瓜爾豆是一種原產(chǎn)于非洲的一年生直立草本豆科植物，現(xiàn)在的主要產(chǎn)區(qū)是印度和巴基斯坦。瓜爾豆本身是良好的飼料來源，其種子的胚乳中富含一種天然高分子多糖，就是我們今天的主角，瓜爾膠。

       瓜爾膠的主要成分是半乳甘露聚糖，甘露糖與半乳糖的摩爾比通常為2∶1。瓜爾膠常作為增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑用于食品加工行業(yè)。

       瓜爾膠是天然提取物物，與需經(jīng)過生物發(fā)酵過程才得到的黃原膠相比有著與生俱來的優(yōu)勢(shì)，在食品行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛。在烘焙食品、乳制品、谷類食品、果凍、果醬、糖果、糖漿、沙拉醬等等的生產(chǎn)過程中都有瓜爾膠的身影。

       瓜爾膠的分子結(jié)構(gòu)

       瓜爾膠是一種非離子型中性多糖，其分子中D-甘露糖以β-1,4苷鍵相互連接形成主鏈，并以α-1,6苷鍵與D-半乳糖相連接形成支鏈，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。由于瓜爾膠中大部分伯羥基和仲羥基都處分子結(jié)構(gòu)的外側(cè)，半乳糖支鏈并未屏蔽醇羥基，因此其具有更大的活性，可以用多種方法對(duì)其進(jìn)行改性，制備瓜爾膠衍生物。

       瓜爾膠的理化性質(zhì)

       （1）溶解性、粘度和溶脹速率

       瓜爾膠是水溶性良好的天然高分子，在冷水或熱水中能夠迅速水化，形成半透明狀粘稠液體。瓜爾膠不溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑，因此常采用無水乙醇對(duì)其進(jìn)行分離和提純。瓜爾膠水溶液的粘度和溶脹速率也是瓜爾膠重要的物理性質(zhì)參數(shù)。水溶液的粘度與瓜爾膠的分子量有關(guān)，而溶脹速率則會(huì)對(duì)瓜爾膠的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生較大影響。溫度、離子強(qiáng)度、pH值均會(huì)影響其粘度和溶脹速率。比如，在酸性條件下，瓜爾膠的溶脹速率比在堿性條件下快，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

       （2）增稠性

       瓜爾膠溶于水后能形成高粘度體系，這是瓜爾膠之所以能夠用作增稠劑、穩(wěn)定劑等的原因。瓜爾膠在低濃度下就能形成高粘度的溶液，是由于瓜爾膠的高分子鏈之間的纏結(jié)和分子內(nèi)及分子間的氫鍵作用的結(jié)果，瓜爾膠是目前發(fā)現(xiàn)的天然膠中粘度最高的，增稠效果十分顯著。

       （3）協(xié)同作用

       瓜爾膠是一種線型高分子多糖，其分子鏈上的眾多羥基不僅能夠在瓜爾膠與瓜爾膠分子之間及分子內(nèi)部形成氫鍵，而且能夠與其他類別的天然多糖高分子形成氫鍵，在配合使用時(shí)，粘度呈現(xiàn)協(xié)同作用，即配合使用時(shí)的粘度高于兩種物質(zhì)單獨(dú)使用時(shí)各自形成的粘度之和。瓜爾膠與海藻酸鈉、黃原膠等同時(shí)使用，均會(huì)出現(xiàn)不同程度的協(xié)同作用。

       瓜爾膠在食品行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

       瓜爾膠在食品行業(yè)比較早期的應(yīng)用是用作增稠劑和穩(wěn)定劑。瓜爾膠能夠顯著改變食品體系的穩(wěn)定性和流變特性，是其在食品行業(yè)最典型的應(yīng)用。

       隨著對(duì)瓜爾膠研究的深入，瓜爾膠更多的特性被發(fā)掘和利用。將瓜爾膠涂敷在果蔬的表面，利用其易成膜的特性，能夠在果蔬表面形成一層保護(hù)膜，起到保鮮作用，且具有環(huán)境友好的可降解特性。研究表明，利用瓜爾膠和檸檬酸復(fù)配對(duì)黃桃進(jìn)行保鮮處理，可有效減輕黃桃的失重情況，減緩黃桃果實(shí)硬度的下降，保持可溶性固形物含量，延長(zhǎng)保鮮時(shí)間[2]。

