食品原料瓜尔胶的跨界表现

       瓜尔豆是一种原产于非洲的一年生直立草本豆科植物，现在的主要产区是印度和巴基斯坦。瓜尔豆本身是良好的饲料来源，其种子的胚乳中富含一种天然高分子多糖，就是我们今天的主角，瓜尔胶。

       瓜尔胶的主要成分是半乳甘露聚糖，甘露糖与半乳糖的摩尔比通常为2∶1。瓜尔胶常作为增稠剂、稳定剂、乳化剂用于食品加工行业。

       瓜尔胶是天然提取物物，与需经过生物发酵过程才得到的黄原胶相比有着与生俱来的优势，在食品行业的应用非常广泛。在烘焙食品、乳制品、谷类食品、果冻、果酱、糖果、糖浆、沙拉酱等等的生产过程中都有瓜尔胶的身影。

       瓜尔胶的分子结构

       瓜尔胶是一种非离子型中性多糖，其分子中D-甘露糖以β-1,4苷键相互连接形成主链，并以α-1,6苷键与D-半乳糖相连接形成支链，分子结构如图1所示[1]。由于瓜尔胶中大部分伯羟基和仲羟基都处分子结构的外侧，半乳糖支链并未屏蔽醇羟基，因此其具有更大的活性，可以用多种方法对其进行改性，制备瓜尔胶衍生物。

       瓜尔胶的理化性质

       （1）溶解性、粘度和溶胀速率

       瓜尔胶是水溶性良好的天然高分子，在冷水或热水中能够迅速水化，形成半透明状粘稠液体。瓜尔胶不溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，因此常采用无水乙醇对其进行分离和提纯。瓜尔胶水溶液的粘度和溶胀速率也是瓜尔胶重要的物理性质参数。水溶液的粘度与瓜尔胶的分子量有关，而溶胀速率则会对瓜尔胶的实际应用产生较大影响。温度、离子强度、pH值均会影响其粘度和溶胀速率。比如，在酸性条件下，瓜尔胶的溶胀速率比在碱性条件下快，可根据实际需求进行调节。

       （2）增稠性

       瓜尔胶溶于水后能形成高粘度体系，这是瓜尔胶之所以能够用作增稠剂、稳定剂等的原因。瓜尔胶在低浓度下就能形成高粘度的溶液，是由于瓜尔胶的高分子链之间的缠结和分子内及分子间的氢键作用的结果，瓜尔胶是目前发现的天然胶中粘度最高的，增稠效果十分显著。

       （3）协同作用

       瓜尔胶是一种线型高分子多糖，其分子链上的众多羟基不仅能够在瓜尔胶与瓜尔胶分子之间及分子内部形成氢键，而且能够与其他类别的天然多糖高分子形成氢键，在配合使用时，粘度呈现协同作用，即配合使用时的粘度高于两种物质单独使用时各自形成的粘度之和。瓜尔胶与海藻酸钠、黄原胶等同时使用，均会出现不同程度的协同作用。

       瓜尔胶在食品行业的应用现状

       瓜尔胶在食品行业比较早期的应用是用作增稠剂和稳定剂。瓜尔胶能够显著改变食品体系的稳定性和流变特性，是其在食品行业最典型的应用。

       随着对瓜尔胶研究的深入，瓜尔胶更多的特性被发掘和利用。将瓜尔胶涂敷在果蔬的表面，利用其易成膜的特性，能够在果蔬表面形成一层保护膜，起到保鲜作用，且具有环境友好的可降解特性。研究表明，利用瓜尔胶和柠檬酸复配对黄桃进行保鲜处理，可有效减轻黄桃的失重情况，减缓黄桃果实硬度的下降，保持可溶性固形物含量，延长保鲜时间[2]。

