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瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展

發布日期:2014-10-09 14:43:29
瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展研究
瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展
瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展,瓜爾豆膠是食品中常用的增稠劑,介紹了瓜爾豆膠的生產及其在食品中的應用,并簡單介紹了水解瓜爾豆膠 在食品工業中的應用,展望了瓜爾豆膠的發展趨勢。
瓜爾豆膠也稱瓜爾膠、胍膠,是目前國際上最為廉價而又 廣泛使用的親水膠體之一,來源于印度、巴基斯坦等地廣泛栽 培的一年生的草本抗旱農作物Cyamopistetragonolobus。其豆 莢長約5?7cm,每一莢內有5?9粒。瓜爾豆直徑為 0.254?0.635cm,一般含14?17%的豆殼,43?47%的胚芽及 35?42%的胚乳。瓜爾豆膠即是種子中的胚乳多糖,其主要化 學成分是半乳糖甘露聚糖,在結構上,以a —1,鍵相互連接 的D—甘露糖為主鏈的不均勻地在主鏈的某些C6位上再連接 D—半乳糖為支鏈,其平均半乳糖與甘露糖之比為1: 2。
 
此結構決定了瓜爾豆膠具有很強的吸水特性,在冷水和熱 水中有較好的溶解性,粘度穩定適應范圍廣,并且具有較好的 水溶性和交聯性,可廣泛應用于食品、石油、日化、造紙、紡織、 建筑、醫藥、陶瓷等工業。
1瓜爾豆膠的生產[1,2]
瓜爾豆膠是經過精細的專門技術處理而制得的,包括選 種、種植布局、種子收集和處理,都具有一套科學方法。瓜爾豆 膠的生產工藝,簡單地說,就是經一系列的碾碎、過篩、磨細等 操作把豆粒分離出來并磨成粉,然后再把有價值的瓜爾豆膠從 豆粉中分離出來。加工工藝對于瓜膠使用性能和經濟價值的影 響常被許多瓜膠生產者持為有價值的專利資料。
1.1種子的破碎
瓜爾豆膠貯存在種子(瓜爾豆)的胚乳中,胚乳在種子發芽 時為發育的胚芽提供養分。瓜爾豆是雙子葉的種子,所以每一 個種子的胚芽被兩半胚乳所圍繞,胚乳之外被一層一般為淺褐 色的表皮所包裹。根據種子的各個組成部分硬度不同的有利條 件可將種子以機械作用粉碎,可使用多級的研磨操作并配合其 它物理的處理方法使種子破碎。研磨機的類型有很多,例如碾 磨機、特殊型號的離心破碎機(錘式粉碎機)和滾壓機等。使用 研磨機時可配合種子的水浸濕、酸浸濕和熱處理脆化。
1.2胚乳的分離凈化
利用多級篩選可將破碎種子后得到的胚乳部分與種皮和 胚芽部分分離。水分、蛋白質、酸不溶解殘渣的測定通常被認為 是最低限度的必需分析項目以檢查凈化工序的效率。幼芽的存 在使高蛋白質含量提高。表皮碎屑的存在則出現酸不溶解殘渣 含量的提高。水分含量高于15%或低于8%,達不到正常的平 衡含量,則暗示種子或粉末的處理不正常。有時以種子中原生 纖維的測定代替酸不溶解殘渣的測定。原生纖維屬于酸或堿不 溶殘渣,但其測定值大約相當于酸不溶解殘渣的一半。在食品 級的瓜膠中公認含有其它某些天然雜質。種子中無機物的含量 導致灰分含量的提高??扇苄缘头肿犹请m然存在,但通常不作 檢測。少量的乙醚,可萃取組分將反映天然油脂的存在。
1.3膠粉的制作
表1瓜爾豆膠的質量指標
項目GB2246-96FAO/WHOFCC (IV)
高黏型低黏型
半乳甘露聚糖/% ^---70
1%水溶液粘度/mPas 彡60005000--
細度(GB6003) (R20/30)系列 彡 0200mm X 5 0mm/0.125mm%9998
干燥失重/% 矣12.012.01515
灰分/% (1.01.51.51.5
