塔拉膠理化性質(zhì)分析*

普鳳仙，張建云，包松蓮，李志國，趙杰軍

(1.易門縣林業(yè)局，云南 易門651100；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所，云南 昆明650233)

塔拉(CaesalpiniaspinosaKuntze)作為一種珍貴的經(jīng)濟植物倍受重視，具有很好的發(fā)展前景。中國林業(yè)科學(xué)院資源昆蟲所引進塔拉，并對塔拉飽滿、半飽滿和癟塔拉豆進行了結(jié)構(gòu)、組成及成分研究。結(jié)果表明：塔拉豆的結(jié)構(gòu)分為豆殼、多糖(膠層)和胚3層，多糖層約占30%，胚層約占35.0%；飽滿、半飽滿和癟塔拉豆的種胚粗蛋白含量分別為40.60%、36.91%、15.69%，粗脂肪含量分別為14.27%、15.16%、3.95%，其中，粗脂肪中亞油酸含量高達43.23%-45.33%。亞油酸在人體中是不能合成的必需脂肪酸，具降低血脂、膽固醇、防治心血管疾病之功效[1-2]。與我國大豆(Glycinemax)蛋白質(zhì)的含量(35.1%)和脂肪含量(16.0%)相比，塔拉豆的蛋白質(zhì)含量高而脂肪含量卻偏低，屬優(yōu)良的低脂高蛋白木本豆類；我國生產(chǎn)的飽滿塔拉豆與原產(chǎn)地秘魯?shù)娘枬M塔拉豆(40.22%、12.91%)的質(zhì)量基本一致；塔拉豆種胚還含有人體必需的氨基酸和礦質(zhì)元素[3]。

Rahanitriniana對塔拉種子的化學(xué)成分進行了測定分析，豆殼約占38%-40%；豆胚乳即膠層或多糖層約占30%-34%；豆胚約占27%-30%，而胚乳的主要成分是半乳甘露聚糖[4]； Ana Sicchaetal.、Grasdalen Hetal.、Lescanoa C Eetal.報道了塔拉豆的化學(xué)成分及提取等方面的研究[4-7]。蔣建新等、馬文秀等、朱莉偉等研究了塔拉多糖的化學(xué)組分與結(jié)構(gòu)、塔拉多糖的提取等[8-11]。塔拉多糖是天然的植物多糖，是一種中性的半乳甘露聚糖大分子，其化學(xué)結(jié)構(gòu)及溶液特性都介于瓜爾膠和長角豆膠之間，也是以1→4鍵相連接的D-甘露聚糖為主鏈，支鏈是單個的D-半乳糖通過1→6鍵與甘露聚糖主鏈連接。但連接的半乳糖支鏈數(shù)量相對比瓜爾膠少，比長角豆膠多，許多性質(zhì)介于瓜爾豆膠和長角豆膠之間，平均半乳糖與甘露糖之比約為1︰3。塔拉多糖為半乳甘露聚糖膠，半乳糖與甘露糖配比為1︰2.4，其化學(xué)組分及摩爾比為D-半乳糖:D-葡萄糖︰D-甘露糖=1.00︰0.33︰3.03，平均分子量為1.82×104，它的主鏈由β(1→4)鍵連結(jié)的D-吡喃型甘露糖單元與D-吡喃型葡萄糖單元所組成，側(cè)鏈中D-半乳糖單元可能按(1→6)鍵附于甘露糖主鏈上。塔拉多糖是一種無毒可食的天然產(chǎn)物，廣泛用于食品、飲品、醫(yī)藥、紡織、造紙等行業(yè)中，作保健食品或食品添加劑，我國規(guī)定可不限量使用[12]，法定編號INS 417。目前，國內(nèi)無塔拉多糖生產(chǎn)，長期依賴進口，無國標、行標、企標。僅以FAO/WHO，CXAS(1989)，日本食品添加物公定書等指標為驗收標準。本文通過較全面地研究塔拉膠理化性質(zhì)，對塔拉膠標準的制定、加工工藝及設(shè)備的研制等具有重要的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 材料

塔拉膠為云南產(chǎn)塔拉豆經(jīng)物理加工方法得到的胚乳層，其主要成分為塔拉多糖。其余試劑均為分析純。

1.2 方法

(1)干燥失重 采用重量法，稱取0.1g膠片，置105℃烘箱中烘24h，取出于干燥器中干燥30min稱重，再置入烘箱30min，取出于干燥器中干燥30min稱重，反復(fù)操作至恒重。通過水分的蒸發(fā)量來計算含水率。含水率%=(烘干前重-烘干后重)×100%/烘干前重。

