Xanthan

INCI: Xanthan Gum

Xanthane sind anionische Hydrokolloide und werden fermentativ von natürlichen Mikroorganismen (Xanthamonas campestris) auf der Basis zuckerhaltiger Substrate erstellt, mit Alkohol gereinigt, getrocknet und gemahlen. Bestandteile sind u. a. D-Glucose, Mannose und D-Glucuronsäure; sie gehören zu den langkettigen Polysacchariden. Wir kaufen Xanthan als weißliches Pulver mit schwachem, charakteristischen Geruch. Auf dem Markt befinden sich verschiedene Qualitäten, die sich im Quellungsvermögen, in der Partikelgröße sowie in Rheologie (dem Fließverhalten) und Optik der erzeugten Gele unterscheiden. November 2014 erfragte ich vom Hersteller ein Muster eines neuartiges, COSMOS-, ECOCERT- und NaTrue-konformen kosmetischen Xanthans, das bereits in meinen ersten Tests überzeugende Eigenschaften zeigte. Es löst sich schneller als das bisher verfügbare, als »Xanthan transparent« angebotene Produkt und muss nicht mehr zwingend in Glycerol oder Ethanol angerieben werden: Cosphaderm® X 34. In diesem Beitrag fasse ich neben Aussagen zu Cosphaderm® X 34 auch Hinweise zu anderen Xanthanen zusammen.

Wirkung und kosmetischer Einsatz

In der Praxis bewähren sich Xanthane als Gelbildner, als Stabilisator für heiß- und kaltgerührte Emulsionen mit anderen Emulgatoren und als hautfreundliche Verdicker für Shampoos und Duschgele. Sie sind unverzichtbar, wenn es darum geht, stabile Emulsionen mit hohem Wasseranteil zu erzeugen. O/W-Emulsionen erhalten durch eine geringe Zugabe an Xanthan eine gute Gefrierstabilität, da der Gelbildner die Bildung von Eiskristallen mindert.

Neben emulsionsstabilisierenden Eigenschaften weisen Xanthane, wie alle auf zuckerähnliche Strukturen aufgebaute Konsistenzgeber, eine feuchtigkeitsbindende und durch ihre filmbildenden Eigenschaften eine den transepidermalen Wasserverlust vermindernde Wirkung auf; Dr. Hans Lautenschläger empfiehlt daher bei trocken-kalter Witterung eine Kombination von Xanthan mit feuchtigkeitsbindenden Substanzen wie Harnstoff, Glycerin und Salzen (auch mit vergleichbaren Polysacchariden, wie z. B. Hyaluronsäure).

Positiv hervorzuheben ist die Möglichkeit, die Einsatzkonzentration von Emulgatoren durch einen geringen Zusatz an Gelbildnern zu »drücken«. Irritative Wirkungen durch kosmetisch verwendetes Xanthan sind im Gegensatz zu klassischen Emulgatoren auf Grund des hohen Molekulargewichts ausgeschlossen, da es nicht in die Hornschicht penetriert.

Interessant ist, dass Xanthane in Beimischungen von 5–10 % zu anderen Gelbildnern wie Konjac® Mannan, Hyaluronsäure oder Hydroxyethylcellulose synergetisch wirken und die Stabilität der Gele deutlich erhöhen; auch ist in Kombination weniger Gelbildner insgesamt notwendig.

Mit Xanthanen verdickte Emulsionen sind im Ruhezustand stabil und werden bei Bewegung (Schütteln) und hohen Scherkräften niedrigviskoser. Emulsionen mit diesem Fließverhalten bezeichnet man als thixotrop. Auch höhere Temperaturen haben einen verringernden Einfluss auf die Viskosität, die mit Abkühlung des Endprodukts wieder ansteigt.

Verarbeitung

Xanthane sind sowohl in kaltem als warmem Wasser sehr gut löslich und weisen eine hohe Gefrier-, Tau- sowie Temperaturstabilität auf. Sie können bis ca. 80 °C erhitzt werden, ohne ihre Eigenschaften einzubüßen. Daneben sind Xanthane alkohol- und salzkompatibel sowie pH-Wert-resistent.

Je nach Endprodukt und vorhandenem Equipment bieten sich verschiedene Verfahren an, Xanthan Gum zu verarbeiten. Grundsätzlich benötigen Xanthane eine gewisse Zeit, um vollständig zu hydratisieren, das bedeutet Wassermoleküle zu binden und ein Gelnetzwerk auszubilden. Die Hydratation beginnt sofort bei Wasserkontakt und führt schnell zu unerwünschten Agglomeraten („»Klümpchen«), die verhindern, dass innen liegende, noch nicht hydratisierte Partikel ein Gel bilden können. Daher ist es hilfreich, Xanthan vor Wasserkontakt in einem Medium zu verrühren, das die Partikel besser »trennt« und diese sofortige Quellung verzögert. Bewährt hat sich das Anreiben des Xanthans mit 96 Vol.-% Ethanol, Glycolen (Pentylenglycol, Propanediol) oder reinem Glycerin. Auch ein Mischen mit anderen pulverförmigen Partikeln, soweit in der Formulierung vorhanden, kann erfolgreich sein. Die Mischung wird dann unter Rühren der kalten oder heißen Wasserphase hinzugefügt.

Eine weitere Möglichkeit ist das Verreiben mit Öl, bevor der Wasserkontakt erfolgt. Der Hydratationsprozess wird dadurch leicht verzögert, da er erst beginnen kann, wenn das Öl von der Partikeloberfläche gespült worden ist.

In beiden Fällen sollten sie vermeiden, Luft einzurühren, da sich die Bläschen schlecht auflösen. Optimal wird der Rühraufsatz ganz ins Medium eingetaucht. Bewährt hat sich, Xanthangele zu Beginn intensiv zu dispergieren, anschließend ca. 10 Minuten hydratisieren zu lassen und anschließend noch einmal mit hohen Scherkräften abzuschließen. Ergebnis ist ein klares, homogenes Gel mit hoher Schertoleranz und optimaler Viskosität.