Xanthanbildung – Herstellung und Verwendung

Was ist Xanthanbildung?

Die Xanthanbildung beschreibt den biologischen und biotechnologischen Prozess, bei dem das Bakterium Xanthomonas campestris das Polysaccharid Xanthangummi (auch: Xanthan) produziert. Xanthangummi ist ein hochmolekulares, wasserlösliches Biopolymer, das in der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie und der Kosmetikindustrie als Verdickungs-, Geliermittel und Stabilisator eingesetzt wird.

Herkunft und biologischer Ursprung

Xanthan wird von dem gramnegativen Bakterium Xanthomonas campestris als extrazelluläres Polysaccharid (EPS) gebildet. In der Natur dient dieses Polymer dem Bakterium als Schutzschicht gegen Austrocknung und andere Umwelteinflüsse. Die biotechnologische Produktion erfolgt in kontrollierten Fermentationsprozessen unter aeroben Bedingungen.

Biotechnologischer Prozess der Xanthanbildung

Die industrielle Xanthanbildung erfolgt in mehreren klar definierten Schritten:

• Fermentation: Xanthomonas campestris wird in einem Nährmedium kultiviert, das meist Glucose, Saccharose oder andere Kohlenhydrate als Kohlenstoffquelle enthält. Unter kontrollierten Temperatur-, pH- und Sauerstoffbedingungen produziert das Bakterium Xanthangummi und scheidet es in das umgebende Medium aus.
• Biosynthese: Innerhalb der Bakterienzelle wird Xanthan aus Zuckereinheiten (hauptsächlich Glucose, Mannose und Glucuronsäure) aufgebaut. Die Biosynthese erfolgt über spezifische Enzymkaskaden an der Zellmembran, bevor das Polymer nach außen transportiert wird.
• Isolierung und Reinigung: Nach der Fermentation wird die Bakterienbiomasse durch Erhitzen abgetötet. Xanthan wird anschließend durch Zugabe von Isopropanol oder anderen Fällungsmitteln aus der Fermentationsbrühe ausgefällt, gewaschen, getrocknet und gemahlen.

Chemische Struktur von Xanthan

Xanthangummi besteht aus einem Cellulose-Grundgerüst aus Beta-1,4-glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten, an das Seitenketten aus Mannose, Glucuronsäure und weiteren Zuckereinheiten gebunden sind. Diese komplexe Struktur verleiht Xanthan seine charakteristischen rheologischen Eigenschaften, wie hohe Viskosität in wässrigen Lösungen und Stabilität über einen weiten pH- und Temperaturbereich.

Anwendungsgebiete von Xanthan

Lebensmittelindustrie

In der Lebensmittelindustrie wird Xanthan als Lebensmittelzusatzstoff E415 zugelassen. Es wird unter anderem eingesetzt in:

• Salatdressings und Saucen als Stabilisator
• Backwaren, insbesondere glutenfreien Produkten, als Bindemittel
• Milchprodukten und Desserts als Verdickungsmittel
• Getränken zur Verbesserung der Textur

Pharmaindustrie

In der Pharmaindustrie dient Xanthan als Hilfsstoff in Tabletten, Kapseln und Suspensionen. Es wird eingesetzt, um Wirkstoffe kontrolliert freizusetzen (Retardformulierungen) und als Bindemittel in festen Arzneiformen.

Kosmetik und andere Industrien

In der Kosmetik wird Xanthan als Verdicker in Cremes, Lotionen und Gelen verwendet. Auch in der Erdölindustrie (Bohrspülungen) und der Textilindustrie findet es Anwendung.

Sicherheit und Verträglichkeit

Xanthangummi gilt als gesundheitlich unbedenklich und wird von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) sowie der US-amerikanischen Lebensmittelbehörde (FDA) als sicher eingestuft. Es ist nicht verdaulich und wirkt im Verdauungstrakt ähnlich wie lösliche Ballaststoffe. In sehr großen Mengen kann es bei manchen Menschen zu leichten Verdauungsbeschwerden wie Blähungen führen.

Quellen

1. European Food Safety Authority (EFSA): Re-evaluation of xanthan gum (E 415) as a food additive. EFSA Journal, 2017.
2. Garcia-Ochoa F. et al.: Xanthan gum: production, recovery, and properties. Biotechnology Advances, 2000; 18(7): 549-579.
3. Sworn G.: Xanthan gum. In: Phillips G.O., Williams P.A. (Hrsg.): Handbook of Hydrocolloids. Woodhead Publishing, 2009.