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瓜爾膠,為大分子天然親水膠體,主要由半乳糖和甘露糖聚合為食品而成,屬於天然半乳甘露聚糖,品質改良劑之一,一種天然的增稠劑。外觀是從白色到微黃色的自由流動粉末,能溶於冷水或熱水,遇水后及形成膠狀物質,達到迅速增稠的功效。中國《食品添加劑使用衛生標準》(GB2760―1996)中規定為要照按生產需要慎重與適量用於各類食品中。

1 瓜爾膠 -簡介

瓜爾膠瓜爾膠
瓜爾膠溶於冷水和熱水,不溶於油、油脂、烴、酮和酯。水溶液無味、無臭、無毒、呈中性。由於溶液中含有少量的纖維和纖維素,呈淡灰色半透明狀。在水中還呈現高黏性。其黏度變化取決於顆粒的大小、pH值和溫度。與其他植物膠、澱粉和水溶性蛋白質等具有相容性。由瓜爾豆籽經磨碎、篩分、吹風除皮和胚芽、胚乳處理等工序加工製成。用作增稠劑、絮凝劑、浮選劑、成膜劑和上漿劑等。

2 瓜爾膠 -結構式

為一種半乳甘露聚糖。甘露糖和半乳糖比例為2:1。甘露糖構成主鏈,平均每隔兩個甘露糖連接一個半乳糖。

3 瓜爾膠 -衛生標準

中國《食品添加劑使用衛生標準》(GB2760―1996)中規定:可按生產需要適量用於各類食品中。FAO(1984)規定:用於青刀豆、黃莢刀豆、甜玉米、蘑菇、蘆筍、青豌豆等罐頭,10g/kg;加工乾酪製品,8g/kg;乳汁乾酪,5 g/kg;酪農乾酪,5 g/kg;(按稀奶油混合物計);沙丁魚及其製品、鯖、鮐魚等罐頭,20 g/kg(按罐裝湯汁);配置嬰兒食品,1g/kg;芥菜型酸黃瓜、肉湯、羹,按GMP ;胡蘿蔔,10g/kg;發酵后經加熱處理的增香酸奶,5g/kg;冷飲,10 g/kg(以最終產品計)。

4 瓜爾膠 -基本信息

中文名稱:瓜爾豆膠 
中文同義詞:瓜耳樹膠;瓜爾豆膠;瓜爾(豆)膠;瓜爾膠;瓜兒豆(CYAMOPSIS TETRAGONOLOBA)膠;古耳膠, 瓜膠;古耳膠 
英文名稱:guar gum 
英文同義詞:1212a;a-20d;burtonitev7e;burtonitev-7-e;cyamopsisgum;dealcatp1;dealcatp2;decorpa 
CAS號: 9000-30-0 
分子量:0 
EINECS號:232-536-8 
相關類別:食品添加劑;增稠劑和膠凝劑。
Mol文件:Mol File

5 瓜爾膠 -毒理學依據

①LD50:大鼠經口7060mg/kg(bw)。

②ADI:無須規定(FAO/WHO,1994)。

③GRAS:FDA-21CFR 184.1339。

6 瓜爾膠 -部分數據

FEMA:  2537 
Merck : 13,4588 / 13,4587 
穩定性: Stable. Combustible. A mixture of air and finely-divided powder is potentially explosive. Incompatible with strong oxidizing agents. 
EPA化學物質信息: Guar gum(9000-30-0)

7 瓜爾膠 -概述

瓜爾膠,主要分為食品級和工業級(油田使用的屬於工業級)兩種。一般出口包裝是25KG/袋,外層牛皮紙,內層PE薄膜袋。廣泛用於石油壓裂、鑽井等增稠目的,以及食品添加劑,印染和建築塗料等行業。瓜爾膠是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。在低濃度下,可形成高粘稠溶液;表現出非牛頓流變特性,與硼砂形成酸可逆凝膠由於它的獨特性能,目前已應用於食品、製藥、化妝品、個人保健、石油、粘蚊劑、造紙和紡織印染等行業。

8 瓜爾膠 -化學性質

白色至淺黃褐色自由流動的粉末。接近無臭。能分散在熱或冷的水中形成粘稠液,1%水溶液的粘度約4~5Pa?S,為天然膠中粘度最高者。添加少量四硼酸鈉則轉變成凝膠。

分散於冷水中約2h后呈現很強粘度,以後粘度逐漸增大,24h達到最高點。粘稠力為澱粉糊的5~8倍。加熱則迅速達到最高粘度。水溶液為中性。pH值6~8粘度最高,pH值10以上則迅速降低。pH值6.0~3.5範圍內隨pH值降低,粘度亦降低。pH值3.5以下粘度又增大。

