瓜爾膠（Guar gum）又稱愈創樹膠，來源于豆科的瓜爾豆（Cyamopsis tetragonoloba）所產種子去皮去胚芽后的胚乳部分，由干燥粉碎后加水，進行加壓水解后用20%的乙醇沉淀，離心分離后干燥粉碎而得，主要成分是分子量為5萬-80萬的配糖鍵結合的半乳甘露聚糖，由半乳糖和甘露糖（1:2）組成的高分子量水解膠體多糖類。瓜爾膠無臭，味道平淡，為白色或黃白色粉末，不溶于有機溶劑，在水中可迅速分散并溶脹形成高黏度觸變型凝膠。
瓜爾膠具有增稠能力高、穩定性和兼容性能良好等特性，在食品工業中用作增稠劑、乳化劑、成膜劑、保水劑和穩定劑，常用于果醬、肉汁的增稠，冰淇淋及冷凍食品的穩定，面制品中的增筋等；在采礦、石油開采中用作浮選劑、泡沫穩定劑、過濾助劑等；在水和廢水處理中，用作絮凝劑。瓜爾膠無毒、無刺激性，但其服用后會在胃內溶脹而產生飽脹感。瓜爾膠粉需儲存在密閉容器中，置于陰涼干燥處，配成溶液常需加入防腐劑儲存。
來源
瓜爾膠也稱瓜爾豆膠、古耳膠、愈創樹膠，主要來源于印度的Gujarat（古吉拉特邦）、Rajasthan（拉賈斯坦邦）、Punjab（旁遮普省）、Haryana（哈里亞納邦）及巴基斯坦的Sind（信德）等半干旱地區廣泛栽培的一年生草本作物瓜爾豆的胚乳部分，美國的東南部也有生長。
歷史
瓜爾豆是一種抗旱，抗病蟲害能力強，有固氮能力，能改善土壤環境的豆科農作物。在19世紀以前只是印度和巴基斯坦等少數國家作為蔬菜、飼料和綠肥作物大量裁培。20世紀以后，有10多個國家先后引種。第二次世界大戰期間，美國從地中海地區進口工業原料長角豆種子很困難，價格上漲，長角豆膠不能滿足工業需要，在研究多種植物之后，麥凱維伊（1947年）等首先確認瓜爾豆有許多潛在的工業用途。惠斯特（1948年）等對瓜爾豆種子的物理化學性質做了詳細的研究。此后，經過大量研究工作和應用試驗，瓜爾豆逐步發展成為現代工業用膠的重要原料。
2007年，作為肉類奶制品甜點或熟食制品中增稠劑的一種，食品添加劑瓜爾膠中被發現含有高劑量的二噁英。隨后，歐盟委員會給所有成員國發布了衛生警報。受污染的瓜爾膠源頭一直追蹤到印度，發現來自那里的瓜爾膠中含有五氯苯酚，這是一種已經屏棄的殺蟲劑，而它所含的二噁英正是污染物的源頭。
理化性質
溶解性
瓜爾膠為白色或淡黃色粉末，無味，無臭，不溶于有機溶劑，不溶于油脂和烴類。在水中可迅速分散并溶脹形成高黏度觸變型凝膠，能分散在冷水或熱水中。質量濃度為10 g/L的瓜爾膠水分散液的密度為1.492 g/cm3。
水是瓜爾膠唯一的通用溶劑。瓜爾膠也能以有限的濃度溶解于與水混溶的溶劑中，例如乙醇。當水溶液中有其他電解質存在時，瓜爾膠的水化速率將大大減緩且無法達到正常水化的最大黏度，因此在食品配方中，一定要先制備瓜爾膠溶液，待膠體充分水化后，再加入其他食品配料。
黏度
瓜爾膠是黏度最高的天然膠體之一，黏度是其劃分等級主要標準之一。瓜爾膠在25℃的水中經過2h可以基本充分水化，黏度達到最大黏度的95％。1％的瓜爾膠水溶液的黏度高達4~5 Pa·s。優質瓜爾豆原料在特定的加工方式下獲得的膠粉，最大黏度可以高達10 Pa·s以上（采用布魯克菲爾德轉子黏度計測定）。瓜爾膠增稠速率和最終黏度與膠粉粒度、制備條件及溫度有關，加熱可以縮短到達最高黏度所需的時間。一般膠粉粒徑越小，其膠液黏度越高、水化速度越快、獲得最大黏度的時間越短。由于瓜爾膠的相對分子質量較大，其特性黏度值也高于其他半乳甘露聚糖膠。
熱穩定性
瓜爾膠與其他許多膠體一樣，溫度上升時，其膠液黏度下降。這是因為受熱時，分子鏈上的氫鍵變弱，分子鏈的舒展程度增加所致。
酸穩定性
