Guar zamkı

Guar zamkı, gıda, yem ve endüstriyel uygulamalarda kıvam arttırıcı ve dengeleyici faydalı özelliklere sahip guar fasulyelerinden ekstrakte edilen bir galaktomannan polisakkarittir. Guar tohumlarının kabuğu mekanik olarak alınır, su ile karıştırılır, öğütülür ve uygulamaya göre elenir. Tipik olarak serbest akışlı, kirli beyaz bir toz olarak üretilir. Guar zamkı guaran olarak da adlandırılır.

Guar fasulyesi esas olarak, Hindistan, Pakistan, ABD, Avustralya ve Afrika’da yetiştirilmektedir. Hindistan yılda yaklaşık 2,5 - 3 milyon ton guar üretmekte ve bu da onu dünya üretiminin yaklaşık % 80'i ile en büyük üreticisi yapmaktadır. Hindistan’da, Racastan, Gucerat ve Haryana ana üretim bölgeleridir ve Racastan’daki Jodhpur, Sri Ganganagar ve Hanumangarh başlıca Guar ticaret pazarlarıdır. ABD, son 5 yılda 4.600 - 14.000 ton guar üretti. 1999'dan bu yana Teksas dönüm miktarı yaklaşık 28.000 ila 200.000 dönüm arasında dalgalandı. Guar zamkı ve türevlerinin dünya üretimi yaklaşık 1.0 Milyon tondur. Gıda dışı guar zamkı, toplam talebin yaklaşık % 40'ını oluşturmaktadır.

Kimyasal olarak, guar zamkı galaktoz ve mannoz şekerlerinden oluşan bir ekzo-polisakkarittir. Polimerdeki ana atom zinciri, galaktoz kalıntılarının her ikinci mannozda 1,6-bağlı olduğu ve kısa yan dallar oluşturan β 1,4-bağlı mannoz kalıntılarından oluşan doğrusal bir zincirdir. Guar zamkı, beş dakika boyunca 80 °C sıcaklığa dayanma özelliğine sahiptir.

Guar zamkı, ekstra galaktoz dallanma noktaları nedeniyle keçiboynuzu zamkından daha çözünürdür. Keçiboynuzu zamkının aksine kendi kendine jelleşmez. Boraks veya kalsiyum guar zamkını çapraz bağlayarak jelleşmesine neden olabilir. Suda, noniyonik ve hidrokolloidaldir. İyonik kuvvet veya pH'tan etkilenmez, ancak aşırı pH ve sıcaklıkta (örnk. 50 °C’de pH 3) bozulur. Çözelti içinde 5-7 pH aralığının üzerinde stabil kalır. Kuvvetli asitler hidrolize ve viskozite kaybına neden olur ve kuvvetli güçlü konsantrasyondaki alkaliler de viskoziteyi düşürme eğilimindedir. Hidrokarbon çözücülerin çoğunda çözünmez. Ulaşılan vizkozite zamana, sıcaklığa, derişim, pH, karıştırma hızı ve kullanılan toz zamkın partikül boyutuna bağlıdır. Sıcaklık ne kadar düşükse, viskozitenin artma hızı o kadar düşük ve nihai viskozite o kadar düşüktür. 80° 'nin üzerinde nihai viskozite biraz azalır. Daha ince guar tozları, daha büyük partikül boyutlu kaba toz zamktan daha hızlı şişer.

Guar zamkı, akış eğrisi üzerinde net bir düşük kayma platosu gösterir ve kuvvetlice kayma incelmesi gösterir. Akış bilimi açısından guar zamkı, düzensiz bir sargı polimeri için tipiktir. Ksantan zamkı gibi daha sert polimer zincirlerinde görülen çok yüksek düşük kayma platosu viskozitelerini göstermez. % 1 konsantrasyonun üzerinde çok cıvıktır, ancak % 0.3'ün altında cıvıklık hafiftir. Guar zamkı, ksantan zamkı ile viskozite sinerjisi gösterir. Guar zamkı ve kazein misel karışımları, iki fazlı bir sistem oluşursa hafif cıvık olabilir.

