صمغ الزانثان

صمغ الزانثان، المعروف أيضًا باسم الأصفر، هو عديد السكاريد الحمضي غير المتغاير خارج الخلية الذي ينتجه تخمر الزانثوموناس. وهو عبارة عن مركب بوليمر متعدد السكاريد يتكون من الجلوكوز د-غلوكوز والمانوز د-مانوز وحمض الجلوكورونيك د-غلوكورونيك بنسبة 2:2:1، وتبلغ كتلته الجزيئية النسبية أكثر من مليون.

I. خصائص الأداء.

يُعد صمغ الزانثان حاليًا الصمغ البيولوجي الأكثر تفوقًا في العالم الذي يدمج بين التكثيف والتعليق والاستحلاب والتثبيت. ويؤثر عدد مجموعات البيروفات الموجودة في نهاية السلسلة الجانبية الجزيئية لصمغ الزانثان تأثيرًا كبيرًا على أدائه. يتميز صمغ الزانثان بالخصائص العامة للبوليمرات طويلة السلسلة، ولكنه يحتوي على مجموعات وظيفية أكثر من البوليمرات العادية وسيظهر خصائص فريدة في ظل ظروف محددة. يتنوع تكوينه في المحلول المائي ويظهر خصائص مختلفة في ظل ظروف مختلفة.

1. خصائص التعليق والاستحلاب.

لصمغ الزانثان تأثير تعليق جيد على المواد الصلبة غير القابلة للذوبان وقطرات الزيت. يمكن أن تشكل جزيئات صمغ الزانثان الصمغية الصلبة جزيئات بوليمرات مشتركة حلزونية فائقة الترابط على شكل شريط، وتشكل بنية شبكية هشة تشبه الغراء، بحيث يمكنها دعم شكل الجسيمات الصلبة والقطرات والفقاعات، مما يظهر استقرارًا قويًا للمستحلب وقدرة تعليق عالية.

2. قابلية جيدة للذوبان في الماء.

يمكن لصمغ الزانثان أن يذوب بسرعة في الماء ولديه قابلية جيدة للذوبان في الماء. كما يمكن إذابته في الماء البارد على وجه الخصوص، مما يوفر عملية المعالجة المعقدة ويسهل استخدامه. ومع ذلك، نظرًا لأنه شديد المحبة للماء، إذا تمت إضافة الماء مباشرةً دون تقليب كافٍ، فإن الطبقة الخارجية ستمتص الماء وتنتفخ في المذيلات مما يمنع الماء من دخول الطبقة الداخلية ويؤثر على أداء الوظيفة. لذلك، يجب توخي الحذر لاستخدامه بشكل صحيح. اخلط مسحوق صمغ الزانثان الجاف أو ملحقات المسحوق الجاف مثل الملح والسكر بالتساوي، ثم أضفه ببطء إلى ماء التحريك لعمل محلول للاستخدام.

3. التثخين.

يتسم محلول صمغ الزانثان بخصائص التركيز المنخفض واللزوجة العالية (تعادل لزوجة المحلول المائي 1% 100 ضعف لزوجة الجيلاتين)، وهو مثخن فعال.

4. اللدونة الزائفة.

يتسم محلول صمغ الزانثان المائي بلزوجة عالية في حالة السكون أو القص المنخفض. تحت القص المرتفع، تنخفض اللزوجة انخفاضًا حادًا، لكن التركيب الجزيئي يبقى دون تغيير. عندما يتم التخلص من قوة القص، يتم استعادة اللزوجة الأصلية على الفور. تكون العلاقة بين قوة القص واللزوجة بلاستيكية تمامًا. ويتميز صمغ الزانثان باللدونة الكاذبة الرائعة، وهو فعال للغاية في تثبيت المعلقات والمستحلبات.

5. الثبات للحرارة.

لن تتغير لزوجة محلول صمغ الزانثان بشكل كبير مع التغيرات في درجة الحرارة. تتغير اللزوجة في السكريات العامة بسبب التسخين، ولكن لزوجة المحلول المائي لصمغ الزانثان لا تتغير تقريبًا بين 10-80 درجة مئوية، حتى عند التركيزات المنخفضة. لا يزال المحلول المائي يُظهر لزوجة عالية مستقرة على نطاق واسع من درجات الحرارة. يتم تسخين محلول صمغ الزانثان 1% (الذي يحتوي على كلوريد البوتاسيوم 1%) من 25 ℃ إلى 120 ℃. تنخفض لزوجته بمقدار 3% فقط.

6. الثبات للأحماض والقواعد.

يتسم محلول صمغ الزانثان بالثبات الشديد للأحماض والقلويات. لا تتأثر لزوجته عندما يكون الأس الهيدروجيني بين 5 و10. تتغير اللزوجة قليلاً عندما يكون الأس الهيدروجيني أقل من 4 وأكبر من 11. في نطاق الأس الهيدروجيني 3-11، يكون الفرق بين اللزوجة القصوى والقيمة الدنيا أقل من 10%. يمكن إذابة صمغ الزانثان في مجموعة متنوعة من المحاليل الحمضية، مثل حمض الكبريتيك 5% وحمض النيتريك 5% وحمض الخليك 5% وحمض الهيدروكلوريك 10% وحمض الفسفوريك 25%، وهذه المحاليل الحمضية لصمغ الزانثان مستقرة تمامًا في درجة حرارة الغرفة. لن تتغير جودة الملف لعدة أشهر. كما أن صمغ الزانثان قابل للذوبان في محلول هيدروكسيد الصوديوم وله خصائص تكثيف. المحلول الناتج مستقر للغاية في درجة حرارة الغرفة. يمكن لصمغ الزانثان أن يتحلل بفعل المؤكسدات القوية مثل حمض البيركلوريك وحمض البرسولفوريك. كلما زادت درجة الحرارة، يتسارع التحلل.

