食品增稠劑：瓜爾豆膠

瓜爾豆膠是目前國際上最為廉價(jià)而又廣泛應(yīng)用的親水膠體之一，來源于印度和巴基斯坦等地干旱和半干旱地區(qū)廣泛栽培的一年生草本抗旱農(nóng)作物Cyamopsistetragonolobus，自1993年瓜爾豆膠打入中國市場以來，由于其優(yōu)良的特性和較低廉的價(jià)格，使得近年來瓜爾豆膠正逐漸地成為中國食品工業(yè)中用量最大的增稠劑之一。

1．瓜爾豆膠的結(jié)構(gòu)組成

瓜爾豆膠中有功能作用的多糖是瓜爾糖（Guaran），其主鍵為（1→4）－β－D－甘露糖單位，側(cè)鍵則由單個(gè)的α－D－半乳糖以（1→6）鍵與主鍵相連接。平均在主鍵上每兩個(gè)甘露糖單位中有一個(gè)半乳糖單位在C－6位與之相聯(lián)，甘露糖對(duì)半乳糖之比為1．8∶1（約為2∶1），與其說在每兩個(gè)甘露糖單位中的第二個(gè)上有規(guī)律分布有一個(gè)半乳糖側(cè)鍵基團(tuán)，倒不如說半乳糖的分布是隨意無規(guī)則的，因?yàn)樵谄渲麈I的有一些區(qū)段上并沒有半乳糖，而在另一些部分則是高取代區(qū)，尤其在離子強(qiáng)度很低的情況下，這種均勻無分支的區(qū)段被認(rèn)為能與黃原膠形成聚合物，結(jié)果產(chǎn)生弱的黏度增效作用。與大多數(shù)高分子量聚合物一樣，瓜爾豆膠及其衍生物呈假塑性的流變性。但是，它們的假塑度沒有像黃原膠那樣大，而這兩種聚合物結(jié)合起來，就會(huì)有助于乳制品之類產(chǎn)品的穩(wěn)定。

2．瓜爾豆膠的特性

瓜爾豆膠來源于廣泛栽培的一年生草本抗旱農(nóng)作物Cyamopsistetragonolobus，這種豆科植物主要生長在印度和巴基斯坦等地的干旱和半干旱地區(qū)，瓜爾豆一般含14％～17％的豆殼，35％～42％的胚乳和43％～47％的胚芽。瓜爾豆膠系由瓜爾豆的種子去皮去胚芽后的胚乳部分經(jīng)清理、干燥粉碎后加水、再進(jìn)行加壓水解后用20％乙醇沉淀，離心分離后干燥、粉碎而得。商品膠一般為白色至淺黃褐色自由流動(dòng)的粉末，接近無嗅，也無其他任何異味，一般含75％～85％的多糖，5％～6％的蛋白質(zhì)，2％～3％的纖維及1％的灰分。瓜爾豆膠是極為良好的增稠劑，根據(jù)其粒度和粘度可分為不同的等級(jí)。

瓜爾豆膠是中性多糖，分子量約20～30萬，在冷水中就能充分水化（一般需要兩小時(shí)），能分散在熱或冷的水中形成黏稠液，1％水溶液黏度在4～5Pa．s之間，具體黏度取決于粒度、制備條件及溫度，為天然膠中黏度最高者。分散于冷水中約2小時(shí)后呈現(xiàn)很強(qiáng)黏度，以后黏度逐漸增大，24小時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，黏稠力為淀粉糊的5～8倍。加熱則迅速達(dá)到最高黏度，膠溶液的黏度隨膠粉粒度直徑的減小而增加；水化速率則隨溫度的上升而加快，如果經(jīng)85℃制備，10分鐘即可充分水化達(dá)到最大黏度，但長時(shí)間高溫處理將導(dǎo)致瓜爾豆膠本身降解，使黏度下降。瓜爾豆膠溶液pH在8～9時(shí)可達(dá)最快水化速度，然而大于10或小于4則水化速度很慢。因此，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)等瓜爾豆膠充分水化后再調(diào)節(jié)溶液pH值。同樣，溶液中有蔗糖等其他強(qiáng)需水劑存在時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致瓜爾豆膠的水化速率下降，實(shí)際應(yīng)用中，也應(yīng)等瓜爾豆膠充分水化后再添加蔗糖。一般而言，0．5％以上的瓜爾豆膠溶液已呈非牛頓流體的假塑性流體特性，具有攪稀作用。瓜爾豆膠的水溶液為中性，pH變化在3．5～10范圍內(nèi)對(duì)膠溶液的性狀影響不很明顯，一般在pH6．0～3．5范圍內(nèi)隨pH降低，黏度也有所降低，pH3．5以下黏度又增大，在pH6～8范圍內(nèi)，其溶液黏度可達(dá)到最大值，pH10以上則迅速降低。

