Xanthan Gum là gì?

Xanthan Gum là một loại tá dược polysaccharide với cấu trúc chuỗi dài. Thành phần này chứa một lượng lớn các chuỗi bên trisaccharide. Nó là sản phẩm của quá trình lên men từ loại đường phù hợp, sử dụng vi khuẩn thuần chủng Xanthomonas campestris, với trọng lượng phân tử trung bình khoảng 2000 kDa.

Công thức hóa học

Công thức của Xanthan Gum là C₃₅H₄₉O₂₉.

Cấu trúc chính của nó gồm một bộ khung giống cellulose được tạo thành từ các gốc D-glucose liên kết β-(1,4). Trên mạch chính này, cứ hai gốc glucose lại có một chuỗi bên trisaccharide gắn vào. Chuỗi bên này chứa hai phân tử mannose, ngăn cách bởi một phân tử axit glucuronic.

Khoảng 50% các đơn vị mannose cuối cùng trong chuỗi bên được gắn nhóm pyruvate, trong khi các nhóm không đầu cuối thường mang nhóm acetyl. Các nhóm carboxyl trong chuỗi bên làm cho Xanthan Gum mang tính chất anion. Trọng lượng phân tử của Xanthan Gum có thể dao động từ 300 kDa đến 8 MDa, tùy thuộc vào điều kiện sản xuất.

Tính chất vật lý – hóa học

Xanthan Gum là một chất dạng bột mịn, màu kem hoặc trắng, không mùi, và dễ chảy tự do.

Khi hòa tan trong nước, Xanthan Gum tạo ra dung dịch có độ nhớt cao, thể hiện tính dẻo giả. Đặc biệt, dung dịch này ổn định ở nhiệt độ cao và độ nhớt không thay đổi đáng kể dù nhiệt độ biến đổi.

Dung dịch có thể trong suốt hoặc mờ, tùy thuộc vào nồng độ.

Độ hòa tan: Hòa tan dễ dàng trong nước lạnh hoặc ấm, nhưng không tan trong ethanol.

Phân bố kích thước hạt: Có sẵn ở nhiều loại kích thước hạt khác nhau.

pH (dung dịch 1% w/v): Từ 6.0 đến 8.0.

Chiết suất: Khoảng 1,333 (dung dịch nước 1% w/v).

Độ nhớt (dung dịch 1% w/v): 1,200–1,600 cP ở 25°C.

Điểm đóng băng: 0°C (dung dịch nước 1% w/v).

Điểm nóng chảy: Cháy ở khoảng 270°C.

Ứng dụng trong y học

Lịch sử phát triển

Xanthan Gum được các nhà khoa học thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ phát hiện vào thập niên 1960. Đến đầu những năm 1970, sản phẩm này được công ty CP Kelco thương mại hóa sau khi được phê duyệt làm phụ gia thực phẩm vào năm 1969. Hiện nay, Xanthan Gum được công nhận rộng rãi trên toàn thế giới, không chỉ là chất keo trong ngành thực phẩm mà còn là tá dược trong ngành dược phẩm. Ở châu Âu, chất này được biết đến với mã số E415.

Xanthan Gum là một tá dược đa năng, được sử dụng như chất ổn định, chất tạo gel, chất tạo huyền phù, chất giải phóng kéo dài và chất tăng độ nhớt. Đây là một hydrocolloid tan trong nước, có khả năng ngậm nước nhanh và dễ hòa tan ở nhiệt độ phòng.

Ứng dụng trong dược phẩm và y học

Tác nhân ổn định và làm đặc: Xanthan Gum được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm dược phẩm dạng uống và bôi ngoài da, thực phẩm, và mỹ phẩm. Nó hoạt động như một chất làm huyền phù và ổn định, đồng thời có vai trò làm chất làm đặc và nhũ hóa, nhờ vào tính ổn định vượt trội và khả năng duy trì độ nhớt trong phạm vi pH và nhiệt độ rộng.