Guar zamkının bir kullanımı, insanlar ve hayvanlar için yiyeceklerde ve ilaçlarda kıvamlaştırıcı bir madde olmasıdır. Glutensiz olduğu için unlu mamullerde buğday ununun yerine katkı maddesi olarak kullanılır.:41 Sağlığa faydalı olduğu gösterilmiştir. Serum kolesterolünü ve kan şekeri seviyelerini düşürdüğü gösterilmiştir. Kişinin, yutulduğunda su emici özelliklerinin midede şişmesine ve daha erken bir 'tokluk' hissine neden olduğu kilo verme çabalarında ek faydalar görülmüştür.

Guar zamkı ayrıca ekonomiktir. Diğer maddelerin (örnk.mısır nişastası), neredeyse sekiz katı su koyulaştırma kabiliyetine sahip olduğu için, yeterli viskozite üretmek için sadece küçük bir miktar gereklidir. Daha az gerekli olduğu için maliyetler azalır.

Guar zamkının viskozite üzerindeki etkilerine ek olarak, yüksek akma veya deforme olma kabiliyeti, ona uygun reolojik özellikler verir. Bor ile çapraz bağlandığında kırılabilir jeller oluşturur. Hidrolik kırma için çeşitli çok fazlı formülasyonlarda, bazılarında petrol damlacıklarının birleşmesini önlemeye yardımcı olduğu için emülgatör olarak ve diğerlerinde katı parçacıkların çökelmesini ve/veya ayrılmasını önlemeye yardımcı olmak için bir dengeleyici olarak kullanılır.

Hidrolik kırma, kum yüklü sıvıların yüksek basınç ve akış hızında bir petrol veya doğal gaz rezervuarına pompalanmasını gerektirir. Bu işlem, rezervuar kayacını çatlatır ve ardından çatlakları açar. Su tek başına dolgu kumu taşımada etkili olamayacak kadar ince olduğundan guar zamkı, bulamacı koyulaştırmak için eklenen maddelerden biridir ve dolgu taşıma kabiliyetini arttırır. Önemli olan birkaç özellik vardır.

2. Jelleşme ve jelleşmeme: İstenen viskozite birkaç saat içinde değişir. Kırma çamuru karıştırıldığında, pompalanmasını kolaylaştırmak için yeterince ince olması gerekir. Daha sonra, borudan aşağı akarken, sıvının, dolguyu desteklemek ve çatlakların derinliklerine akıtmak için jelleşmesi gerekir. Bu işlemden sonra, kırma sıvısının geri kazanılması ancak dolguyu geride bırakması için jel parçalanmalıdır. Bu, daha sonra öngörülebilir bir oranda jel çapraz bağını koparan kimyasal bir işlem gerektirir.

Guar zamkı, katı/sıvı arayüzünde kütle transferini yavaşlatarak buz kristali büyümesini geciktirir. Donma-çözülme döngüleri sırasında iyi kararlılık gösterir. Böylelikle, yumurtasız dondurmada kullanılır. Guar zamkının keçiboynuzu zamkı ve sodyum aljinat ile sinerjistik etkileri vardır. Ksantan ile sinerjistik olabilir: ksantan zamkı ile birlikte çorba gibi uygulamalarda net sonuç gerektirmeyen daha kalın bir ürün (%0.5 guar zamkı / %0.35 ksantan zamkı) üretir.

Guar zamkı bir hidrokolloid olduğundan jel oluşturmadan kıvamlı soslar yapmak ve suyu bir sos veya emülsiyon içinde tutmak için kullanışlıdır. Guar zamkı, soğuk ve sıcak sıvıların kıvamlaştırılmasında, sıcak jel yapımında, hafif köpüklerde ve emülsiyon dengeleyicisi olarak kullanılabilir. Guar zamkı çökelek, lor peyniri, yoğurt, sos, çorba ve dondurulmuş tatlılarda kullanılabilir. Guar zamkı aynı zamanda kuru ağırlık bazında % 80 çözünebilen diyet lifi ile iyi bir lif kaynağıdır.

