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详细介绍改性瓜尔胶现在的研究进展

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详细介绍改性瓜尔胶现在的研究进展

发布日期:2018-10-22 作者: 点击:


  改性瓜尔胶的研讨进展:


  改性瓜尔胶的研讨进展,瓜尔胶是一种天然的半乳甘露聚糖,广泛用于食物、日化、医药等职业。改性瓜尔胶的功能具有较大改 善,近年来瓜尔胶的改性研讨成为热门。论说了瓜尔胶结构和性质以及改性瓜尔胶的研讨进展,为瓜尔胶进一步 开发研讨供给参考。


  瓜尔胶又名古耳胶,瓜尔豆胶,英文名“ Guar gum”是一种天然半乳甘露聚糖胶,从产于印度、巴 基斯坦等地的瓜尔豆种子的胚乳中提取得到。半乳 甘露聚糖属中性多糖胶,是工业上有着广泛用处的 植物多糖胶。半乳甘露聚糖胶水溶液为假塑性流 体,大分子在天然状况下呈环绕的网状结构,改性瓜尔胶的研讨进展,因而它 在许多工业中用作増稠剂、安稳剂、乳化剂、粘结剂 和调度剂等。食物职业的使用如冰淇淋、果汁饮料、 面包、面条和调味料等,在香波、洗手液和肥皂出产 中用作调度剂,在造纸、纺织和炸药职业中用作増稠 剂和絮凝剂。压裂液采油和油气井钻井是多糖胶用 量最大的职业之」12]。


  近年来跟着各国对环境污染问题的日益注重和 注重,天然高分子材料逐步引起人们的注重,瓜尔胶 就是其间之一。瓜尔胶通过改性尤其是化学改性, 理化功能方面处理了原胶的缺陷,成为研讨的热门。 本文就改性瓜尔胶研讨进展进行了总述,为瓜尔胶 进一步开发研宄供给参考。


  收稿日期:2005- 03- 15


  基金项目:“十五’国家科技攻关课题(2004BA502B03);


  国家科技成果要点推行计划(2005EC000150)。


  1瓜尔胶结构和性质


  瓜尔胶是线状半乳甘露聚糖,属于非离子型高 分子。在结构上,以0- 1,4键相互连接的D-甘露 糖单元为主链,不均匀地在主链的一些D-甘露糖 单元的C6位上再连接了单个D-半乳糖(e- 1,6 键)为支链,其半乳糖与甘露糖之比约为1: 1. 8,简 化为 1: 213]。


  —9 —


  瓜尔胶在冷水中能充沛水化(一般需求2 h),能 涣散在热水或冷水中构成半透明粘稠液,不溶于乙 醇等有机溶剂,1%水溶液粘度在4~ 5 Pa*s之间,具 体粘度取决于粒度、制备条件及温度,为天然胶中粘 度最高者。涣散于冷水中2 h后出现较强粘度,以 后粘度逐步増大,24 h后到达最高,粘稠力为淀粉糊 的5~ 8倍,加热则敏捷到达最高粘度,胶溶液的粘 度随胶粉粒度直径的减小而増加;水化速率则随温 度的上升而加速,假如经85 °C制备,10 min即可充 分水化到达最大粘度,但长时间高温处理将导致瓜 尔胶自身降解,改性瓜尔胶的研讨进展,使粘度下降。瓜尔胶溶液在pH8~ 9 时可达最快水化速度,但是大于10或小于4则水化 速度反而慢1 4]。


  一般来说,0. 5%以上的瓜尔胶溶液己呈非牛顿 流体的假塑性流体特性,具有搅稀效果。瓜尔胶具 有杰出的无机盐兼容功能,而受一价金属盐,如氯化 钠等的浓度可达60% ;但高价金属离子的存在可使 其溶解度下降。在操控溶液pH条件下,瓜尔胶能 与交联剂,如硼酸盐、金属离子等反响可生成稍带弹 性的粘质,还能构成必定强度的水溶性薄膜。瓜尔 胶在pH 3或以下的酸性溶液中会降解,被水解的是 糖苷键,成果粘度敏捷损失;在轻度偏碱的pH下, 是键段还原结尾0位的堵截反响,使链缓慢缩短,这 一进程比酸水解要慢;瓜尔胶溶液加热到很高温度 可导致热降解,在80~ 95 °C并持续必定时刻粘度会 损失[5]。