瓜爾膠自然溶液為中性，pH值在4～10的范圍內對膠溶液的性狀影響不明顯。pH值6～8時膠液黏度可達到最大值。在酸性條件下水化速度快，而在堿性條件下，水化速度慢，pH值大于10后，則不能水化。
流變性
瓜爾膠及其衍生物的溶液都呈非牛頓流動特性的假塑性。隨著溶液濃度加大，其假塑性程度增加。但隨著相對分子質量降低，假塑性程度也降低，溶液不具有為觸發流動所必須克服的屈服應力。瓜爾膠及其衍生物都具有很好的剪切穩定性，一般長時間的高速剪切不會導致黏度的永久喪失。
兼容性
瓜爾膠是非離子型有機高分子化合物，因此具有良好的無機鹽類兼容性能。它耐受一價金屬鹽（如食鹽）的能力比較好，而高價金屬離子的存在可使其溶解度下降，如鈣離子濃度很高時，瓜爾膠會從溶液中析出，特別是在高pH值條件下。在控制溶液pH值的條件下，瓜爾膠與交聯劑（如硼酸鹽、金屬離子等）反應可生成稍帶彈性的凝膠，此時，瓜爾膠的抗熱降解能力會提高，隨著交聯劑濃度的增加，瓜爾膠溶液的黏度會上升至最大值，然后溶解度下降，黏度也下降。有合劑（如酒石酸、正磷酸等）存在時，對瓜爾膠溶液的穩定性有益。瓜爾膠還能形成一定強度的水溶性薄膜。
協同性
瓜爾膠是直鏈非離子型大分子，鏈上的羥基可與某些親水膠體及淀粉形成氫鍵。如瓜爾膠與小麥淀粉共煮可達到更高的黏度；瓜爾膠與黃原膠也有一定程度的協同功效，能使黏度進一步增加，但不似長角豆膠那樣可以與之形成凝膠；瓜爾膠與卡拉膠則無協同效應。這主要是因為瓜爾膠分子鏈上的半乳糖支鏈太多，主鏈上缺少足夠多的光滑片段，以至不能與卡拉膠上的雙螺旋結構片段形成新的穩固的空間結構。瓜爾膠也具有控制膠體脫水收縮的能力。
應用
食品領域
增稠劑
瓜爾膠為水溶性高分子，可溶于水中產生很高的黏度，具有增稠作用，能夠使食品的稠度增加，可作為餡餅餡、飲料、果醬等的填充劑，寵物食品的黏合劑，還可利用其膠黏性掛糖衣、上光、結霜，并能使某些果汁及啤酒的持氣性增強。瓜爾膠常用于面制品中，增稠劑能與蛋白質相互結合形成大分子基團，淀粉嵌于網絡中間，形成堅實的整體結構。同時，瓜爾膠是通過糖苷結合的膠體多糖，且無臭無味，能分散在熱水或冷水中形成黏稠液，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。
穩定劑
瓜爾膠能穩定多相系統（油、水、固體物），亦能使黏度穩定，也可穩定膠體及降低表面張力，因而能使乳油液及懸濁液保持穩定，并能穩定泡沫液。瓜爾膠作為穩定劑廣泛用于乳制品和食品蛋白質乳濁液體系中，常和其他物質復配，可以明顯降低單一穩定劑的添加量，并且實現性能的疊加。如亞麻籽膠、瓜爾膠和變性淀粉作為復配穩定劑在攪拌型酸奶中應用，添加復配穩定劑后酸奶的保質期可延長至27天。瓜爾膠在gelato中添加可提高冰淇淋漿料的黏度，避免冰晶的生成，改善油脂及含油脂固體微粒的分散度，延緩微粒冰晶的增大，改善冰淇淋的口感、內部結構和外觀狀態，提高冰淇淋體系的穩定性、抗融性和抗驟熱性能，賦予產品滑溜和糯性的口感。
保鮮劑
瓜爾膠可用作被膜劑，覆蓋于食品表面，形成一層保護性薄膜，保護食品不受氧氣、微生物的氧化，從而起到保質、保鮮、保香或上光等作用。如利用瓜爾膠、卡拉膠、蔗糖酯和適量助劑涂膜草莓后，可在草莓表面形成較好的半透膜氣調環境，可明顯減小草莓的呼吸強度，延長草莓貨架期。
保油劑
瓜爾膠在肉制品中應用較多，這是因為它的增稠性、穩定性、持水性、凝膠性可提高低溫蒸煮肉制品的品質，改善肉制品的組織結構、口感和風味，同時可降低生產成本、與其他多糖復配使用可以達到更好的效果。如瓜爾膠、黃原膠、卡拉膠復配后，作為保油劑添加到火腿腸制品當中，使火腿腸表面沒有了出油現象。