Son ürün ihtiyacına bağlı olarak çeşitli işleme teknikleri kullanılır. Guar zamkı'nın ticari üretiminde normalde kavurma, farklı çatlatma, eleme ve parlatma kullanılır. Gıdaya uygun guar zamkı aşamalı olarak üretilmektedir. Guar çatlatma seçimi bu süreçte önemlidir. Çatlamış guar, temizlemek için elenir ve ardından çift konili bir karıştırıcıda ön ıslatmak için ıslatılır. Ön ıslatma aşaması, nihai ürünün hidrasyon oranını belirlediği için çok önemlidir. Oldukça yüksek nem içeriğine sahip olan ıslatılmış çatlatılmış guar, ince bir flakerden geçirilir. Yaprak ve pul haline gelen guar öğütülür ve ardından kurutulur. Toz, gerekli partikül boyutunu sağlamak için döner eleklerden geçirilir. Büyük boyutlu parçacıklar, viskozite gereksinimine göre ya ana ultra ince değere geri dönüştürülür ya da ayrı bir öğütme tesisinde yeniden öğütülür.

Bu aşama, öğütücüdeki yükün azaltılmasına yardımcı olur. Islatılmış çatlatılmış guarın öğütülmesi zordur. Bunların doğrudan öğütülmesi, öğütücüde daha fazla ısı üretir. Bu oluşan ısı, ürünün hidratasyonunu azalttığı için işlem için arzu edilen bir durum değildir. Isıtma, öğütme ve parlatma işlemi ile kabuk endosperm yarımlarından ayrılarak rafine çatlatılmış guar elde edilir. Sonraki öğütme işlemi ile rafine çatlatılmış guar işlenir ve toz haline getirilir. Çatlatma üretim süreci, uluslararası pazarda büyükbaş hayvan yemi olarak satılan ve "guar unu" adı verilen kabuk ve özü verir. Protein içeriği yüksektir, tohumda yaklaşık % 50 ve kabuklarda yaklaşık % 25 yağ ve albüminoid içerir. Gıda cinsi toz guar zamkı'nın kalitesi partikül boyutu, hidrasyon oranı ve mikrobiyal içeriği ile belirlenir.

Üreticiler, partikül boyutuna göre guar zamkı'nın farklı derecelerini ve niteliklerini, belirli bir konsantrasyonla üretilen viskoziteyi ve bu viskozitenin gelişme oranını tanımlar. Kalın mesch guar zamkları, her zaman olmamakla birlikte tipik olarak viskoziteyi daha yavaş geliştirecektir. Oldukça yüksek bir viskoziteye ulaşabilirler, ancak elde edilmesi daha uzun sürer. Öte yandan, tüm koşullar eşit olduğundan, ince mesh ölçülü olanlardan daha iyi çözüneceklerdir. 200 mesh gibi daha ince bir mesh, çözmek için daha fazla çaba gerektirir. Enzimle modifiye edilmiş, katyonik ve hidropropil guar içeren modifiye guar zamkı formları ticari olarak mevcuttur.

Kırma sıvıları normalde, birincisi kırılma oluşumunu ve dolgu taşıma kabiliyetini arttırmak ve ikincisi oluşum hasarını en aza indirmek olan iki ana amacı sağlamak amaçlı birçok katkı maddesinden oluşur. Polimerler ve çapraz bağlama maddeleri, sıcaklık dengeleyicileri, pH kontrol maddeleri ve sıvı kaybı kontrol malzemeleri gibi viskozlaştırıcılar, kırılma oluşumuna yardımcı olan katkı maddeleri arasındadır. Kırıcılar, biyositler ve yüzey aktif maddeler eklenerek oluşum hasarı en aza indirilir. Guar zamkı, selüloz ve bunların türevleri gibi doğrusal polisakkaritler daha uygun jelleştiricilerdir.

