【原料】化妆品最常用的多糖聚合物之一

【原料】化妆品最常用的多糖聚合物之一 — 黄原胶

落樱
2017.08.01

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黄原胶又名汉生胶，是一种高相对分子质量的天然碳水化合物。它是以芜菁甘蓝分离出来的野油菜单胞菌接种，经培养发酵制得的多糖类高分子化合物。在发酵过程中，菌种在含碳水化合物（如质量分数1%~5%葡萄糖）、磷酸氢二钠和合适的微量元素的很好充气的培养介质中进行发酵。培养50~100h，得到4~12Pa•s的高粘度液体。灭菌后，加入异丙醇使其沉淀，再用异丙醇精制、干燥和磨细而成。

性状

黄原胶是奶白色至淡黄色粉末，稍带臭。易溶于冷、热水中，溶液呈中性，遇水分散、乳化变成稳定的亲水粘稠胶体。

组成和结构

黄原胶含有3种不同的单糖组分：β-D-葡萄糖、β-D-甘露糖和β-D-葡萄糖醛酸（混合的钾、钠和钙盐）。聚合物链中每一重复嵌段含有两个葡萄糖（主链）、两个甘露糖和一个葡萄糖醛酸基元（支链）。结构式如下图所示，聚合物的主链是通过1-4苷键连接β-D-葡萄糖链，主链化学结构与纤维素相同。

图1 黄原胶结构

由于支链的屏蔽作用，使黄原胶特别能抵抗酶的作用。与其它天然胶类相比较，黄原胶不变的结构和化学及物理性质的均匀性是很突出的。其结构牢固性使它具有一些独特的性质。与其他典型的阴离子多糖不同，当其浓度大于质量分数为0.15%时，将食盐加入不含盐的汉生胶溶液中，其黏度增加；当加热时，大多数多糖溶液的粘度下降，而黄原胶溶液加热至90℃，对其粘度的影响也不大。

溶液性质

低浓度的黄原胶溶液的粘度也很高。室温下质量分数约为0.5%溶液的粘度约为0.4Pa•s，质量分数为1%溶液约为1Pa•s，质量分数为2%溶液的粘度为3~4 Pa•s。

盐类对黄原胶粘度的影响与黄原胶溶液的浓度有关。在黄原胶浓度较低时（食品级浓度低于质量分数0.15%，工业级浓度低于质量分数0.25%），单价盐类（如氯化钠）会使其溶液粘度稍有下降。而当黄原胶浓度增加时，单价盐类会使其溶液的粘度增加，单价盐浓度质量分数为0.08%时，其溶液粘度达到峰值；再进一步添加盐量，其粘度不受影响。二价盐类也有类似的盐效应。然而，粘度的变化也与溶液的pH和其他添加剂存在有关，在高pH时，二价金属离子会引起汉生胶胶凝。多价盐类会引起作用（增加其不溶性），特别是在高pH时更为突出。三价金属离子在中性，甚至在酸性条件下也会引起胶凝，添加螯合剂可防止其胶凝作用。

在“转变温度”（螺旋网格结构被破坏的温度）以下，温度变化对黄原胶溶液的粘度影响很小。例如质量分数为1%的食品级黄原胶溶液，在93℃以下，其粘度几乎不变，保持在1.1~1.2Pa•s。在低浓度时，随温度上升，溶液粘度略有下降。在“转变温度”以上，溶液中螺旋网格结构被破坏，转变是热不可逆的。pH对黄原胶溶液粘度的影响也是很小的，由于其有序、牢固的螺旋结构。

图2 pH对1%食品级黄原胶溶液粘度的影响

黄原胶水溶液是典型的假塑性体，只要施加的剪切应力超过其屈服值，其粘度随剪切速率增大而下降。当撤除剪切应力后，粘度很快恢复。其溶液是非触变性的流体。疏松结合的螺旋结构的基体和氢键结合赋予黄原胶假塑性、屈服值。由于黄原胶的粘度/剪切速率关系单调变化特性，在塑变值以下有十分高的粘度，使黄原胶在十分低的剪切速率下，被悬浮粒子保持不动，使黄原胶具有优异悬浮能力。

