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香波中常用增稠剂性能

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 原胶


黄原胶还有一个名字是汉生胶,黄原胶是一种相对分子量很高的碳水化合物,以5分子糖为一单元,由与此相同的单元聚合而成的高分子多糖物质。


每一单元由2分子葡萄糖、2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸组成。


其主链由β-葡萄糖通过14-糖苷键相连而成的2分子葡萄糖为单元,其结构与纤维素结构相同,相间在葡萄糖的C3上连有2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸构成侧链。


在侧链上有丙酮酸及羧酸侧基。因其侧链含酸性基团,在水溶液中呈多聚阴离子,构成黄原胶的三级立体结构:带阴离子的侧链缠绕主链形成螺旋结构,分子间靠氢键形成双股螺旋,而双股螺旋结构间又是靠微弱的非共价键维系,形成规则的超级接合带状的螺旋聚合体


其所具有的独特性能跟含有的丙酮酸有关,通常情况下黄原胶中丙酮酸含量的高低可以用来衡量其性能的优劣。



黄原胶为类似白色或淡黄色粉末,可溶于水,不溶大多数有机溶剂。


水溶液对温度、pH、电解质浓度的变化不敏感,故对冷、热、氧化剂、酸、碱及各种酶都很稳定。在低剪切速度下,即使浓度很低也具有高粘度。如1%黄原胶水溶液的粘度相当于同样浓度明胶的100倍。


本品水溶液具高假塑性,即静置时呈现高粘度,随剪切速率增加粘度降低; 剪切停止,立即恢复原有粘度。


其特性具体为:


1. 典型的流变特性 气味典型的假塑性流体,其剪切应力和剪切速度之比随着剪切应力速率的增大而减小,原因是随着剪切速率增加,因胶状网络遭到破坏,导致黏度降低,胶液变稀,但一旦剪切力消失,黏度又可恢复,因而使它具有良好的泵送和加工性能。利用这种特性在需要添加增稠剂的液体中加入黄原胶,不仅液体在输送过程中容易流动,而且静止后又能恢复到所需要的黏度,因此被广泛应用于饮料,和化妆品行业。


2. 低浓度时的高黏性 1%的黄原胶黏度为Pa·s,含2%3%黄原胶的液体,其黏度高达37Pa·s。它的高黏性使其具有广阔的应用前景,但同时又给生产上的后处理带来麻烦。0.1%NaCl等单价盐和CaMg等二价盐,可使0.3%以下的低胶溶液的黏度略有下降,却能提高较高浓度胶液的黏度。


3. 耐热性  黄原胶在相当宽的温度范围内(-9890℃)黏度几乎无变化。其即使在130℃的高温下保持30min后冷却,溶液的黏度也无明显变化。在经多次冷冻-融化循环后,胶液的黏度并不发生改变。有盐存在时,其溶液具有良好的热稳定性,在高温条件下若添加少量电解质如0.5%NaCl,可稳定胶液的黏度。


4. 耐酸、碱性  黄原胶水溶液的黏度几乎与pH无关。这一独特性质是其他增稠剂如羧甲基纤维素(CMC)等所不具备的。如胶水溶液中无机酸浓度太高,胶液就不稳定;在高温下会发生酸对多糖的水解,因而引起胶液黏度下降。含NaOH含量大于12%,可使黄原胶发生胶凝甚至沉淀,碳酸钠浓度超过5%,也会引起胶凝。


5. 抗酶解  黄原胶骨架由于侧链的屏蔽效应,因此有不被酶水解的奇特能力。


6. 相容性  黄原胶可与绝大部分的常用食品增稠剂溶液溶混,特别是与藻酸盐类、淀粉、卡拉胶、角豆胶溶混后,溶液的黏度以叠加的形式增加。在有多种盐存在的水溶液中,其表现出良好的相容性。但高价金属离子,高pH会使其变得不稳定,加入络合剂就能防止不相容的发生。


7. 溶解性  黄原胶易溶于水,不溶于醇、酮等极性溶剂。在非常广的温度、pH和盐浓度范围内,其很容易溶解于水中,其水溶液可在室温下配制,搅动时应尽可能减少空气混入。如果将黄原胶预先与一些干物质如盐、糖、味精等混匀,然后用少量水湿润,最后加水搅拌,这样配制出的胶液其性能更好。其可以溶解在许多有机酸溶液中,而且性能稳定。


8. 分散性  1%的黄原胶溶液其承托力为5N/m2,是添加剂中优良的悬浮剂和乳化稳定剂。


9. 保水性  黄原胶对具有良好的保水、保鲜作用。


 瓜尔胶


瓜尔胶主链由(1-4)-β-D-甘露糖为单元联接而成,侧链由单个α-D-半乳糖组成并以(1-6)键与主链相接,如图1所示。瓜尔胶因来源不同分子量约为100200万,甘露糖与半乳糖之比约为1521[1]


从支链的半乳糖来看,有四个羟基均可以参与酯化或醚化反应,考虑到空间的位阻效应,羟甲基中的伯羟基反应活性最强,此外甘露糖的羟基也有一定的反应活性。这种特性与那些无分支、不溶于水的葡甘露聚糖有明显的不同。




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%水溶液的黏度在56Pa.s之间,具体黏度取决于粒度、制备条件及温度,为天然胶中黏度最高者。


分散于冷水中约2h后呈现较强黏度,以后黏度继续逐渐增大,24h达到最高点,粘稠力为淀粉糊的58倍,若再加热则迅速达到最高黏度。


瓜尔胶溶液在pH4.010.5范围内是稳定的,在pH8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℃,很快就能获得最高黏度,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黏度降低,在8095℃加热一段时间,主链糖苷键断裂,就会丧失黏度,同时溶液丧失了热可逆性,黏度不能恢复。


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NaSNaS2O3NaN3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黏度。


瓜尔胶能与某些线型多糖,如黄原胶、琼脂糖和κ-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黏度的协同作用。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。


瓜尔胶分散于冷水中约2h后呈现很高的粘度,以后黏度逐渐增大,24h达到最高点,加热则迅速达到最高粘度。





参考文献

《现代化妆品科学与技术


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