(2)塔拉膠的溶解性 稱5份1g的膠片，分別置于10mL的乙醚、石油醚、冰乙酸、乙酸乙酯、正己烷、乙醇中，觀察其變化情況；以水做溶劑，分別配成0.1%、1.0%、0.5%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、5.0%的溶液，每隔0.5h攪拌1次，觀察不同時間、不同濃度的變化情況。

(3)黏度測定 稱取2.5g膠片配成0.5%的溶液，于不同溫度下加熱2h后測黏度，冷卻到室溫下，采用S1，v60測其黏度，觀察其變化情況；配成1%濃度的膠液(稱取5g的塔拉膠片加9mL的異丙醇充分潤濕，在激烈攪拌下加水500mL，攪拌到膠體完全均勻分散，形成溶液)，用ZDJ-1黏度計測量黏度，然后在沸水中加熱10min，冷卻到室溫，再測黏度；對進口塔拉膠濃度、時間、顏色變化的影響進行研究，采用S1，v60進行測定，取進口膠片放入烘箱于150℃下分別烘烤25min和50min，然后配成1%的溶液80℃下測定黏度。

(4)穩(wěn)定性 鹽穩(wěn)定性(稱取5g的膠片于500mL的水中配成1%的溶液，于90℃的水浴鍋中加熱2h后逐步加鹽測粘度)；不同pH、濃度、溫度、時間，塔拉膠液的穩(wěn)定性。

(5)膠凝性 金屬離子交聯(lián)劑存在時，塔拉膠溶液可發(fā)生交聯(lián)而形成凝膠；取2g四硼酸鈉定溶于100mL水中，配成1%和2%的溶液于90℃水浴鍋中加熱2h使之充分溶解，2h后取出部分溶液滴加四硼酸鈉溶液，觀察凝膠形成的情況。

(6)其它性質(zhì) pH、酸不溶物(按GB/T23834.2執(zhí)行)等指標測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 塔拉膠的溶解性

(1)塔拉膠干燥失重 塔拉膠干燥失重測定結(jié)果表明，塔拉膠含水率最高為16.03%，最低為11.40%，干燥失重平均值為13.53%，達到FAO指標。

(2)不同濃度與不同時間的塔拉膠溶解性 不同濃度、不同時間觀察塔拉膠的溶解性，結(jié)果見表1。

表1 不同濃度、時間塔拉膠溶解

由表1可知，塔拉膠液隨著其濃度的增大、時間的延長，出現(xiàn)膠狀、固化態(tài)。低濃度時，隨時間延長膠液漸漸完全吸脹，再延長時間，無明顯變化；高濃度時，隨時間延長而出現(xiàn)固化。

(3)不同溶劑塔拉膠的溶解性 不同溶劑對塔拉膠的溶解性測定結(jié)果表明，塔拉膠不溶解于乙醚、石油醚、冰乙酸、乙酸乙酯、正己烷、乙醇等溶劑。

2.2 黏度的測定

攪拌時間對塔拉膠黏度影響的測定結(jié)果見表2。

表2 攪拌時間對塔拉膠黏度的影響

塔拉膠的黏度隨攪拌時間的延長呈先降后急升趨勢；經(jīng)攪拌3.5h與沸水中加熱10min取出冷卻到室溫的黏度無明顯差異。

(1)不同溫度下黏度的比較 不同溫度對塔拉膠黏度的影響結(jié)果見表3。

表3 溫度對塔拉膠黏度的影響

由表3可知，在溫度為30-40℃時，冷熱黏度隨溫度的升高而增大；50-90℃時，冷熱黏度先隨溫度的升高而降低，然后再隨溫度升高而增大。

(2)不同溫度、不同濃度、不同時間的黏度 不同濃度、時間及溫度對塔拉膠黏度的測定結(jié)果見表4。

表4 濃度、時間、溫度對塔拉膠黏度的影響

續(xù)表4

溫度/℃濃度/%熱黏度/cp30min熱黏度/cp60min熱黏度/cp90min熱黏度/cp120min冷黏度/cp700160606060700560607070701060701001001401560110140120902570709011031050701h后在測時膠片已吸水充分潤脹，充滿燒杯無法測定，變成了膠體 90017060607022005707070701101070808010011015708010015014025708013047090050701h后在測時膠片已吸水充分潤脹，充滿燒杯無法測定，變成了膠體

在濃度為0.1%-0.5%時，塔拉膠的黏度隨溫度升高、時間增長其黏度呈下降至平衡；高濃度、高溫下溶液黏度隨時間延長而增大；50℃時，低濃度溶液的黏度隨時間延長而減??；1.5%的溶液隨時間延長而黏度增大，其余濃度的溶液黏度無明顯變化；70℃和90℃時，高濃度溶液的黏度隨時間延長而增大；低濃度基本無明顯差異。冷黏度隨溫度、濃度的增大，其黏度總體有增大趨勢。

