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引言文献信息中心
瓜儿豆与瓜尔豆胶简介
1引言
图1瓜儿豆——从大田到工业应用
瓜尔豆[Guarorclusterbean(Cyamopsistetragonoloba)]是一种半干旱-亚热带地区的豆科作物,主要生长在印巴次大陆的热带沙漠地区。
瓜尔豆有一个大胚乳,含有半乳甘露聚糖胶,是在水中形成凝胶的物质。
这就是俗称的瓜尔豆胶,在诸如冰淇淋、奶酪等乳制品以及冷肉类加工中作为稳定剂使用。
瓜尔胶衍生物也用于工业应用,如造纸和纺织工业、矿石浮选、制造炸药以及油气层的水力压裂等。
瓜儿豆浑身都是宝,除主要用于提取瓜儿胶外,其产品还有多种用途:
●嫩豆荚像四季豆那样可以炒食,也可盐腌或油炸来吃。
成熟的种子可代
替扁豆使用,在非洲,嫩叶像菠菜一样做菜吃。
●瓜尔豆常作为绿肥、家畜饲料来栽培。
●瓜尔豆耐旱而有根瘤,可改良土壤,有利于其他轮作作物的生产。
●瓜胶生产过程中产生的壳和胚芽称为“提胶后的瓜尔豆粉”,也叫“瓜
尔豆粕”,在国际市场上作为牛饲料广泛销售。
“提胶后的瓜尔豆粉”是高蛋白质,富含油和硬蛋白,其中胚芽含有50%左右,壳含25%左右。
食品级瓜尔胶粉的质量是根据其颗粒大小、水化速率、微生物含量定义的。
E412瓜尔豆胶是一种重要的天然食品补充,具有很高的营养价值。
●现代研究发现,瓜尔豆胶已被证明对胆固醇有积极作用,所用剂量为12
至15克/天。
对短期轻度至中度高脂血症患者的研究表明,瓜尔豆胶降低了患者的血清总胆固醇水平。
瓜尔豆胶已被用来作为传统的降脂辅助治疗。
与洛伐他汀合用导致18周的治疗后,总胆固醇水平下降达到44%。
而单独服用洛伐他汀仅下降34%。
瓜尔豆胶还可以控制糖尿病和维持维护肠胃运动,减少了人类罹患心脏疾病的风险。
2植物形态学
图2瓜儿豆株型
瓜儿豆英文名guar或clusterbean,拉丁名Cyamopsistetragonoloba(L.)Taubert(cyamopsispsoralioidesDC.),蝶形花科。
瓜尔豆属是一种直立、粗粝生长的一年生草本植物,因其抗旱性而著称,适宜于中度碱性土壤生长(pH值7.0〜8.0),高可达3m,有很发达的根系,具有大而明显的根瘤,其长长的主根深达土壤深处汲取水分。
分枝具有棱角,有沟槽,被短柔毛,某些品种有白霜。
叶互生,3小叶,小叶长5~10cm,卵圆形,有锯齿。
花小,生于密集的腋生总状花序上,粉红到白色,两侧对称,果实为压扁的长圆形豆荚,长达12cm,有喙;种子每荚5~12粒,广椭圆形,呈白色、灰色或者黑色,长约5mm,很坚硬,表面显粗糙。
荚果从植株基部直到顶端密集生长,属密集型豆类(见图2、图3)。
大多数瓜尔豆改良品种的叶、茎和荚光滑无毛,根据品种不同有单茎、细分支或基础分支。
图3瓜尔豆guar(Cyamopsistetragonoloba(L.)Taubert(cyamopsispsoralioidesDC.)