瓜爾豆膠是一種溶脹高聚物，對(duì)它來說，水是惟一的通用溶劑，不過也能以有限的溶解度溶解于與水混溶的溶劑中，如乙醇液中，此外瓜爾豆膠具有良好的無機(jī)鹽類兼容性能，耐受一價(jià)金屬鹽，如食鹽等的濃度可高達(dá)60％；但高價(jià)金屬離子的存在可使溶解度下降。在控制溶液pH的條件下，瓜爾豆膠能與交聯(lián)劑，如硼酸鹽、金屬離子等反應(yīng)可生成稍帶彈性的黏質(zhì)，瓜爾豆膠還能形成一定強(qiáng)度的水溶性薄膜。與其他多糖類物質(zhì)一樣，瓜爾豆膠及其衍生物在pH3或以下的酸性溶液中會(huì)導(dǎo)致降解，被水解的是糖苷鍵，結(jié)果黏度急速喪失。在輕度偏堿的pH下，鏈段還原末端β－位的切斷反應(yīng)，使鏈緩慢縮短，這一過程比酸水解要慢。瓜爾豆膠加熱至很高溫度時(shí)可導(dǎo)致熱降解，瓜爾豆膠溶液加熱至80～95℃并持續(xù)一定時(shí)間，就可喪失黏度。

瓜爾豆膠是直鏈大分子，鏈上的羥基可與某些親水膠體及淀粉形成氫鍵，瓜爾豆膠與小麥淀粉共煮可達(dá)更高的黏度，瓜爾豆膠能與某些線型多糖，如黃原膠、瓊脂糖和κ－型卡拉膠相互作用而形成復(fù)合體，瓜爾豆膠與黃原膠有一定程度的協(xié)同作用，但與卡拉膠則無協(xié)同效應(yīng)。這種相互作用比之槐豆膠則相對(duì)較弱。在低離子強(qiáng)度下，與陰離子聚合物和陰離子表面活性劑配合后有增強(qiáng)黏度的協(xié)同作用。這些陰離子化合物被吸附在中性聚合物上，并因此而擴(kuò)大了瓜爾豆膠的分子。這是在所吸附的帶陰離子的功能基團(tuán)之間發(fā)生相互排斥作用的結(jié)果。如加入電解質(zhì)，導(dǎo)入相反的離子從而中和了陰離子電荷，并因而破壞了協(xié)同作用。

3．瓜爾豆膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用

瓜爾豆膠與大量水的結(jié)合能力，使它在食品工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。在食品工業(yè)上瓜爾豆膠主要用作增稠劑、持水劑，通常單獨(dú)或與其他食用膠復(fù)配使用；用于色拉醬、肉汁中起增稠作用，用于冰淇淋中使產(chǎn)品融化緩慢，面制品中增進(jìn)口感，方便面里防止吸油過多，烘焙制品中延長老化時(shí)間，肉制品內(nèi)作粘合劑，也用于奶酪中增加涂布性等。在幾種常見食品中的具體應(yīng)用如下。