       由于瓜爾膠的溶脹特性，能夠降低產(chǎn)品的脫水收縮率，因此，將其應(yīng)用于低脂酸奶的生產(chǎn)，可作為脂肪替代品模仿全脂產(chǎn)品的表觀和口感[3]。

       瓜爾膠還可以作為保水劑，用于肉類制品口感的改善。研究表明，瓜爾膠與改性馬鈴薯淀粉、三聚磷酸鈉等復(fù)配使用，可明顯改善雞肉的保水性，保持鮮嫩的口感[4]。

       瓜爾膠還是一種水溶性膳食纖維，可用作膳食纖維補(bǔ)充劑，常與非水溶性膳食纖維復(fù)配，兩者性能互補(bǔ)，對(duì)人體具有保健功效。

       超越食品的跨界表現(xiàn)

       在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，瓜爾膠及其衍生物在醫(yī)藥制劑和藥物控制釋放領(lǐng)域的研究得到了蓬勃發(fā)展。

       瓜爾膠在片劑、液體制劑、藥物粘結(jié)劑中可以作為穩(wěn)定劑、乳化劑和懸浮劑等，在藥物包埋、靶向釋放等方面有很大的應(yīng)用潛力。此外，還有研究表明氨化羧甲基瓜爾膠與魚鱗蛋白用頭孢他啶藥物交聯(lián)后形成的膜，有著良好的生物相容性和血液相容性及抗菌性能[5]。

       醛基化瓜爾膠與殼聚糖聚合物水凝膠具有自愈合性和可降解性，在可降解醫(yī)用傷口敷料和藥物釋放等方面具有良好的應(yīng)用前景[6]。

       在紡織工業(yè)中，瓜爾膠良好的增稠性和成膜性可用于紡織漿料、整理和印花。

       瓜爾膠與丙烯酰胺的接枝共聚物可作為硬挺劑用于整理棉織物，可明顯提高拉伸強(qiáng)度和耐久剛度；將瓜爾膠糊用于織物印花，產(chǎn)品的摩擦、皂洗、耐酸堿性和汗?jié)n牢度均較好，可部分替代海藻酸鈉降低成本。

       在環(huán)保領(lǐng)域，瓜爾膠及其衍生物可作為絮凝劑、沉淀劑和助濾劑等用于污水處理。

       研究發(fā)現(xiàn)，瓜爾膠-聚丙烯腈-SiO2復(fù)合水凝膠可有效吸附水中的鋅離子，并且具有良好的可重復(fù)利用性；瓜爾膠-丙烯酰胺共聚物用于城市生活污水的處理，其絮凝作用優(yōu)于單一的聚丙烯酰胺，污水處理效果大大增強(qiáng)[7]。

       在石油化工領(lǐng)域，瓜爾膠及其衍生物由于具有良好的抗剪切性、增稠能力和熱穩(wěn)定性而被廣泛用使用。

       含低濃度羥丙基瓜爾膠的壓裂液，能夠有效降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害，降低油田儲(chǔ)層的改造費(fèi)用[8]；新型陽離子瓜爾膠膠體，具有很強(qiáng)的蓄沙能力、造縫能力和支撐懸浮性能，可減少壓裂液表面張力，提高液體回流速率，在石油生產(chǎn)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

       結(jié)語

       最早以食品原料出道的瓜爾膠，憑借其出色的表現(xiàn)，在食品之外的多個(gè)領(lǐng)域都有著不俗的表現(xiàn)，可謂食品中的跨界明星。實(shí)際上，瓜爾膠的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不止以上介紹的幾個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用價(jià)值仍有很大的開發(fā)空間。

       參考資料

[1]陳鋒.壓裂用瓜爾膠的改性及性能研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),2015.

[2]代歡歡,章奕,張靜文等.瓜爾膠和檸檬酸復(fù)配對(duì)黃桃保鮮效果的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2020(09):20-23.

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

[4]任玉瑩,王會(huì),于子行等.雞肉復(fù)合保水劑的研制[J].農(nóng)產(chǎn)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,張思潔,劉璨,曾小平,王大威,吳江渝.可降解自愈合殼聚糖/瓜爾膠水凝膠的制備與性能[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2020,42(03):302-306.

[7]李玉瑛,鄧斌,王俊超.陽離子瓜爾膠與聚丙烯酰胺聯(lián)合調(diào)理污泥[J].化工進(jìn)展,2013,32(09):2253-2257.

[8]張建成,賀懷軍,師曉偉.甘谷驛油田低濃度瓜爾膠壓裂液體系應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2017,36(06):90-92.

       作者：zong