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食品增稠劑:瓜爾豆膠

醫(yī)案日記 2023-06-19 06:11:03

瓜爾豆膠是目前國(guó)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(guó)市場(chǎng)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(guó)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?jī)蓚€(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?jī)蓚€(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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">;瘜W(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(chǎng)相當(dāng)廣闊
。目前,我國(guó)年需增稠劑4萬多噸
,而實(shí)際國(guó)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(guó)每年只能從國(guó)外進(jìn)口大量的瓜爾豆膠等天然植物膠來滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求
,因此,我國(guó)每年都花大量的外匯從印度等國(guó)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(guó)市場(chǎng)以來
,其供應(yīng)量不很穩(wěn)定,由此導(dǎo)致市場(chǎng)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(guó)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(guó)有關(guān)部門從上世紀(jì)90年代起
,就從國(guó)外引進(jìn)瓜爾豆種子在我國(guó)部分地區(qū)試種
,但因?yàn)闅夂虿町悾芾聿划?dāng)?shù)仍?div id="m50uktp" class="box-center"> ,都沒有獲得成功
,不過
,前不久從我國(guó)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(guó)有著更為廣闊的發(fā)展前景

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