瓜尔胶（大分子天然亲水胶体）

简介

瓜尔胶

鉴别试验

1、溶解性：称取试样1g于干燥的磨口锥形瓶中加水100mL，并立即加塞剧烈摇动，瓜尔胶溶于冷水并迅速增稠，同样方法瓜尔胶在乙醇、丙酮等有机溶剂中不溶解，不增稠。

2、交联反应：取瓜尔胶试样溶液于100mL烧杯中，加1%硼砂溶液10mL后立即搅拌应形成可挑挂的冻胶。

3、显微镜鉴定：称取0.2g试样于研钵中，加入含碘0.5%、碘化钾1%的水溶液2～3mL，经研磨后放于载玻片上，在显微镜下观察。瓜尔胶显示紧密聚集的圆形至梨形的细胞，其胞内物呈黄至棕色。

4、粘度的测定

仪器：NDJ—1型旋转粘度计、电热恒温水浴、分析天平、感量0.1mg、250mL高型烧杯、300mL具塞磨口锥形瓶

测定步骤：

准确称取经105℃烘箱干燥2h后的试样2.500g置于干燥的锥形瓶中，加水200.0mL，立即加塞后剧烈摇动至溶液均匀，再补加47.5mL水后摇均，10min后摇动一次，以后每隔0.5h再次反复摇动，2h后将溶液倒入烧杯中，于25℃恒温水浴中溶胀0.5h，用玻璃棒搅拌均匀后立即用NDJ—1型旋转粘度计，取3号转子在12r/min下测定胶液25℃条件下的视粘度。

计算

η1=X×K(计算结果保留整数)………………… ⑴

式中: η1————样品动力粘度，mPa·s；

X——粘度计读数；

K——转子常数，取3号转子时K=100，取4号转子时K=500(当试液粘度过高超出使用3号转子粘度计测量范围时，可用4号转子)。

5、硼酸盐的鉴定

5.1 、试剂：盐酸溶液：10%盐酸水溶液；氨试剂：28%的氨水400mL加水至1000mL。

5.2 、鉴定方法：

取试样1g搅拌溶解在100mL水中，溶液必须保持流动态，不得形成冻胶。加入盐酸溶液10mL。搅拌如出现以下现象，则视为含有硼酸盐：滴一滴试样混合液在姜黄试纸上出现褐红色，干后颜色加深，当用氨试剂浸湿时变成绿黑色。

蛋白质的鉴定：称取试样2g(精确至0.1mg)以下按GB/T 14771进行，氮换算为蛋白质的系数为6.25。

6、淀粉的鉴定

6.1、试剂：

碘试剂:称取碘14g溶于含碘化钾36g的100mL水溶液中，加入三滴盐酸，用水稀释至1000mL。

6.2、鉴定方法

称取试样1g，置于一盛有100mL水的250mL烧杯中，搅拌溶解。加入碘试剂，不得有蓝色出现。

技术指标

技术指标

结构式

为一种半乳甘露聚糖。甘露糖和半乳糖比例为2:1。甘露糖构成主链，平均每隔两个甘露糖连接一个半乳糖。^[2]

分子结构

瓜尔胶就分子结构来说是一种非离子多糖，它以聚甘露糖为分子主链，D-吡喃甘露糖单元之间以β（1-4）苷键连接。而D-吡喃半乳糖则以α（1-6）键连接在聚甘露糖主链上。瓜尔胶中甘露糖与半乳糖单元之摩尔比为2∶1，即每隔一甘露糖单元连接着一个半乳糖分支。文献中报道，瓜尔胶的分子量在220000左右。瓜尔胶分子的最大特点也即最大优点便是与纤维素结构非常相似，这种相似性使它对纤维素有很强的亲和性，称之为直接性（substantivity）。

