La gomme xanthane est connue du grand public comme additif alimentaire présent dans de très nombreuses préparations culinaires industrielles, pour ses propriétés épaississantes, stabilisantes et d’amélioration de la texture. Elle a aussi beaucoup d’autres applications.

C’est un polysaccharide, biopolymère synthétisé naturellement par la bactérie Xanthomonas campestris, non pathogène pour l'homme. Cette bactérie est responsable de maladies pour certains végétaux, comme le chou : la substance qu'elle synthétise obture les pores des feuilles. L’étude des propriétés remarquables de cette substance a conduit à produire la gomme xanthane, utilisée depuis 1960.

Structure chimique

Hétéropolysaccharide⁽ⁱ⁾ de très haute masse moléculaire⁽ⁱⁱ⁾, la structure primaire de la gomme xanthane est une chaîne principale de cellulose⁽ⁱⁱⁱ⁾, c’est-à-dire un enchaînement de monomères β-D-glucose liés entre eux^(iv) et présentant tous les 2 glucoses, un branchement latéral de 3 sucres comme le montre la figure 1. Ce branchement est chargé négativement. Les contre-ions de cette chaîne anionique sont essentiellement Na⁺, K⁺, Ca²⁺. La masse d'une unité de répétition est Mw = 982 g.mol^-1.

Propriétés physico-chimiques

La gomme xanthane est soluble dans l’eau à froid (dès 10 à 20˚C), insoluble dans les solvants organiques et supporte les hautes températures (80-100°C). La gomme présente des groupements hydroxyles et des charges négatives qui facilitent l’interaction soluté-eau. De plus, les ramifications écartent les chaînes principales, ce qui facilite l’hydratation.

La viscosité de la gomme xanthane en solution aqueuse relève de la rhéologie^(v). Ses propriétés sont celles d’un fluide thixotrope : au-dessous d’une certaine contrainte de cisaillement, les bâtonnets rigides de gomme sont stabilisés par des interactions faibles, ils ne peuvent s'agiter et le liquide devient visqueux ; cette viscosité des solutions de gomme diminue avec des taux de cisaillement élevés (si on secoue, mélange, mastique...). Lorsque les forces de cisaillement sont supprimées, le mélange s'épaissit à nouveau. Par exemple, dans la vinaigrette, l'ajout de gomme xanthane la rend suffisamment épaisse pour qu'elle reste homogène au repos dans la bouteille. Mais les forces de cisaillement créées en secouant et en versant la fluidifient, permettant de la verser aisément. Au sortir de la bouteille, les forces de cisaillement sont supprimées, et le mélange s'épaissit et adhère aux feuilles de salade !

Propriétés biologiques

La gomme résiste à la dégradation par la plupart des enzymes : les liaisons β (1->4) de la cellulose sont déjà résistantes et les chaînes latérales les rendent plus difficiles d'accès.

Elle est très peu digestible^(vi) (non assimilable par le système digestif humain), du fait que sa chaîne principale est une cellulose. Ainsi, sa valeur énergétique potentielle^(vii) est de 16 720 kJ/kg (4 000 kcal/kg) mais sa valeur réelle n’est que de 2 500 kJ/kg (600 kcal/kg).

La gomme n'a pas de goût et n'altère pas les propriétés organoleptiques des milieux où on l'introduit. Elle est réputée non toxique, est approuvée dans l'industrie agro-alimentaire depuis 1969 aux USA et 1974 dans la CEE, sous le numéro E415 [1][2].

Applications

Contrairement à certains polysaccharides végétaux (guar et caroube surtout) qui varient selon l'origine et la période de récolte, le procédé industriel d’obtention de la gomme xanthane est bien maîtrisé et les qualités du produit sont constantes. Par ailleurs, si on veut obtenir des variations de propriétés du produit recherché, il est plus facile de modifier une souche bactérienne qu'une plante.

Suivant les pays, elle est autorisée dans différentes applications à des doses allant généralement de 0,1 à 1 % (en masse) et autorisée sans restriction dans les applications cosmétiques.

