estabilidad térmica. La esterilización general a alta temperatura no lo afectará. Se puede utilizar en diversas bebidas de jugos de frutas, bebidas de pulpa, bebidas de proteínas vegetales, etc. La dosis es del 0,08% al 0,3%.

La excelente resistencia a la sal, a los ácidos y a los álcalis de la goma xantana puede reemplazar completamente el almidón espesante tradicional en la salsa de soja, etc., puede superar las deficiencias de la precipitación del almidón y puede hacer que la salsa de soja sea fina y uniforme, mejorar el tapizado y la coloración de las paredes. propiedades y prolongar la vida útil. Para mermeladas, pasta de frijoles y otras salsas aromatizadas, la goma xantana se utiliza como estabilizador espesante para hacer que la salsa sea uniforme, con buena untabilidad, sin aglomeración, fácil de rellenar y con mejor sabor.

Emulsionante

Como emulsionante, se puede usar en diversas bebidas proteicas, bebidas lácteas, etc., para prevenir la estratificación de aceite y agua y mejorar la estabilidad de las proteínas, prevenir la precipitación de proteínas y también puede usar su capacidad emulsionante como agente espumante y estabilizador de espuma, como como en la fabricación de cerveza. Después de agregar 0,02% de goma xantana al sistema de emulsificación a base de proteína de soja, la emulsificación obviamente mejora y el sistema mixto tiene las características de alta velocidad de cizalla y alta viscosidad inducida por calor.

Relleno

Como relleno estable de alta viscosidad, puede usarse ampliamente en el procesamiento de diversos tipos de bocadillos, pan, galletas, dulces y otros alimentos, sin cambiar el sabor tradicional de los alimentos, de modo que los alimentos tengan una mejor retención de forma durante más tiempo. la vida útil y el mejor sabor favorecen la diversificación y la producción a escala industrial de estos alimentos. En la producción de diversos alimentos congelados, la goma xantana tiene la función de prevenir la pérdida de agua, retrasar el envejecimiento y prolongar la vida útil.

Estabilizador de emulsión

Como estabilizador de emulsión se utiliza en alimentos congelados. En el helado, la goma xantana puede ajustar la viscosidad de la mezcla, de modo que tenga una composición uniforme y estable, y la organización sea suave y tersa. Debido a la relación entre la viscosidad y la temperatura de la goma xantana, tiene propiedades de plasticidad y cizallamiento. Por lo tanto, durante la operación de procesamiento, la viscosidad disminuye y la resistencia disminuye, lo que es beneficioso para el proceso, y en la etapa de enfriamiento y envejecimiento, la viscosidad se recupera, lo que es beneficioso para aumentar la tasa de expansión y evitar la formación de grandes cristales de hielo. en la estructura del helado y hacer que el helado tenga un sabor suave y delicado. Al mismo tiempo, se mejora la estabilidad de congelación y descongelación del producto, y la crema y el agua se mezclan uniformemente durante la fusión y no se produce el fenómeno de separación de la suspensión. El tiempo de crianza general es de 2 a 3 horas. La dosis es del 0,2% al 0,4%.

Aumentar la dureza de los productos de harina.

La goma xantana es un aditivo digno de promoción en los productos de pasta. En la producción de fideos secos, fideos ramen y fideos instantáneos, se agrega goma xantana para mejorar la fuerza del gluten de la masa, las piezas de masa extruidas tienen dureza, reducen la tasa de rotura durante el secado y mejoran el sabor del producto al mismo tiempo. masticando con tendones, fresco y suave. También puede ahorrar aceite y reducir los costos de fritura.

Agregar goma xantana a la piel de wonton de bola de masa congelada rápidamente puede mejorar el sabor del producto, reducir la piel podrida y el grado de sopa mezclada. Agregar del 0,05 % al 0,1 % de la cantidad total de goma xantana en los productos de relleno puede ayudar a conservar el agua de la sopa y garantizar que el producto se cocine completamente en el agua hirviendo. La sopa tiene una fragancia fuerte y puede mejorar su sabor. La goma xantana se utiliza como ingrediente aditivo en pan, pasteles, etc., lo que puede aumentar la suavidad y prolongar la vida útil del producto.