Guar zamkları, geliştirilmiş petrol üretimi (EOR) için kıvamlaştırıcı olarak tercih edilir. Guar zamkı ve türevleri, jelleşmiş kırma sıvılarının büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Guar, diğer zamklara göre suda daha çözünür ve aynı zamanda daha fazla galaktoz dallanma noktasına sahip olduğu için daha iyi bir emülgatördür. Guar zamkı yüksek düşük kayma viskozitesindan başka kuvvetli kayma incelmeside gösterir. Noniyonik olduğundan, iyonik kuvvet veya pH'tan etkilenmez, ancak orta sıcaklıkta düşük pH'ta (50 °C’de pH 3) bozunur. Guar türevleri, yüksek sıcaklık ve pH ortamlarında dayanıklılık gösterir. Guar kullanımı kırma sıvısının son derece yüksek viskozitelere ulaşılmasını sağlayarak, dolgu taşıma kabiliyetini artırır. Guar, soğuk suda oldukça hızlı hidratlaşarak diğer hidrokolloidlere göre genellikle daha yüksek düşük kayma viskozitesi yüksek viskoz psödoplastik çözeltiler oluşturur. Guarda bulunan koloidal katılar, daha az filtre çamuru oluşturarak sıvıları daha verimli hale getirir. Dolgu taşıma iletkenliği, guar zamkında bulunan koloidal katılar gibi mükemmel sıvı kaybı kontrolüne sahip bir sıvı kullanılarak korunur.

Guar, nişastanın sekiz katına kadar koyulaştırma gücüne sahiptir. Guar zamkı'nın türevlendirilmesi, hidrojen bağında azalma, su alkol içinde yüksek çözünürlük ve gelişmiş elektrolit uyumluluğu gibi özelliklerde ince değişikliklere yol açar. Özelliklerdeki bu değişiklikler, tekstil baskısı, patlayıcılar ve petrol-su kırma uygulamaları gibi farklı alanlarda kullanımın artmasıyla sonuçlanır.

Guar molekülleri, esas olarak moleküllerarası hidrojen bağlanmasına bağlı olarak hidrolik kırma işlemi sırasında bir araya gelme eğilimindedir. Bu kum ve çakıl yığınları, kırıkları tıkayarak petrol akışını kısıtladıkları için petrol üretimi için zararlıdır. Çapraz bağlanmış guar polimer zincirleri metal - hidroksil kompleksleri oluşturarak topaklaşmayı engeller. İlk çapraz bağlanmış guar jelleri 1960'ların sonlarında geliştirilmiştir. Çapraz bağlama için krom, alüminyum, antimon, zirkonyum ve daha yaygın olarak kullanılan bor gibi çeşitli metal katkı maddeleri kullanılmıştır. B(OH)4 formundaki bor, iki polimer zincirini birbirine bağlayarak bis-diol kompleksleri oluşturmak için iki aşamalı bir işlemde polimer üzerindeki hidroksil grupları ile reaksiyona girer.

1:1 1,2 diol kompleks ve bir 1:1 1,3 diol kompleks, negatif yüklü borat iyonunu yan bir grup olarak polimer zincir üzerine yerleştirir. Borik asitin kendisi polimerle kompleks oluşturmadığı için bağlı olan borun hepsi negatif yüklü olur. Çapraz bağlamanın birincil şekli, iyonik anyonik borat kompleksi ile ikincil polimer zincir üzerindeki adsorbe edilmiş katyonlar arasındaki ilişkiye bağlı olabilir. Çapraz bağlı jellerin geliştirilmesi, kırma sıvısı teknolojisinde büyük bir ilerlemeydi. Viskozite, düşük moleküler ağırlıklı zincirler birbirine bağlanarak artırılır, etkin bir şekilde daha yüksek moleküler ağırlıklı zincirler ve sert bir yapı elde edilir. Doğrusal jellere göre daha yüksek dolgu taşıma performansı sağlamak için doğrusal polisakkarit bulamaçlarına çapraz bağlama maddeleri eklenir.

Doğrusal guar zincirleri çapraz bağlandığında daha düşük guar jelleştirici konsantrasyonlarına ihtiyaç vardır. Düşük guar konsantrasyonlarının kırıkta daha iyi ve daha eksiksiz kırılmalar sağladığı tespit edilmiştir. Kırma işleminden sonra çapraz bağlı guar jelinin parçalanması, oluşum geçirgenliğini geri kazandırır ve petrol ürünlerinin artan üretim akışına izin verir.