瓜尔豆属的植物一共有三种,一个是上面介绍的亚洲种,这是一种栽培种,有很多变种,它在亚洲分布极广,尚未发现野生种;另一个是塞内加尔瓜尔豆(C.senegalcnsis)几乎只产在非洲,它以野生状态生长在非洲的半荒漠地区,在塞内加尔,人们将它用作绿肥;第三个种是狭叶瓜尔豆(C.stenophylla)发现于撒哈拉南部地区,这个种的发现还仅仅局限于该地,这是一种荒漠植物。
3分布与生产
3.1世界
关于瓜尔豆的起源问题,有起源于亚洲热带和非洲热带两种说法。
但较多的学者认为,非洲热带是瓜尔豆的起源中心。
如谢莫维奇(Hymowitz,1972)认为,在公元9~13世纪时,随着印度和阿拉伯之间贸易的发展,印度沿海地区每年需要从阿拉伯进口大量的马,当时运输马的海船,将塞内加尔瓜尔豆(Cyamopsissenegalensis)作为马料带到印度。
而印巴次大陆西部干旱地区的气候土壤条件很适合瓜尔豆繁衍生长,经过长期栽培选择,逐步驯化为现今的瓜尔豆。
今天的印度是全球最大的这一宝贵的豆科植物的生产国,巴基斯坦紧随其后。
在印度和巴基斯坦,瓜尔豆是喂牛的饲草、绿肥、供人食用的蔬菜和人畜共用的药用植物。
瓜尔豆在19世纪以前只是印度和巴基斯坦等少数国家作为蔬菜、饲料和绿肥作物大量栽培的一种豆科作物。
20世纪以后,有10多个国家先后引种。
美国、南非、津巴布韦、澳大利亚、巴西等是除印度和巴基斯坦之外的主要种植国。
图4瓜尔豆及其构成
瓜尔豆在全球范围内的大规模种植是伴随着半乳甘露聚糖胶在工业上的大量应用而兴起的。
20世纪初期,美国将长角豆胶用于工业上。
到20世纪40年代,长角豆胶被用作增稠剂和稳定剂大量地使用在食品和其他行业上。
第二次世界大战期间,美国从地中海地区进口工业原料长角豆(Ceratoniasiliqua)种子很困难,价格上涨,长角豆胶不能满足工业需要,这才寻找其代用品,所以同样含有半乳甘露聚糖的瓜尔豆开始得到重视。
在研究多种植物之后,麦凯维伊(1947)等首先确认瓜尔豆有许多潜在的工业用途。
惠斯特(1948)等对瓜尔豆种子的理化性质做了详细的研究。
此后,经过大量研究工作和应用试验,瓜尔豆逐步发展成为现代工业用胶的重要原料。
近年来,尤其是2012年以来,随着美国页岩气开采业对瓜尔胶的巨大需求,作为瓜尔胶来源的瓜尔豆也受到极大关注,价格暴涨900~1000%,印度政府甚至于2012年4月临时关闭了期货交易所,暂停了交易。
瓜儿豆供不应求的形势促使一些大的商业种植者纷纷转向瓜尔豆生产。
2012年世界瓜儿豆产量如表1所示。
表12012年世界瓜儿豆产量
国家和地区产量占全球产量比例
世界198.2万吨100%
印度135.9万吨68.56%
巴基斯坦53.8万吨27.14%
南非24000吨2.82%
津巴布韦17000顿2.00%
得克萨斯12500吨1.47%
缅甸9800吨1.153%
苏丹6600吨0.77%
马里4400吨0.51%
西印度群岛3500吨0.41%,
美国西部2400吨0.28%
马尔代夫2000吨0.23%
挪威1250吨0.14%
澳大利亚1075吨0.12%
新西兰475吨0.05%
瓜尔豆胶简介
中文名称:
瓜尔豆胶
中文别名:
瓜耳树胶;瓜尔胶;古耳胶,瓜胶。
英文名称:
Guargum
CAS:
9000-30-0
EINECS/(欧洲化学品管理局)化合物目录数据库:
232-536-8
瓜儿豆胶产品代码
产品代码
产品代码(新)
产品描述
13023201
13023210
瓜尔豆粕(GUARMEAL)
13023202
13023220
瓜尔豆胶精制片
13023203
13023230
瓜尔豆胶粉
基本信息
瓜尔豆胶物理化学性质:
由瓜尔豆的种子去皮去胚芽后的胚乳部分经清理、干燥粉碎后加水、再进行加压水解后用20%乙醇沉淀,离心分离后干燥、粉碎而得。
商品胶一般为白色至浅黄褐色自由流动的粉末,接近无嗅,也无其他任何异味,一般含75%~85%的多糖,5%~6%的蛋白质,2%~3%的纤维及1%的灰分。
瓜尔豆胶制备方法:
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、粉碎得成品。
图1瓜儿豆及其系列产品:
瓜儿豆、瓜胶精制片和瓜胶粉
瓜尔豆胶物化性质:
主要成分是分子量为5万~80万的配糖键结合的半乳甘露聚糖、即由半乳糖和甘露糖(1:
2)组成的高分子量水解胶体多糖类。
白色至淡黄褐色粉末,能分散在热或冷水中形成粘稠液。
1%水溶液粘度约为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。
水溶液为中性,粘度随PH值的变化而变化,pH值6~8粘度最高,pH10以上则迅速降低,pH6~3.5内随PH值降低。
