瓜尔胶(Guar gum)来源于一年生草本豆科植物瓜 尔(Cyamcpsis /6加^〇?1〇/〇6<1 L.)种子的内胚乳，其主 要成分为半乳甘露聚糖。瓜尔胶在工业上广泛用作增稠剂、稳定剂、乳化剂，以前主要应用于石油开采和食 品加工中，目前已逐步拓展到精细化工、造纸、纺织以 及医药领域，如在香波、洗手液和肥皂生产中用作调理 剂，在造纸、纺织和炸药行业中用作增稠剂和絮凝剂， 通过复配或凝胶化处理，可作为药物控释载体材料。 为深入开展瓜尔胶在相关应用领域的科学研究，本文 对其理化性能、改性交联以及药物控释领域的研究和 应用情况进行综述。

瓜尔胶多糖是一种天然半乳甘露聚糖，其主链由 甘露糖通过P-1，4-糖苷键连接而成，侧链半乳糖通过 ot-1,6-糖苷键连接在主链上，通常甘露糖与半乳糖摩 尔比为2:1，分子量约为20万~30万。瓜尔胶为中性高 分子多糖，其水溶液为假塑性流体，在自然状态下分子 呈缠绕的网状结构,1 %溶液黏度在5 Pa，s~6 Pa，s。

瓜尔胶在水中分散需要一个溶胀过程，粒度大小 是瓜尔胶粉溶解动力学中的关键因素。QiWanW等系 统研究了瓜尔胶粉颗粒大小对水合过程的影响，提出 线性模型、指数模型和Weibull模型三种方式来评价 瓜尔胶粉的水化过程。对于平均小于80 Jim的瓜尔胶 粉，采用对数模型能够较好描述其水合过程，但对于较 大的颗粒，因最大黏度难以确定而不再适用。

瓜尔胶的黏度对放射处理十分敏感，水溶液经 射线处理后，瓜尔胶及其衍生物最新研究进展，流变学特性也发生改变。经过10 kGy的 照射之后，表观黏度由1989mPa，s降为35mPa*s，黏 度指数也有所下降叭因此瓜尔胶长期保存时不适合 采用辅照进行处理。

纯化瓜尔胶的方法较多，目前主要是酶法和化学 法，主要包括:（1)生物酶水解;(2)采用丙酮和乙醇对 瓜尔胶交替处理，结合离心和沉淀方法进行精制;(3) 用Fehling试剂沉淀处理。Pablyana ™等采用不同的纯 化方法处理瓜尔胶,结果显示均能够降低产品中蛋白、 树胶醛糖和葡萄糖残基的含量，但不同方法所获得的 精制瓜尔胶在纯度、热稳定性、流变性等方面均存在差 异，其处理成本也差别很大,作为生物材料，应根据具 体应用选择不同的纯化方法。

瓜尔胶溶液在受热情况下会发生非催化水解，主 要产生水溶性单糖和寡糖。研究表明，水解温度在 180丈~240反应时间3 min~60 min,瓜尔胶水解

产物主要是聚合度为20的寡糖、单糖(甘露糖和半 乳糖）、5-羟甲基-2-糠醛(5-HMF)，在200 ^时，水 解7 min时寡糖产量达到最大值94.4 %,此后随时间 而降低。单糖产量开始随时间增加，在60 min时达到 34.5 %,其中甘露糖为22.8 %，半乳糖为11.7 %,此 后单糖继续分解为次级产物如5-HMF，其产率在 220 t、30 min时达最大，为26.3 %丨4】。

