גואר גאם
 |
גואר גאם הוא פוליסכריד טבעי המופק מצמח הגואר (אנ'). הוא מסווג כגלקטומנן ומסיס במים. גואר גאם ידוע בשל היותו מייצב ומסמיך נפוץ בשימושים רבים בתעשיית התרופות, הקוסמטיקה, המזון והטקסטיל. גואר גאם נמכר לרוב בצורת אבקה בצבע קרם או חום בהיר.
צמח הגואר
צמח הגואר הוא המקור ממנו מופק גואר גאם[1][2][3]. גובהו של הצמח הוא 60 סנטימטרים והוא מזכיר את צמח הסויה במראה הכללי שלו ובאופן סידור התרמילים לאורך הגבעול. אורך התרמיל נע בין 5–12.5 ס"מ והוא מכיל בממוצע 5–6 זרעים עגולים בצבע חום בהיר. אבקת גואר גאם מופקת מרקמת האגירה בזרעי הצמח, שמהווה 35%–42% ממשקלו הכולל. הצמח גדל באקלים אופייני הכולל גשמי מונסון, והוא עמיד לטמפרטורות גבוהות אך רגיש מאוד לכפור. לצורך גידול אופטימלי טמפרטורות האדמה צריכה לנוע בין 25–30 צלזיוס. דפוס הגשמים והמונסונים בחלק הצפוני של הודו ושל פקיסטן מאפשר תנאים אידיאליים לגידול צמח הגואר, ובהתאם לכך, 90% מגידול הגואר העולמי הוא במדינות אלו. גידול גואר קיים גם באזורים הדרומיים יותר של כדור הארץ כמו ברזיל, אוסטרליה, דרום אפריקה ובדרום ארצות הברית, בטקסס ואריזונה.
הצמח הגיע לראשונה לארצות הברית בתחילת המאה ה-20 וגודל בתור צמח ניסיוני באזור טקסס ואריזונה. בתקופה זו, נמצא כצמח קל לגידול המסתגל בקלות לזריעה וקצירה מכנית. בתחילת שנות ה-40 עלה לתודעת התעשייה האמריקאית לאחר שנמצא מתאים כתחליף לזרעי חרוב ששימשו בתעשיית הנייר לאור המחסור שנוצר בעת מלחמת העולם השנייה. לאור הביקוש הגובר לגואר גאם, בשנת 1953 נכנס לשוק האמריקאי יצרן נוסף של החומר ובשנים שלאחר מכן נכנסו יצרנים נוספים לשוק ברחבי ארצות הברית ואירופה.
תהליך הפקה
גואר גאם מופק מרקמת האגירה (אנדוספרם (אנ')) של זרעי גואר וקיימות מספר שיטות להפקת האבקה התלויות בייעוד המוצר. בדרך כלל, בשלב הראשון רקמת האגירה מופרדת מהעובר והקליפה תוך ניצול העובדה כי החוזק המכני של חלקי הזרע השונים משתנה. לצורך ההפרדה מבוצעות פעולות טחינה וניפוי במספר שלבים המשולבים גם עם טיפולים פיזיקליים נוספים על מנת לשבור את הזרעים. בשלבים הבאים יבוצעו פעולות טחינה והפרדה לקבלת אבקת גואר גאם. קיימות שיטות הפקה בהן מבצעים אינאקטיבציה אנזימטית באמצעות טיפול חום על מנת להימנע מפעילות אנזימטית בתהליך ההפקה.
אבקת גואר גאם המופקת בשיטות הנפוצות אינה טהורה לגמרי, בשל נוכחות שאריות של שאר חלקי הגרעין. מאחר שכל חלקי הגרעין הם אכילים, "אי-ניקיונות" אלו אינם משפיעים על ההתאמה של גואר גאם כתוסף מזון. לאחר הייצור, ניתן דירוג לאבקת הגואר גאם בתור מתאימה לשימוש במזון או בתעשיות אחרות בהתאם לרמת הזיהום, הסמיכות שהוא מעניק לתמיסה ופרמטרים נוספים[1][3][4][5][6].