pH3.5以下粘度又增大。
瓜尔豆胶在冷热水中聚能充分水化形成半透明溶液。
瓜尔豆胶经过充分溶解后粘度达到最大。
长时间高温处理将导致瓜尔豆胶本身降解,粘度下降。
瓜尔豆胶为天然胶黏度最高者不溶于乙醇等有机溶剂。
瓜尔豆胶溶液呈非牛顿流体的假塑性流体特性,具有搅稀作用。
同时具有良好的无机盐兼容性能。
瓜胶粉
瓜尔豆胶是一种白色至黄白色粉末,几乎无味。
瓜尔豆胶溶于热水或冷水中形成高粘度的糊状。
瓜尔胶的粘度随温度、时间和浓度产生相应变化。
瓜胶片(胚乳片)
瓜尔豆胶是已知的最有效的水增稠剂,呈白至奶油色、自由流动的粉末。
瓜尔豆胶是一种非常通用、高效的生物聚合物,覆盖广泛的工业应用领域。
提胶后的瓜儿豆粉
提胶后的瓜尔豆粉可作牛饲料,是一种蛋白质含量最高的动物饲料;它有消化成分高达55%的蛋白质[O+A]。
快速水化的瓜胶
图2瓜尔豆系列产品
瓜尔豆胶产地及分布:
瓜尔豆胶出自瓜儿豆,主要生长在印度和巴基斯坦边界的干旱和半干旱区诸邦(省)。
全球瓜尔豆胶年产量大约40-70万吨,印度占世界总产量的80%左右。
图3印巴次大陆瓜尔豆胶产地示意图
瓜尔豆胶产品用途和应用领域:
⒈用作稳定剂、增稠剂、乳化剂、乳化稳定剂、悬浮剂、泡沫增强剂。
我国规定可用于各类食品,按生产需要适量使用。
在食品工业中,用于增强、改善调味酱、沙司、布丁罐头、冷冻发泡牛奶等的稳定性、浓度和密度。
⒉化妆品乳液用作稳定剂的黏度调节剂。
在牙膏中作增稠剂和黏结剂,用量为1%-1.2%。
⒊在水和废水处理中,使用瓜尔胶及其衍生物作絮凝剂。
在采矿过程中,瓜尔胶用作絮凝剂或浮选剂、泡沫稳定剂、过滤助剂和处理剂,对固液分离十分有效。
生产方法:
⒈由豆科植物瓜尔豆[Guarorclusterbean(Cyamopsistetragonoloba)]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。
⒉瓜尔胶原料为瓜尔豆籽,属豆科植物,主要生长在温热半干燥地带如印度、巴基斯坦和美国的得克萨斯州及俄克拉荷马州等。
⒊加工方法是先将瓜尔豆磨碎,经筛分、吹风处理,除去皮和胚芽得到胚乳,再将胚乳用含极性有机溶剂的碱性水溶液在70~90℃温度下处理,然后过筛除去外壳,加水进行水洗除碱,再加酸性极性有机溶剂中和、过滤,并在减压下于60~80℃温度下干燥,最后,磨碎、过筛,收集粒度小于1.41mm的粉粒为产品。
产物瓜尔豆中所含半乳甘露聚糖汁约90%。
瓜尔胶的衍生物如羟丙基瓜尔胶、羧甲基瓜尔胶和阳离子瓜尔胶是重要的专用化学品。
这些经改性后的瓜尔胶,由于氢键减少,提高了在醇水混合液中的溶解能力,改善了电解质的相容性,因此扩大了使用范围。
瓜尔胶的改性主要通过碱性瓜尔胶与适当的卤化物或环氧化物反应制得。
储运条件:
宜放在干燥、通风、阴凉处,并注意防潮。
不得与有毒物品混放。
运输过程中不得与有毒物品混装,避免污染。
安全信息:
RTECS号MG0185000
瓜儿豆胶(瓜尔胶)适用标准:
QB2246-96
名称
单位
指标
外观
奶白色或微黄色
胶含量
%
≥82
水份
%
≤11
灰份
%
≤1
酸不溶物
%
≤2.5
蛋白质
%
≤5
重金属
ppm
<1.0
PH值
6-6.5
冷却后粘度(Brookfield粘度计在20RPM转速下,25摄氏度,1%水溶液中,测定粘度):
2小时后
cps
≥5000
24小时后
cps
5500-6000
颗粒度指标:
100目筛上
微量
通过200目
%
≥95
微生物指标:
细菌总数
/gm
≤2000
酵母菌&霉菌
/gm
≤100
大肠菌
/gm
不检出
大肠杆菌
/gm
不检出
瓜尔豆能在中国种植吗?
瓜尔豆在我国种植已有数年历史,在各地的引种中可以大面积生产发展的地区,大致都在年平均气温18~24℃,年降水量1000mm左右的局部平原、干热河谷和小盆地气候。
比如像广东的遂溪、海南的东方和乐东、四川的渡口市与会理、湖南的祁东、云南的元谋、元江、潞江坝等地是栽培的较好地区,这些地方每年能种植两次,获得优质高产,适用于胶用种子栽培。
而像云南的宾川、南涧等地适于夏作,开远、蒙自等地只限于夏作;勐腊、景洪等地适于秋作。
至于湖北的房县、江西的庐山、江苏的南京及上海市等地,这些地区每年只能种植一次,而且要适时播种,使收期处于晴朗少雨季节,以获得优质种子。
另外,像安徽的宿县,山东禹城、惠民,陕西的咸阳,河南南阳、鹤壁,辽宁沈阳,黑龙江的哈尔滨,新疆的吐鲁番,北京及其郊县等,瓜尔豆在这些地区能够生长,但效果不好。
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