瓜尔胶的酶法处理主要集中在三个方面，一是以 获得低聚合度的瓜尔胶或半乳甘露寡糖的酶法催化 水解，主要使用P-甘露聚糖酶，目前研究相对较多； 二是以调整分子中半乳糖和甘露糖的糖基比例为目 的进行的侧链酶法修饰，主要使用ct-半乳糖苷酶或 半乳糖醛酸酶〇 M.S.Shobha^等从黑曲霉中获得具有 多聚半乳糖醛酸酶活性的胶质酶，可以对瓜尔胶的半 乳甘露聚糖进行糖基调整和主链切割，该酶在pH 5.0, 50 时有最佳活性，对相对分子质量为240kDa,G:M 为1:1.6的瓜尔胶半乳甘露聚糖进行水解60 min后， 其相对分子质量达到70 ku，G:M为1:2.8。改性后的 瓜尔胶溶解特性得到改善，30 min在水中溶解率达到 98%。三是以提高半乳甘露聚糖纯度为目的的酶法精 制，一般采用蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶，通过温和的水 解反应,部分去除瓜尔胶中的蛋白质、淀粉等杂质。该 法能够在温和的条件下，最大程度地保留瓜尔胶多糖 的天然理化性能及内部结构，因而在食品添加剂和生 物材料制造上具有优势。

2改性及衍生物的研究

天然瓜尔胶由于不能快速溶胀和水化，溶解速度 慢，水不溶物含量高，黏度不易控制,造成应用受限。通 过改性，可以提高其理化性能。具体的方法有物理法破 壁增黏、阳离子改性、羟丙基改性、氧化改性、酯化改性、 阳非离子改性、接枝共聚、酶法改性以及交联改性等。

目前工业上应用较广泛的改性瓜尔胶是竣甲基 羟丙基瓜尔胶(CMHPG)，典型的工艺流程如下:胚乳 片—■粉碎原粉改性洗潘干燥粉碎■成品。 改性反应时使用乙醇作分散剂，瓜尔胶及其衍生物最新研究进展，因而成本较高。罗 彤彤m等采用水媒法工艺,胚乳片^改性—洗涤—粉 碎—成品，药剂溶解在水中，借助水的输送作用到达胚 乳片内部完成改性反应，最后只通过一次粉碎加工就 得到成品，简化了工艺，工业生产成本显著降低。

以阳离子瓜尔胶(CGG)和聚丙烯酸(PAA)为原 料，可以合成新的水凝胶膜。首先是CGG的合成，在 NaOH的接触反应下进行GG的季铵盐反应，第二步 是聚合电解质水凝胶膜的制备。结构分析表明CGG和 PAA之间有极强的静电作用，造成了二者之间均一结 构和完全可混合性％

非离子型的羟丙基瓜尔胶(HPG)在非食品行业应 用较多,具有良好的工业开发前景。其衍生方法很多, 常规工艺过程如下:加入一定量的GG,搅拌加热待其 形成均质溶液后冷却，加人NaOH溶液后连续搅拌，加 入丙烯酰胺，搅拌一定时间。待反应混合物冷却，用稀 释的乙酸压制，然后加人到乙醇中沉淀，产品经离心， 过滤，丙酮淋洗真空干燥可得。

氨基甲酰乙基瓜尔胶具有良好的水溶特性、溶液 稳定性、澄清度、黏度也相应得到改善〇 Brij Raj SharmaB 等对瓜尔胶的氨基甲酰乙基化反应进行了深入研究，考 察了 NaOH、丙烯酰胺、瓜尔胶浓度、反应时间、温度对

瓜尔胶氨基甲酰乙基化的影响。在60 TWO弋下使瓜 尔胶溶解形成均一溶液，然后冷却到30加人

NaOH, 30 min后加人丙烯酸(AA),搅拌反应一定时间。 其最佳反应条件是：瓜尔胶浓度0.061 mol,NaOH浓度 0.75 mol, AA为1.0mol,反应温度30^C,反应时间2h。

阳离子瓜尔胶为醚化的多糖化合物，因其具有较 好的生物相容性,且与其他表面活性剂等成分的兼容 性好，目前在很多日化调理剂中得到应用。JaguarC- 13-S是一种商品化的阳离子瓜尔胶，美国化妆、盥洗 和香味用品协会(CTFA)^名为聚季胺-55,该产品对皮 肤和头发有调理作用，能提高阴离子表面活性剂的黏 度、透明度和稳定性,并赋予其适宜的性能，可用作香 波的增稠剂、乳化稳定剂和织物柔软剂等。

