Гуаровая камедь - Википедия - Guar gum

Гуаровая камедь
Guargum.jpg
Идентификаторы
ChemSpider
  • никто
ECHA InfoCard100.029.567 Отредактируйте это в Викиданных
Номер EE412 (загустители, ...)
UNII
Характеристики
Плотность0,8-1,0 г / мл при 25 ° C
Кислотность (пKа)5-7
Фармакология
A10BX01 (ВОЗ)
Опасности
Паспорт безопасностиMSDS
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Гуаровая камедь, также называемый гарантия, это галактоманнан полисахарид извлечен из гуаровая фасоль который обладает загущающими и стабилизирующими свойствами, которые можно использовать в пищевых продуктах, кормах и в промышленности. Семена гуара механически очищают от шелухи, гидратируют, измельчают и просеивают в зависимости от применения.[1] Обычно он производится в виде сыпучего не совсем белого порошка.

Производство и торговля

Гуаровая фасоль выращивается в основном в Индия, Пакистан, НАС., Австралия и Африка. Индия производит около 2,5 - 3 миллионов тонн гуара ежегодно, что делает ее крупнейшим производителем, на долю которого приходится около 80% мирового производства. В Индии, Раджастхан, Гуджарат и Харьяна являются основными производственными регионами, и Джодхпур, Шри Ганганагар и Hanumangarh в Раджастане - основные торговые рынки гуара. За последние 5 лет США произвели от 4600 до 14000 тонн гуара.[2] Посевные площади в Техасе с 1999 года колебались от 7000 до 50 000 акров.[3] Мировое производство гуаровой камеди и ее производных составляет около 1,0 миллиона тонн. Непродовольственная гуаровая камедь составляет около 40% от общего спроса.

Характеристики

Химический состав

Guaran.svg

По химическому составу гуаровая камедь является экзо-полисахарид состоит из сахара галактоза и манноза.[нужна цитата ] Каркас представляет собой линейную цепь из 1,4-связанных остатков маннозы, с которыми остатки галактозы связаны 1,6-связью на каждой второй маннозе, образуя короткие боковые ответвления. Гуаровая камедь способна выдерживать температуру 80 ° C (176 ° F) в течение пяти минут.

Растворимость и вязкость

Гуаровая камедь более растворима, чем камедь рожкового дерева из-за его дополнительных галактоза точки ветвления. В отличие от камеди плодов рожкового дерева, она не желируется.[4] Либо бура или же кальций может перекрестная ссылка гуаровая камедь, заставляя ее гель. В воде это неионогенный и гидроколлоидный. На него не влияет ионная сила или pH, но разлагается при экстремальных значениях pH и температуре (например, pH 3 при 50 ° C).[4] Он остается стабильным в растворе в диапазоне pH 5-7. Сильный кислоты причина гидролиз потеря вязкости и сильные концентрации щелочей также снижают вязкость. Он не растворяется в большинстве углеводородных растворителей. Достигаемая вязкость зависит от времени, температуры, концентрации, pH, скорости перемешивания и размера частиц используемой порошковой жевательной резинки. Чем ниже температура, тем меньше скорость увеличения вязкости и тем ниже конечная вязкость. При температуре выше 80 ° конечная вязкость немного снижается. Более мелкие порошки гуара набухают быстрее, чем крупнозернистая измельченная камедь с крупными частицами.

Гуаровая камедь показывает четкое плато с низким сдвигом на кривой течения и сильно разжижается при сдвиге. Реология гуаровой камеди типична для полимера со статистической катушкой. Он не показывает очень высокие вязкости плато с низким сдвигом, наблюдаемые для более жестких полимерных цепей, таких как ксантановая камедь. Это очень тиксотропный при концентрации выше 1%, но ниже 0,3% тиксотропия незначительна. Гуаровая камедь проявляет синергизм вязкости с ксантановая камедь. Гуаровая камедь и мицеллярный казеин смеси могут быть слегка тиксотропными, если образуется двухфазная система.[4][5]

Утолщение

Одно из применений гуаровой камеди - загуститель в пищевых продуктах и ​​лекарствах для людей и животных. Поскольку он не содержит глютена, он используется в качестве добавки для замены пшеничной муки в выпечке.[6]:41 Было доказано, что это полезно для здоровья. Было показано, что он снижает уровень холестерина в сыворотке и уровень глюкозы в крови.[7] Дополнительные преимущества были замечены в попытках похудеть, когда при приеме внутрь его водопоглощающие свойства заставляют его набухать в желудке, вызывая ощущение «сытости» раньше.