Sur le marché alimentaire [1][3], on la trouve pour ses propriétés épaississantes, gélifiantes et stabilisatrices, dans des préparations de sauces, vinaigrettes industrielles, soupes instantanées, desserts lactés, produits surgelés, viennoiseries… Elle stabilise les composés en suspension comme les morceaux de fruits, les mousses, les crèmes et yaourts. Elle permet également la suspension de particules d’épices et d’exhausteurs de goût. Cela permet de compenser certains ingrédients trop chers, difficiles à mettre en œuvre, détruits lors des opérations ou efficaces mais trop caloriques, comme les graisses, ou les sucres ou l'amidon. Sa non-digestibilité est un avantage.

Elle peut aussi être employée comme substitut du gluten. Elle est compatible avec les régimes végétaliens, végétariens^(viii), halal et casher^(ix) .

Dans l’industrie pharmaceutique, elle est utilisée comme agent épaississant et comme ingrédient dans les formulations protectrices. Elle est également employée pour retarder la libération de la substance active du comprimé. Elle est utilisée pour la nutrition des personnes dysphagiques, avec des eaux épaissies. En outre, elle permet de créer de la salive artificielle, pour traiter les personnes souffrant du syndrome de Sjögren^(x).

Dans l’industrie cosmétique, la gomme xanthane est utilisée comme stabilisateur, émulsifiant, épaississant et gélifiant dans les dentifrices, les gels, les shampoings, les crèmes et les lotions. Elle améliore la viscosité et aide à maintenir la consistance des produits. Dans les crèmes elle joue aussi un rôle d’hydratant en formant un film à la surface de la peau qui limite l'évaporation de l'eau et la déshydratation.

Dans l’industrie du pétrole et du gaz, elle a une utilisation importante en grandes quantités, comme fluide de forage pour maximiser la récupération du pétrole.

Autres usages : elle est utilisée comme ingrédient dans les peintures, les teintures textiles, les fongicides, les engrais, les détergents et les adhésifs. Dans le BTP, elle facilite le mélange et la projection des ciments et mortiers.

Production

La production industrielle de gomme xanthane se fait dans de gros fermenteurs (jusqu’à plusieurs centaines de mètres cubes) puissamment agités. Le procédé est le plus souvent discontinu (batch)(1). Le milieu de fermentation comprend essentiellement :

• une source de carbone : amidon, sucres, mélasse ;
• une source azotée : soja, ammoniaque ;
• l’oxygène de l’air ;
• des enzymes.

Les bactéries produisent le polymère pour se protéger lorsqu'elles sont en condition de stress ; il faut donc choisir des conditions favorables à la croissance bactérienne pour qu'elles soient stressées ! mais pas trop. Au cours de la fermentation qui peut durer plusieurs dizaines d’heures le milieu devient visqueux ce qui pose des problèmes délicats d’agitation et de refroidissement du fermenteur. Température et pH sont des paramètres importants. Le moussage est parfois difficile à contrôler. La stérilisation de l’équipement est clé de la réussite.

En fin de fermentation, le moût est stérilisé à haute température pour tuer les microorganismes et dénaturer les enzymes présentes. La gomme est alors précipitée à l'isopropanol qui sera recyclé. La partie du procédé qui suit la fermentation appelé DSP (Down Stream Processing) est complexe ; elle met en jeu les opérations unitaires de filtration, séchage, broyage, tamisage parfois granulation. Le procédé utilise de grandes quantités d’eau qu’il faut traiter. On obtient in fine une poudre jaune pâle ou blanche qui peut se conserver plusieurs années.

La production mondiale dépasse les 30 000 tonnes /an (1). C’est le polysaccharide microbien, c’est-à-dire biosynthétisé naturellement par une bactérie, le plus vendu.
Le marché de la gomme Xanthane devrait passer de 754,8 millions USD (environ 700 millions d'euros) en 2024 à 996,3 millions USD en 2029 (environ 900 millions d'euros), avec un taux de croissance annuel de 5,71 % [3].

En conclusion, la gomme xanthane a un bel avenir, facilite les opérations culinaires et fournit des produits dont la conservation est excellente. Elle n'est pas toxique et est hypocalorique puisque non digérée.

