阿拉伯胶的种类及性质与功能的研究
2014-03-27 12:33阅读：
阿拉伯胶的种类及性质与功能的研究
摘要：不同种类的阿拉伯胶 具有不同的理化参数，其多糖的组成及结构也有明显的区别，从而导致功能应用方面的差异。
关键词：阿拉伯胶，Acacia Senegal，Acacia seva1．
许多树木在树皮受到创伤时，都会自身分泌体液来达到保护及愈合伤口的目的。这种体液可粗分为两大类，一类是亲水胶体，如阿拉伯胶、黄蓍胶等众多的树胶。另一类为憎水胶体的树脂，如达玛树脂，松香等。前者一般为酸性大分子多糖，能溶于或溶涨于水中；而后者则是高分子聚合体，一般只溶于有机溶剂。
树胶是树木在创伤部位渗出的一种粘性体液，在阳光下干燥形成具有一定色泽和无规则形状的略透明的胶块。渗出物产生于胶树处于受损伤刺激的自我保护状态下，不同的树种、气候及土壤条件和生理状况使得树木所具备的树胶分泌能力各不相同。不同的树木所分她的树胶，在化学结构和理化性质上都有所区别。
商品化分泌树胶的树木大多生长在热带及亚热带的半沙漠地区，通过在树干上将树皮剥去一块的方法(Tapping)来促使树木分泌树胶，几周后即可在伤痕处收集到凝固的渗出物。树木分泌出树胶是用来保护创伤口的一种做法，树干上切口的部位越多，则树木需要分泌的胶体也越多，但切口太大，太多将会导致树木死亡。粗胶经过逐树采集，零星收购后送到市场集中，再经人工分级后输送到世界各地。树胶的精加工包括去杂、粉碎、杀菌及脱色、喷雾干燥等方式以便直接用于各种工业领域。树胶是最传统的亲水胶体，应用历史极为悠久，商品化的树胶种类繁多，但已通过JECFA(FAO／WHO食品添加剂专业委员会)等机构普遍批准为食品添加剂的树胶则只有：阿拉伯胶、黄蓍胶和刺梧桐胶，并且有严格的质量指标。
1．1阿拉伯胶来源：
阿拉伯胶是最为广泛应用的树胶，也是最古老的商品之一。早在四千年
前，古埃及人就已开始使用阿拉伯胶在他们的香料中。阿拉伯胶的名称也来源於因为最早的贸易起源于阿拉伯世界在植物分类学上，阿拉伯树胶是来源于豆科(Leguminosae)的金合欢树属(Acaciaspp．)的树干渗出物．经空气干燥后形成泪滴状大小不同的胶块。迄今为止，发现的金合欢树种类已达1100种之多，大多遍布于非洲、大洋洲及南美洲等热带及亚热带地区；仅在澳洲就发现有729种以
上的金合欢树。
早在1875年，Bentharn就将金合欢属细分为6大系列，15个亚系列。大多数金合欢树种都能在特定条件下分泌一定量的树胶，但商品化的阿拉伯胶则主要来源于非洲的金合欢树种，而且以A．senegal及A．seyal等的产胶量最大，他们分别属于Bentharn所划分的第五系列(Vulgares)和第四系列(Gumrmferae)下的品种。但国际上，无论是FAO/WHO
的JACFA，还是欧洲及美国药典，或者是FCC(美国食品化学法典)上都将应用于食品及制药工业的阿拉伯胶的来源定义为“来源于豆科金合欢属的Acacia
senegal(L．)Willd或与其接近树种的树干渗出的干固的胶状物”。由此可知，阿拉伯胶实际上是这类Acacia树胶的通称，因此也称为Acaciagum。
由于气候及人力资源的因素，商品化的阿拉伯胶主要产地在非洲，特别是苏丹，其特定的气候以及具有在国际社会帮助下建立起来的大面积种植单一树种的树胶园，使其产量占全球量的7O％。许多与苏丹同一纬度的中非及西非国家也都能产阿拉伯胶，这些产胶区通称为“胶带区”(GumbdO，他们的地理气候适合于阿拉伯树胶的分泌及采集。目前尼日利亚和乍得等国也都能提供一定量的阿拉伯胶。
阿拉伯胶产量取决于气候，如果在树木生长的雨季多雨，而旱季又高温炎热，则树干割口处分泌出的胶量大。每一胶树一般可分泌2O一2000克胶。在雨季来临前，当地居民逐一从树上采集已硬化的原始胶，经人工按大下分级后出售给专业经销商。目前商品化的阿拉伯胶主要来源于品种Acacia
