Xanthan

Strukturformel ⓘ
Allgemeines
Name	Xanthan
Andere Namen	XANTHAN GUM (INCI) E 415 Xantan
CAS-Nummer	11138-66-2
Monomere/Teilstrukturen	Glucose, Glucuronsäure, Mannose, Brenztraubensäure
Kurzbeschreibung	Polysaccharid
Eigenschaften
Aggregatzustand	fest
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Xanthan (selten Xantan) ist ein natürlich vorkommendes Polysaccharid. Es wird mit Hilfe von Bakterien der Gattung Xanthomonas aus zuckerhaltigen Substraten gewonnen und als Lebensmittelzusatzstoff mit der E-Nummer E 415 als Verdickungs- und Geliermittel eingesetzt. Xanthan ist gemäß der EU-Öko-Verordnung für die Herstellung von Bio-Lebensmitteln zugelassen. ⓘ

Xanthan kann vom menschlichen Organismus nicht verstoffwechselt werden und wird daher zu den Ballaststoffen gezählt. Im Darm wird es teilweise von dort lebenden Mikroorganismen abgebaut. In hohen Dosen kann es abführend wirken. Xanthan gilt dennoch als gesundheitlich unbedenklich. Fälle von Allergien, Unverträglichkeiten oder Überempfindlichkeiten sind nicht bekannt. ⓘ

Xanthangummi ⓘ

Namen
Andere Namen E 415
Bezeichner
CAS-Nummer	11138-66-2
ChemSpider	Keine
EG-Nummer	234-394-2
UNII	TTV12P4NEE
Eigenschaften
Chemische Formel	C35H49O29 (Monomer)
Molare Masse	933,748 g-mol-1
Gefahren
Sicherheitsdatenblatt (SDS)	MSDS
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).  verifizieren (was ist  ?) Infobox Referenzen

Xanthan (/ˈzænθən/) ist ein Polysaccharid, das in der Industrie vielfach verwendet wird, unter anderem als gängiger Lebensmittelzusatzstoff. Es ist ein wirksames Verdickungsmittel, Emulgator und Stabilisator, der verhindert, dass sich Zutaten trennen. Es kann durch einen Fermentationsprozess aus einfachen Zuckern hergestellt werden und hat seinen Namen von der verwendeten Bakterienart, Xanthomonas campestris, erhalten. ⓘ

Geschichte

Xanthan wurde von Allene Rosalind Jeanes und ihrem Forschungsteam im Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten entdeckt und Anfang der 1960er Jahre von CP Kelco unter dem Handelsnamen Kelzan in die kommerzielle Produktion gebracht. Es wurde 1968 für die Verwendung in Lebensmitteln zugelassen und ist in den USA, Kanada, Europa und vielen anderen Ländern als sicherer Lebensmittelzusatzstoff mit der E-Nummer E415 und der CAS-Nummer 11138-66-2 anerkannt. ⓘ

Xanthangummi hat seinen Namen von der Bakterienart, die bei der Fermentation verwendet wird, Xanthomonas campestris. Es handelt sich dabei um dasselbe Bakterium, das für die Bildung von Schwarzfäule auf Brokkoli, Blumenkohl und anderen Blattgemüsen verantwortlich ist. ⓘ

Verwendet

Xanthangummi (1 %) kann die Viskosität einer Flüssigkeit deutlich erhöhen. ⓘ

In Lebensmitteln wird Xanthan häufig in Salatdressings und Soßen verwendet. Es trägt dazu bei, die Trennung von Öl zu verhindern, indem es die Emulsion stabilisiert, obwohl es kein Emulgator ist. Xanthan hilft auch, feste Partikel wie Gewürze zu suspendieren. Xanthan trägt dazu bei, die gewünschte Textur in vielen Eiscremes zu erzeugen. Zahnpasta enthält oft Xanthan als Bindemittel, um das Produkt gleichmäßig zu halten. Xanthan hilft auch, handelsüblichen Ei-Ersatz aus Eiweiß zu verdicken, um das Fett und die Emulgatoren des Eigelbs zu ersetzen. Xanthan ist auch eine bevorzugte Methode zur Verdickung von Flüssigkeiten für Menschen mit Schluckstörungen, da es die Farbe oder den Geschmack von Lebensmitteln oder Getränken bei typischer Verwendung nicht verändert. Beim glutenfreien Backen wird Xanthan verwendet, um dem Teig die Klebrigkeit zu verleihen, die sonst mit Gluten erreicht würde. In den meisten Lebensmitteln wird es in Konzentrationen von 0,5 % oder weniger verwendet. Xanthan wird in einer Vielzahl von Lebensmitteln verwendet, z. B. in Soßen, Dressings, Fleisch- und Geflügelprodukten, Backwaren, Süßwaren, Getränken, Molkereiprodukten und anderen. ⓘ