9 瓜爾膠 -食品添加劑最大允許使用量最大允許殘留量標準

  添加劑中文稱  允許使用該種添加劑的食品中文名稱 添加劑功能 最大允許使用量(g/kg)  
 瓜爾膠   食品  增稠劑  按生產需要適量使用(有特別規定的除外)
  瓜爾膠  稀奶油(淡奶油)  增稠劑  1.0

10 瓜爾膠 -用途

用作頭髮及皮膚的調理劑、抗靜電劑及增稠劑,適用於洗髮香波、護髮素。研究表明,瓜爾膠能適應現代工廠零排放的要求,在提高紙頁留著和濾水的同時能保持或提高紙頁勻度,是一種前景廣闊的環保助劑。

作乳化穩定劑和增稠劑。中國規定可用於各類食品,按生產需要適量使用。

11 瓜爾膠 -發展

瓜爾膠瓜爾膠

瓜爾膠的最初出現是作為刺槐豆膠(Locustbeangum)的替代品而產生的。在此之前,刺槐豆膠被廣泛應用於工業生產並造成了需求緊張。後來研究證明,雖然瓜爾膠和刺槐豆膠均為聚半乳糖甘露糖,但二者在化學組成和行為上有著明顯的區別。刺槐豆膠要達到最大粘度需要高溫水煮,而瓜爾膠在冷水中就可以水化。化學組成上,刺槐豆膠平均每4個甘露糖單元才有1.5個乳糖支鏈。所以瓜爾膠分支單元數為刺槐豆膠的2倍。而這被認為是瓜爾膠比刺槐豆膠更容易水化和氫鍵結合活性更大的主要原因。除此之外,瓜爾膠的成本僅是刺槐豆膠的一半。

瓜爾膠直鏈上沒有非極性基團,大部分伯羥基和仲羥基都處在外側,而且半乳糖支鏈並沒有遮住活性的醇羥基。因而瓜爾膠具有最大的氫鍵結合面積,當與纖維結合時,形成的氫鍵結合距離短,結合力大。為賦予瓜爾膠更好的使用性能,通常對瓜爾膠原粉進行化學改性。瓜爾膠的改性主要有兩個方向:一是在分子鏈上引入陽離子基團,從而獲得一定的正電性。如用季銨鹽3-氯2-羥丙基氯化銨與瓜爾膠原粉在有機溶劑中醚化反應生成陽離子瓜爾膠。這種帶正電的改性瓜爾膠便可以與帶負電的纖維、填料粒子相互作用從而提高原有的助留、助濾和增強效果。另一改性方向便是設法增加瓜爾膠分子鏈的長度,增大其分子量,從而增強其架橋連接能力。陽離子瓜爾膠在冷水中可溶,這與陽離子澱粉相比是一個很大優勢。

許多澱粉分子形成螺旋狀結構,而瓜爾膠分子則形成直鏈結構。所以瓜爾膠的活性基團比陽離子澱粉更容易與纖維接近,從而少量的陽離子瓜爾膠便可能達到較多量陽離子澱粉才能達到的使用效果。當今,聚丙烯醯胺和改性澱粉廣泛應用於造紙中的助留助濾劑。但其效果只能達到一定程度。它們在提高濾水的同時可能使纖維過度凝聚,從而降低紙頁勻度和強度。天然瓜爾膠作為造紙助劑時,可以提高紙頁強度,減少灰斑形成並提高紙頁勻度。但它的缺點便是造成濾水困難,從而降低了產量或提高了乾燥部負荷。而經過化學改性的兩性或陽離子瓜爾膠則在很大程度上克服了這一弊病。實驗發現,這些改性的瓜爾膠能在提高紙頁濾水的同時保持或提高紙頁勻度;通過吸附細小纖維和粒子可以進一步改善濾水,同時提高一次留著率。而在過去,這兩方面都是互斥的。

由於陽離子瓜爾膠的有效性主要取決於它與纖維的親和性(即直接性),所以它並不與「陰離子垃圾」反應。鑒於這一點,陽離子瓜爾膠在黑液的存在下仍能有效地發揮作用。對於新聞紙、未漂硫酸鹽漿、廢紙漿等含有較多雜質的漿料,隨著封閉水循環的推廣,陰離子垃圾的積累將顯著增加。這便會使得許多傳統的造紙助劑如陽離子聚丙烯醯胺(CPAM)等失去作用效果。陽離子瓜爾膠可以有效地克服這一點。實驗研究發現,陽離子瓜爾膠在Zeta電位從-8mV到0mV範圍內效果最好。該Zeta電位範圍與絕大部分造紙過程相吻合。