冰淇淋：少量瓜爾豆膠不能明顯地影響這種混合物物在制造時(shí)的黏度，但能賦予產(chǎn)品滑溜和糯性的口感。另外一個(gè)好處是使產(chǎn)品緩慢熔化，并提高產(chǎn)品抗驟熱的性能。用瓜爾豆膠穩(wěn)定的冰淇淋可以避免由于冰晶生成而引起顆粒的存在。

罐頭食品：這類產(chǎn)品的特征是盡可能不含流動(dòng)態(tài)的水，瓜爾豆膠則可用于稠化產(chǎn)品中的水分，并使肉菜固體部分表面包一層稠厚的肉汁。特殊的、緩慢溶脹的瓜爾豆膠有時(shí)還可以用于限制裝罐時(shí)的黏度。

奶酪：在軟奶酪加工中瓜爾豆膠能控制產(chǎn)品的稠度和擴(kuò)散性質(zhì)。由于膠能結(jié)合水的特性，使更滑膩和更均勻的涂敷奶酪有可能帶更多的水。

調(diào)味汁和色拉調(diào)味品：在調(diào)味汁和色拉調(diào)味品中，利用了瓜爾豆膠在低濃度下產(chǎn)生高黏度這一基本性質(zhì)，使得這些產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和流變等感官品質(zhì)更加優(yōu)質(zhì)。

由于瓜爾豆膠來源穩(wěn)定，價(jià)格低廉，商品化的瓜爾豆膠衍生物也早已問世。化學(xué)改性可使瓜爾豆膠改變?cè)谌軇┲械姆稚顩r，黏度、水化速率、溶液透明度等特性，產(chǎn)品有離子型的羧甲基瓜爾膠鈉（CMG）和非離子型的羥丙基瓜爾膠（HPG）等。

瓜爾豆膠在食品生產(chǎn)加工領(lǐng)域被廣泛使用，其市場相當(dāng)廣闊。目前，我國年需增稠劑4萬多噸，而實(shí)際國內(nèi)產(chǎn)量只有1萬多噸，天然植物膠的產(chǎn)量更少，這使得多年來我國每年只能從國外進(jìn)口大量的瓜爾豆膠等天然植物膠來滿足國內(nèi)市場的需求，因此，我國每年都花大量的外匯從印度等國進(jìn)口瓜爾豆膠，并且由于生產(chǎn)瓜爾豆膠的植物Cyamopsistetragonolobus主要種植在印度和巴基斯坦等地的干旱和半干旱地區(qū)，有些“靠天吃飯”，自1993年瓜爾豆膠進(jìn)入我國市場以來，其供應(yīng)量不很穩(wěn)定，由此導(dǎo)致市場價(jià)格的較大波動(dòng)，另外瓜爾豆膠作為一種增稠劑，性能稍遜于黃原膠和結(jié)冷膠等微生物膠體，如耐熱性、耐酸性等性能不是十分理想，不溶性雜質(zhì)含量高，黏度和質(zhì)量不很穩(wěn)定等。這些問題使得瓜爾豆膠在食品生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)有一定的局限性，但是瑕不掩瑜，目前瓜爾豆膠的價(jià)格卻只有結(jié)冷膠等膠體價(jià)格的約1／10，顯然在一般情況下，性價(jià)比要明顯高于它們，這也就是瓜爾豆膠目前已成為中國食品工業(yè)中用量最大的增稠劑之一的主要原因。此外我國有關(guān)部門從上世紀(jì)90年代起，就從國外引進(jìn)瓜爾豆種子在我國部分地區(qū)試種，但因?yàn)闅夂虿町?，管理不?dāng)?shù)仍颍紱]有獲得成功，不過，前不久從我國的海南瓊山市傳來好消息：瓜爾豆在瓊山市靈山鎮(zhèn)試種喜獲成功，并且該省有關(guān)農(nóng)業(yè)專家樂觀地認(rèn)為，瓜爾豆今后可以在海南全年大面積種植，成本低、效益好，有很好的開發(fā)前景。無疑，這預(yù)示著瓜爾豆膠將在我國有著更為廣闊的發(fā)展前景。

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