非离子改性瓜尔胶及其在牙膏中的应用

发布日期:2015-07-11 18:55:23

非离子改性瓜尔胶及其在牙膏中的应用

瓜尔胶的来源、结构和成份 瓜尔胶(英文Guar Gum)来源于一年生 豆科植物的瓜尔豆瓜尔豆主产于印度、巴 基斯坦交界的半沙漠地区,后在其他国家一 些地方也移植栽培成功,作为食用植物己栽 培数百年之久。将瓜尔豆粉碎后去除种皮和 胚芽,筛选其胚乳部分,经洗涤去杂、高压水 解、酒精沉淀、离心分离、干燥、磨粉、过筛即 可制得瓜尔胶粉。瓜尔胶的主要成分为半乳 甘露聚糖(见表1),其主链由甘露糖通过P— 1,4一甙键连结而成,半乳糖则通过〇-1,6— 甙键连接在主链上(见图1),半乳糖与甘露 糖之比为1 :2,分子量约20 ~ 30万。据文献 报导其空间结构为一种蜷曲的球形结构。

瓜尔胶因其具有较强 的増稠能力、悬浮能力和改善食品品质的特 性而广泛应用食品工业,如方便面、饮料、 冰淇淋、面包、饼干、火腿肠等等。
尽管瓜尔胶的粘度极高,但水溶性较差 (水不溶物高达33%)耐电解质性、耐剪切 性较弱,其应用领域受到限制,在一些配方复 杂、对稳定性要求较高的行业很难适用。
瓜尔胶原粉的结构是一种蜷曲的球形结 构,虽然含有大量的亲水基团一羟基,但它 的大部分羟基处于分子内部,强分子间作用形成分子内自交联,难于较好地水合,结果 整个聚糖分子则成为溶解性很差的分子,其 耐盐、耐温、耐剪切等性能也因此受到影响。 要提高瓜尔胶的各种应用性能,就必须进行 化学改性。通过化学改性在其高分子链上引 入新的亲水基团,増长増大亲水性的支链,使 亲水基团裸露于蜷曲结构之外,改变其分子 的物化性能,以满足不同行业应用的要求。
化学改性的方法很多,通常有羧甲基化、 阳离子化、羟烷基化、磷酸脂化等。由于醚化 基团不同,改性后的水不溶物、粘度、耐剪切、 耐温等性能也不尽相同。大量实验和实践证 明,羟烷基改性瓜尔胶属非离子型,抗盐、抗 剪切、耐温能力强,具有良好的増稠性和溶解 性,是目前开发的主要类型之一。
国外对瓜尔胶改性的研究较早,在二十 世纪七十年代末,欧美一些发达国家就开发 成功了非离子型瓜尔胶衍生物羟丙基瓜 尔胶,大量应用于油田压裂稠化液和钻井液, 取得了巨大的经济效益。后又将羟丙基瓜尔 胶应用于印染、涂料、化妆品、造纸等行业。 非离子型改性瓜尔胶用于牙膏生产,二十世 纪九十年代初国外己有报导和专利文献。在 二十世纪八十年代后期,河南省科学院化学 所、中国油田化学所开始对油田用羟丙基瓜 尔胶进行合成实验和应用研究,在九十年代 初取得成功。商丘宇赫达石油化工有限公司 (商丘市创世精细化工有限公司的前身)转让 河南省科学院化学研究所技术,于1994年5 月建成了一条年产1000吨油田用羟丙基瓜 尔胶的生产线。1995年下半年宇赫达公司 以油田用羟丙基瓜尔胶生产技术为基础,开 始和牙膏企业技术人员合作,开发专用于牙 膏粘合剂的非离子改性瓜尔胶,经过多次反 复试验和应用,研究获得成功。1997年底在 天津牙膏厂中试成功,1998年底分别在广州 美晨、重庆牙膏厂中试成功,1999年初正式 投入大生产,今年又有几家牙膏企业在生产 中应用,国内绝大多数牙膏厂也分别作了小试、中试,取得了令人满意的效果。
非离子改性瓜尔胶不溶解于乙醇、丙三 醇、丙二醇、聚乙二醇等有机溶剂中,极易溶 于冷水。但由于其亲水能力强,溶解速度过 快,在水中未来得及分散时,表面己溶解,由 于粘度较高,阻止了水进一步进入,形成“包 胶团”,这样就很难完全溶解。要避免上述现 象,就必须将改性瓜尔胶预分散在丙三醇、丙 二醇、聚乙二醇等润湿剂中,在良好搅拌下加 入水,或者将改性瓜尔胶与不溶性粉料干混 合均匀后(瓜尔胶所占分额不得大于20%) 在良好搅拌下加入水中。
非离子改性瓜尔胶的溶解速度与温度和 pH值有关,溶解速度随pH值增大而减慢,随 温度的升高而加快。pH值在7. 5时常温下 30分钟左右基本上达到峰值粘度。
单独用非离子改性瓜尔胶作粘合剂时一 般用量为1. 2% ~ 1. 4%和CMC复配使用 时,普通铝管牙膏用量为0. 3% ~0. 5%,中高 档复合管牙膏用量为0.5% ~0. 8%,其余量 为CMC。由于各牙膏企业的配方结构不同, 非离子改性瓜尔胶和CMC的具体用量应灵 活掌握,加盐、加药量大的牙膏,复合管牙膏, 单纯使用山梨醇作保温剂的牙膏等,应适当 提高瓜尔胶的比例。
非离子改性瓜尔胶可以和各种表面 活性剂、绝大多数有机、无机物料配伍,但氧 化剂能使其分子链断裂,造成粘度大幅度下 降,硼离子、某些双官能团有机物(如环氧氯 丙烷、1,3—二氯丙醇等)能使其交联成冻 胶,在配方中应避免使用。
pH值可影响其色泽,用于白色膏体牙 膏中,pH值应控制在9. 5以下。