Aplicación de la goma xantana en la industria petrolera

Un gran mercado para la goma xantana es la industria petrolera. Los productos químicos para campos petroleros son principalmente poliacrilamida, CMC, almidón modificado, etc., lo que resulta en altos costos de perforación y bajo rendimiento de petróleo. La goma xantana es mucho más fuerte que otros polímeros en cuanto a viscosidad, espesamiento, resistencia a la sal y a la contaminación, especialmente en perforaciones en océanos, playas, capas altas en halógeno y capas de permafrost. La goma xantana se utiliza en el tratamiento de lodos y en fluidos de terminación. Tiene efectos obvios en términos de acelerar la perforación, prevenir el colapso de los pozos petroleros, proteger los campos de petróleo y gas, prevenir explosiones y mejorar enormemente la recuperación de petróleo.

Industria de perforación

El fluido de perforación es el fluido de trabajo utilizado en el proceso de perforación. Durante el proceso de perforación, el fluido de perforación juega un papel importante. La gente suele comparar el fluido de perforación con la “sangre de perforación”. Sus funciones son: suspender y transportar recortes, limpiar el fondo del pozo; Lubrique y enfríe la broca, aumentando el metraje de la broca e impactando la formación a través del pozo de agua de la broca, lo que favorece la rotura de la roca; Formar una torta de lodo para aumentar la estabilidad de la pared del pozo; Establezca una presión de columna de líquido que pueda equilibrar la presión de la formación para evitar adherencias, colapsos y fugas, salpicaduras y otros accidentes complejos.

Cuando se utilizan herramientas de perforación turbo, se puede utilizar como líquido para transmitir potencia. La goma xantana es uno de sus componentes principales, y su función es aumentar la viscosidad y la fuerza de corte, y mejorar la capacidad de suspensión del fluido de perforación, lo cual es indispensable para que el fluido de perforación realice sus funciones.

Industria del aceite

Entre los diversos métodos de recuperación mejorada de petróleo, la inundación con polímeros juega un papel importante. La función del polímero es ajustar la reología de la inyección de agua, aumentar la viscosidad del fluido impulsor y mejorar la eficiencia del barrido de la inundación de agua. Reducir la permeabilidad de la fase acuosa de formación, de modo que el agua y el petróleo puedan fluir a una velocidad uniforme.

Dichos polímeros deben tener excelentes propiedades de aumento de la viscosidad en condiciones de yacimiento y deben tener una alta retención de la viscosidad bajo los efectos de la temperatura, la presión y la sal. Debido a que la solución de goma xantana tiene buena viscosidad, reología, solubilidad en agua, estabilidad química y una fuerte capacidad mecánica antidegradación, puede usarse como agente de desplazamiento para la producción de yacimientos petrolíferos.

En comparación con la poliacrilamida hidrolizada general, sus propiedades físicas y químicas son estables, su tecnología de procesamiento es simple, su efecto de desplazamiento de petróleo es bueno, su costo de fabricación es bajo y puede fluir selectivamente en la formación debido a su buena resistencia a la degradación por cizallamiento. .

Se ha aplicado gradualmente un mejor efecto de desplazamiento de petróleo a la producción de yacimientos petrolíferos como agente de desplazamiento para mejorar la recuperación de yacimientos petrolíferos o como agente de control del perfil químico para mejorar el efecto de producción. El experimento de simulación física muestra además que la goma xantana tiene el efecto de mejorar la recuperación de petróleo y es un tipo de agente de desplazamiento de la producción de yacimientos petrolíferos con un rendimiento excelente.

Una vez completada la extracción primaria y secundaria de petróleo mediante métodos convencionales, más del 50% del petróleo permanece en la roca y no se puede recuperar. Por consideraciones económicas y energéticas, la gente presta cada vez más atención a mejorar la tasa de recuperación de petróleo. El proceso de inyectar agua en formaciones rocosas petroleras se utiliza para la producción secundaria de petróleo. Muchos residuos de aceite muerto.

Si se agrega un polímero con propiedades espesantes al fluido de inyección, se puede reducir la fluidez del agua, aumentando así la recuperación de petróleo. Se puede utilizar una variedad de polímeros como agentes de control de flujo en la recuperación de petróleo, entre los cuales se considera que la goma xantana tiene mayor potencial. La goma xantana tiene muchas de las condiciones básicas necesarias para mejorar la recuperación de petróleo.

fluido de fractura

La goma xantana también se utiliza en fluidos de fractura. Se utiliza principalmente como espesante para fluidos de fracturación a base de agua y tiene la función de reducir la fricción.

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