senegal，但是来源于Acacia
seyal品种的胶也有一定得数量；两者原始胶在外观上不同，前者比较透明，不易碎，一般呈3
4cm大小的椭球状或泪珠状，且表面有纹路；后者呈金黄色，不透明并很容易压碎。即使经过喷雾干燥后，两者的某些理化性能也有差异。此外，在产地的其它金合欢树种，如Acacia
laeta，Acacia
compylacanth，Acaciakarroo，Acacia
sieberana等等所分泌的树胶也会成为商品阿拉伯胶的来源。
来源于某些其它属树木，如Leucaena属下树种，Combretum
属下树种所渗出的树胶，由于在某些性质及理化指标上与阿拉伯胶相似，也可能成为阿拉伯胶的来源。
尽管不同产地来源的阿拉伯原胶会有许多不同点，但最高质量的阿拉伯胶应该是半透明琥珀色无任何味道椭球状胶，是属于手拣品，通常称为lIPS级(Hand
Picked
and
Selected)。这些原始胶再经过工业化的去杂，或者用机械粉碎加工成胶粉(powder型)或加工成更方便溶化的破碎胶(kibble型)。目前更多的加工工艺采用将原始胶溶解后去杂，批号混合，过滤，漂白，杀菌，喷雾干燥后获得可以直接用于食品及制药工业的精制阿拉伯胶粉。更有一些生产商制造出了预水化型阿拉伯胶，这种型号的胶粉可以直接加入水中而不必担心“结团”。商品阿拉伯胶粉的等级通常按不同的外观及用途来划分。
1．2阿拉伯胶结构
阿拉伯胶研究主要是以来源于Acacia
senegal树木上分泌的胶体为对象。实际上阿拉伯胶是一种含有钙、镁、钾等多种阳离子的弱酸性大分子多糖，分子量大约为50
100万，具有以阿拉伯半乳聚糖为主的、多支链的复杂分子结构。
用酸水解阿拉伯胶可获得D一半乳糖，L一阿拉伯糖，L一鼠李糖和D～葡萄糖醛酸；但从不同品种金合欢树获得的阿拉伯胶，单糖比例及理化指标都会有些差异。同一树种在不同的地理环境中所分泌的阿拉伯胶，甚至在同一树木不同的树干上采集的阿拉伯胶，在某些理化指标上也会有微小的差别。
由于阿拉伯胶是多支链的结构，也没有发现在结构上有特殊的位点能与其它物质形成刚性空间结构，因此阿拉伯胶大分子只有增稠作用；由于其支链众多，同样的分子量在空间所占据的水化体积比较少，由此决定了阿拉伯胶的粘度比相同分子量水平的其它线性大分子为低。
研究还表明阿拉伯胶结构的中央是以β1-3键相连的半乳聚糖，L一鼠李糖主要分布在结构的外表。鼠李糖的碳六位上是CH3而不是COH3，因此有非常良好的亲油性。此外在结构上还连有2％左右的蛋白质；尽管这些蛋白物质与多糖在结构上的连接位置仍不十分明确，但是在氨基酸的成分中，羟脯氨酸的占有相当的比例，不同的Acacia品种的阿拉伯胶样品的氨基酸组分，可以看出尽管含氮量有区别，但氨基酸的分布规律仍比较统一；这些结构上的蛋白物质对于阿拉伯胶的乳化性能影响很大。
6．1．3阿拉伯胶技术指标
欧洲药典、美国药典及美国食品化学法典等都对阿拉伯胶的质量有各自的规定。联合国FAO／WHO食品添加剂专业委员会(JECFA)早就有阿拉伯胶的质量标准及测定方法。JECFA的质量指标如下(具体的测定方法可见FAO食品系营养报告黄皮书34号(1986)，49号(1990)：
名称：Acacia
gum，arabic
gum，
国际化学品统一代号：CASNo．9000一O1—5
定义：来源于Acacia
sengal(L．)WiUdeFlOW及
其它的亲近的树种的树胶，是高分子多糖及其钙，镁，钾盐。经水解后产生葡萄糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖。
