瓜尔豆胶的特性及其在食品工业中的应用.doc

新疆农业大学
专业文献综述

题 目:
瓜尔胶的特性及其在食品中的应用
姓 名:
鲍敏
学 院:
食品科学与药学学院
专 业:
食品质量与安全
班 级:
食安102
学 号:
104033202
指导教师:
王静
2012 年 06 月 21 日
新疆农业大学教务处制

瓜尔豆胶的特性及其在食品工业中的应用
作者：鲍敏 指导教师：王静
摘要：适当的粘稠性，流变特性，赋予了食品独特的组织结构和口感，并在稳定各种食品的质量特性上起到一定的作用。因此，能提供这些特质的胶体，在食品体系中具有广泛的应用性。本文综述了瓜尔豆胶的组成、结构、性质、制备和在食品工业中的应用现状并对其作为植物籽胶多糖类食品添加剂在我国的发展前景进行了分析。
关键词：瓜尔豆胶；多糖；食品添加剂
瓜尔豆胶是目前国际上较为廉价而又广泛应用的亲水胶体之一，来源于南亚干旱和半干旱地区广泛栽培的一年生草本抗旱农作物Cyamopsis,tetragondobus。自1993年瓜尔豆胶打入中国市场以来，由于其优良的特性和较低廉的价格，使其近年来正逐渐成为中国食品工业中用量最大的增稠剂之一。本文依据国内外文献报道和作者自己的研究应用情况，综述了瓜尔豆胶及瓜尔豆胶在食品工业中的应用情况，并对其作为植物籽胶多糖类食品添加剂在我国的发展前景进行了分析。
1 瓜尔豆的形态结构
豆科瓜尔豆属的1种。一年生直立草本；茎有5棱。复叶互生；小叶3片，卵圆形，边近全缘或有不规则缺刻。花小，组成腋生的总状花序；萼5裂；花冠蝶形，旗瓣和龙骨瓣白色，翼瓣浅紫色；雄蕊10，连合为单体。荚果线状长圆形，有5条隆起的纵脊，先端有喙，内有8～10颗种子；种子圆形至椭圆形，胚乳约占其40％，含瓜尔胶约33％。
2 瓜尔豆的性状、成分
瓜尔豆通常株高0.5～3m，荚果直立，长50～120mm，顶端尖细，每荚含种子5～12粒，种子有圆形、椭圆形或近似立方形，粒径约4mm。粒色有乳白、浅灰或深灰种皮粗糙，瓜尔豆种子含蛋白质约30%，脂肪2.5%，碳水化合物41.1%。最重要的是它的胚乳约含70%半乳甘露聚糖胶，瓜尔胶。瓜尔豆粉组成：水分12.0%，蛋白质5.0%，瓜尔胶80%，脂肪1.4%，灰分0.9%。
3 瓜尔豆的用途 食品行业：食品增稠剂
造纸工业：助留助滤剂、增强剂、絮凝剂、打
嫩荚→蔬菜 浆增黏剂等
瓜尔豆 石油开采业：水基压裂液采油、油气井钻井[12]
种子→胚乳→瓜尔豆胶 医药
选矿
饲料、绿肥作物 纺织
印染
香料等
瓜尔豆加工途径
4 瓜尔豆胶的结构组成
瓜尔豆胶中有功能作用的多糖是瓜尔糖(Guaran），其主键为(1→4)-β-D-甘露糖单位，侧键则由单个的α-D-半乳糖以(1→6)键与主键相连接。在主键上平均每两个甘露糖单位中有一个半乳糖单位在C-6位与之相联，甘露糖对半乳糖之比为1.8：1[1]（约为2：1），与其说在每两个甘露糖单位中的第二个上有规律地分布有一个半乳糖侧键基团，倒不如说半乳糖的分布是随意无规则的，因为在其主键的有一些区段上并没有半乳糖，而在另一些部分则是高取代区，尤其在离子强度很低的情况下，这种均匀无分支的区段被认为能与黄原胶形成聚合物，结果产生弱的粘度增效作用。溶液中低浓度的瓜尔豆胶分子以展开的随机卷曲的构象分散于水中，并且多糖分子可以自由移动或改变分子构象。当瓜尔豆胶浓度增加时，分子间的接触增加而相互缠结，导致水相黏度急剧增加[2]。与大多数相对分子质量较高的聚合物一样，瓜尔豆胶及其衍生物呈假塑性的流变性。但是，它们的假塑度没有象黄原胶那样大，而这两种聚合物结合起来，就会有助于乳制品之类产品的稳定[3～ 5]。
5 瓜尔豆胶的物理化学特性
