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La gomme xanthane est un polysaccharide produit par la fermentation de sucre sous l'action d'une bactérie. Elle se différencie en cela des autres gommes, extraites de composés végétaux ou d'algues. La gomme xanthane, ou E415, est un additif présent dans beaucoup d'aliments industriels dans lesquels il sert d'épaississant.
Elle est réputée non toxique, et est approuvée dans l'industrie agro-alimentaire depuis 1969 aux USA et 1974 dans la CEE, sous le numéro E415. La Gomme Xanthane a été découverte par Allene Rosalind Jeanes et son équipe de recherche du Département de l'Agriculture des États-Unis dans les années 1960.
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 %.
Elle est utilisée en cuisine comme épaississant et liant. La gomme xanthane est très employée dans les sauces allégées en matières grasses qu’elle stabilise et rend « grasses », elle peut remplacer l’œuf dans les sauces émulsionnées. Elle empêche aussi les cristaux de glace de se former dans les glaces maisons et les rend plus souples.
La gomme xanthane est soluble à froid comme à chaud. Il n’est pas nécessaire de la chauffer. Quand la préparation a reposé, on peut la chauffer à environ 50°C sans que la gomme ne perde ses propriétés. Cet épaississant naturel se dissout dans des milieux alcooliques.
La consommation de préparations à base de gomme xanthane n’est pas conseillée pour les nourrissons et les enfants en bas âges.
Hétéropolysaccharide de très haute masse moléculaire, la structure primaire de la gomme xanthane est une chaîne principale de cellulose, c’est-à-dire un enchaînement de monomères β-D-glucose liés entre eux 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.
Structure chimique de la gomme xanthane
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. 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 !
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 (non assimilable par le système digestif humain), du fait que sa chaîne principale est une cellulose. Ainsi, sa valeur énergétique potentielle 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.
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, 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, halal et casher.
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.
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.
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). Le milieu de fermentation comprend essentiellement :
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.
Infographie sur la gomme xanthane
Comme pour les autres gommes, des inconforts gastro-intestinaux peuvent être occasionnés par une consommation importante ou en combinaison avec d'autres gommes (ballonnements, flatulences, effet laxatif). La consommation de gomme xanthane n’entraîne aucun changement visible.
Selon une étude sur 18 volontaires sains à 15 g./jr., la gomme xanthane a montré un effet laxatif très efficace. La gomme xanthane (E)415 est listée comme agent de texture et agent moussant au standard international du Codex alimentarius ; elle peut être, selon ses critères, ajoutée à une large gamme d'aliments sans limite de dosage autre que celle estimée nécessaire par le producteur.
Elle est considérée comme non dangereux pour la santé car il n'est pas métabolisé par le corps humain. Pourtant, une étude récente parue dans Nature Microbiology indique que la gomme xanthane a un effet, non pas sur nos cellules, mais sur les bactéries de notre microbiote intestinal.
Confronté massivement à l'additif depuis un demi-siècle, notre microbiote intestinal s'est adapté. Certaines bactéries auraient muté et deux d'entre elles seraient en réalité associées pour dégrader la gomme xanthane assurent des scientifiques (Nature Microbiology, mars 2022). L'une la décomposerait en ses monosaccharides constitutifs (des glucides simples) avant que l'autre, par fermentation, ne les transforme en acides gras à chaîne courte. Or ces derniers, eux, sont bel et bien assimilés par l'organisme et synonymes de calories « invisibles », jusqu'à présent non comptabilisées, avec potentiellement à la clef une prise de poids.
Cette étude montre que la consommation d’un additif introduit relativement récemment dans l’alimentation a pu influencer le microbiote intestinal humain. L’influence se fait en créant de nouvelles voies métaboliques soutenues par deux types de bactéries. Le phénomène ne concerne que les populations occidentales. Dans cette zone, les aliments transformés et les additifs constituent une part importante du régime alimentaire.
Le problème est qu’en digérant la gomme xanthane, les bactéries la décompose en différents monosaccharides qui la constituent, et ces derniers sont ensuite fermentés pour produire des acides gras à chaîne courte pouvant être assimilés par l’organisme. Or, les acides gras à chaîne courte (aussi appelés acides gras volatils) sont connus pour fournir jusqu’à 10% de l’apport calorique et favorisent le stockage des graisses. Par conséquent, la consommation de gomme xanthane pourrait augmenter davantage l’apport calorique des individus.
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.
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