Xanthan gum là một polysaccharide ngoại bào được tổng hợp từ vi khuẩn Xanthomonas campestris. Nó được sử dụng như một phụ gia tạo gel, tạo đặc và ổn định cấu trúc trong thực phẩm [1].
Xanthan gum có thể hòa tan cả trong nước lạnh và nước nóng dễ dàng, hình thành một dung dịch có độ nhớt cao ở nồng độ rất thấp (khoảng 1%w/w). Vì vậy, xanthan gum có tính chất như một chất tạo độ nhớt cho hầu hết các thực phẩm dạng lỏng và được gọi là “chất giả dẻo” (pseudoplastic) [1].
Tính chất của xanthan gum
- Không bị ảnh hưởng bởi nồng độ muối cao: Trong dung dịch NaCl 250 g/l chỉ làm tăng không đáng kể độ nhớt của xanthan gum [2].
- Tính tương hợp với alcohol: Tuy không hòa tan trực tiếp được trong alcohol nhưng lại có khả năng tương thích với nó. Những sản phẩm có chứa loại gum này 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 [2].
- Không bị thoái hóa bởi enzyme: 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 nhánh chính. Nhờ đó mà ngăn cản được sự ngưng trùng hợp do enzyme, acid và kiềm. Khả năng này đã được ứng dụng trong một số sản phẩm thực phẩm như bánh mứt táo, thực phẩm có chứa tinh bột, gia vị trộn…[2]
- Gel thuận nghịch về nhiệt độ: Ở nhiệt độ 40 – 80°C, xanthan gum có thể chuyển đổi cấu trúc xoắn ốc đôi thành chuỗi đơn. 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 [2].
- Độ nhớt phụ thuộc vào thời gian và tốc độ khuấy: Xanthan gum có tính chất của một chất lỏng phi Newton và giả dẻo, vì thế độ nhớt của nó sẽ thay đổi khi chịu những ứng suất cắt khác nhau – lực cắt càng cao thì độ nhớt càng thấp [3].
Quá trình hydrate hóa và hòa tan xanthan gum [4]
Tính chất và chức năng của xanthan gum phụ thuộc nhiều vào việc chuẩn bị dung dịch xanthan gum đúng cách. Nếu quá trình chuẩn bị không tốt có thể làm giảm chức năng của xanthan gum và tác động đến các tính chất của sản phẩm cuối.
Để đạt được hiệu quả tối đa, xanthan gum phải được hydrate hóa đúng cách trước khi sử dụng. Quá trình hydrate hóa phụ thuộc vào 4 yếu tố:
- Sự phân tán
- Tốc độ khuấy trộn
- Thành phần dung môi
- Kích thước hạt
Tương tự như các loại gum khác, nếu xanthan gum không được phân tán tốt trong dung môi thì rất dễ xảy ra hiện tượng vón cục, mà người ta thường gọi là “fish eyes”. Lý do là vì xanthan gum có tốc độ hydrate hóa rất nhanh, khi đó tốc độ tạo gel sẽ nhanh hơn tốc độ phân tán xanthan gum vào nước, vì thế hình thành nên một lớp màng gel bao quanh khối bột xanthan gum, ngăn chặn các phần tử bên trong tiếp xúc với nước.
Người ta thường sử dụng các loại máy nghiền keo, phễu phân tán hoặc cánh khuấy tốc độ cao để giúp phân tán các hạt gum và tăng bề mặt tiếp xúc với dung môi của chúng.
Khi không có các thiết bị lý tưởng như trên, chúng ta có thể trộn xanthan gum với các nguyên liệu khô khác như đường, tinh bột hoặc muối. Tỷ lệ phối trộn tốt nhất là chất phân tán : xanthan gum = 10 : 1, hoặc ở mức 5 : 1 cũng có thể chấp nhận được. Ngoài ra, xanthan gum cũng có thể được phân tán bằng cách trộn với chất lỏng không hòa tan nó như alcohol, glycerol hoặc dầu, sau đó bổ sung vào nước và khuấy trộn.
Thành phần dung môi cũng ảnh hưởng đến sự hydrate hóa của xanthan gum. Khi dung môi có nồng độ muối ≥ 1 – 2% sẽ làm chậm quá trình hydrate hóa, vì thế tốt nhất không nên thêm muối vào trước khi xanthan gum hydrate hóa xong. Sau đó chúng ta có thể thêm muối lên đến 10 – 20% mà không xảy ra các biến đổi về tính chất. Thay vào đó, xanthan gum có thể hydrate hóa trong các dung dịch acid khác nhau như acid acetic 5%, acid sulphuric 5%, acid nitric 5%, acid phosphoric 25% hoặc dung dịch natri hydroxide 5%. Tuy vậy, trường hợp tối ưu nhất vẫn là hydrate hóa xanthan gum trong nước trước khi thêm acid và kiềm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của xanthan gum [4]
Nồng độ muối:
Với những nồng độ khác nhau, sự ảnh hưởng của muối đối với tính chất của xanthan gum cũng khác nhau. Khi dưới nồng độ 0.25%, các muối hóa trị I như natri clorua sẽ làm giảm nhẹ độ nhớt. Ở nồng độ cao hơn, độ nhớt lại tăng khi thêm muối. Khi nồng độ NaCl đạt 0.1%, độ nhớt sẽ không phụ thuộc vào nồng độ xanthan gum, và việc bổ sung thêm muối sẽ ít ảnh hưởng đến độ nhớt. Ngoài ra, các kim loại hóa trị III như nhôm sẽ thúc đẩy quá trình tạo gel của xanthan gum.
pH:
Xanthan gum ổn định trong một khoảng pH khá rộng, tuy nhiên độ nhớt sẽ giảm dần khi pH xấp xỉ dưới 4. Khi trung hòa dung dịch, độ nhớt của xanthan lại phục hồi như ban đầu. Bên cạnh đó, tuy nhạy cảm với pH dưới 4 nhưng độ nhớt của xanthan gum lại cực kì ổn định theo thời gian.
Nhiệt độ:
Dung dịch xanthan gum có khả năng duy trì độ nhớt hầu như không đổi khi tăng nhiệt độ. Cho tới một nhiệt độ nóng chảy xác định, độ nhớt sẽ giảm mạnh do sự chuyển đổi cấu trúc từ trạng thái có trật tự đến trạng thái linh hoạt hơn. Nhiệt độ mà quá trình chuyển đổi đó xảy ra phụ thuộc vào nồng độ ion trong dung dịch và các đặc điểm cấu trúc phân tử. Ở nồng độ 0.3% xanthan gum trong nước khử ion, sự chuyển đổi này xảy ra ở 40°C. Tuy nhiên khi có một lượng muối thấp trong dung dịch, nhiệt độ này có thể đạt tới trên 90°C.
Tham khảo:
[1] Đ. S. Mai, Y. T. H. Nguyễn and K. Đ. Bùi, Phụ gia thực phẩm, Thành phố Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc Gia TPHCM, 2012.
[2] [Online]. Available: http://dulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/cong-nghe-sinh-hoc/file_goc_776737.pdf.
[3] B. Katzbauer, “Properties and applications of xanthan gum,” Switzerland, 1997.
[4] G. Sworn, “Xanthan gum,” in Handbook of Hydrocolloids (Sencond edition), France, 2009, pp. 186-203.
Trúc Quyên