乳化劑
瓜爾膠能與蛋白質復合，形成一種很好的乳化劑，通過增稠來阻止或減弱分散的油滴發生遷移和聚合傾向的方式在食品中起乳化作用，且大豆蛋白與瓜爾膠配位化合物的乳化活性要高于原大豆蛋白，在堿性、高溫條件下乳化活性最好。
保水劑
瓜爾膠具有良好的持水作用，能夠防止面包、蛋糕等焙烤制品老化失水，延長保質期，亦可用于冷凍食品、布丁及酸乳酪中。
增筋劑
瓜爾膠膠具有黏性增強作用，能夠提高食品的黏彈性，提高面團的機械耐力和氣體保持能力，常用于面包、面條及其他焙烤食品。瓜爾膠用于即食面時，可使面團柔軟，切割時面條不易斷裂，油炸時可避免吸入過多的油，不但可以節省油的用量，而且爽滑、不油膩，能增加面條的韌性，水煮不渾湯；可提高非油炸面條的彈性，防止面條在干燥過程中黏接，縮短烘干時間。可使面包的彈性增加，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。還可以用于薯條、蝦條等膨化食品。
食品包裝材料
由于瓜爾膠含有許多活性基團，因此它和其他許多物質可以發生反應，從而形成結構更加穩定、相對分子質量更大的化合物，這些物質成膜后往往可以用于食品包裝，如應用于快速湯料、即食飲料、微膠囊香料等，形成微膠囊和可食性大豆蛋白膜。與合成包裝材料相比，可食性膜能被生物降解、無污染，還可以作為食品風味料、營養強化劑的載體。
菌料和脂肪替代品
瓜爾膠中含有豐富的碳元素，且價廉易得，故可以作為菌類的碳源。用瓜爾膠作為生產β-甘露聚糖酶的芽孢桿菌M-21的碳源，可獲得高活力的β-甘露聚糖酶，為開發工業用酶提供一定的試驗依據。明膠還能通過與瓜爾膠、槐豆膠等所含的半乳甘露聚糖作用來產生與脂肪相似的流變特性和顆粒感，形成混合型脂肪模擬替代品，能模擬脂肪的感官特性和特殊應用的功能性。
工業領域
瓜爾膠在許多工業行業應用。在石油工業中，主要應用它的黏性配成凝膠制成水基壓裂液，以提高后期油井的產量。在鉆井液中，用作鉆井液的液體損失控制劑。瓜爾膠還在井下臨時封閉和堵塞劑中作為主要成分的膠凝材料。在漿狀炸藥中，利用瓜爾膠形成凝膠后，不再吸水滲水，能夠抗水的性質制備，可用于潮濕地區和水下作業。在選礦中，瓜爾膠對于黏土等有絮凝作用，可作為硅酸鹽類礦泥的抑制劑，提高礦砂收率。在鉀礦、礦、銅礦、鈾礦、金礦中應用成功。 在造紙行業中，瓜爾膠及改性瓜爾膠可用于打漿機中上膠的膠料、槽法上膠的膠黏劑、增強劑等。 在紡織工業中，瓜爾膠多用作印染漿的增稠劑或補充劑，也可作為紡織品上膠的膠料。在涂料行業中，瓜爾膠和改性瓜爾膠常用于涂料的增稠劑，可以提高涂料的性能。在煙草工業中，在以煙末制成大張煙草薄片時添加瓜爾膠可減少刺激性，增加柔韌性和伸展力。在化妝品中，瓜爾膠改性后可用于頭發軟化劑、膏、霜類的增稠劑、護膚品的滋潤保濕劑等。另外，瓜爾膠在農藥、建筑材料、泥漿配制等多種產品中均有應用。
其它應用
瓜爾膠在藥劑中可作為片劑黏合劑、崩解劑、增稠劑、助懸劑、保護膠體、乳劑的穩定劑，在醫療衛生領域，其主要成分半乳甘露聚糖具有降低血清膽固醇、改善便秘等功效，可用于制備助消化類藥物；在農業領域，可用作肥料粘結劑；在香波配方中，陽離子瓜爾膠（瓜爾膠的改性產品）能起到懸浮和攜帶硅油的作用，增加頭發光澤和健康，提高配方穩定性。緩釋制劑中，瓜爾膠可代替纖維素衍生物作為緩釋材料，如甲基纖維素。瓜爾膠與MCC的復合粉是咀嚼片的理想材料，可減少沙礫感、不黏牙齒、且口感良好。瓜爾膠的衍生物羥丙基瓜爾膠可用于制備人工淚液，能與硼酸鹽離子有效結合形成網狀凝膠結構，在眼表形成凝膠樣保護層，吸附于受損的角膜表面，發揮較好的眼表融化保護功效，有效避免眼表上皮受損。
