瓜尔胶
摘要：瓜尔胶是水溶性很好的天然高分子之一。本文综述了瓜尔胶的结构和性质 ,同时介绍了瓜尔胶的应用。
关键词:瓜尔胶；半乳甘露聚糖；性质；化学改性；应用
瓜尔胶又名愈创树胶，其名称是 Cyamop sistetrago molobus ,属半乳甘露聚糖，是目前已知的水溶性最好的天然高分子化合物之一，来源于印度、巴基斯坦等干早和半干旱地区广泛栽培的一年生豆科植物瓜尔豆。瓜尔豆的果实一般含14%～17%的豆壳,35%～42%的胚乳和43%～47%的胚芽。近年来我国新疆部分地区引进瓜尔豆进行适应性种植较为成功 ,小区种植每667方米产量达220-240kg.大田种植每667方米产量达150kg。目前种植面积还没有形成规模 , 远不能满足国内市场需求 , 我国的瓜尔胶原料主要依靠进口。
一、瓜尔胶的结构和制法
通常所说的瓜尔胶指的是瓜尔糖,其主链由（1-4）-β-D -甘露糖为结构单元连接而成,侧链则由单个的α-D-半乳糖组成并以(1-6)键和主链相接。从整个分子来看,半乳糖在主链上呈无规分布 ,,但以两个或三个一组居多。这种基本呈线形而具有分支的结构决定了瓜尔胶的特性与那些无分支、不溶于水的葡甘露聚糖有明显的不同。因来源不同,瓜尔胶的分子量及单糖比例不同于其它的半乳甘露聚糖。瓜尔胶的分子量约为100万～200万,甘露糖与半乳糖之比约为1.5～2：1。其分子结构见图1-1。
图1-1 瓜尔胶的化学结构式
瓜尔胶的制法：先将瓜尔胶豆磨碎，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℃温度下下燥，最后，磨碎、过筛，收集粒度小于1.4lmm的粉粒为产品。产率以瓜尔豆中所含半乳甘露聚糖
约90％。瓜尔胶的组成一般含75%～85%的多糖 ,8%～14%的水份 ,5%～6%的粗蛋白质 ,2%～3%的粗纤维及0.5%～1%的灰分。根据其产地和加工方式的不同, 其成份略有左别 , 按粒度和粘度可分为不同的等级。
瓜尔胶的质量标准见下图。
二、瓜尔胶的性质
瓜尔胶为白色至浅黄色，可自由流动的粉末，易吸潮。瓜尔胶密度为1.492g/cm3,能完全溶于冷水和热水，但不溶于油、油脂、汀、酮和酯。其水溶液无味、无臭、无毒，呈中性。由于溶液中含有少量的纤维和纤维素，因此呈淡灰色半透明状。瓜尔胶在水溶液中表现出典型的缠绕生物聚合物的性质，一般而言，0.5%以上的瓜尔胶溶液已呈非牛顿流体的假塑性流体特性，没有屈服应力。瓜尔胶在冷水中就能充分水化（一般需要2h），能分散在热水或冷水中形成粘稠液，1%水溶液的粘度在5～6 Pa.S之间，具体粘度取决于粒度、制备条件及温度，为天然胶中粘度最高者。分散于冷水中约2h后呈现较强粘度，以后粘度继续逐渐增大，24h达到最高点，粘稠力为淀粉糊的5～8倍。瓜尔胶溶液在pH值4.0～10.5范围内是稳定的，在PH值8时水合作用最快。瓜尔胶水溶液的热稳定性较差，短时间内加热到40℃，很快就能获得最高粘度，但是冷却后能恢复到原来的数值，另外长时间的高温处理将导致瓜尔胶降解而使粘度降低，在80～95℃加热一段时间，主链糖苷键断裂，就会丧失粘度，同时，溶液丧失了热可逆性，粘度不能恢复。
瓜尔胶作为一种天然高分子化合物，瓜尔胶易被酶和细菌分解而不能长期储存，常见的酶是半乳糖酶和甘露糖酶。抑制酶和细菌的方法是在溶液中加入NZaS、NaS2O3和NaN3等研究了瓜尔胶在酸性条件下的稳定性，在50℃时，pH=3的条件下基本不水解，低于3时将会有不同程度的水解，而在室温25℃时，即使pH=1.0时也基本不水解，说明瓜尔胶具有较强的耐酸碱性。但是硫酸或三氟乙酸等强酸则可以使其完全水解为单糖，可利用此性质测定瓜尔胶及其衍生物中两种单糖的比例。
瓜尔胶是一种溶胀高聚物，水是它的通用溶剂，不过也能以有限的溶解度溶解于与水混溶的溶剂中，如乙醇溶液中。此外由于瓜尔胶的无机盐类兼容性能，其水溶液能够对大多数一价盐离子（Na+、K+、Cl-等）表现出较强的耐受性，如食盐的浓度可高达60%；但高价金属离子的存在可使溶解度下降。
瓜尔胶分子主链上每个糖残基都有两个顺式羟基，在控制溶液pH值的条件下，瓜尔胶将会通过极性键和配位键与交联剂进行交联，如硼酸盐、金属离子等反应，可生成稍带弹性的水凝胶，此外还能形成一定强度的水溶性薄膜。瓜尔胶分子链上的羟基可与某些亲水胶体及淀粉形成氢键，所以与小麦淀粉共煮可达更高的粘度。瓜尔胶能与某些线型多糖，如黄原胶、琼脂糖和k型卡拉胶相互作用而形成复合体，瓜尔胶与黄原胶有一定程度的协同作用，但与卡拉胶则无协同效应，这种相互作用比之槐豆胶则相对较弱。在低离子强度下，与阴离子聚合物和阴离子表面活性剂配合后有增强粘度的协同作用。这些阴离子化合物被吸附在中性聚合物上，并因此而扩大了瓜尔胶的分子，这是在所吸附的带阴离子的功能基团之间发生相互排斥的结果。如加入电解质，引入相反的离子则中和了阴离子电荷，因此破坏了协同作用。
三、瓜尔胶的改性
尽管瓜尔胶具有很好的水溶性和增稠性 ,但是原粉瓜尔胶往往具有下述缺点:不能快速溶胀和水合 ,溶解速度慢；水不溶物含量高；粘度不易控制；易被微生物分解而不能长期保存。这些缺点使瓜尔胶的应用受到很大限制 ,因此需要改变其理化特性 ,使其可广泛应用。改性主要分为5类：
1、瓜尔胶的醚化
醚化瓜尔胶是瓜尔胶中的羟基与活性物质作用生成瓜尔胶取代基醚。强碱条件下醚键不易水解而提高了稳定性。由于醚化基团不同，改性后的水不溶物、勃度、耐剪性及耐温性等性能也不尽相同，常见的醚化瓜尔胶有羧甲基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶和轻氨基酸醚等。
瓜尔胶与叔铵或季铵盐发生醚化反应可以使瓜尔胶带有一定的电荷密度，制得阳离子瓜尔胶。作为造纸助剂时，更容易与带负电的纤维和填料发生作用而增强纸张的强度。
2、瓜尔胶的酯化
酯化瓜尔胶是瓜尔胶中的轻基被无机酸或有机酸酯化而得的产品。常见的有硫酸酯、磷酸酯、醋酸酯、邻苯二甲酸酯、苯甲酸酯和磺酸酯。有研究者在NaH0存在的条件下，用瓜尔胶与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸反应合成了一种高效增稠剂。
3、瓜尔胶的氧化