12 瓜爾膠 -使用優點

1.在2合1香波配方中的表現使用配方完全一樣的2合1香波體系,包含有陽離子調理劑,硅油和相同的表面活性劑。香波中含有陽離子瓜爾膠及作為比對的國內外常用同類調理劑A、B、C,結果顯示含陽離子瓜爾膠的體系性能和其它產品類似,不同的地方如下:在濕梳理和濕發感覺上,陽離子瓜爾膠優於A聚合物香波;在干梳理方面,優於B聚合物香波;在濕梳理和泡沫量上,優於C聚合物香波。

2.陽離子瓜爾膠具有更少的積聚性和更好的親和能力 聚合物對頭髮的調理作用是在頭髮被沖洗時發生,被使用後頭發具光澤,有回復自然的感覺。同沒有調理劑的一般香波比較,含有調理劑的香波往往會使干發體積減少(頭髮緊貼頭皮,不蓬鬆),從原理上講,使用調理劑后干發的梳理阻力減少得越多,頭髮的蓬鬆度越差,說明該聚合物有積聚行為。試驗得知;陽離子瓜爾膠通過10次反覆洗滌,仍然保持頭髮的豐盈程度,而不是越來越沉重,緊貼頭皮。說明該聚合物具有更少的積聚性。消除了長期使用後有積聚、沉重、發粘和頭髮枯萎的負面影響。

3.增加頭髮的光澤和健康 使用陽離子瓜爾膠聚合物的香波體系,能增加活性成分硅油和ZPT在頭髮上的停留,使頭髮呈現光彩和健康,保持易梳理、光亮和無靜電特徵。

4.提高配方的穩定性 由於陽離子瓜爾膠具有懸浮、乳化的功能,當配方中硅油含量較高時,能起到懸浮和攜帶的作用,幫助在香波配方中穩定硅油。

13 瓜爾膠 -安全性

陽離子瓜爾膠經動物試驗證實為無毒,特別在化妝品濃度質量分數為0.5~.8%範圍內更安全。

14 瓜爾膠 -性能

溶解性

在冷水和熱水中有出眾的分散能力,不會產生結團現象,提高了製造和生產操作的方便。

高鹽和PH值相溶性 在廣闊的PH範圍都能迅速膨脹和溶解,即使在鹽分含量很高的體系中,仍然保持穩定。

化學結構

由於氮含量均勻分佈,比同類產品更具親和力,能在吸附於頭髮后呈現優良的抗靜電性和調理作用,改善頭髮的濕梳性,使頭髮長期保持光澤、柔軟、富有彈性。

柔和性

對皮膚和眼睛極溫和,並能減緩配方產品中表面活性劑的刺激性。

相容性

與陰離子、兩性離子和表面活性劑有良好的相容性,可用於各類表面活性劑的產品中。

增加顆粒的沉積 在配方中使用時與高分子硅油和去屑劑有攜帶和協同作用,並提高泡沫的豐滿程度和穩定性。

15 瓜爾膠 -生產方法

(1) 以豆科植物瓜爾豆的種子胚乳為原料,乾燥、粉碎后,加壓水解,然後用20%的乙醇沉澱,離心分離后乾燥、粉碎得成品。 

(2)由豆科植物瓜爾豆rCyamposi5£以一ragonolobus或c.psDraloides]的種子去皮去胚芽后的胚乳部分,乾燥粉碎后加水,進行加壓水解後用20%乙醇沉澱,離心分離后乾燥、粉碎而成。

主要產於巴基斯坦和印度的乾燥地帶及美國東南部。 

16 瓜爾膠 -安全信息

WGK Germany:  1 

RTECS號: MG0185000 

毒害物質數據: 9000-30-0(Hazardous Substances Data)

17 瓜爾膠 -背景資料

 在80年代的美國,瓜爾豆膠被廣泛用於減肥產品。但因為大量的添加瓜爾豆膠會使食品的粘度很高,導致食道阻塞,因此也造成了10人住院,其中一人死亡的事故。之後,美國食品藥品監督局叫停了這種減肥產品,瓜爾豆膠一度被禁止作為減肥產品的成分。詳情可見下圖:

瓜爾膠圖示

如今,瓜爾豆膠作為一種常用的添加劑,經常用來提高食品的品質。通過分析瓜爾豆膠的化學結構,讓我們來看下其能被作為食品添加劑的原因。瓜爾豆膠是一種混合物,其主要是多糖類物質,由半乳糖和甘露聚糖組成,在溶液中容易形成網狀結構,並且有較多的親水基團,這就意味著瓜爾豆膠容易與水結合併且把水固定。瓜爾豆膠的特殊結構,讓它成為所有商品中黏度最高的一種膠(食品化學)。黏度高的食品很容易使人產生飽腹感,就好像吃芝麻糊一樣。當然,和瓜爾豆膠不同的是,芝麻糊的熱量高的多。同時,瓜爾豆膠類似與纖維素相似,可以促進腸道的蠕動和通便,並且不會被身體當作熱量吸收,所以,其本身是不具有熱量的。這兩方面就使得瓜爾豆膠能在不改變食品營養成分的前提下,提高食品的黏度,改善食品的品質。

但大量的添加瓜爾豆膠也有其不利的方面。因為大量添加后,其高黏度會堵塞食道,同時,和所有纖維素一樣,它會使礦物質大量流失,導致礦物質,比如說鈣的吸收不足。長時間的礦物質攝取不足會使身體乏力、代謝失調,嚴重的會使機體病變。也正因為這些潛在的危害,瓜爾豆膠被美國食品藥品監督局明令禁止作為減肥產品使用。(只是減肥產品,食品添加劑中仍然可以限量使用)

現在在市面上,大家已經基本找不到以瓜爾豆膠為功能成分的減肥產品了,畢竟中國也沒落後到要用人家30年前用剩下的技術。如今,其基本被用做食品添加劑,細分的話即主要為增稠劑。在肉類,麵食,冰欺凌等中都有添加。

瓜爾豆膠一般由瓜兒豆的種子去皮和去胚芽后的胚乳天然提取而來。瓜爾豆膠的生產工業是在19世紀40年代的美國興起的,因其較好的粘稠度,最初是用在造紙工業上,但也不必因為覺得這原來是用在造紙工業上的而引起恐慌。作為天然提取的物質,瓜爾豆膠本身是無毒無害的,但卻可能因為不適量的添加而造成危險。這裡的適量是什麼概念呢?舉個例子來說,國標中,稀奶油中添加瓜爾豆膠的最大使用量為1g/kg[4],而在小鼠實驗中,使一半的小鼠死亡的量為7.06g/kg。做個有些不恰當的比方,如果人的體重是60kg的話,那麼要每天吃7.06*60=432.6g,連續吃4天,才有可能會死。而如果每天你吃1kg稀奶油的話,你從稀奶油中最多只會攝入1g的瓜爾豆膠。因此,大家大可不必擔心安全問題。在歐盟的食品添加劑限量標準中,規定嬰兒生長的嬰兒配方中瓜爾豆膠(guar gum)的添加限量為1g/L,如果液體的濃度不是很高的話,我們一般認為其密度為1g/ml。所以,這個歐盟的添加量大概可以理解為1 g/kg。但在加工的穀物基料食品和嬰兒食品中規定的限量為10g/L(所以相當於10g/kg)。而中國給稀奶油和嬰幼兒配方食品的添加限量為1.0g/kg。所以說,在某些食品添加劑中,中國的限量標準也不是完全落後的。但顯而易見的是,中國的標準沒有那麼完備。

下表摘自國標GB2760及歐盟標準(EC) No 1333/2008

瓜爾膠圖表

瓜爾豆膠也有成為食品添加劑的必然原因。相信很多人和我一樣,小時候自己做過冰激凌。通常我們只是將牛奶或者混些果汁,就放進冰箱里凍起來,其結果只是得到了塊牛奶冰疙瘩,並沒有想象中的潤滑爽口細膩甜美。除了一些基本的製作工藝,比如攪拌起泡之類的不同外,很重要的就是使用食品添加劑的種類和用量。瓜爾豆膠就是使冰激凌潤滑細膩的添加劑之一。由於其能固定水分,所以即是在低溫下,也不容易形成大冰晶而只是結成小冰晶,這就是冰激凌好吃與否的關鍵。當然,這樣的添加劑還有很多,不一一介紹。愛她就請她吃哈根達斯。然而,哈根達斯作為一個奢侈品牌,號稱基礎配方里永遠只有天然成分,不含乳化劑、穩定劑、增稠劑等。作為一個窮酸苦逼的青年,一直沒能讓女友感受到哈根達斯的「純天然的愛」是我心頭永久的痛。但這並不影響瓜爾豆膠作為常用的添加劑添加在冰激凌中,用來提升它的品質。畢竟,不是所有的冰激凌都要定位為奢侈品。每個品牌的冰激凌都有它獨特的配方,使得它們有不同的口味,不同的口味也許就有不同的愛。

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