Физические свойства

Очищенный ксантан – порошкообразный полимер белого, бежевого и желтого цвета. Насыпная плотность порошка ксантана 0.6 – 0.9 кг/м³.

Ксантан – сравнительно высокомолекулярный полисахарид. Молекулярную массу ксантана можно регулировать в процессе микробиологического получения, изменяя условия жизнедеятельности микроорганизмов.

Ксантан растворяется в холодной и горячей воде. Водородный показатель водных растворов полимера концентрацииС= 0.1 - 1 мас.% варьирует в пределах рН = 5.0 - 8.0. Ксантан растворяется также в водных растворах некоторых органических и минеральных кислот. Осаждается из растворов 80%-ным этиловым спиртом и изопропанолом.

Ксантан относится к классу природных анионных полиэлектролитов. Наличие карбоксильных и пируватных кислотных групп обеспечивает молекулам ксантана высокий отрицательный заряд (см. рис.1). В коммерческих препаратах ксантана, предназначенных для пищевых целей, кислотные группы нейтрализуют с образованием калиевых, кальциевых и натриевых солей.

Водные растворы ксантана, начиная с С= 0.1 мас.%, обладают высокой вязкостью () даже при сравнительно небольшихнапряжениях сдвига (рис.5).Высокие величины сохраняются в диапазоне рН =2-12. В присутствии 5 - 20% солей NaCl, KCl, CaCl₂или MgCl₂вязкость водных растворов ксантанаС= 0.5 - 1 мас.% возрастает на ~10 - 20%, что отчетливо видно из сравнения кривых1и2приТ= 20 - 30С на рис.5. Водные растворы ксантана обладают тиксотропными свойствами: при увеличении напряжения или скорости сдвига вязкость резко понижается, после снятия режима принудительного деформирования начальная  восстанавливается почти мгновенно.

Рис.5.Зависимость вязкости 0.5%-ного водного раствора кстантана от температуры: деионизированный раствор (1), раствор содержащий 0.5% KCl (2).

При концентрации ксантана С1.0 мас.% полисахарид формирует в водном растворе термообратимый гель. Двухвалентные соли образуют гели при рН > 10. В присутствии трехвалентных солей алюминия, железа, хрома гель в водном растворе может образовываться начиная сС= 0.15 - 0.25 мас.%. Предел текучести геля сС= 1.0 мас.% составляет 20 Па.

Гелеобразование в водном растворе ксантана протекает в две стадии (рис.6). Сначала осуществляется конформационный переход «клубок–спираль» и формирование участков с двойной спиралью (рис.6, переход 1), а затем параллельная укладка последних с образованием трехмерной пространственной сетки (рис.6, переход2).

Рис.6.Схематическое представление механизма гелеобразования в водном растворе ксантана.

Ниже 35 - 75С (в зависимости от образца ксантана, концентрации полимера в системе, природы растворяющей жидкости, типа присутствующих в растворе ионов и др.) реологические свойства гелей ксантана слабо зависят от температуры. При более высоких температурах вязкость сначала возрастает, а затем снижается (см. рис.5, кривая2), что связано с конформационными перестройками в структуре геля. Возрастание вязкости обусловлено уплотнением трехмерной сетки геля, снижение – разрушением сетки и вытягиванием двойных спиралей. Следует отметить, что данные конформационные переходы обратимы и при понижении температуры вязкости вновь возрастает.

Ксантан – термоустойчивый полимер. Структурная организация макромолекул ксантана практически не изменяется в диапазоне –18-+120ºС. Гели ксантана устойчивы к циклам замораживание–размораживание.