In der Ölindustrie wird Xanthan in großen Mengen zur Verdickung von Bohrschlämmen verwendet. Diese Spülungen transportieren die vom Bohrmeißel abgeschlagenen Feststoffe an die Oberfläche. Xanthangummi sorgt für eine hervorragende "Low-End"-Rheologie. Wenn die Zirkulation stoppt, bleiben die Feststoffe in der Bohrspülung suspendiert. Der weit verbreitete Einsatz von Horizontalbohrungen und die Forderung nach einer guten Kontrolle der Bohrfeststoffe haben zu einer verstärkten Verwendung von Xanthan geführt. Es wird Beton zugesetzt, der unter Wasser gegossen wird, um dessen Viskosität zu erhöhen und Auswaschungen zu verhindern. ⓘ

In der Kosmetik wird Xanthangummi zur Herstellung von Wassergelen verwendet. Es wird auch in Öl-in-Wasser-Emulsionen verwendet, um die Koaleszenz der Tröpfchen zu verbessern. Xanthangummi wird derzeit auf seine potenzielle Verwendung in der Gewebezüchtung untersucht, um Hydrogele und Gerüste herzustellen, die die Bildung von dreidimensionalem Gewebe unterstützen. ⓘ

Xanthan quillt in wässriger Lösung und erhöht dadurch die Viskosität des Mediums. Es wird deshalb als Verdickungsmittel z. B. in Milchprodukten, Guacamole, Saucen, Tomatenketchup, Mayonnaise, Senf und Dressings sowie in vegetarischen Lebensmitteln verwendet. ⓘ

In Kombination mit Johannisbrotkernmehl (E 410), bildet es gummiartige Gele. Zudem wird mit Xanthan die Wasserbindungsfähigkeit von Teigen erhöht, was z. B. das Altbackenwerden von Brot verzögert. Bei der Herstellung von Speiseeis wird dadurch die Bildung von Eiskristallen verringert und in Fruchtsäften hält es Schwebstoffe gleichmäßig fein verteilt. ⓘ

Auch in der Molekularküche bildet es eine wichtige Zutat. Zudem wird Xanthan in zahlreichen Produkten der Kosmetikindustrie eingesetzt, zum Beispiel in Lotionen, Shampoos, Zahnpasta, flüssigen Seifen und Mascara. Auch zur Herstellung von Gleitmitteln wird Xanthan verwendet. Technisch findet es in Sprengstoffen und Bohrschlämmen Verwendung. ⓘ

Ein besonderes Kennzeichen von Xanthanlösungen besteht darin, dass sie eine Pseudo-Fließgrenze besitzen, d. h. sie werden vorübergehend dünnflüssiger, wenn man sie schnell umrührt (Thixotropie). Weiterhin kann Xanthan mit Johannisbrotkernmehl zusammen synergistisch wirken und thermoreversible Gele bilden, die sich durch ein sehr gutes Wasserbindungsvermögen und hohe Elastizität auszeichnen. ⓘ

Im Gegensatz zur EU-Öko-Verordnung ist Xanthan für die Herstellung von Bio-Lebensmitteln bei manchen Anbauverbänden nicht erlaubt – z. B. bei Naturland und Bio Suisse. ⓘ

2003 lag die Jahresweltproduktion von Xanthan bei etwa 20.000 Tonnen. ⓘ

Ein Health Claim mit dem Ziel, es als Appetithemmer einzusetzen, wurde seitens der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit abgelehnt, da kein Wirkzusammenhang nachgewiesen werden konnte. ⓘ