Гуаровая камедь также экономична. Поскольку его способность загущать воду почти в восемь раз выше, чем у других агентов (например,кукурузный крахмал ), требуется лишь небольшое количество для производства достаточного вязкость.[требуется разъяснение ][нужна цитата ] Поскольку требуется меньше, затраты снижаются.

Помимо влияния гуаровой камеди на вязкость, ее высокая текучесть или деформировать, дает благоприятные реологический[требуется разъяснение ] характеристики. Он образует хрупкие[требуется разъяснение ] гели при сшивании бором. Он используется в различных многофазных составах для гидроразрыва пласта, в некоторых в качестве эмульгатор потому что это помогает предотвратить слипание капель масла, а в других случаях - как стабилизатор чтобы предотвратить оседание и / или расслоение твердых частиц.

Фрекинг подразумевает закачку жидкостей, содержащих песок, в залежь нефти или природного газа при высоком давлении и скорости потока. Это раскалывает породу коллектора, а затем раскалывает трещины. Вода сама по себе слишком разрежена, чтобы эффективно переносить проппантный песок, поэтому гуаровая камедь является одним из ингредиентов, добавляемых для загущения суспензии и улучшения ее способности переносить проппант. Есть несколько важных свойств: 1. Тиксотропность: жидкость должна быть тиксотропной, то есть загустеть в гель в течение нескольких часов. Гелеобразование и де-гелеобразование: желаемая вязкость изменяется в течение нескольких часов. Когда раствор гидроразрыва смешивается, он должен быть достаточно жидким, чтобы его было легче перекачивать. Затем, когда она течет по трубе, жидкость должна загустевать, чтобы поддерживать проппант и смывать его глубоко в трещины. После этого процесса гель должен разрушиться, чтобы можно было извлечь флюид гидроразрыва, но оставить проппант. Это требует химического процесса, который производит, а затем разрушает сшивание геля с предсказуемой скоростью. Запатентованные химические вещества Гуар + Бор + могут решить обе эти задачи одновременно.[нужна цитата ]

Рост кристаллов льда

Гуаровая камедь замедляет рост кристаллов льда, замедляя массоперенос через твердую / жидкую поверхность. Он показывает хорошую стабильность во время циклов замораживания-оттаивания. Таким образом, он используется в мороженом без яиц. Гуаровая камедь обладает синергическим действием с камедью рожкового дерева и альгинат натрия. Может быть синергетическим с ксантан: вместе с ксантановой камедью образует более густой продукт (0,5% гуаровая камедь / 0,35% ксантановая камедь), который используется в таких приложениях, как супы, которые не требуют четких результатов.

Гуаровая камедь является гидроколлоидом, поэтому ее можно использовать для приготовления густых паст без образования геля, а также для удержания воды в соусе или эмульсии. Гуаровую камедь можно использовать для загустения холодных и горячих жидкостей, для изготовления горячих гелей, легких пен и в качестве стабилизатора эмульсии. Гуаровую камедь можно использовать для приготовления творога, творога, йогурта, соусов, супов и замороженных десертов. Гуаровая камедь также является хорошим источником клетчатки с 80% растворимой пищевой клетчатки в пересчете на сухой вес.[4]

Оценка

Смотрите также: Оценка пищевых продуктов

Гуаровая камедь анализируется на

ТестМетод испытанияТестМетод испытания
ЦветTP / 09Кислотонерастворимый остатокTP / 115
ВязкостьTP / 10/04ЖирностьTP / 18
Грануляция (сетка)TP / 21Содержание золыTP / 12
Влажность, pHTP / 1 и TP / 29Содержание жевательной резинкиTP / 03
ПротеинTP / 05Тяжелые металлыTP / 13
Нерастворимый пепелTP / 11ФильтруемостьTP / 20A

Стандарты порошка гуаровой камеди:

  • Код HS- 130 232 30
  • № CAS.- 9000-30-0
  • EEC Нет.- E 412
  • BT Нет.- 1302 3290
  • EINECS Нет. - 232-536-8
  • Код Imco- Безвреден

Производственный процесс

В зависимости от требований к конечному продукту используются различные методы обработки. В промышленном производстве гуаровой камеди обычно используются обжиг, дифференциальное истирание, просеивание и полировка. Пищевая гуаровая камедь производится поэтапно. В этом процессе важен выбор расщепленного гуара. Разделка просеивается для очистки и затем замачивается для предварительной гидратации в двухконусном смесителе. Этап предварительной гидратации очень важен, потому что он определяет скорость гидратации конечного продукта. Пропитанные фракции, которые имеют достаточно высокое содержание влаги, проходят через измельчитель. Хлопья гуаровой дроби измельчают, а затем сушат. Порошок просеивается через вращающиеся сита для доставки частиц необходимого размера. Частицы крупногабаритного размера либо рециркулируют в основной сверхтонкий, либо повторно измельчают на отдельной установке доизмельчения, в соответствии с требованиями к вязкости.