  2瓜尔胶改性


  瓜尔胶具有很好的水溶性和増稠性,但原粉往 往具有下述的缺陷:S不能快速溶胀和水合,溶解速 度慢;@水不溶物含量高;度不易操控;④易被 微生物分化而不能长时间保存等。这些缺陷使瓜尔胶 的使用遭到很大约束,因而需求改动其理化特性,使 其被愈加广泛使用。下面是几种较为常见的改性:


  2. 1物理增粘改性瓜尔胶


  瓜尔胶物理増粘原理是半乳甘露聚糖是内胚乳 细胞的胞内胶,也就是说胶是在细胞内定位的。 半乳甘露聚糖聚集在细胞内外表,外外表是一层难 溶于水的物质,细胞和水结合时,细胞内的胶不能充 分溶于水,假如设法在内胚乳磨粉之前损坏其大部 分细胞壁,使细胞内胶充沛释放出来,胶液粘度就会 进步,并且水化功能也会进步。


  经物理压片増粘的瓜尔胶,1%胶液粘度可进步 50%以上,水不溶物可下降15%以上,功能大为改 观具有较高的经济价值1 7]。


  2. 2两性瓜尔胶


  瓜尔胶糖单元上平均有三个羟基,这三个羟基 在必定条件下都可发作官能团衍生反响。在不同的 羟基上接上不同的阳离子和阴离子基团,便可构成 两性的瓜尔胶。Chowd hay等使用瓜尔胶先后和阳 离子进行替代反响终究得到了两性瓜尔胶产品。 Matino, Gay T.等米用了别的一种办法也制得了两 性瓜尔胶。两性瓜尔胶一起具有阳离子和阴离子的 特性,使它在实践使用中具有优异的功能[11]。


  2.3阳离子瓜尔胶


  瓜尔胶上的活性羟基在碱性条件下生成带负电 的负氧离子,在系统中存在有适宜的季铵盐时,碱性 的瓜尔胶作为亲核试剂进攻季铵盐中的正碳离子取 代卤素生成瓜尔胶的阳离子醚18 ]。


  阳离子瓜尔胶在粘度安稳性、抗氧化性和灭菌 才能方面都比一般的瓜尔胶有明显进步,这一性质 使它在油田化学、造纸等方面又有新的用处。阳离 子瓜尔胶在头发上具有很好的吸附功能,构成阳离 子聚合物膜,然后能够很好地改进发质。用于香波 中具有很好的调度效果,首要能够按捺头发静电,増 加头发柔软性,改进湿梳理性以及削减头发的缠结 等杰出效果[9]。


  2.4氧化瓜尔胶


  瓜尔胶与过氧化物等氧化剂效果所得产品为氧 化瓜尔胶。反响很杂乱,反响机理也不详,但首要是 降C,氧化成醛基及C2- C3之间发作断裂,且被氧 化成羰基,羧基等。选用不同的氧化剂和工艺条件 可得到功能各异的氧化瓜尔胶产品。瓜尔胶粉悬浮 于苯介质中,在快速拌和下,参加严寒的过氧化钠, 并在必定温度下反响4 h,即可得到氧化瓜尔胶。将 瓜尔胶与必定量的双氧水混匀,在90 °C条件下反响 45 min,也可制得氧化瓜尔胶。Frollineie E使用半乳 糖醚和卤素作氧化剂,制得了带有羰基的氧化瓜尔 胶[10]。


  2.5羟丙基瓜尔胶


  瓜尔胶在异丙醇、水等介质中,氢氧化钠存在 时,与环氧丙烷反响即得到羟丙基瓜尔胶。邹时英 等比较了羟丙基瓜尔胶和瓜尔胶的13CNMR谱图发 现两张谱图中碳原子峰的值完全相同,且强度基本 未发作变化,然后估测羟丙基是以长链办法与瓜尔 胶相连,而不是在糖单元上的均匀分布[10]。


  2.6酉旨化瓜尔胶


  酯化瓜尔胶是瓜尔胶中的羰基被无机酸或有机 酸酯化而得的产品,常见的有硫酸酯、磷酸酯、醋酸 酯、邻苯二甲酸酯和磺酸酯等。在氢氧化钠存在的 条件下,Yeh. Michale H用瓜尔胶与2-丙烯酰胺- 2-甲基丙磺酸反响合成了一种高效増稠剂。