Guar zamkı için en büyük pazar gıda endüstrisindedir. ABD’de, çeşitli gıda uygulamalarında izin verilen konsantrasyonu için farklı yüzdeler belirlenmiştir. Avrupa’da, guar zamkı EU gıda katkı kodu E412’ye sahiptir. Ksantan zamkı ve guar zamkı glütensiz tariflerde ve glütensiz ürünlerde en sık kullanılan zamklardır.

Unlu mamullerde, hamur verimini artırır, daha fazla esneklik sağlar, doku ve raf ömrünü iyileştirir; hamur işi dolgularında, dolgunun içindeki suyun "sızmasını" (büzülmesini) engelleyerek, hamur işinin gevrek kalmasını sağlar. Öncelikle farklı türde tam tahıllı unlar kullanan hipoalerjenik tariflerde kullanılır. Bu unların kıvamı mayalanarak açığa çıkan gazın kaçmasına izin verdiğinden, bu unların kalınlığını iyileştirmek için guar zamkına ihtiyaç vardır ve normal bir unun yapacağı gibi kabarmalarına izin verir.

Süt ürünlerinde, süt, yoğurt, kefir ve sıvı peynir ürünlerini kıvamlaştırır, dondurmalar ve şerbetlerin homojenliğini ve dokusunu korumaya yardımcı olur. Bitkisel sütlerde de benzer amaçlarla kullanılır.

Guar zamkı, suda çözünür lif olarak, dışkı kitlesi oluşturan bir laksatif görevi görür. Birçok çalışma, kolesterol seviyelerini düşürdüğünü bulmuştur. Bu düşüşlerin, yüksek çözünür lif içeriğinin bir fonksiyonu olduğu düşünülmektedir.

Dahası, düşük sindirilebilirliği, yemek tariflerinde dolgu maddesi olarak kullanılmasını sağlar, bu da bir yemeğin tokluğuna veya sindiriminin yavaşlamasına yardımcı olabilir, böylece o öğünün glisemik indeksini düşürür. 1980'lerin sonunda guar zamkı kullanıldı ve çeşitli zayıflama ilaçlarında yoğun bir şekilde tanıtıldı. Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi, bir markanın tek başına en az 10 kullanıcının hastaneye kaldırılmasına ve bir ölüme neden olmasının ardından yetersiz sıvı alımından kaynaklanan özofagus tıkanıklığı raporları nedeniyle nihayetinde bunları geri çağırdı. Bu nedenle, guar zamkı artık Amerika Birleşik Devletleri'nde reçetesiz satılan zayıflama ilaçlarında kullanım için onaylanmamaktadır, ancak bu kısıtlama takviyeler için geçerli değildir. Dahası, bir meta-analiz, guar zamkı takviyelerinin vücut ağırlığını azaltmada etkili olmadığını buldu.

Bazı çalışmalar, maddenin havadaki konsantrasyonlarının mevcut olduğu endüstriyel bir ortamda çalışan birkaç kişide guar zamkına karşı alerjik bir duyarlılık geliştirdiğini bulmuştur. Havadaki partiküllerin solunmasından etkilenenlerde, yaygın yan etkiler mesleki burun yangısı ve astımdı.

Temmuz 2007'de, Avrupa Komisyonu, et, süt ürünleri, tatlılar veya şarküteri ürünlerinde küçük miktarlarda kıvamlaştırıcı olarak kullanılan bir gıda katkı maddesinde (guar zamkı) yüksek düzeyde dioksinler tespit edildikten sonra üye ülkelere bir sağlık uyarısı yayınladı. Kaynak, artık kullanılmayan bir pestisit olan pentaklorofenol ile kontamine olmuş Hindistan'dan gelen guar zamkına kadar izlendi. PCP, kontaminasyon olarak dioksin içerir. Dioksinler insan bağışıklık sistemine zarar verir.