酸不溶物含量/% 矣7777.0
硼酸鹽 矣不得檢出不得檢出不得檢出-
蛋白質含量/. 矣10101010
淀粉 矣不得檢出不得檢出不得檢出不得檢出
砷(以As計)含量/. 矣0.00030.00030.00030.0003
重金屬(以Pb計) 矣0.0020.0020.0020.002
鉛含量/% 矣0.0010.0010.0050.005
1.4瓜爾豆膠的分級
【作者簡介】顧振東(1976-),男,廣東肇慶人,工程師,研究方向:生物技術、食品科技。
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胚乳用機械方法粉碎后,得灰白色瓜爾豆膠粉,略帶瓜爾 豆味;用熱水溶解,有機溶劑(20%乙醇)沉淀,離心分離后干 燥、粉碎可獲得精制瓜爾豆膠,膠粉為白色,無任何異味。表1 所示的是瓜爾豆膠的質量指標。
食品級:用一般的工業凈化技術可獲得不十分純但基本上 符合要求的胚乳。由于凈化技術本身的不完善,其中可能有少 量的表皮和幼芽存在。這種雜質稍微減弱膠的有效使用價值, 但并不損害瓜膠作為食品添加劑的適用性,因為整個種子都是 可食的。
工業級:大多數銷售于工業應用的瓜膠和食品級瓜膠的純 度一樣。然而,工業級瓜膠針對特殊用途廣泛地利用化學添加 劑,以改善和控制諸如溶脹速度、粘度和溶液的穩定性等,這些 添加劑能控制膠凝作用和控制粘度。加工工藝技術也可控制分 散、水化速度和粘度。當這些工藝技術配合使用化學添加劑時 可產生具有歷史意義的典型特制品。
表2瓜膠粉末的典型分析結果
食品級細篩食品級中級篩食品級粗篩工業級細篩
水分,610-1210-1210-1210-12
蛋白質%4—64-64-64一 6
酸不艦渣%15-5.52.5-5.52.5-5.515-5.5
柏斯卡•秒3-52.5-4.52-3.53-5
厘泊3000-50002500-45002000-35003000-3500
2瓜爾豆膠在食品中的應用
瓜爾豆膠在食品工業中主要用作增稠劑、持水劑,通常單 獨或與其它食用膠復配使用。瓜爾豆膠在冷水中快速水化后形 成一種高度粘性和觸變性的溶液,它的1 %分散體系的粘度約 為6000cPs[3],是已知的膠類中增粘效果最好的膠體,同時吸水 性也最好,這種能與大量水結合的能力,使其在食品工業得到 了廣泛的應用。瓜爾豆膠在食品中主要有以下功能:
U)穩定作用:能穩定多相系統(油、水、固體物),亦能使 粘度穩定,也可穩定膠體及降低表面張力,因而能使乳油液及 懸池液保持穩定,并能穩定泡沫液。
(2)增稠作用:使食品的稠度增加,并能使某些果汁及啤 酒的持氣性增強。
(3)軟化作用:與黃原膠,角豆膠等一起用作食用膠的改 良劑。
(4)持水作用:防止面包、蛋糕等焙烤制品老化失水,延長 保險期,亦可用于冷凍食品、布丁及酸乳酪中。
(5)薄膜賦性作用:如應用于快速湯料,即食飲料、微膠囊 香料等。
(6)粘性增強作用:加大食品的粘彈性,提高面團的機械 耐力和氣體保持能力,常用于面包、面條及其它焙烤食品。
(7)阻止大結晶作用:如防止冰淇淋中產生粗大的砂糖晶體。
表3瓜爾豆膠在一些常見食品中的最大允許量
食品百分比
冰淇淋0.2 ?0.4
面類食品0.1 ?0.3
焙烤食品0.1 ?0.5
飲料、乳制品0.05 ?0.5
湯和湯的調制品0.8
肉汁和調味汁1.2
千酪0.8
2.1冰淇淋
蔡云升[4]等研宄發現瓜爾豆膠對冰淇淋膨脹率的提高有顯 著效果,瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展,這可能與其水溶性和吸水性好等理化性質有關,通過 比較其均質后與凝聚前的粘度,發現瓜爾豆膠在操作過程中穩 定型好,但其漿料在有明顯的空氣泡,保藏一段時間容易出現 收縮現象。所以可考慮將其與其它膠體復配,從而使冰淇淋成 品具有優良的膨脹率、抗融性、抗熱波動性以及保形性。復配穩 定劑可采用瓜爾豆膠+魔芋精粉[5],瓜爾豆膠+明膠+黃原膠[6], 瓜爾豆膠+黃原膠+卡拉膠+CMC[7]等等。