Daniela Risica报道的瓜尔胶的酿化过程如下:瓜 尔胶溶解于异丙基醇或三丁醇-水溶液,25 t恒速搅 拌，队净化，加人NaOH，调节反应温度35尤~40 ^,加 入烧基化物(DMS或MI)反应2 h,冷却后分散于丙酮 中，过量的碱用冰醋酸中和，抽滤并用丙酮洗三次，真 空干燥获得产品气当产物取代度达到0.3时，显示出 良好的弹性。

阳离子瓜尔胶(GHPAT)也可以由瓜尔胶的游离 羟基与3-氣-2-羟丙基-三甲基氯化钱反应制备。姚 天平W等研究表明:⑴阳离子瓜尔胶合成的最佳反应 温度为30 "€-40丈,反应时间25 h，在此条件下，其氮 含量可达质量分数1.7 %;(2)阳离子瓜尔胶合成过程 中,pH值适宜控制在6.0~8.0范围，可使产物的黏度达 到 3 100 mPa.s 以上。

瓜尔胶及其衍生物可用戊二醛进行交联形成低 黏水凝胶，可作为药物控释的载体材料。交联后溶胀 性能明显降低，调节戊二醛用量可调节交联产物的溶 胀性及降解程度。如8 g/L瓜尔胶在pH 2的酸化水相 中分散后，与25 g/L的戊二醛溶液混合，经15 d反应 可得到较为理想的凝胶，其重均分子量(财《〇、数均分 子量(Mn)及粘均分子量(Mi;)分别为ZOxlO^UxlO6、 网状物的黏度是原胶溶液的40倍，其 黏度与采用海兰胶(hylan)制备出的欣维可(Synvisc) 胶体HylanG-F20的黏度较为相似，凝胶体含水达 95.6 %,戊二醛残留也低于LD%通过交联形成的多孔 结构也提高了热稳定性这些性能使得瓜尔胶水凝胶 可用于特殊流变学要求的生物材料及药物控释载体。

3复配性能

瓜尔胶属于典型的半乳甘露聚糖胶，半乳甘露聚 糖是直链非离子型大分子，瓜尔胶及其衍生物最新研究进展，链上的羟基可与某些亲水 胶体形成氢键,从而达到更高的黏度，显示出良好的协 同效果。与黄原胶、卡拉胶等都可以进行复配，形成凝 胶，改善产品质量。由于其独特的溶胀和溶解性能，瓜 尔胶在复配体系黏度渐增过程中表现出比黄原胶更 有效的特性。

Montri [1蹲研究了瓜尔胶对阳离子木薯淀粉物理 和流变学性质的影响。瓜尔胶的桥梁作用，使木薯淀 粉胶状颗粒之间交联，而且分散于瓜尔胶中的淀粉能 吸收更多的水分，具有增强的溶胀力和较高的胶体浓 度。此外瓜尔胶和木薯淀粉之间的离子作用在胶凝特 性和流变学特性上发挥了重要作用。

降解瓜尔胶与降解黄原胶在一定条件下共混可 以形成新的凝胶体系，协同凝胶化使其流变性发生了 改变。将降解的黄原胶与降解的瓜尔胶分别溶于去离 子水中并置于60弋水浴,混合后恒温一定时间可得共 混凝胶。试验表明共混凝胶体系具有黏弹性和触变性， 共混比例、总胶浓度、共混时间、KC1浓度及分子量对 共混凝胶的黏度有显著影响1U1。

4应用研究

4.1生物固定化载体材料

瓜尔胶可用于固定化酪氨酸酶生物膜的制备。 Sanket TembeM等将3 %琼脂糖和1 %瓜尔胶的水溶 液各1 mL混合后，并加人适量的酪氨酸酶，然后在玻 璃板表面上成膜,干燥后可获得理想的生物膜，酪氨 酸酶被包埋在琼脂糖-瓜尔胶合成的基质中。利用该 生物膜构建出电化学生物传感器，对儿茶素的测定范 围在 6xl0"5 mol/L-SxltT1 m〇yL,可重复使用 20 次。