Этот этап помогает снизить нагрузку на болгарку. Пропитанные шпаги трудно измельчить. При прямом измельчении в кофемолке выделяется больше тепла, что нежелательно в процессе, так как снижает гидратацию продукта. В процессе нагрева, шлифования и полировки шелуха отделяется от половинок эндосперма и получается очищенный гуаровый раскол. В процессе дальнейшего измельчения очищенный гуар обрабатывается и превращается в порошок. В результате раздельного производственного процесса получают шелуху и зародыши, называемые «гуаровая мука», которые широко продаются на международном рынке в качестве корма для скота. Он богат белком и содержит масло и альбуминоиды, около 50% в зародышах и около 25% в шелухе. Качество порошка гуаровой камеди пищевого качества определяется размером его частиц, скоростью гидратации и содержанием микробов.

Производители определяют различные сорта и качества гуаровой камеди по размеру частиц, вязкости, полученной при данной концентрации, и скорости, с которой эта вязкость развивается. Гуаровая камедь с крупными ячейками обычно, но не всегда, имеет вязкость медленнее. Они могут достичь достаточно высокой вязкости, но для достижения этого потребуется больше времени. Зато диспергируются они лучше, чем мелкоячеистые, при равных условиях. Более тонкая сетка, например 200 меш, требуется больше усилий для растворения.[нужна цитата ] Модифицированные формы гуаровой камеди коммерчески доступны, включая модифицированную ферментами, катионную и гидропропилгуаровую.[8]

Промышленное применение

Жидкости для гидроразрыва обычно состоят из множества добавок, которые служат двум основным целям: во-первых, для улучшения образования трещин и способности удерживать проппант, а во-вторых, для минимизации повреждения пласта. Загустители, такие как полимеры и сшивающие агенты, стабилизаторы температуры, агенты для регулирования pH и материалы для контроля водоотдачи, входят в число добавок, которые способствуют созданию трещин. Повреждение пласта сводится к минимуму за счет включения разжижителей, биоцидов и поверхностно-активных веществ. Более подходящими желирующими агентами являются линейные полисахариды, такие как гуаровая камедь, целлюлоза и их производные.

Гуаровая камедь является предпочтительной в качестве загустителя для увеличения нефтеотдачи (EOR). Гуаровая камедь и ее производные составляют большую часть загущенных жидкостей гидроразрыва. Гуар более растворим в воде, чем другие камеди, а также является лучшим эмульгатором, поскольку имеет больше точек разветвления галактозы. Гуаровая камедь показывает высокую вязкость при низком сдвиге, но она сильно разжижается при сдвиге. Поскольку он неионный, он не зависит от ионной силы или pH, но разлагается при низком pH при умеренной температуре (pH 3 при 50 ° C). Производные гуара демонстрируют стабильность в условиях высоких температур и pH. Использование гуара позволяет достичь исключительно высокой вязкости, что улучшает способность жидкости гидроразрыва переносить проппант. Гуар довольно быстро гидратируется в холодной воде с образованием высоковязких псевдопластических растворов, обычно с большей вязкостью при низком сдвиге, чем другие гидроколлоиды. Коллоидные твердые вещества, присутствующие в гуаре, делают жидкости более эффективными, создавая меньше фильтровальной корки. Электропроводность проппантной набивки поддерживается за счет использования жидкости, которая имеет отличный контроль водоотдачи, такой как коллоидные твердые вещества, присутствующие в гуаровой камеди.

У гуара загущающая способность в восемь раз выше, чем у крахмала. Дериватизация гуаровой камеди приводит к незначительным изменениям свойств, таким как уменьшение водородных связей, повышение растворимости в водно-спиртовой смеси и улучшенная совместимость с электролитом. Эти изменения свойств приводят к более широкому использованию в различных областях, таких как текстильная печать, взрывчатые вещества и гидроразрыв пласта.

Сшивание гуара

Молекулы гуара имеют тенденцию к агрегированию в процессе гидроразрыва пласта, в основном из-за межмолекулярных водородных связей. Эти агрегаты вредны для добычи нефти, потому что они закупоривают трещины, ограничивая поток нефти. Сшивание полимерных цепей гуара предотвращает агрегацию за счет образования комплексов металл-гидроксил. Первые сшитые гуаровые гели были разработаны в конце 60-х годов. Для сшивания использовалось несколько металлических добавок, среди которых хром, алюминий, сурьма, цирконий и, как правило, бор. Бор в форме B (OH) 4 реагирует с гидроксильными группами полимера в двухстадийном процессе, связывая две цепи полимера вместе с образованием бис-диольных комплексов.