穩定劑對于非冷凍部分的水起到增稠與持水的作用,因而 控制產品的水分移動,這使得冰淇淋具有咀嚼的質構。不添加 穩定劑的冰淇淋質構非常粗糙,水分的移動使冰晶易長大產生 冰屑。特別是在冰淇淋銷售過程中,從貯存倉庫到銷售商店,最 終到達消費者手中,溫度升高使冰融化成水,當溫度再一次下 降時,水再一次結冰,即“熱波動”。每發生一次波動,就會產生 較多的冰屑,而穩定劑有助于阻止冰晶長大。冰淇淋中冰晶越 小,舌頭就越感覺不到。穩定劑可以增加漿料粘度,但幾乎不會 降低冰點,主要是限制未冷凍相中的水分移動。當溫度波動時, 水分子難以在原有的冰晶上再冷凍,而是重新形成新的晶核, 形成其它的小冰晶,因此不會使原有的冰晶長大。此外,穩定劑 有助于懸浮風味顆粒,并具有穩定泡沫的作用,防止冷凍產品 的收縮,阻滯冷凍產品中的水分析出。
2.2面制品
在面條生產中,利用瓜爾豆膠強吸水性能增加面團和濕面 條的總含水量,一般生產中加水量為面粉的33%左右,添加后 可增至36%左右。由于總含水量得到提高,同時膠體與面筋相 互作用形成網絡狀組織,使面帶表面光滑、不易斷,制成的面條 耐煮,不斷條、口感好。
生產方便面時,按面粉量的0.3%?0.5%添加瓜爾豆膠可 起到雙重作用:瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展,一方面,使面團柔軔,切割成面條時不易斷裂, 出絲成型時也不易起毛邊;另一方面,當面塊放入熱油鍋油炸 時,膠體可使面條與油接觸面的表面張力系數變大,面條中的 水分在揮發過程中所形成的小孔迅速被膠體封閉,從而阻止了 油的侵入。由于瓜爾豆膠具有較高的粘度和吸水疏油性,使面 條結構緊密光滑,在油炸過程中能相對減少滲入面條的油脂數 量,降低含油率并達到節油的目的。同時膠體與面筋形成網狀 組織,防止了淀粉分子游離到炸面的油中,延緩油的酸敗[8]。此 外,添加瓜爾豆膠可蒸面工序中提高面的a度。a度是衡量 方便面質量的關鍵指標,由蒸煮時間、蒸煮壓力、蒸煮溫度所決 定,與面粉吸水率密切相關,吸水越充分,a度越高,面條復水 性越好。添加后可使面粉吸水率增至35%,而a度則提高到 93%,復水時間縮短至2分鐘,復水后的面條富有彈性,不糟有 嚼勁9]。
2.3焙烤食品
12
直鏈淀粉的結晶導致的老化是影響面包質量的主要問題。 瓜爾豆膠可與直鏈淀粉形成復合物從而延遲面包的老化[10]。在 親水膠體與淀粉糊的混合體系中,不同類型的大分子一般出現 相互間的排斥,及由此產生的微區相分離,在相分離區內大分 子濃度大幅提高,并由此產生顯著的增粘效應。同時,由親水膠 體形成的微相區分布在淀粉糊體系中,成為淀粉分子三維網絡 結構中的缺陷點,并以此降低體系內有效交聯點的密度,在宏 觀力學性能中顯示最終G'(存儲模量)的降低。而G'開始 時升高速度較快則是由于微區相分離所造成的局部增濃,使淀 粉分子以較高的密度(即較快的速度)交聯。膠體分子集聚在淀
粉顆粒間的基質中,并有可能滲入顆粒一定深度,從而形成復 合物[11]。制作面包時添加瓜爾豆膠可使面包彈性增加,膨脹起 發性好,蜂窩狀組織均勻細密,斷面不掉渣,保鮮性和口感提 高。此外,添加瓜爾豆膠可使餅干光滑,防止油滲出,破碎率降 低,口感細膩[12]。
2.4肉制品
瓜爾豆膠屬于半乳糖甘露聚糖,即線性甘露聚糖鏈帶有半 乳聚糖支鏈,因其具有較強的穩定功能而應用于高出品率蒸煮 火腿中。使用時需要注意添加量,因為它們沒有膠凝特性,濃度 過時可阻止肌原纖維蛋白質成膠,導致蒸煮損失增大甚至造成 火腿內肌肉不結著[13]。以碎肉、機械去骨禽肉、豬肝等低價位原 料肉,以不同比例混合生產肉泥,同時添加膠類及淀粉類等食 品穩定劑、增稠劑以改善肉泥產品的品質。以混合料生產肉泥 產品時,穩定劑以瓜爾豆膠為好,添加量為0.5%^。瓜爾豆膠 也可以用于香腸加工中,它能改善灌腸。