Scherverdünnung

Die Viskosität von Xanthanlösungen nimmt bei höheren Schergeschwindigkeiten ab. Dies wird als Scherverdünnung oder Pseudoplastizität bezeichnet. Dies bedeutet, dass ein Produkt, das Scherkräften ausgesetzt ist, sei es durch Mischen, Schütteln oder Kauen, dünner wird. Wenn die Scherkräfte weggenommen werden, wird das Lebensmittel wieder dickflüssiger. Bei einem Salatdressing sorgt der Zusatz von Xanthan dafür, dass es in der Flasche dick genug ist, um die Mischung einigermaßen homogen zu halten, aber durch die Scherkräfte, die beim Schütteln und Ausgießen entstehen, wird es dünner, so dass es leicht ausgegossen werden kann. Beim Verlassen der Flasche werden die Scherkräfte aufgehoben und die Mischung wird wieder dickflüssiger, so dass sie auf dem Salat haften bleibt. ⓘ

Verwendete Mengen

Je mehr Xanthan einer Flüssigkeit zugesetzt wird, desto dicker wird die Flüssigkeit. Eine Emulsion kann bereits mit 0,1 % (nach Gewicht) gebildet werden. Eine Erhöhung der Menge an Xanthan führt zu einer dickeren, stabileren Emulsion bis zu 1 % Xanthan. Ein Teelöffel Xanthangummi wiegt etwa 2,5 Gramm und bringt eine Tasse (250 ml) Wasser auf eine Konzentration von 1 %. ⓘ

Um einen Schaum zu erzeugen, werden in der Regel 0,2-0,8 % Xanthan verwendet. Größere Mengen führen zu größeren Blasen und dichterem Schaum. Eiklarpulver (0,2-2,0 %) mit 0,1-0,4 % Xanthangummi ergibt seifenblasenähnliche Blasen. ⓘ

Gesundheit

Eine Untersuchung von Arbeitnehmern, die Xanthanstaub ausgesetzt waren, ergab Hinweise auf einen Zusammenhang mit Atemwegssymptomen. ⓘ

Am 20. Mai 2011 veröffentlichte die FDA eine Pressemitteilung zu SimplyThick, einem Lebensmittelverdickungsmittel mit dem Wirkstoff Xanthan, und warnte Eltern, Pflegepersonal und Gesundheitsdienstleister davor, Frühgeborenen SimplyThick zu füttern. ⓘ

Sicherheit

Laut einer Sicherheitsüberprüfung durch ein wissenschaftliches Gremium der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) aus dem Jahr 2017 wird Xanthan (europäischer Lebensmittelzusatzstoff mit der Nummer E 415) während der Fermentation im Darm weitgehend verdaut und verursacht selbst bei hohen Aufnahmemengen keine schädlichen Wirkungen. Das EFSA-Gremium stellte keine Bedenken hinsichtlich der Genotoxizität bei langfristigem Verzehr fest. Die EFSA kam zu dem Schluss, dass der Verzehr von Xanthangummi als Lebensmittelzusatzstoff für die allgemeine Bevölkerung unbedenklich ist. ⓘ