描述：原始胶为黄白色泪珠状，大小各异；也可能会有深色胶经提纯后的胶可以是颗粒状，粉状。
用途：乳化剂，稳定剂，增稠剂。
鉴别试验
A：溶解度：1克样品在2毫升水中，溶液能流动，石蕊试纸呈酸性。不溶与乙醇。
B：水解产物：葡萄糖醛酸，半乳糖，阿拉伯糖，鼠李糖。
纯度试验：
干燥失重：不高于15％(105℃
，5小时)
总灰分：不多于4％
酸不溶灰分：不多于0．5％
酸不溶物：不多于1％
淀粉
嘲精含量：不检出
单宁含量：阴性
*含氮量：0．27％
一0．39％
*旋光度(20C)：一26至一34度(干基计)
砷：小于3mg／kg
铅：小于10mg／kg
重金属：小于40mg／kg
卫生指标：
沙门氏菌：不检出境样品
大肠杆菌：不检出境样品
*值得注意的是不同树种来源的阿拉伯胶在旋光度及氮含量上差异较大。该指标是以来自苏丹的Acacia
sengal树种的阿拉伯胶为标准的，但是来源于其它金合欢树的阿拉伯胶其旋光度和含氮量范围甚广，如源于Acacia
seyal树种的阿拉伯胶的溶液旋光度呈左旋
即使同样是Acacia
senegal树种，来源于不同的地理环境，其旋光度和含氮量范围也有可能超出该范围，因此JECFA(FAO／WHO食品添加剂专业委员会)1995年对于阿拉伯胶规格的更新讨论稿将不再对旋光度及含氮量做出规定；1997年又确认Acacia
seyal为定义上“亲近的树种”。而在JECFA
1999年罗马的23届关于阿拉伯胶的标准制定上，将定义改为“来源于Acacia
sengal(L．)及Acacia
seyal树种上的树胶”值得注意的是不同来源的阿拉伯胶Acacia
senegal及Acacia
seyal在乳化稳定方面会有区别，必须选择合适的等级及应用范围才能达到最佳的使用效果。
6．1．4阿拉伯胶的性质
天然阿拉伯胶块多为大小不一的泪珠状．略透明的琥珀色；精制胶粉则为白色；无味可食
阿拉伯胶干粉非常稳定和可以长久储存，研究表明存储了几十年的胶块也没有发现有明显的性状变化。
溶解度：阿拉伯胶具有高度的水中溶解性及较低的溶液粘度，能很容易地溶于冷／热水，可配制成5O％浓度的水溶液而仍具有流动性，这是其它亲水胶体所不具备的特点之一
但不溶于乙醇等有机溶剂。
粘度：5％水溶液的粘度低于5厘泊；25％水溶液的粘度约8O
一140
厘泊(25C，2小时后Brookfidd转子粘度计RVF型，转速20rpm)。在常温下都有可能调制出5O％浓度的胶液，阿拉伯胶是典型的“高浓低粘”型胶体。一般而言，喷雾干燥的产品比原始胶的粘度略低些。A．seyal品种来源要比A．senegal品种的粘度略低些。
酸稳定性：因为阿拉伯胶结构上带有酸性基团，溶液的自然pH值也呈弱酸性，一般在PH4-5(25％浓度)
溶液的最大粘度约在pH5—5．5附近，但在pH值在4—8范围内变化对其阿拉伯胶性状影响不大，具有酸环境较稳定的特性。当pH值低于3时．结构上酸基的离子状态趋于减少，从而使得溶解度下降，而粘度下降。
乳化稳定性：由于阿拉伯胶结构上带有部分蛋白物质及结构外表的鼠李糖，使得阿拉伯胶有非常良好的亲水亲油性，是非常好的天然水包油型乳化稳定剂
但不同来源树种的阿拉伯胶其乳化稳定效果有差别；一般规律，鼠李糖含量高，含氮量高的胶体，其乳化稳定性能更好些，固此Acacta
senegal胶在乳化稳定方面比Acacia
seyal胶更好
阿拉伯胶还具有降低溶液表面张力的功能，用于稳定啤酒泡沫等。
热稳定性：一般性加热胶溶液不会引起胶的性质改变，但长时问高温加热会使得胶体分子降解．
导致乳化性能下降
兼容性：阿拉伯胶能与大部分天然胶和淀粉相互兼容，在较低pH条件下，阿拉伯胶与明胶能形成聚凝软胶用来包裹油溶物质
6．1．5阿拉伯胶在食品工业中的应用