在相当于倾倒和涂抹操作的剪切速率时，一般足以使其表现粘度下降。与其它增稠剂相比，黄原胶溶液可耐较长时间剪切而不引起明显的降解。这是在它的应用方面很重要的特性。1%汉生胶溶液在剪切速率46000s-1 下（相当于均质器和胶体磨的剪切速率）剪切1小时候，也没有出现粘度损失。添加精制的海藻酸钠可改善黄原胶溶液的假塑性程度。

图3 剪切速率对黄原胶溶液粘度的影响

配伍性

黄原胶可直接溶于多种酸的溶液中。然而，一般把酸加至汉生胶溶液中效果较好。在大多数有机酸中汉生胶很稳定。它与矿物酸的配伍性取决于酸的类型和浓度。高温时，多糖加酸水解加速，结果粘度下降。黄原胶可与包括浓氢氧化铵在内大多数碱性化合物匹配。浓度大于12.0%的氢氧化物会使汉生胶溶液产生胶凝或沉淀。碱性盐类（如碳酸钠、磷酸钠等）浓度超过5%时，黄原胶溶液在长期储存后也会发生凝胶。

在很多盐类存在时，黄原胶溶液都有很好的配伍性和稳定性。有些情况下，配伍性只受到盐的溶解度的限制。多价离子在高pH时配伍性差，但加入螯合剂（如聚磷酸盐）可改善多价离子的配伍性。在还原剂中，黄原胶一般是稳定的；但要防止会引起长链聚合物降解自由基的生成。如果氧化剂存在，黄原胶会发生降解。

黄原胶可与海藻酸钠和淀粉很好地配伍。当与糊精、瓜尔胶和刺槐豆胶混合，黄原胶表现出粘度增加的协同效应。除高浓度的丙烯酸聚合物外，汉生胶可与大多数合成水溶性聚合物配伍。阿拉伯胶在中至高浓度范围内与汉生胶可生成络合物。一般不建议黄原胶与纤维素衍生物配伍。

由于支链的屏蔽作用，汉生胶能特别抵抗酶的作用。蛋白酶、纤维素酶、果胶酶和淀粉酶对汉生胶没有影响。

质量分数≤20%非离子表面活性剂可与黄原胶很好地配伍。质量分数约≥15%的阴离子和两性表面活性剂会使黄原胶盐析，在此浓度以下，稳定性较好。黄原胶与阳离子表面活性剂不配伍。黄原胶可与大多数防腐剂配伍，但不与季铵盐配伍，添加掩蔽剂可改变配伍性。如同其他多糖一样，尽管汉生胶是微生物生长较差的支持者，但它仍是支持微生物生长的。因此，如果黄原胶要存放24小时或更长的时间，推荐添加防腐剂。

与蒙脱石水分散液结合，黄原胶表现出特别有趣流变特性，添加黄原胶明显地改善配方的物理性质。含0.6%黄原胶，白矿油与水4：6混合物仍然容易地形成分散乳液。也可使用更高浓度的黄原胶。乳液是白色，并且不会像阿拉伯胶那样形成似橡胶的膜。一般来说，在很多其他组分存在时，黄原胶溶液有很好的配伍性和稳定性。纯度高的黄原胶配伍性较工业级黄原胶好。

毒理学性质

已列入GRAS，可安全用于食品（FDA,ξ172.695,1994）。对皮肤和眼睛无刺激作用，也不会致敏。鼠长期日服（104~105周）的病理组织学观察试验表明，日服用0.1g/kg,0.25/kg和0.5/kg体重，未发现有异常。

应用

主要用作各类化妆品如膏霜、乳液和牙膏的增稠剂、稳定剂、悬浮剂、泡沫增强剂，改善牙膏口感。特别是有利于改善其温度稳定性和在较宽pH范围的稳定性。推荐用作乳液、牙膏添加剂，亦可用于香波、护发素和美容化妆品的悬浮剂。一般用量质量分数为0.1~0.3%。

参考文献：

[1]裘炳毅编著.化妆品化学与工艺技术大全.上册.北京：中国轻工业出版社，1997，187~314.

[2]Klein K.,Formulators Forum:Choosing Thickening Agents For Emulsions,Part 1:Water Phase Thickeners,C & T,2003,118(2);42~46.

[3]裘炳毅，高志红编著.现代化妆品科学与技术.上册.北京：中国轻工业出版社.

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