Cependant, en cas de consommation importante et fréquente, bien que non assimilée par l'homme, elle pourrait être impliquée dans la prise de poids. Son usage depuis un demi-siècle a amené pour certaines personnes le microbiote intestinal à s'adapter, certaines bactéries auraient muté, et deux d'entre elles seraient associées pour dégrader la gomme xanthane [5] : l'une la décomposerait en ses monosaccharides, que l'autre transformerait en acides gras qui, eux, sont bien assimilés par l’organisme ! Cela prouve que nous devons ne pas abuser des produits multi-transformés et varier notre alimentation pour éviter de donner l'occasion à notre microbiote de nous jouer des tours...

Nicole Moreau et l’équipe Zoom sur…

(i) Le préfixe hétéro indique qu'il y a divers sucres dans le polymère. Sinon, on dirait homopolysaccharide
(ii) Sa masse moléculaire est de 1,5 x 10⁶ à 5 x 10⁶ Dalton soit par mole de 1500 à 5000 g mol^-1.
(iii) La chaine principale présente un enchainement d’environ 10 000 à 20 000 oses [4].
(iv) Les monomères β-D-glucose sont liés entre eux par liaison O-glycosidique (1->4). Cette chaîne porte tous les 2 glucoses un branchement latéral triosidique. Ce branchement est constitué d’un α-D-mannose lié à la chaîne principale par liaison osidique (1->3), d’un acide β-D-glucuronique lié au 1er mannose par liaison osidique (1->2) et d’un β-D-mannose lié à l’acide glucuronique par liaison osidique (1->4). Le 1^er mannose est le plus souvent acétylé en position 6 et le 2^e mannose peut être pyruvylé par liaison cétalique en positions 4 et 6.
(v) La rhéologie est l'étude de la déformation et de l'écoulement de la matière sous l'effet d'une contrainte appliquée.
(vi) C’est à dire qu’elle n’est pas digérée et donc éliminée à l'extérieur de l'organisme par le gros intestin.
(vii) C'est l'énergie stockée dans les liaisons chimiques d'une substance.
(viii) Elle remplace la gélatine ou les œufs.
(ix) En effet la gomme xanthane peut être utilisée comme substitut du collagène, qui lui, provient de la peau et des os des bœufs et des porcs.
(x) Sécrétion salivaire insuffisante
 

Références

[1] Gomme xanthane : agent viscosant et stabilisant, J.-L. Simon, Procédés chimie-bio-agro | Agroalimentaire, Techniques de l’Ingénieur (2001)
(2) [2] Gomme xanthane, sur le site Ataman Chemicals
[3] [3] Rapport mondial : Aperçu du marché de la Gomme de Xanthan 2025, sur le site de Foodcom Experts
[4] [4]Des additifs pour texturer des aliments, M. Desprairies, La chimie et l’alimentation (EDP Sciences, 2010) p. 83 - 99
[5] [5]Mechanistic insights into consumption of the food additive xanthan gum by the human gut microbiota, M. P. Ostrowski, Nature Microbiology 7(4):556-56, sur le site de PubMed/National Library of Medecine

Crédit illustration : AB-7272 / Adobe Stock

Pour faire suite à la vidéo sur la chimie du chocolat, découvrons maintenant les ressorts de la mousse au chocolat. Au fur et à mesure de la réalisation en direct de la mousse au chocolat, vous sont expliqués le choix des ingrédients, leurs rôles et les interactions qui vont être mises en jeu entre eux pour obtenir une mousse gouteuse, ferme et stable.

La vidéo se présente en plusieurs parties

• 0:00  Introduction et Ingrédients de la recette
• 1:30  Fusion du chocolat et rôle d’un ajout éventuel de beurre
• 6:20  Séparations des blancs et des jaunes des œufs et rôles de chacun d’eux.
• 9:50  Ppourquoi les protéines du blanc d’œuf stabilisent la mousse et éventuel ajout d’un peu d’eau 
• 13:30 Évolutions de la recette avec ajouts de jaune d’œuf et de sucre, et pourquoi.
• 15:50 Mélange 
• 16:50 Dégustations, impressions, conclusion