食品增稠剂：瓜尔豆胶

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瓜尔豆胶是目前国际上最为廉价而又广泛应用的亲水胶体之一，来源于印度和巴基斯坦等地干旱和半干旱地区广泛栽培的一年生草本抗旱农作物Cyamopsistetragonolobus，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，使得近年来瓜尔豆胶正逐渐地成为中国食品工业中用量最大的增稠剂之一。
1．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。平均在主键上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（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，结果产生弱的黏度增效作用。与大多数高分子量聚合物一样，瓜尔豆胶及其衍生物呈假塑性的流变性。但是，它们的假塑度没有像黄原胶那样大，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。
2．瓜尔豆胶的特性
瓜尔豆胶来源于广泛栽培的一年生草本抗旱农作物Cyamopsistetragonolobus，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，瓜尔豆一般含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。商品胶一般为白色至浅黄褐色自由流动的粉末，接近无嗅，也无其他任何异味，一般含75％～85％的多糖，5％～6％的蛋白质，2％～3％的纤维及1％的灰分。瓜尔豆胶是极为良好的增稠剂，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，分子量约20～30万，在冷水中就能充分水化（一般需要两小时），能分散在热或冷的水中形成黏稠液，1％水溶液黏度在4～5Pa．s之间，具体黏度取决于粒度、制备条件及温度，为天然胶中黏度最高者。分散于冷水中约2小时后呈现很强黏度，以后黏度逐渐增大，24小时达到最高点，黏稠力为淀粉糊的5～8倍。加热则迅速达到最高黏度，胶溶液的黏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，10分钟即可充分水化达到最大黏度，但长时间高温处理将导致瓜尔豆胶本身降解，使黏度下降。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。因此，在应用时应等瓜尔豆胶充分水化后再调节溶液pH值。同样，溶液中有蔗糖等其他强需水剂存在时，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pH6．0～3．5范围内随pH降低，黏度也有所降低，pH3．5以下黏度又增大，在pH6～8范围内，其溶液黏度可达到最大值，pH10以上则迅速降低。
瓜尔豆胶是一种溶胀高聚物，对它来说，水是惟一的通用溶剂，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黏质，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导致降解，被水解的是糖苷键，结果黏度急速丧失。在轻度偏碱的pH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，就可丧失黏度。
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键，瓜尔豆胶与小麦淀粉共煮可达更高的黏度，瓜尔豆胶能与某些线型多糖，如黄原胶、琼脂糖和κ－型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黏度的协同作用。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作用的结果。如加入电解质，导入相反的离子从而中和了阴离子电荷，并因而破坏了协同作用。
3．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。在食品工业上瓜尔豆胶主要用作增稠剂、持水剂，通常单独或与其他食用胶复配使用；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。
冰淇淋：少量瓜尔豆胶不能明显地影响这种混合物物在制造时的黏度，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熔化，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冰晶生成而引起颗粒的存在。
罐头食品：这类产品的特征是尽可能不含流动态的水，瓜尔豆胶则可用于稠化产品中的水分，并使肉菜固体部分表面包一层稠厚的肉汁。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黏度。
奶酪：在软奶酪加工中瓜尔豆胶能控制产品的稠度和扩散性质。由于胶能结合水的特性，使更滑腻和更均匀的涂敷奶酪有可能带更多的水。
调味汁和色拉调味品：在调味汁和色拉调味品中，利用了瓜尔豆胶在低浓度下产生高黏度这一基本性质，使得这些产品的质构和流变等感官品质更加优质。
由于瓜尔豆胶来源稳定，价格低廉，商品化的瓜尔豆胶衍生物也早已问世。化学改性可使瓜尔豆胶改变在溶剂中的分散状况，黏度、水化速率、溶液透明度等特性，产品有离子型的羧甲基瓜尔胶钠（CMG）和非离子型的羟丙基瓜尔胶（HPG）等。
瓜尔豆胶在食品生产加工领域被广泛使用，其市场相当广阔。目前，我国年需增稠剂4万多吨，而实际国内产量只有1万多吨，天然植物胶的产量更少，这使得多年来我国每年只能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，我国每年都花大量的外汇从印度等国进口瓜尔豆胶，并且由于生产瓜尔豆胶的植物Cyamopsistetragonolobus主要种植在印度和巴基斯坦等地的干旱和半干旱地区，有些“靠天吃饭”，自1993年瓜尔豆胶进入我国市场以来，其供应量不很稳定，由此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，黏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却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，这也就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上世纪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，都没有获得成功，不过，前不久从我国的海南琼山市传来好消息：瓜尔豆在琼山市灵山镇试种喜获成功，并且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。