贮藏条件

瓜尔胶粉应贮藏在密闭容器中，置于阴凉、干燥处。

卫生标准

中国《食品添加剂使用卫生标准》（GB2760―1996）中规定：可按生产需要适量用于各类食品中。FAO（1984）规定：用于青刀豆、黄荚刀豆、甜玉米、蘑菇、芦笋、青豌豆等罐头，10g/kg；加工干酪制品，8g/kg；乳汁干酪，5g/kg；酪农干酪，5g/kg；（按稀奶油混合物计）；沙丁鱼及其制品、鲭、鲐鱼等罐头，20g/kg（按罐装汤汁）；配置婴儿食品，1g/kg；芥菜型酸黄瓜、肉汤、羹，按GMP ；胡萝卜，10g/kg；发酵后经加热处理的增香酸奶，5g/kg；冷饮，10g/kg（以最终产品计）。^[2]

毒理学依据

①LD50：大鼠经口7060mg/kg（bw）。

②ADI：无须规定（FAO/WHO，1994）。

③GRAS：FDA-21CFR 184.1339。^[2]

部分数据

FEMA：  2537

Merck ： 13,4588 / 13,4587

稳定性：Stable. Combustible. A mixture of air and finelydivided power is potentially explosive. incompatible with strong oxidizing agents.

EPA化学物质信息： Guar gum（9000-30-0）^[3]

概述

瓜尔胶，主要分为食品级和工业级（油田使用的属于工业级）两种。一般出口包装是25KG/袋，外层牛皮纸，内层PE薄膜袋。广泛用于石油压裂、钻井等增稠目的，以及食品添加剂，印染和建筑涂料等行业。瓜尔胶是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。在低浓度下，可形成高粘稠溶液；表现出非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶由于它的独特性能，目前已应用于食品、制药、化妆品、个人保健、石油、粘蚊剂、造纸和纺织印染等行业。

化学性质

白色至浅黄褐色自由流动的粉末。接近无臭。能分散在热或冷的水中形成粘稠液，1%水溶液的粘度约4～5Pa?S，为天然胶中粘度最高者。添加少量四硼酸钠则转变成凝胶。

分散于冷水中约2h后呈现很强粘度，以后粘度逐渐增大，24h达到最高点。粘稠力为淀粉糊的5～8倍。加热则迅速达到最高粘度。水溶液为中性。pH值6～8粘度最高，pH值10以上则迅速降低。pH值6.0～3.5范围内随pH值降低，粘度亦降低。pH值3.5以下粘度又增大。^[3]

用途

用作头发及皮肤的调理剂、抗静电剂及增稠剂，适用于洗发香波、护发素。研究表明，瓜尔胶能适应现代工厂零排放的要求，在提高纸页留着和滤水的同时能保持或提高纸页匀度，是一种前景广阔的环保助剂。

作乳化稳定剂和增稠剂。中国规定可用于各类食品，按生产需要适量使用。^[3]

发展

瓜尔胶

瓜尔胶直链上没有非极性基团，大部分伯羟基和仲羟基都处在外侧，而且半乳糖支链并没有遮住活性的醇羟基。因而瓜尔胶具有最大的氢键结合面积，当与纤维结合时，形成的氢键结合距离短，结合力大。为赋予瓜尔胶更好的使用性能，通常对瓜尔胶原粉进行化学改性。瓜尔胶的改性主要有两个方向：一是在分子链上引入阳离子基团，从而获得一定的正电性。如用季铵盐3-氯2-羟丙基氯化铵与瓜尔胶原粉在有机溶剂中醚化反应生成阳离子瓜尔胶。这种带正电的改性瓜尔胶便可以与带负电的纤维、填料粒子相互作用从而提高原有的助留、助滤和增强效果。另一改性方向便是设法增加瓜尔胶分子链的长度，增大其分子量，从而增强其架桥连接能力。阳离子瓜尔胶在冷水中可溶，这与阳离子淀粉相比是一个很大优势。