普通型阿拉伯胶粉在使用时，必须在搅拌条件下加入水中，以避免胶粉“结团”，这是因为表层胶粉一遇水后迅速吸水膨涨形成一“胶体壁垒”从而阻挡了外部水的继续进入。对于预水化型胶粉或胶块，则可以直接加入水中。
以下是几种有效的溶胶方法，可以按产品配方情况选择。
用旋涡式搅拌机(Vortex)化胶，能用机械力使胶团分散。
缓慢地将胶粉加入(最好能用筛网筛入)激烈流动的水中。
干法与3—5倍的其它粉状原料如砂糖，奶粉等辅料先与胶粉混合
在干燥容器中加入胶粉后再用乙醇、甘油等有机溶剂或食用油等将胶粉分散“扣湿”．然后再加入水。
在用量上，阿拉伯胶的国际认定ADI值(日容许摄入量)为不作限制。因此可以按生产需要添加。
阿拉伯胶曾经是食品工业中用途最广
及用量最大的水溶性胶，目前的全世界年需要量仍保持在大约4—5万吨。阿拉伯胶具有良好的乳化特性，特别适合于水包油型乳化体系，广泛用于乳化香精中作乳化稳定剂；它还具有良好的成膜特性；做为微胶囊成膜剂用于将香精油或其它液体原料转换成糊末形式，可以延长风眯品质并防止氧化，也用作烘焙制品的香精载体
阿拉伯胶能阻碍糖晶体的形成，用于糖果中作抗结晶剂，防止蔗糖晶体析，也能有效地乳化奶糖中的奶脂，避免溢出；还用于巧克力表面上光．使巧克力只溶于口，不溶于手；在可乐等碳酸饮料中阿拉伯胶用于乳化、分散香精油和油溶性色素，避免它们在储存期问精油及色素上浮而出现瓶颈处的色素圈；阿拉伯胶还与植物油及树脂等一块用作饮料的雾浊剂以增加饮料外观的多样性。
营养学上，阿拉伯胶基本不产生热量，是良好的水溶性膳食纤维，被用于保健品糖果及饮料。在医学上阿拉伯胶还具有降低血液中胆固醇的功能。阿拉伯胶也厂
泛用于其它工业。在食品工业中的应用可归纳为：天然乳化稳定剂，增稠剂、悬浮剂、粘合剂、成膜剂，上光剂，水溶性膳食纤维等。
阿拉伯胶也可以用于冰激淋等冷食奶制品中作为稳定剂等，由于新胶体不断出现，目前阿拉伯胶主要应用于含有油溶性成分的液体产品中，做为乳化稳定剂；微胶囊粉的包埋剂；巧克力上光剂；及糖果中降低含糖量，改变口感及硬度等。以下为几例应用配方：
配方一：乳化香精(桔子乳化香精配方及工艺)
阿拉伯胶粉
10-l5％
混合油(桔油 达玛树酯等)
10-15％
柠檬酸0．4％
苯甲酸钠0．13％
水
加至100％
工艺
1．将胶加入含有柠檬酸和苯甲酸钠的水中．同时搅拌溶解20-3O分钟。
2．加入油继续搅拌溶解l5分钟。
3．在2500／500Psi下，双道均质。
4．油粒直径可小于l微米。
配方二：花生乳／核桃乳／含油饮料
阿拉伯胶粉0．2
0．4％
单／双甘醋0．1
0．3
酪蛋白酸钠0．1
0．3％
柠檬酸／苹果酸0．1％
(取决于含油饮料的含油浓度及保持油脂不分层的时间长度来调整比例)
配方三：保健糖果(不含糖)
硬质
中质
软质
低咬劲
中等咬劲
高咬劲
山梨糖醇
88％
64％
l5—20％
甘露糖醇
1O％
l一10％
0—5％
阿拉伯胶
1％
1
35％
70％
再加人适量的果味香精，甜味剂，色素及柠檬酸等。
配方四：雾浊型饮料(乳白碳酸饮料)
(由阿拉伯胶液加植物油或树酯经喷雾干燥成为粉状雾浊剂，生产出的雾浊饮料外观上具有真实果汁饮料的效果)
阿拉伯胶雾浊粉1．5％
三磷酸钙1．5％
桔油／柠檬油0．1—0．3
柠檬酸4％
(糖，色素，水至100％)
配方五：增加棉花糖咬劲(在棉花糖配方中加人1
2．5％的阿拉伯胶可以使的产品外观整齐，增加咬劲；老化时间延长)
阿拉伯胶
l一2.5％
明胶0．35％
砂糖
37％
葡萄糖
19％
蛋清粉
1，8％
玉米糖浆
23％
盐0，35％
(香精，色素少许，加水至100％)
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