Đặc tính lưu biến: Dung dịch gel Xanthan Gum thể hiện tính lưu biến giả dẻo, tức là độ nhớt giảm khi tăng tốc độ cắt và sẽ phục hồi ngay khi áp lực cắt được loại bỏ. Điều này rất hữu ích trong các ứng dụng cần kiểm soát độ nhớt linh hoạt, chẳng hạn như huyền phù dược phẩm.

Tạo huyền phù và hiệu ứng hiệp đồng: Xanthan Gum được sử dụng làm tác nhân tạo huyền phù trong các loại huyền phù thông thường, huyền phù khô, hoặc giải phóng chậm.

Khi kết hợp với các tác nhân vô cơ như magiê nhôm silicat hoặc hữu cơ như guar gum, Xanthan Gum tạo ra hiệu ứng lưu biến hiệp đồng, giúp tối ưu hóa tính chất huyền phù. Tỷ lệ sử dụng thường nằm trong khoảng từ 1:2 đến 1:9 với magiê nhôm silicat và từ 3:7 đến 1:9 với guar gum.

Viên nén giải phóng kéo dài: Xanthan Gum thường được ứng dụng để sản xuất viên nén giải phóng kéo dài, tận dụng đặc tính tạo gel và khả năng trương nở khi hấp thụ nước. Sự kết hợp với các chất như chitosan, guar gum và natri alginate giúp tăng cường khả năng giải phóng kiểm soát và giảm xói mòn nhờ sự giãn nở của chuỗi polymer.

Ứng dụng trong thuốc nhỏ mắt: Xanthan Gum được sử dụng như một chất tạo gel sinh học trong thuốc nhỏ mắt, giúp tăng thời gian tiếp xúc của thuốc với giác mạc. Ngoài ra, nó giúp kiểm soát tốc độ giải phóng các hoạt chất, tăng hiệu quả điều trị.

Gel bám dính sinh học: Xanthan Gum được ứng dụng trong nhiều loại gel sinh học, chẳng hạn như gel âm đạo hoặc gel siêu âm, nhờ vào khả năng bám dính niêm mạc tốt. Khi kết hợp với Carbomer 974, nó hoạt động như tá dược kiểm soát giải phóng thuốc qua niêm mạc.

Bào chế các dạng dược phẩm khác: Xanthan Gum đã được sử dụng để bào chế màng dược liệu, nhũ tương siêu nhỏ và các hạt nano lipid nhằm kiểm soát giải phóng hoạt chất như Atenolol, Ibuprofen và Vitamin A.

Một công thức kết hợp Xanthan Gum, natri carboxymethylcellulose và povidone đã được sử dụng để giảm các triệu chứng khô miệng (xerostomia).

Chất này thường được đánh giá là không độc hại và không gây kích ứng ở mức độ sử dụng làm tá dược. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đề xuất mức tiêu thụ hàng ngày an toàn của Xanthan Gum là tối đa 10 mg/kg trọng lượng cơ thể. Trong các nghiên cứu trên động vật, không có kích ứng da hoặc mắt được quan sát thấy trên thỏ, và chuột lang cũng không bị dị ứng da sau khi tiếp xúc trực tiếp.

Thời gian bảo quản: Xanthan Gum là tá dược ổn định, có thời hạn sử dụng từ 24-36 tháng nếu được bảo quản đúng cách.

Điều kiện lưu trữ: Vật liệu nên được bảo quản trong hộp kín, ở nơi khô ráo, thoáng mát.

Tương thích hóa học

Xanthan Gum tương thích với hầu hết các chất tăng độ nhớt tự nhiên và tổng hợp, các axit khoáng và muối vô cơ (nồng độ lên đến 30%).

Khả năng hòa tan trong các dung môi hữu cơ tan trong nước như acetone, methanol, ethanol hoặc isopropanol ở nồng độ <60%.