1,2-диольный комплекс 1: 1 и 1,3-диольный комплекс 1: 1 помещают отрицательно заряженный борат-ион на полимерную цепь в качестве боковой группы. Сама по себе борная кислота, по-видимому, не образует комплекс с полимером, так что весь связанный бор заряжен отрицательно. Первичная форма сшивания может быть обусловлена ​​ионной ассоциацией между анионным боратным комплексом и адсорбированными катионами на второй полимерной цепи. Разработка сшитых гелей стала крупным достижением в технологии жидкости для гидроразрыва. Вязкость повышается за счет связывания вместе нитей с низкой молекулярной массой, что эффективно дает цепочки с более высокой молекулярной массой и жесткую структуру. Сшивающие агенты добавляются к суспензиям линейных полисахаридов для обеспечения более высоких характеристик транспортировки проппанта по сравнению с линейными гелями.

Когда линейные цепи гуара сшиты, необходимы более низкие концентрации гуаровых агентов. Было определено, что пониженные концентрации гуара обеспечивают лучшие и более полные разрывы трещины. Разрушение сшитого гуарового геля после процесса гидроразрыва восстанавливает проницаемость пласта и позволяет увеличить добычу нефтепродуктов.

Пищевые приложения

Самый большой рынок гуаровой камеди находится в пищевая промышленность. В США установлены различные процентные значения его допустимой концентрации в различных пищевых продуктах.[10][11] В Европе гуаровая камедь имеет Код пищевых добавок ЕС E412. Ксантановая камедь и гуаровая камедь являются наиболее часто используемыми камедями в рецептах без глютена и продуктов без глютена.

Приложения включают:

  • В выпечка, Это увеличивается тесто выход, дает большую упругость, улучшает текстуру и срок хранения; в выпечка пломбы, предотвращает «мокнутие» (синерезис ) воды в начинку, чтобы тесто оставалось хрустящим. Он в основном используется в гипоаллергенных рецептах, в которых используются различные виды цельнозерновой муки. Поскольку консистенция этой муки позволяет улетучиваться газу, выделяющемуся при закваске, гуаровая камедь необходима для увеличения густоты этой муки, позволяя ей подниматься, как обычная мука.[12]
  • В молочный продукты, он загустевает молоко, йогурт, кефир, и жидкость сыр продукты и помогает поддерживать однородность и текстура мороженое и шербеты. Он используется для аналогичных целей в растительное молоко.
  • За мясо, он действует как связующее.
  • В приправы, улучшает стабильность и внешний вид заправки для салатов, барбекю соусы, смакует, кетчупы и другие.
  • В консервированном супе он используется как загуститель и стабилизатор.
  • Он также используется в сухих супах, овсяных хлопьях быстрого приготовления, сладких десертах, рыбных консервах в соусе, замороженных пищевых продуктах и ​​кормах для животных.
  • FDA запретило гуаровую камедь в качестве таблетки для похудания из-за сообщений о том, что это вещество набухает и препятствует кишечнику и пищеводу.[13]

Пищевые и лечебные эффекты

Гуаровая камедь, как водно-растворимые волокна, действует как формовочная слабительное. Несколько исследований показали, что он уменьшается холестерин уровни. Считается, что это снижение является функцией высокого содержания растворимой клетчатки.[14]

Более того, его низкая усвояемость позволяет использовать его в рецептах в качестве наполнителя, который может помочь обеспечить сытость или замедлить переваривание пищи, тем самым снижая Гликемический индекс этой еды. В конце 1980-х гуаровая камедь использовалась и активно рекламировалась в нескольких препаратах для похудания. В Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в конце концов напомнил об этом из-за сообщений о пищеводный блокировка из-за недостаточного потребления жидкости после того, как одна только торговая марка стала причиной госпитализации не менее 10 потребителей и смерти.[15] По этой причине гуаровая камедь больше не одобрена для использования в безрецептурных лекарствах для похудения в Соединенных Штатах, хотя это ограничение не распространяется на добавки. Более того, метаанализ обнаружили, что добавки гуаровой камеди неэффективны в снижении массы тела.[16]

Соединения на основе гуара, такие как гидроксипропилгуар, были в искусственные слезы лечить сухой глаз.[17]