(3)濃度、時間、顏色變化對進口塔拉膠影響 采用S1，v60測定濃度、時間、顏色變化對進口塔拉膠影響，取進口膠片放入烘箱于150℃下分別烘烤25min和50min，然后配成1%的溶液80℃下測定黏度，結(jié)果見表5。

表5 不同濃度、時間對進口塔拉膠的黏度影響

0.1%濃度時，30min內(nèi)黏度增大，然后隨時間的延長，冷熱黏度無明顯的變化；0.5%-1.5%濃度其黏度均無明顯變化。

經(jīng)烘烤25min、50min后，膠片顏色隨時間的增長而加深。而其熱黏度無明顯變化，且比冷黏度低。與未烘烤的膠片相比，無明顯的差異。因此，不同濃度、時間對進口塔拉膠的顏色深淺及冷熱黏度無明顯影響。

2.3 淀粉實驗

塔拉膠片溶液中滴加TS-124試液沒有變藍，說明塔拉膠片溶液中無淀粉的存在。

2.4 凝膠實驗

隨塔拉膠液濃度增大成凝膠所用的硼酸鈉試液隨之減少，形成凝膠的效果隨之增加，濃度是影響塔拉膠成凝膠的因素之一。

2.5 酸不溶物的測定

塔拉膠酸不溶物測定結(jié)果表明，酸不溶物的最大值為2.03%，最小值為1.26%，均值為1.78%，符合FAO規(guī)定的指標(≤2%)。

2.6 穩(wěn)定性

(1)鹽對塔拉膠穩(wěn)定性的影響 塔拉膠液加入鹽的穩(wěn)定性測定結(jié)果見圖1。

圖1 鹽對塔拉膠液的穩(wěn)定性的影響

氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉3種鹽的不同濃度對膠液穩(wěn)定性沒有較大影響。最大和最小值間的差異不超過2cp，膠液是穩(wěn)定的。

(2)pH對塔拉膠穩(wěn)定性的影響 pH對塔拉膠黏度的穩(wěn)定性測定結(jié)果見圖2。

圖2 不同pH下塔拉膠溶液的黏度變化

pH在1-4時黏度增加，pH為4-6時，膠液黏度減少，當pH=7時，黏度達到最大值，pH大于7，黏度遞減，且波動不大。pH大于10膠片呈現(xiàn)一定淡黃色，隨著pH增加顏色加深。強堿可能破壞了膠液性能，使它趨于穩(wěn)定。

(3)不同濃度、溫度及時間對塔拉膠溶液的穩(wěn)定性 于80℃下，不同濃度、時間對塔拉膠溶液的影響見圖3。

圖3 不同濃度、時間對塔拉膠溶液的穩(wěn)定性

在80℃下0.1%和0.3%濃度的溶液隨加熱時間增加其黏度無明顯變化；0.5%和0.8%塔拉膠液黏度隨時間和濃度增加而緩慢增加，保溫9h黏度達到最大值隨后減少；1.0%濃度塔拉膠液黏度隨時間和濃度增加而增加，9h后增加明顯。故低濃度塔拉膠液黏度隨時間變化不明顯，高濃度時隨時間增加而增加。

圖4 0.5%的塔拉膠液加熱48h的黏度變化

由圖4可知，加熱0.5%的塔拉膠液到30℃和40℃時，在6h內(nèi)黏度在增加，6-12h趨于平穩(wěn)，12-48h有波動，在24h時黏度達到最大；50℃時，8h黏度增加，8-12h趨于平穩(wěn)，12-36h黏度在增加，36h以后趨于平穩(wěn)；60℃時，黏度在不斷增加，到36h后趨于平穩(wěn)；70℃時，黏度在不斷增加，24h后平穩(wěn)；80℃時，10h內(nèi)黏度波動較大，10h后黏度在緩慢增加；90℃時，10h內(nèi)黏度明顯增加，但是幅度沒有80℃時大，10-24h降低，24h后緩慢增加。