瓜尔豆这种豆科植物主要生长在印度和巴基斯坦等地的干旱和半干旱地区，果实一般含14%～17%的豆壳，35%～42%的胚乳和43%～47%的胚芽。瓜尔豆胶系由瓜尔豆的种子去皮去胚芽后的胚乳部分经清理、干燥粉碎后加水、再进行加压水解后用20%乙醇沉淀，离心分离后干燥、粉碎而得[6]。商品胶一般为白色至浅黄褐色自由流动的粉末，接近无臭，也无其它任何异味，一般含的75%～85%的多糖，5%～6%的蛋白质，2%～3%的纤维及1%的灰分。瓜尔豆胶是良好的增稠剂，根据其粒度和粘度可分为不同的等级。
瓜尔豆胶是中性多糖，相对分子质量约20～30万，在冷水中就能充分水化（一般需2h），能分散在热水或冷水中形成粘稠液，1%水溶液的粘度在4～5Pa.s之间,具体粘度取决于粒度、制备条件及温度,为天然胶中粘度最高者。分散于冷水中约2h后呈现较强粘度，以后粘度继续逐渐增大，24h达到最高点，粘稠力为淀粉糊的5～8倍。加热则迅速达到最高粘度，胶溶液的粘度随胶粉粒度直径的减小而增加；水化速率则随温度的上升而加快，如果经85℃制备，10min即可充分水化达到最大粘度，但长时间高温处理将导致瓜尔豆胶本身降解，使粘度下降。瓜尔豆胶溶液pH在8～9时可达最快水化速度，然而大于10或小于4则水化速度很慢[7]。因此，在应用时应等瓜尔豆胶充分水化后再调节溶液的pH值。同样，溶液中有蔗糖等其它强需水剂存在时，也会导致瓜尔豆胶的水化速率下降。实际应用中，也应等瓜尔豆胶充分水化后再添加蔗糖。一般而言，0.5%以上的瓜尔豆胶溶液已呈非牛顿流体的假塑性流体特性，具有搅稀作用。瓜尔豆胶的水溶液为中性，pH变化在3.5～10范围内对胶溶液的性状影响不很明显，一般在pH3.5～6.0范围内随pH降低粘度也有所降低，pH3.5以下粘度又增大，在pH为6～8范围内其溶液粘度可达到最大值，pH在10以上则粘度迅速降低。
瓜尔豆胶是一种溶胀高聚物,对它来说水是唯一的通用溶剂,不过也能以有限的溶解度溶解于与水混溶的溶剂中,如乙醇液中。此外瓜尔豆胶具有良好的无机盐类兼容性能,耐受一价金属盐,如食盐等的浓度可高达60%;但高价金属离子的存在可使溶解度下降。在控制溶液pH的条件下,瓜尔豆胶能与交联剂,如硼酸盐、金属离子等反应,可生成稍带弹性的粘质,瓜尔豆胶还能形成一定强度的水溶性薄膜。与其他多糖类物质一样,瓜尔豆胶及其衍生物在pH3或以下的酸性溶液中会降解，被水解的是糖苷键，结果粘度急速丧失。在轻度偏碱的pH值下，链段还原末端β-位的切断反应，使链缓慢缩短，这一过程比酸水解要慢。瓜尔豆胶加热至很高温度时可导致热降解，瓜尔豆胶溶液加热至80～95℃并持续一定时间，就可丧失粘度。
瓜尔豆胶是直链大分子，链上的羟基可与某些亲水胶体及淀粉形成氢健，瓜尔豆胶与小麦淀粉共煮可达更高的粘度，瓜尔豆胶能与某些线型多糖，如黄原胶、琼脂糖和卡拉胶相互作用而形成复合体，瓜尔豆胶与黄原胶有一定程度的协同作用，但与卡拉胶则无协同效应。这种相互作用比之槐豆胶则相对较弱。在低离子强度下，与阴离子聚合物和阴离子表面活性剂配合后有增强粘度的协同作用。这些阴离子化合物被吸附在中性聚合物上，并因此而扩大了瓜尔豆胶的分子。这是在所吸附的带阴离子的功能基团之间发生相互排斥的结果。如加入电解质，导入相反的离子则中和了阴离子电荷并因而破坏了协同作用。
6 瓜尔豆胶在食品工业中的应用
瓜尔豆胶与大量水的结合能力，使它在食品工业中有着广泛的应用。在食品工业，瓜尔豆胶主要用作增稠剂、持水剂，通常单独或与其它食用胶复配使用。用于色拉酱、肉汁中起增稠作用，用于冰淇淋中使产品融化缓慢，面制品中增进口感，方便面里防止吸油过多，烘焙制品中延长老化时间，肉制品内作粘合剂，也用于奶酪中增加涂布性等。在几种常见食品中的具体应用如下。
6.1 冷冻制品