许多淀粉分子形成螺旋状结构，而瓜尔胶分子则形成直链结构。所以瓜尔胶的活性基团比阳离子淀粉更容易与纤维接近，从而少量的阳离子瓜尔胶便可能达到较多量阳离子淀粉才能达到的使用效果。当今，聚丙烯酰胺和改性淀粉广泛应用于造纸中的助留助滤剂。但其效果只能达到一定程度。它们在提高滤水的同时可能使纤维过度凝聚，从而降低纸页匀度和强度。天然瓜尔胶作为造纸助剂时，可以提高纸页强度，减少灰斑形成并提高纸页匀度。但它的缺点便是造成滤水困难，从而降低了产量或提高了干燥部负荷。而经过化学改性的两性或阳离子瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。实验发现，这些改性的瓜尔胶能在提高纸页滤水的同时保持或提高纸页匀度；通过吸附细小纤维和粒子可以进一步改善滤水，同时提高一次留着率。而在过去，这两方面都是互斥的。

由于阳离子瓜尔胶的有效性主要取决于它与纤维的亲和性(即直接性)，所以它并不与“阴离子垃圾”反应。鉴于这一点，阳离子瓜尔胶在黑液的存在下仍能有效地发挥作用。对于新闻纸、未漂硫酸盐浆、废纸浆等含有较多杂质的浆料，随着封闭水循环的推广，阴离子垃圾的积累将显著增加。这便会使得许多传统的造纸助剂如阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)等失去作用效果。阳离子瓜尔胶可以有效地克服这一点。实验研究发现，阳离子瓜尔胶在Zeta电位从-8ｍV到0ｍV范围内效果最好。该Zeta电位范围与绝大部分造纸过程相吻合。

使用优点

1.在2合1香波配方中的表现使用配方完全一样的2合1香波体系，包含有阳离子调理剂，硅油和相同的表面活性剂。香波中含有阳离子瓜尔胶及作为比对的国内外常用同类调理剂A、B、C，结果显示含阳离子瓜尔胶的体系性能和其它产品类似，不同的地方如下：在湿梳理和湿发感觉上，阳离子瓜尔胶优于A聚合物香波；在干梳理方面，优于B聚合物香波；在湿梳理和泡沫量上，优于C聚合物香波。

2.阳离子瓜尔胶具有更少的积聚性和更好的亲和能力 聚合物对头发的调理作用是在头发被冲洗时发生，被使用后头发具光泽，有回复自然的感觉。同没有调理剂的一般香波比较，含有调理剂的香波往往会使干发体积减少（头发紧贴头皮，不蓬松），从原理上讲，使用调理剂后干发的梳理阻力减少得越多，头发的蓬松度越差，说明该聚合物有积聚行为。试验得知；阳离子瓜尔胶通过10次反复洗涤，仍然保持头发的丰盈程度，而不是越来越沉重，紧贴头皮。说明该聚合物具有更少的积聚性。消除了长期使用后有积聚、沉重、发粘和头发枯萎的负面影响。