       由于瓜尔胶的溶胀特性，能够降低产品的脱水收缩率，因此，将其应用于低脂酸奶的生产，可作为脂肪替代品模仿全脂产品的表观和口感[3]。

       瓜尔胶还可以作为保水剂，用于肉类制品口感的改善。研究表明，瓜尔胶与改性马铃薯淀粉、三聚磷酸钠等复配使用，可明显改善鸡肉的保水性，保持鲜嫩的口感[4]。

       瓜尔胶还是一种水溶性膳食纤维，可用作膳食纤维补充剂，常与非水溶性膳食纤维复配，两者性能互补，对人体具有保健功效。

       超越食品的跨界表现

       在生物医药领域，瓜尔胶及其衍生物在医药制剂和药物控制释放领域的研究得到了蓬勃发展。

       瓜尔胶在片剂、液体制剂、药物粘结剂中可以作为稳定剂、乳化剂和悬浮剂等，在药物包埋、靶向释放等方面有很大的应用潜力。此外，还有研究表明氨化羧甲基瓜尔胶与鱼鳞蛋白用头孢他啶药物交联后形成的膜，有着良好的生物相容性和血液相容性及抗菌性能[5]。

       醛基化瓜尔胶与壳聚糖聚合物水凝胶具有自愈合性和可降解性，在可降解医用伤口敷料和药物释放等方面具有良好的应用前景[6]。

       在纺织工业中，瓜尔胶良好的增稠性和成膜性可用于纺织浆料、整理和印花。

       瓜尔胶与丙烯酰胺的接枝共聚物可作为硬挺剂用于整理棉织物，可明显提高拉伸强度和耐久刚度；将瓜尔胶糊用于织物印花，产品的摩擦、皂洗、耐酸碱性和汗渍牢度均较好，可部分替代海藻酸钠降低成本。

       在环保领域，瓜尔胶及其衍生物可作为絮凝剂、沉淀剂和助滤剂等用于污水处理。

       研究发现，瓜尔胶-聚丙烯腈-SiO2复合水凝胶可有效吸附水中的锌离子，并且具有良好的可重复利用性；瓜尔胶-丙烯酰胺共聚物用于城市生活污水的处理，其絮凝作用优于单一的聚丙烯酰胺，污水处理效果大大增强[7]。

       在石油化工领域，瓜尔胶及其衍生物由于具有良好的抗剪切性、增稠能力和热稳定性而被广泛用使用。

       含低浓度羟丙基瓜尔胶的压裂液，能够有效降低对储层的伤害，降低油田储层的改造费用[8]；新型阳离子瓜尔胶胶体，具有很强的蓄沙能力、造缝能力和支撑悬浮性能，可减少压裂液表面张力，提高液体回流速率，在石油生产领域有着良好的应用前景。

       结语

       最早以食品原料出道的瓜尔胶，凭借其出色的表现，在食品之外的多个领域都有着不俗的表现，可谓食品中的跨界明星。实际上，瓜尔胶的应用范围远不止以上介绍的几个领域，其应用价值仍有很大的开发空间。

       参考资料

[1]陈锋.压裂用瓜尔胶的改性及性能研究[D].中国矿业大学(北京),2015.

[2]代欢欢,章奕,张静文等.瓜尔胶和柠檬酸复配对黄桃保鲜效果的研究[J].农产品加工,2020(09):20-23.

[3]BrennanCS,TudoricaCM.Carbohydrate-basedfatreplacersinthemodificationoftherheological,texturalandsensoryqualityofyoghurt:comparativestudyoftheutilisationofbarleybeta-glucan,guargumandinulin[J].2008,43(5):824-833.

[4]任玉莹,王会,于子行等.鸡肉复合保水剂的研制[J].农产品加工,2018(22):15-17.

[5]JanaP,MitraT,SelvarajTKR,etal.Preparationofguargumscaffoldfilmgraftedwithethylenediamineandfishscalecollagen,cross-linkedwithceftazidimeforwoundhealingapplication[J].CarbohydratePolymers,2016,153:573-581.

[6]王映桂,张思洁,刘璨,曾小平,王大威,吴江渝.可降解自愈合壳聚糖/瓜尔胶水凝胶的制备与性能[J].武汉工程大学学报,2020,42(03):302-306.

[7]李玉瑛,邓斌,王俊超.阳离子瓜尔胶与聚丙烯酰胺联合调理污泥[J].化工进展,2013,32(09):2253-2257.

[8]张建成,贺怀军,师晓伟.甘谷驿油田低浓度瓜尔胶压裂液体系应用[J].石油化工应用,2017,36(06):90-92.

       作者：zong