  2.7阳非离子瓜尔胶


  阳非离子瓜尔胶既含有阳离子替代基,又含有 非离子替代基,一般选用羟丙基瓜尔胶等非离子瓜 尔胶为质料,然后再进行阳离子醚化改性。Manjit Sigh Chravdhaiy研讨出来了阳非离子瓜尔胶衍生物。 以羟丙基瓜尔胶粉为反响的开始质料,这是一种非 离子型的瓜尔胶衍生物,然后用必定浓度的醇溶液 涣散处理,终究参加阳离子替代基溶液进行替代反 应,这一办法改性得到的终究产品其功能明显进步, 如0. 5%浓度的阳非离子瓜尔胶水溶液在波长500 ~ 600 nm之间的透光率在75%以上111]。


  2.8交联改性


  瓜尔胶交联改性就是通过操控pH值,使瓜尔 胶及其衍生物的水溶液与硼、钛、钴等离子构成凝 胶。其间硼与瓜尔胶构成的凝胶对剪切力是可逆 的,即在切开或破裂后,凝胶体可恢复到本来状况, 而过渡金属与瓜尔胶构成的凝胶对错可逆的[10]。 交联后的瓜尔胶产品具有更好的耐盐性以及高温下 的安稳性,使其在高温油井中得到了广泛使用[12]。


  2.9接枝共聚瓜尔胶


  通过引发瓜尔胶可与丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、 丙烯腈等进行接枝共聚反响,改性瓜尔胶的研讨进展,构成接枝共聚物。采 用这种改性办法,通过选择不同的接枝单位,操控适 当的接枝频率、接枝率和支链平均分子量,能够制得 各种具有共同功能的产品。它们既有多糖化合物的 分子间效果力与反响性,又有合成高分子的机械性、 与生物效果的安稳性和线形链打开才能,在实践应 用中具有优异的功能。


  2.10酶法改性


  这种办法所用的酶是具有高度选择性的甘露糖 酶和半乳糖酶。甘露糖酶只剪切主链,而不对支链 发作效果,使用甘露糖酶的这种效果,能够较大幅度 地改动瓜尔胶的分子量和流变性;半乳糖酶只剪切 支链,然后改动两种单糖份额,对流变性影响较小。 一起使用两种酶进行改性,两者会产生协同效果。 使用酶对瓜尔胶改性的长处是:能够依据要求,为实 验或出产尤其是各种药物操控释放系统量身定做具 有不同精细结构的瓜尔胶,这具有非常重要的使用 价值。


  3改性瓜尔胶使用前景


  3.1食物工业


  瓜尔胶是现代食物职业使用最广泛的食物辅料 之一。它能够在便利食物、调味品、饮料、冰淇淋和 饲料等多种食物中,具有増稠、保水、安稳及粘结悬 浮效果,是食物加工职业广泛使用的増稠剂、安稳剂 和悬浮剂。物理増粘瓜尔胶粘度高,水不溶物低,市 场前景非常宽广。


  3. 2纺织工业


  印花是纺织职业的一个重要分支。由瓜尔胶衍 生物制成的印花糊料较传统的印花糊料具有更优的 功能。如杰出的流变性,不易结在刮刀口上,印花刀 疵较少;渗透性好,印花外表匀染性好;成糊率高,改性瓜尔胶的研讨进展,洗刷性好;保水功能好,可用于疏水性纤维织物的印花 耐酸碱,耐电解质,与各类染料相容性好[14,15]。


  3. 3石油工业


  羟丙基瓜尔胶等瓜尔胶衍生物,通过化学改性, 具有许多长处,水不溶物及残渣较瓜尔胶粉有大幅 度下降,用于油田水基压裂液、浓浆添加剂能有效地 下降对地层的污染,且抗高温性好,安稳性强[12,18]。


  3.4造纸工业


  当今,聚丙烯酰胺和改性淀粉广泛用于造纸中 作助留、助滤剂,但其效果只能到达必定程度,它们 在进步滤水的一起可能使纤维过度凝集,然后下降 纸页匀度和强度。天然瓜尔胶作为造纸助剂能够提 高纸页强度和匀度,但形成滤水困难。通过化学改 性的两性或阳离子瓜尔胶则在很大程度上克服了这 一弊端,而在过去这两方面都是互斥的[16,17]。跟着 对瓜尔胶研讨的深入,改性瓜尔胶必定会在造纸工 业中发挥更大效果。


  3.5化妆品工业


  瓜尔胶及其改性产品在日化范畴使用正越来越 广。阳离子瓜尔胶,阳非离子瓜尔胶等作为功能性 化妆品添加剂,具有増稠调度等功能,广泛用于护发 护肤用品。羟丙基瓜尔胶用于牙膏粘合剂,能够改 变牙膏的流变功能及外观[13]。


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