3.增加头发的光泽和健康 使用阳离子瓜尔胶聚合物的香波体系，能增加活性成分硅油和ZPT在头发上的停留，使头发呈现光彩和健康，保持易梳理、光亮和无静电特征。

4.提高配方的稳定性 由于阳离子瓜尔胶具有悬浮、乳化的功能，当配方中硅油含量较高时，能起到悬浮和携带的作用，帮助在香波配方中稳定硅油。

安全性

阳离子瓜尔胶经动物试验证实为无毒，特别在化妆品浓度质量分数为0.5～.8%范围内更安全。

性能

在冷水和热水中有出众的分散能力，不会产生结团现象，提高了制造和生产操作的方便。

高盐和PH值相溶性 在广阔的PH范围都能迅速膨胀和溶解，即使在盐分含量很高的体系中，仍然保持稳定。

由于氮含量均匀分布，比同类产品更具亲和力，能在吸附于头发后呈现优良的抗静电性和调理作用，改善头发的湿梳性，使头发长期保持光泽、柔软、富有弹性。

对皮肤和眼睛极温和，并能减缓配方产品中表面活性剂的刺激性。

与阴离子、两性离子和表面活性剂有良好的相容性，可用于各类表面活性剂的产品中。

增加颗粒的沉积 在配方中使用时与高分子硅油和去屑剂有携带和协同作用，并提高泡沫的丰满程度和稳定性。

生产方法

（1）以豆科植物瓜尔豆的种子胚乳为原料，干燥、粉碎后，加压水解，然后用20%的乙醇沉淀，离心分离后干燥、粉碎的成品。

（2）由豆科植物瓜尔豆rCyamposi5￡以一ragonolobus或c．psDraloides]的种子去皮去胚芽后的胚乳部分，干燥粉碎后加水，进行加压水解后用20％乙醇沉淀，离心分离后干燥、粉碎而成。

主要产于巴基斯坦和印度的干燥地带及美国东南部。

安全信息

WGK Germany：  1

RTECS号： MG0185000

毒害物质数据： 9000-30-0（Hazardous Substances Data）^[3]

背景资料

在80年代的美国，瓜尔豆胶被广泛用于减肥产品。但因为大量的添加瓜尔豆胶会使食品的粘度很高，导致食道阻塞，因此也造成了10人住院，其中一人死亡的事故。之后，美国食品药品监督局叫停了这种减肥产品，瓜尔豆胶一度被禁止作为减肥产品的成分。详情可见下图：

图示

但大量的添加瓜尔豆胶也有其不利的方面。因为大量添加后，其高黏度会堵塞食道，同时，和所有纤维素一样，它会使矿物质大量流失，导致矿物质，比如说钙的吸收不足。长时间的矿物质摄取不足会使身体乏力、代谢失调，严重的会使机体病变。也正因为这些潜在的危害，瓜尔豆胶被美国食品药品监督局明令禁止作为减肥产品使用。（只是减肥产品，食品添加剂中仍然可以限量使用）

现在在市面上，大家已经基本找不到以瓜尔豆胶为功能成分的减肥产品了，毕竟中国也没落后到要用人家30年前用剩下的技术。如今，其基本被用做食品添加剂，细分的话即主要为增稠剂。在肉类，面食，冰淇淋等中都有添加。

瓜尔豆胶一般由瓜儿豆的种子去皮和去胚芽后的胚乳天然提取而来。瓜尔豆胶的生产工业是在19世纪40年代的美国兴起的，因其较好的粘稠度，最初是用在造纸工业上，但也不必因为觉得这原来是用在造纸工业上的而引起恐慌。作为天然提取的物质，瓜尔豆胶本身是无毒无害的，但却可能因为不适量的添加而造成危险。这里的适量是什么概念呢？举个例子来说，国标中，稀奶油中添加瓜尔豆胶的最大使用量为1g/kg，而在小鼠实验中，使一半的小鼠死亡的量为7.06g/kg。做个有些不恰当的比方，如果人的体重是60kg的话，那么要每天吃7.06*60=432.6g，连续吃4天，才有可能会死。而如果每天你吃1kg稀奶油的话，你从稀奶油中最多只会摄入1g的瓜尔豆胶。因此，大家大可不必担心安全问题。在欧盟的食品添加剂限量标准中，规定婴儿生长的婴儿配方中瓜尔豆胶（guar gum）的添加限量为1g/L，如果液体的浓度不是很高的话，我们一般认为其密度为1g/ml。所以，这个欧盟的添加量大概可以理解为1 g/kg。但在加工的谷物基料食品和婴儿食品中规定的限量为10g/L(所以相当于10g/kg)。而中国给稀奶油和婴幼儿配方食品的添加限量为1.0g/kg。所以说，在某些食品添加剂中，中国的限量标准也不是完全落后的。但显而易见的是，中国的标准没有那么完备。

下表摘自国标GB2760及欧盟标准（EC) No 1333/2008

图表