Аллергии

Некоторые исследования обнаружили аллергическую чувствительность к гуаровой камеди, развившуюся у нескольких людей, работающих в промышленной среде, где присутствовали концентрации этого вещества в воздухе. У тех, кто пострадал от вдыхания частиц, переносимых по воздуху, частыми побочными реакциями были профессиональный ринит и астма.[18]

Загрязнение диоксином

В июле 2007 года Европейская комиссия выпустила предупреждение о вреде для здоровья своим государствам-членам после высоких уровней диоксины были обнаружены в пищевой добавке - гуаровой камеди, которая в небольших количествах используется в качестве загустителя в мясных, молочных, десертных или деликатесных продуктах. Источник был прослежен до гуаровой камеди из Индии, которая была загрязнена пентахлорфенол, пестицид, который больше не используется.[19] ПХФ содержит диоксины в качестве загрязнения. Диоксины повреждают иммунную систему человека.[20]

Рекомендации

  1. ^ "foa.org" (PDF). Получено 2011-04-18.
  2. ^ Гуар в Западном Техасе http://lubbock.tamu.edu/files/2013/06/Guar-Production-Industry-Texas-May2013-Trostle.pdf
  3. ^ Тростле, Кальвин (18 мая 2012 г.). "Гуаровое обновление, Западный Техас" (PDF). Техасский центр исследований и распространения знаний AgriLife. Получено 5 февраля 2017.
  4. ^ а б c d Мартин Чаплин "Структура и поведение воды: гуаровая камедь". Апрель 2012. Лондонский университет Южного берега.
  5. ^ Линн А. Кунц. «Спецэффекты с деснами». Декабрь 1999. Дизайн пищевых продуктов.
  6. ^ Фенстер, Кэрол (2014-01-08). Без глютена 101: Основное руководство для начинающих по легкому приготовлению без глютена. Houghton Mifflin Harcourt. ISBN  978-1-118-53912-5.
  7. ^ «Использование, преимущества и дозировка гуаровой камеди - база данных лекарственных растений Drugs.com». Drugs.com. Получено 2018-05-03.
  8. ^ Словарь промышленных химикатов Эшфорда, третье издание, 2011 г., стр. 4770
  9. ^ Рам Нараян (8 августа 2012 г.). «От продуктов питания до гидроразрыва: гуаровая камедь и международное регулирование». RegBlog. Школа права Пенсильванского университета. Получено 15 августа 2012.
  10. ^ fda.gov - список пищевых добавок В архиве 2008-02-21 на Wayback Machine
  11. ^ Максимально допустимые уровни использования - Гуаровая камедь
  12. ^ Источник: NOW Foods. Этикетка о пищевой ценности гуаровой камеди. Блумингдейл, Иллинойс: n.p., n.d.
  13. ^ Льюис, JH (1992). «Обструкция пищевода и тонкого кишечника из-за содержащих гуаровую камедь« таблеток для похудания »: анализ 26 случаев, о которых было сообщено Управлению по контролю за продуктами и лекарствами». Являюсь. J. Гастроэнтерол. 87 (10): 1424–8. PMID  1329494.
  14. ^ Браун, Лиза; Рознер, Бернард; Уиллетт, Уолтер; Мешки, Фрэнк (1999). «Эффекты пищевых волокон по снижению холестерина: метаанализ». Американский журнал клинического питания. 69 (1): 30–42. Дои:10.1093 / ajcn / 69.1.30. PMID  9925120. Получено 4 августа 2017.
  15. ^ «Дополнения: Убедившись, что шумиха не подавляет науку (исходная дата неизвестна)». fda.gov. Архивировано из оригинал 5 мая 1997 г.
  16. ^ Питтлер, MH (2001). «Эрнст Э. Гуаровая камедь для снижения веса: метаанализ рандомизированных исследований». Am J Med. 110 (9): 724–730. Дои:10.1016 / с0002-9343 (01) 00702-1. PMID  11403757.
  17. ^ Пакер А.Д., Нг С.М., Николс Дж. Дж. (2016). «Безрецептурные капли искусственной слезы при синдроме сухого глаза». Кокрановская база данных Syst Rev. 2: CD009729. Дои:10.1002 / 14651858.CD009729.pub2. ЧВК  5045033. PMID  26905373.
  18. ^ «AllergyNet - советник по аллергии». Allallergy.net. Архивировано из оригинал в 2013-03-31. Получено 2013-02-19.
  19. ^ «Регламент Комиссии (ЕС) № 258/2010». 2010-03-25. Архивировано из оригинал на 2013-02-13. Получено 2012-07-14.
  20. ^ «Диоксины и их влияние на здоровье человека». 2010-05-01. Получено 2012-02-08.

внешняя ссылка