2.4飲料
瓜爾豆膠是通過糖苷鍵結合的膠體多糖,并且無臭無味, 能分散在熱水或冷水中形成粘稠液,用于飲料中有增稠和穩定 作用,可防止制品分層、沉淀,并使產品富有良好的滑膩口感, 添加量為0.05?0.5%。但從劉國琴等[15]的實驗結論來看,瓜爾 豆膠雖然可通過增大濃度來使固形物懸浮于溶液中,但其口感 差,瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展,不爽口,可考慮使用復配型飲料穩定劑。孫青春等[16]研宄表 明在控制用量的條件下瓜爾豆膠與瓊脂復配穩定劑具有較好 的懸浮效果和口感。
2.5保健食品
瓜爾豆膠在人體中具有水溶性膳食纖維的各種功能,能降 低肝臟和血液中的膽固醇,糖負荷試驗中能抑止血糖值上升, 還具有調節胰島素并使血液中胰島素下降的作用[17]。A.C.D. FRIAS與V.C.SGARBIERI[18]研宄發現,食物中含有濃度10% 到20%的瓜爾豆膠時,可以有效地降低攝食量并減少體重,使 小腸長度增加,食物在腸道中的迀移延遲,并且減少血液中膽 固醇和甘油脂的總量,提高HDL —膽固醇的含量并減少 LDL —膽固醇的含量,降低肝臟中膽固醇的濃度。值得注意的 是,添加瓜爾豆膠會不同程度地影響鈣、鋅和鐵的吸收[19]。
2.6其它
甜點心糖屑中,能減少蔗糖對分的吸收;0.2%?0.8 %的含 量使用于調味料和調味汁時,它能增加粘度,提供良好的口感; 罐頭食品中,使肉菜固體部分表面包一層稠厚的肉汁;用于干 酪加工時可消除脫水收縮,并可增加涂布性;作為香精香料或 其它活性物質微膠囊化的壁材[20];用于炸薯條、蝦條等膨化食 品等等。
3水解瓜爾豆膠在食品中的應用
瓜爾豆膠很容易解聚,化學法或酶法都可使瓜爾豆膠水 解。例如在低pH值和高溫的條件下,可以制得一系列分子量 不同的瓜爾豆膠。雖然解聚的瓜爾豆膠的增稠效果在某種程度 上不如天然瓜爾豆膠,但是它可以使兩相界面的膠體濃度增加 從而減少了相分離的趨勢。研宄表明低分子量的瓜爾豆膠比天 然的瓜爾豆膠更適合用作食品增稠劑[21]。何唯平等[22]介紹了一 種由半乳甘露聚糖酶水解瓜爾豆得到的天然水溶性膳食纖維, 溶解度高,粘度低且不受pH值和NaCl的影響,同時在高溫 (100°C)和pH5時具有良好的穩定性??娠@著改善便秘的便通 效果,增加雙岐桿菌的數量,提高對鐵質的吸收,降低血清膽固 醇和甘油脂。
4展望
由于瓜爾豆膠來源穩定、價格低廉,在食品工業中得到了 廣泛的應用。此外,瓜爾豆膠的生產及其應用研究進展,商品化的瓜爾豆膠衍生物也早已問世,化學 改性可使瓜爾豆膠改變在溶劑在的分散狀態、粘度、溶液透明 度等特性。除了本文介紹的水解瓜爾豆膠外,產品有離子型的 羧甲基瓜爾豆膠鈉(CMG)、羧甲基羥丙基瓜爾豆膠鈉(CMH- PG)和非離子型的羥丙基瓜爾豆膠(HPG)及磷酸瓜爾豆膠等。 這是因為瓜爾豆膠的結構中含有許多羥基(每個糖單體平均含 有三個羥基),通過羥基官能團容易進行醚化和酯化反應。近年 來,通過化學改性使瓜爾豆膠的分散性、粘度、水化速度、溶液 透明度大大提高。目前這些衍生物雖沒有被批準用于食品中, 其中一部分將來也許會被批準用于食品。瓜爾豆膠的衍生物的 研宄與開發,使瓜爾豆膠衍生物已成為瓜爾豆膠生產中舉足輕 重的重要組成成分。國內外瓜爾豆膠生產企業正在加強開發瓜 爾豆膠產品,表明這種增稠劑有著廣泛的發展前景。
本文推薦企業:山東東達生物化工有限公司(http://www.midnightsweeps.com/),是專業的瓜爾膠和瓜爾豆膠生產廠家,專業生產瓜爾膠和瓜爾豆膠。擁有雄厚的技術力量,先進的生產工藝和設備。山東東達生物化工有限公司全體員工為海內外用戶提供高技術,高性能,高質量的瓜爾膠和瓜爾豆膠產品。熱忱歡迎國內外廣大客戶合作共贏。
 
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