Verarbeitung durch das Mikrobiom

In einer Studie aus dem Jahr 1993 wurde eine Gruppe von 18 Freiwilligen 10 Tage lang mit 15 Gramm Xanthan pro Tag gefüttert. Bei dieser Verzehrmenge zeigte Xanthangummi starke abführende Wirkungen und erhöhte die Stuhlmenge und -häufigkeit, hatte aber unterschiedliche Auswirkungen auf die gastrointestinale Transitzeit. Vor den Fütterungsversuchen hatten nur 12/18 Personen Stuhlproben, die Xanthan abbauten, aber nach dem Fütterungsversuch produzierten 16/18 Probanden Stuhlproben, die Xanthan abbauten; die Autoren schlossen daraus, dass dies eine Anpassung der gastrointestinalen Mikroben (allgemein als Darmmikrobiom bekannt) an den Verzehr von Xanthan zeigt. Im Jahr 2022 fanden Wissenschaftler heraus, dass eine Mikrobe aus der Familie der Ruminococcaceae in menschlichen Stuhlproben vorkommt und in der Lage ist, Xanthangummi abzubauen. Im Gegensatz zu Bodenmikroben, die die verzweigte Mannose vor dem Abbau des Polymers entfernen, verfügt die Ruminococcaceae über ein Enzym, das Xanthangummi direkt hydrolysieren kann. Die Autoren fanden außerdem zwei weitere Mikroben aus der Gattung Bacteroides, die in der Lage waren, auf Xanthan-Oligosacchariden zu wachsen, die von Enzymen der Ruminococcaceae produziert wurden. Als die Autoren in öffentlich zugänglichen Daten nach diesen Xanthan verzehrenden Mikroben suchten, stellten sie fest, dass Mikrobiome von Menschen in Industrieländern diese Mikroben häufig beherbergten, sie aber in mehreren Populationen vorindustrieller oder Jäger- und Sammlergesellschaften nicht nachweisbar waren. Diese Experimente deuten darauf hin, dass der Verzehr von Xanthan das Mikrobiom des Einzelnen verändern kann und möglicherweise längerfristige Auswirkungen auf das menschliche Mikrobiom auf Bevölkerungsebene hat. ⓘ

Herstellung

Xanthan wird durch die Fermentation von Glucose und Saccharose hergestellt. Das Medium wird gut belüftet und gerührt, und das Xanthanpolymer wird extrazellulär im Medium produziert. Nach ein bis vier Tagen wird das Polymer durch Zugabe von Isopropylalkohol aus dem Medium ausgefällt, und der Niederschlag wird getrocknet und gemahlen, um ein Pulver zu erhalten, das leicht in Wasser oder Salzlösung löslich ist. ⓘ

Es besteht aus Pentasaccharid-Wiederholungseinheiten, die Glucose, Mannose und Glucuronsäure im Molverhältnis 2:2:1 enthalten. ⓘ

Es wurde ein Stamm von X. campestris entwickelt, der auf Laktose wächst und somit zur Verarbeitung von Molke, einem Abfallprodukt der Käseherstellung, verwendet werden kann. Auf diese Weise können 30 g/L Xanthan pro 40 g/L Molkepulver gewonnen werden. Aus Molke gewonnenes Xanthangummi wird in vielen kommerziellen Produkten wie Shampoos und Salatdressings verwendet. ⓘ

Einzelheiten der Biosynthese

Die Synthese erfolgt ausgehend von Glucose als Substrat für die Synthese der Zuckernukleotid-Vorstufen UDP-Glucose, UDP-Glucuronat und GDP-Mannose, die für den Aufbau der Pentasaccharid-Wiederholungseinheit erforderlich sind. Damit ist die Synthese von Xanthan mit dem Kohlenhydratstoffwechsel verbunden. Die Wiederholungseinheiten werden an Undecaprenylphosphat-Lipidträgern aufgebaut, die in der Zytoplasmamembran verankert sind. ⓘ

Spezifische Glykosyltransferasen übertragen nacheinander die Zuckereinheiten der Nukleotidzucker-Xanthan-Vorstufen auf die Lipidträger. Acetyl- und Pyruvylreste werden als nicht-kohlenhydratische Dekoration hinzugefügt. Reife Wiederholungseinheiten werden polymerisiert und exportiert, ähnlich dem Wzy-abhängigen Polysaccharid-Synthesemechanismus von Enterobacteriaceae. Die Produkte des Gum-Genclusters steuern die Synthese, die Polymerisation und den Export der Wiederholungseinheiten. ⓘ

Struktur

Das Rückgrat des Xanthan-Polymers wird von β-(1→4)-verknüpften D-Glucoseeinheiten gebildet. An jede zweite Glucoseeinheit ist α-(1→3)-glycosidisch eine β-D-Mannopyranosyl-(1→4)-β-D-glucuronopyranosyl-(1→2)-6-O-acetyl-α-D-mannopyranosyl-Seitenkette geknüpft. Etwa die Hälfte der endständigen Mannoseeinheiten dieser Seitenkette bildet über die Hydroxygruppen an den Positionen 4 und 6 ein Ketal mit Brenztraubensäure. Gelegentlich kann die Acetylgruppe oder eine Seitenkette komplett fehlen. ⓘ