4.2在药物控制释放领域的应用

瓜尔胶是半乳甘露聚糖类天然高分子，它只被结 肠部位细菌降解，是靶向结肠释药载体的重要候选材 料，但其高的水溶性和膨胀性导致药物胃内释放，使应 用受到限制。通过自由基聚合，用pH敏感的髙分子材 料聚丙烯酸与瓜尔胶制成GG/PAA半互穿网络水凝 胶，借助聚丙烯酸的PH敏感性保护药物通过胃部，抵 达结肠时瓜尔胶降解，为释药提供通道。结果表明调整 GG、PAA用量以及pH可改变水凝胶的溶胀性能有 望通过调整配方,提高体系作为药物载体时靶向结肠 的稳定性。

在阳离子瓜尔胶(CGG)与丙烯酸单体(AA)通过光 催化自由基聚合反应可以合成许多新的聚合电解质 水凝胶。合成的CGG/AA凝胶对环境pH相当敏感，而 酮类药物的释放严格依赖于pH，CGG/AA的比率以及 基质材料的制备方法。亦即胄肠环境，凝胶分子大小， 尤其是pH对药物的释放机制有很大关系目前该类 型凝胶应用在某些特效药物载体材料方面效果显著。

易菊珍以羧甲基纤维素钠与阳离子瓜尔胶为 原料，制得不同配比的多糖共混膜，作为药物布洛芬的 载体，研究发现介质pH对布洛芬药物释放影响最大, 其次是共混膜的共混比例，药物含量在弱碱介质中有

一定的影响,在酸性介质中基本无影响。

瓜尔胶交联氧化后，与其它生物材料结合，可以

确保药物封装的效率和控释度。瓜尔胶通常和戊二醛

交联,包埋效率较高，可以阻止藻酸盐在pH较高的肠 道内发生的快速分解，瓜尔胶及其衍生物最新研究进展，确保包埋药物的准确控释。瓜 尔胶在和戊二醛交联后结合藻酸盐形成瓜尔胶/II酸 盐凝胶，冻干样品的溶胀速率在模拟胃肠环境下(~8.5) 最适合药物释放，凝胶中蛋白药物释放在pH 1.2时最 小约20 %，pH在7.4时达到90 %，用于蛋白类药物的 控释效果明显

4.3在渔业和环保上的应用

瓜尔胶作为黏合剂加人饲料明显增强了鱼类粪 便的颗粒稳定性和机械强度,便于粪便的及时清理，减 轻了对鱼群的危害。不同质量和剂量的瓜尔胶作为鱼 饲料黏合剂对鱼类排泄物稳定性的影响亦有不同，其 中髙等黏度的瓜尔胶效率为最,黏度和弹性模量分别

达到了 266 % 和 209 %™。

瓜尔胶是当前各种植物胶中性价比最高的一种 商品胶。尽管其开发应用历史已逾半个世纪，其优良 特性引起了世界各国业内人士的极大兴趣，从不同领 域对其进行不断深人的研究。随着环境友好产业的兴 起和绿色环保标准的实行，天然瓜尔胶的工业化开发 方兴未艾。基础研究领域主要是在水成溶液中的溶解 和降解及加工纯化技术的更新，复配性能的改善将有 利于瓜尔胶应用范围的延伸，尤其是在食品行业的使 用。改性研究在国内外的进展日新月异，经过工业化 开发的瓜尔胶其商业价值和使用价值得到了最大的 体现，尤其是最近兴起的生物制药行业有着很大的开 发潜力，需要解决的是利用智能材料控制药物提前释 放的问题,利用瓜尔胶聚合网络系统进行改性研究将 是今后发展的一个主题方向。