Tuy nhiên, Xanthan Gum có tính anion, dẫn đến tương tác không tốt với chất hoạt động bề mặt cation, polymer cation, hoặc chất bảo quản, có thể gây ra kết tủa. Tương tự, chất hoạt động bề mặt anion hoặc lưỡng tính ở nồng độ >15% w/v cũng có thể gây kết tủa.

Khi kết hợp với polymer ete cellulose, nên sử dụng Xanthan Gum không chứa enzym cellulase để tránh phân hủy polymer cellulose.

Nghiên cứu mới trong y học về Xanthan Gum

Hội đồng Phụ gia Thực phẩm và Nguồn dinh dưỡng bổ sung vào Thực phẩm (ANS) đã tiến hành đánh giá khoa học về tính an toàn của Xanthan Gum (E 415) khi sử dụng làm phụ gia thực phẩm, theo Quy định của Ủy ban châu Âu (EU) số 257/2010. Kết quả đánh giá được dựa trên dữ liệu về phơi nhiễm và độc tính có sẵn.

Mức phơi nhiễm tinh chỉnh:

• Trẻ em trong dân số nói chung: 64 mg/kg trọng lượng cơ thể/ngày.
• Trẻ em tiêu thụ thực phẩm bổ sung ở mức cao: 38 mg/kg trọng lượng cơ thể/ngày.
• Trẻ sơ sinh tiêu thụ thực phẩm y tế đặc biệt (FSMP): 115 mg/kg trọng lượng cơ thể/ngày.
• Khả năng hấp thụ và chuyển hóa: Xanthan Gum không có khả năng hấp thụ nguyên vẹn qua đường tiêu hóa và được dự đoán sẽ bị lên men bởi hệ vi khuẩn đường ruột.

Kết quả nghiên cứu độc tính:

• Nghiên cứu dài hạn: Không ghi nhận tác dụng phụ ngay cả ở liều cao nhất được thử nghiệm trong các nghiên cứu mãn tính và gây ung thư. Không có dấu hiệu đáng lo liên quan đến độc tính di truyền.
• Nghiên cứu trên người trưởng thành: Khi tiêu thụ Xanthan Gum với liều 214 mg/kg trọng lượng cơ thể/ngày trong 10 ngày, đa số dung nạp tốt, dù một số trường hợp ghi nhận tình trạng khó chịu ở bụng. Đây là hiện tượng không mong muốn nhưng không được coi là tác dụng phụ nghiêm trọng.

Kết luận về an toàn:

• Hội đồng ANS xác định rằng không cần thiết phải thiết lập giá trị ADI (lượng tiêu thụ hàng ngày chấp nhận được) cho Xanthan Gum (E 415).
• Không có mối quan ngại nào về an toàn khi Xanthan Gum được sử dụng làm phụ gia thực phẩm trong mức phơi nhiễm tinh chỉnh đã báo cáo.
• Đối với trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ tiêu thụ FSMP, các nghiên cứu lâm sàng và giám sát sau khi đưa ra thị trường cho thấy không có rủi ro an toàn nào khi Xanthan Gum được sử dụng ở nồng độ do ngành công nghiệp thực phẩm cung cấp.

Giới hạn áp dụng: Đánh giá hiện tại không áp dụng cho trẻ sơ sinh dưới 12 tuần tuổi, do dữ liệu chưa đủ để đưa ra kết luận cụ thể cho nhóm đối tượng này.

Kết luận: Xanthan Gum (E 415) được xác nhận là an toàn để sử dụng trong thực phẩm và FSMP khi tuân thủ các giới hạn về nồng độ và phơi nhiễm đã được báo cáo. Hội đồng ANS không phát hiện bất kỳ mối đe dọa nào đối với sức khỏe con người trong dân số nói chung.

Tài liệu tham khảo

1. Xanthan gum, PubChem. Truy cập ngày 27/12/2024.
2. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (2017) Re-evaluation of xanthan gum (E 415) as a food additive, Pubmed. Truy cập ngày 27/12/2024.