圖5 1.0%塔拉膠溶液加熱48h的黏度變化

由圖5可知，1.0%塔拉膠溶液在30℃和40℃時隨加熱時間增加黏度變化?。?0-70℃前12h黏度緩慢增加，12h后黏度增加明顯，70℃在24h時達到最大隨后降低，50℃和60℃在36h時達到最大隨后降低；80℃和90℃時，2-6h黏度緩慢增加，80℃在6-12h呈梯度增加，12h后保持不變，90℃在6-24h呈梯度增加，24h后保持不變。隨著溫度的增加黏度也在增加，低溫時增加緩慢，50-70℃時黏度依次遞增，80℃和90℃時黏度呈梯度增加，80℃在12h時達到最大，90℃在24h時達到最大，80℃和90℃達到最大時的黏度相同。塔拉膠片溶解效果隨溫度增加而增加，但在80℃時溶解效果達到最佳。

圖6 0.5%和1.0%塔拉膠液加熱48h后冷卻

由圖6可知，塔拉膠片溶液濃度低時，溫度對它的溶解性影響小；塔拉膠片溶液濃度高時，隨溫度的增加黏度在增加，在80℃時溶解效果最好，之后隨溫度的增加黏度下降。

圖7 80℃下1.0%塔拉膠溶液加熱84h黏度變化

由圖7可知，80℃下隨時間的增加黏度在不斷增加，4h后增加幅度較大，在36h時達最大值，48h后黏度下降。

綜上所述，隨加熱溫度和濃度增加，塔拉膠片的黏度在增加，50℃以下增加小，50-70℃時黏度依次遞增，但塔拉膠片在80℃下1.0%濃度時分散效果最好，到達最大黏度用時最少。塔拉膠的鹽穩(wěn)定性較好；塔拉膠中無淀粉檢出；pH對塔拉膠的穩(wěn)定性影響小。塔拉膠用做食品添加劑的添加量一般不超過1.0%濃度，塔拉膠片在1.0%濃度時溶解效果最佳。不同濃度下塔拉膠能和不同的添加物起到很好的協(xié)同作用，保證食品的口感、穩(wěn)定性、色澤等性質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

迄今為止食品增稠劑已有40余種，按其來源，可分為4類：植物滲出液制取的增稠劑，植物種子、海藻制取的增稠劑，含蛋白質(zhì)的動物原料制取的增稠劑，以天然物質(zhì)為基礎(chǔ)的半合成增稠劑。刺槐豆膠、瓜爾豆膠和塔拉膠在GB 2760-2014中是可使用的食品增稠劑，而聯(lián)合國FAO/WHO將塔拉膠的每日攝入量(ADI)規(guī)定為“不做限制”，是一種國際公認的最安全的食品添加劑。

刺槐豆膠可以分散在冷水中，慢慢地膨脹，在加熱的情況下，能變成均勻透明的溶液。但是，刺槐豆膠也不溶于有機溶劑，在甲醇和乙醇中析出沉淀。瓜爾豆膠是中性多糖，在冷水中經(jīng)過1-2h就能充分水化，能分散在熱或冷的水中形成黏稠液，1%水溶液黏度在4 000-5 000cp之間，為天然膠中黏度最高者。但長時間高溫處理將導(dǎo)致瓜爾豆膠本身降解，使黏度下降。pH變化在3.5-10范圍內(nèi)對膠溶液的性狀影響不很明顯，一般在pH為6.0-3.5范圍內(nèi)隨pH降低，黏度也有所降低，pH為3.5以下黏度又增大，在pH為6-8范圍內(nèi)，其溶液黏度可達到最大值，pH為10以上則迅速降低。此外瓜爾豆膠具有良好的無機鹽類兼容性能，耐受一價金屬鹽，如食鹽等的濃度可高達60%；但高價金屬離子的存在可使溶解度下降。塔拉膠是無味的植物胚乳精制多糖，主要含有甘露糖及半乳搪，屬植物種子制取的增稠劑。其性質(zhì)：塔拉膠溶于熱水，不溶解于乙醚、石油醚、冰乙酸、乙酸乙酯、乙醇等溶劑；塔拉膠遇水能溶脹、形成高黏度的溶膠液，且隨溫度升高和濃度的增加黏度也在增加，在80℃時達到最佳效果；由于它的非離子性，塔拉膠液一般不受陰、陽離子的影響，不產(chǎn)生鹽析現(xiàn)象；在pH為1-4時黏度在增加，pH為4-6時減少，在pH為7時達到最大，pH為7-10時減少，pH為10以后黏度變化范圍不超過2cp，其溶液呈淡黃色，隨著pH增加其顏色逐漸加深；強堿可能破壞了膠液性能，使它趨于穩(wěn)定；塔拉膠在食品添加中最優(yōu)效果是80℃下1.0%濃度時分散效果最好，到達最大黏度的用時最少，和其他添加物料起到很好的協(xié)調(diào)作用。塔拉膠的性質(zhì)介于刺槐豆膠和瓜爾豆膠之間，塔拉膠具非常良好的發(fā)展勢頭。

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