瓜尔豆胶通过改进和控制食品中水的性质，发挥稳定体系的作用。应用在各种冷冻的乳制品和非乳制品中，能防止其在冷冻和解冻时形成冰晶体，赋予产品一种平滑、奶油似的质地，增加膨胶率和改进咀嚼感。此外，瓜尔豆胶也可防止产品过快融化，从而延长保质期。如瓜尔豆在冰淇淋中的应用[8～ 10]，少量瓜尔豆胶不能明显地影响这种混合物在制造时的粘度，但能赋予产品滑溜和糯性的口感。另外一个好处是使产品缓慢融化，并提高产品抗骤热的性能。用瓜尔豆胶稳定的冰淇淋可以避免由于大冰晶生成而引起颗粒的存在。
6.2 烘培食品
在各种烘培食品中，瓜尔豆胶能赋予面团优异的薄膜特性，尤其是以低谷蛋白面粉制作的产品。面包制品的持水性佳、组织柔软而且体积可高度膨胀，故此保质期得以延长。在蛋糕和饼干面团中加入瓜尔豆胶，产品会变得更柔软，具有更好的形状，同时在切片时不易破碎。另一方面，瓜尔豆胶作用于干蛋糕混合料中，能辅助一步式混合工序，缩短面糊的混合时间，改善内部结构，延长保质期，改进糖霜和糖霜混合物的加工应用，以及协助蛋糕的冷冻。
6.3 果汁饮料
瓜尔豆胶应用在果汁产品中，能确保果浆在灌装和储存时均匀分布，改进口感。此外，瓜尔豆胶能协调颗粒在果肉饮料中的悬浮状态，并与乳化剂有效地结合，防止香精油在容器中分离。
6.4 罐装食品
这类产品的特性是尽可能不含流动态的水。在罐装食品生产中，瓜尔豆胶广泛应用为粘性调节剂、加工辅助剂和保护性水溶胶。它能减少在加工处理时因物料飞溅而造成的产品损耗，使物料能轻易地泵送到灌装设备中，并确保灌装程序得以准确控制，以及协助形成均质的分散液。最终产品没有脂肪迁移，具有良好的悬浮状态，储存稳定性。特殊的、缓慢溶胀的瓜尔豆胶有时还可以用于限制装罐时的粘度。
6.5 调味酱料
在流动的色拉调味酱料生产中，瓜尔豆胶通常与黄原胶和藻酸丙二醇酯结合使用。利用瓜尔豆胶在低浓度下产生高粘度这一基本性质，使得这些产品的质构和流变等感官品质更优。瓜尔豆胶有助于改进口感、调节流动性、固体悬浮性和粘附性。由于其优异的冷、热水溶解性，能有效地用于速溶产品如汤料和调味料、速溶饮料和甜食中。
6.6 牛奶制品
瓜尔胶在奶制品中也有应用。比如在软奶酪加工中，瓜尔豆胶能控制产品的稠度和扩散性质。由于瓜尔胶能结合水的特性[11]，使产品能更均匀地涂敷奶酪，有可能带来更多的水。
6.7 其他
除了具有上述多种功能特性外，瓜尔豆胶的前景也非常广阔。目前，它既可作为天然水溶性纤维用于食品，同时还可以在低脂或无脂食品中使用，有效改进其口感和组织。值得一提的是，它也普遍应用于减肥食品和营养食谱中。
瓜尔豆胶在食品生产加工中领域被广泛使用，其市场广阔。表1为美国食品药物管理条例规定的瓜尔豆胶在食品生产中的应用实例及其最大添加量。

7 展望
目前我国年需增稠剂4万多吨，而国内实际产量只有1万多吨，天然植物胶的产量更少，这使得多年来我国只能每年从国外进口大量的瓜尔豆胶等天然植物胶来满足国内市场的需求。因此，我国每年都花费大量的外汇。由于瓜尔豆主要种植在印度和巴基斯坦的干旱和半干旱地区，“靠天吃饭”，自1993年瓜尔豆胶进入我国市场以来，其供应量很稳定，导致市场价格的较大波动。另外瓜尔豆胶作为一种增稠剂，性能稍逊于黄原胶和结冷胶等微生物胶体，如耐热性、耐酸性等性能不是十分理想，不溶性杂质含量高，粘度和质量不很稳定等。这些问题使得瓜尔豆胶在食品生产应用时有一定的局限性，但是瑕不掩瑜，目前瓜尔豆胶的价格只有结冷胶等胶体价格的约1/10，显然在一般情况下，性价比要明显高于它们，这也是瓜尔豆胶目前已成为中国食品工业中用量最大的增稠剂之一的主要原因。此外，我国有关部门从20世纪90年代起，就从国外引进瓜尔豆种子在我国部分地区试种，但因为气候差异，管理不当等原因，大多没有获得成功。前不久海南省传来好消息：瓜尔豆在琼山市灵山镇试种喜获成功，该省有关农业专家乐观地认为瓜尔豆今后可以在海南全年大面积种植，成本低、效益好，有很好的开发前景。无疑，这预示着瓜尔豆胶将在我国有着更为广阔的发展前景。
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