7. الثبات للملح.

إن محلول صمغ الزانثان قابل للامتزاج مع العديد من المحاليل الملحية (ملح البوتاسيوم، ملح الصوديوم، ملح الكالسيوم، ملح المغنيسيوم، إلخ) دون التأثير على اللزوجة. في ظل ظروف تركيز الملح الأعلى، يتم الحفاظ على قابليته للذوبان دون ترسيب أو تلبد حتى في المحاليل الملحية المشبعة، ولا تتأثر لزوجته تقريبًا.

8. ثبات تفاعل التحلل المائي الأنزيمي.

إن التركيب الحلزوني المزدوج المستقر لصمغ الزانثان يجعله مقاومًا للغاية للأكسدة والتحلل الأنزيمي. لا يمكن للعديد من الإنزيمات مثل البروتياز والأميليز والسليولاز والهيميسيلولاز أن تحلل صمغ الزانثان.

ثانياً. Aالتطبيقs.

يمكن استخدام صمغ الزانثان على نطاق واسع كمكثف وعامل تعليق ومستحلب ومثبت. يُستخدم في أكثر من 20 صناعة مثل الأغذية والبترول والأدوية، وهو حاليًا أكبر سكريات ميكروبية متعددة الاستخدامات على نطاق الإنتاج في العالم.

1. الطعام: يُضاف صمغ الزانثان إلى العديد من الأطعمة كمادة مثبتة ومستحلب وعامل تعليق ومكثف ومساعد في المعالجة. يمكن لصمغ الزانثان أن يتحكم في الريولوجيا والبنية والنكهة ومظهر المنتجات، ويمكن أن تضمن اللدونة الكاذبة مذاقًا جيدًا. لذلك ، يتم استخدامه على نطاق واسع في تتبيلات السلطة والخبز ومنتجات الألبان والأطعمة المجمدة والمشروبات والتوابل والتخمير والحلويات والمعجنات والحساء والأطعمة المعلبة. في السنوات الأخيرة، غالبًا ما يشعر الناس في البلدان الأكثر تقدمًا بالقلق من أن قيمة السعرات الحرارية في الطعام عالية جدًا وستجعلهم يعانون من الدهون. يبدد صمغ الزانثان هذا القلق لأنه لا يمكن أن يتحلل مباشرة من قبل جسم الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، ووفقًا لتقرير من اليابان في عام 1985، كان صمغ الزانثان أكثر العوامل المضادة للسرطان فعالية من بين أحد عشر مادة مضافة للأغذية.

2. الصناعة الكيميائية اليومية: تحتوي جزيئات صمغ الزانثان على عدد كبير من المجموعات المحبة للماء. وهي مادة جيدة نشطة على السطح ولها تأثيرات مضادة للأكسدة وتمنع شيخوخة الجلد. لذلك، تستخدم الغالبية العظمى من مستحضرات التجميل الراقية تقريبًا صمغ الزانثان كمكون وظيفي رئيسي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام صمغ الزانثان كمكون في معجون الأسنان لتكثيف معجون الأسنان وتشكيله، مما يقلل من تآكل سطح الأسنان.

3. طبية: يعد صمغ الزانثان حاليًا مكونًا وظيفيًا شائعًا في كبسولات الأدوية المغلفة الدقيقة في العالم. وهو يلعب دورًا مهمًا في التحكم في الإطلاق المستمر للأدوية؛ ونظرًا لقوة مائيته واحتفاظه بالماء، فهناك العديد من التطبيقات في عمليات طبية محددة، مثل تشكيل طبقة مائية كثيفة لتجنب التهابات الجلد؛ وتقليل عطش المرضى بعد العلاج الإشعاعي، وما إلى ذلك.

4. Iالصناعة والزراعة: في صناعة البترول، وبسبب اللدونة الكاذبة القوية، يمكن أن يحافظ التركيز المنخفض لصمغ الزانثان (0.5%) محلول مائي على لزوجة سائل الحفر والتحكم في خصائصه الانسيابية. لذلك، يمكن استخدامه في لقم الثقب الدوارة عالية السرعة. تكون اللزوجة صغيرة للغاية في الموقع، مما يوفر الطاقة؛ بينما يتم الحفاظ على اللزوجة عالية في موقع الحفر الثابت نسبيًا، وبالتالي منع جدار البئر من الانهيار. ونظرًا لمقاومته الممتازة للملوحة ومقاومته للحرارة، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الحفر في بيئات خاصة مثل المحيطات والمناطق ذات الأملاح العالية. ويمكن استخدامه أيضًا كعامل استخلاص النفط وإزاحته لتقليل مناطق النفط الميتة وتحسين استخلاص النفط.