結構
瓜爾膠的主要成分是線狀半乳甘露聚糖，屬于非離子型高分子多糖，相對分子質量為20萬～30萬。在結構上，以β-1,4糖苷相互連接的D-甘露糖為主鏈，D-半乳糖通過α-1,6糖鍵與主鏈上一些D-甘露糖單元的C6位連接形成側鏈。每個糖單體平均含有3個羥基，C6上的伯羥基是具有最高反應活性的基團，仲羥基也屬于可取代的基團，瓜爾膠通過羥基官能團容易進行醚化和化反應。瓜爾膠分子中的半乳糖與甘露糖之比約為1∶1.8，簡化為1∶2。
瓜爾膠理想的化學結構是半乳糖支鏈在甘露糖主鏈上均勻分布。但對瓜爾膠部分水解產物的各個片段進行研究后表明，其主鏈的一些區段并沒有半乳糖支鏈分布，而另一些區段則是支鏈高取代區，這說明瓜爾膠分子中半乳糖的分布是隨意無規則的。瓜爾膠的分子結構形狀類似于“帶有許多毛刺的毛發”，毛刺就是形象化的半乳糖。在離子強度很低的情況下，瓜爾膠分子中的無分支的光滑區段被認為能與黃原膠形成聚合物，產生弱的黏度增效作用。
安全性
毒性危害
瓜爾膠無毒，無刺激性，口服安全，小家鼠口服LD50為8.1 g/kg，大鼠經口LD50約為7.06 g/kg。中國的GB 2760-2014《食品添加劑使用標準》中將瓜爾膠列為“可在各類食品中按生產需要適量使用的食品添加劑”，僅在稀奶油及較大嬰兒和幼兒配方食品中有限量，因此瓜爾膠應用十分廣泛，被應用于各類食品中。
瓜爾膠可用作減肥藥，一方面因為它熱量很低，能通過結合大量水來代替脂肪，形成凝膠并增加水相黏度，使水相結構特性發生改變，產生奶油似的潤滑和黏稠度，增加食品的可食性，避免攝入過量的脂肪；另一方面食用瓜爾膠能增加腸道粘度和餐后飽腹感，減少食物攝入量，有助于減輕體重，降低血糖，在治療肥胖癥上有一定療效。但過量食用瓜爾膠，溶脹后會造成食管破裂、胃腸道痙攣（如惡心、腹瀉或胃氣脹）或形成堵塞，因此，不允許用作通便藥，英國已禁止將其作為食欲抑制劑的輔料。
儲存事宜
瓜爾膠符合《食品化學藥典》和食品藥物管理條例的規定，可直接用作食品添加劑。粉末狀的瓜爾膠在干燥狀態下是穩定的，不會發生粉末的發酵和結塊。但瓜爾膠配成溶液后，會成為普通微生物生長的食物，如果配制的瓜爾膠溶液需要放置一段時間，可加入普通防腐劑如苯甲酸或山梨酸苯，用以抑制細菌的生長。在非食品應用中，也可以使用季防腐劑、氯代酚或甲醛水溶液作為細菌抑制劑。
生產方法
瓜爾豆成熟后連莢一起采收，將豆粒剝出，分級磨碎除去種皮，并從胚乳中去除胚芽，將分離出的胚乳磨成細粉，而后分級、包裝、貯存。
市售瓜爾膠分為兩大類，食品用瓜爾膠和工業用瓜爾膠。前者雖然由于純化過程不完全而帶有少量皮及胚芽，但其主要成分是純凈胚奶粉，它以細粉、中粗粉和粗粉形式存在。工業級瓜爾膠是通過添加某些化學添加劑（如羧甲基、羥醇酸、季氨衍生物）生產出來的，添加這些物質可改變或控制瓜爾膠的膠凝性、粘度、溶脹速度和溶解性等功能特性。
化學改性
瓜爾膠的化學改性是通過瓜爾膠與某種試劑發生化學反應，在瓜爾膠的結構中引入某個基團，生成一種衍生物。瓜爾膠的改性主要分為四大類：官能團衍生、接枝聚合、降解和金屬交聯。
官能團衍生：由于瓜爾膠的糖單元上含有大量的羥基，尤其是C6位的羥基空間位阻較小，反映活性較大，易于發生氧化、酯化和醚化反應，生成瓜爾膠衍生物。
接枝聚合：瓜爾膠與乙烯類單體在引發劑的作用下發生的自由基共聚反應。
降解：利用酶選擇性地降解瓜爾膠；利用三氟乙酸、硫酸等無機酸部分水解或全部水解瓜爾膠；利用超聲波、γ射線或微波等輻射降解；機械降解；熱降解。
參考資料 >
COMPOUND SUMMARY Guar Gum.PubChem.2023-11-16