הרכב כימי
אבקת גואר גאם מורכבת מ-75%–86% גלקטומנן מסיס, 8%–14% מים, 5%–6% חלבון, 2%–3% סיבים ו-0.5%–1% אפר. גלקטומנן הוא פוליסכריד המורכב משלד שרשראות ליניאריות של יחידות (1-4)-beta-D מנוז אליהן מחוברות הסתעפויות של יחידות (1-6)-beta-D גלקטוז. לגואר גאם יכולות ספיחת מים ויצירת קשרי מימן טובות המיוחסות להסתעפויות אלה. יחסי יחידות הגלקטוז והמנוז כפי שנמדד במחקרים שונים נע בין 1.6:1 ל-2:1. המשקל המולקולרי של גואר גאם נמצא בטווח של 6^10*(1-2) גרם למול והוא נחשב בין המשקלים המולקולריים הגבוהים עבור פוליסכרידים טבעיים מסיסים במים. עובר הגרעין שמופרד בתהליך ההפקה מורכב ברובו מחלבון בעוד שרקמת האגירה מורכבת ברובה מגלקטומנן[1][3][5].
תכונות פיזיקליות וכימיקליות
ניתן לנתח את מאפייני הגואר גאם בהתאם להתנהגותו בתמיסה מימית. גואר גאם סופח מים או מתמוסס בממסים פולאריים ויוצר קשרי מימן חזקים. קשרי המימן נוצרים הודות לנוכחות של קבוצות הידרוקסיל ביחידות הסוכר. בממסים א-פולאריים נוצרים קשרי מימן חלשים בלבד. על מנת להגיע לצמיגות מקסימלית ברוב שימושי הגואר גאם, נדרשת הידרציה של שעתיים לפחות. הוספה של מעט גואר גאם משנה את התכונות האלקטרוקינטיות של כל מערכת באופן ניכר. גם עבור ריכוזים נמוכים של גואר גאם, מתקבלת תמיסה בעלת צמיגות גבוהה. כך למשל עבור רוב השימושים במזון הריכוז המומלץ הוא עד 1%. בהכפלת ריכוז הגואר גאם תתקבל תמיסה בעלת צמיגות גבוהה פי 10[1][3][5][7].
קיימים מספר גורמים המשפיעים על אופן ההתמוססות של גואר גאם, ביניהם:
- pH – ל-pH התמיסה השפעה על קצב התמוססות אבקת הגואר גאם, כאשר הקצב המהיר ביותר מתקבל עבור pH בטווח 8–9 והקצב האיטי ביותר יתקבל ב-pH גבוה מ-10 או נמוך מ-4. עם זאת, אין ל-pH השפעה על צמיגות התמיסה הסופית.
- ממס – בנוכחות ממסים קושרי מים כגון סוכרים ומלחים, ספיחת המים הכללית של גואר גאם יורדת. בהתאם לכך, ריכוזים עולים של סוכר יגרמו לירידה בצמיגות התמיסה הסופית.
- טמפרטורה – בטמפרטורות גבוהות צפוי גואר גאם להתמוסס מהר יותר. עם זאת, לחשיפה ממושכת לטמפרטורה גבוהה יש השפעה על פרוק של גואר גאם. כלומר, על אף העובדה שהעלאת הטמפרטורה צפויה להעלות את קצב ספיחת המים, תמיסה זהה שהוכנה בטמפרטורה נמוכה יותר תהיה בעלת צמיגות גבוהה יותר. אחד המאפיינים הייחודיים ביותר של גואר גאם הוא יכולתו לספוח מים במהירות גם בתמיסות קרות לקבלת נוזל בעל צמיגות גבוהה.
- גודל החלקיקים – קצב ההתמוססות של גואר גאם עולה בהתאם להקטנת החלקיקים.
שימושים
שימושים במזון
בתעשיית המזון גואר גאם משמש כתוסף מזון (E412) במוצרים רבים כחומר מייצב וכמקור לסיבים. זהו רכיב בעל ביקוש גבוה על ידי הצרכנים והיצרנים כאחד בשל היותו תוסף טבעי וזול. השימוש בגואר גאם נפוץ במזונות רבים הודות ליכולתו לשנות את התנהגות המים שמהווים מרכיב מרכזי במזון[1][3][6].
דוגמאות לשימושים נפוצים בתעשיית המזון:
- משקאות – משמש כמסמיך ומסייע בשליטה על צמיגות המוצר. נוח לשימוש בשל יכולתו להתמוסס במים קרים ועמידותו בתנאי pH נמוכים. כמו כן, נוכחות של גואר גאם תורמת להארכת חיי המדף של המוצר.
- גבינות מעובדות – במוצרי גבינה מסייע במניעת נדידת מים ממטריצת המוצר. כמו כן, במוצרי גבינה בעלי אחוזי שומן נמוכים מסייע בהקניית תכונות ראולוגיות לקבלת מרקם רצוי.
- גלידות – משמש לייצוב ומסייע בשיפור המרקם, הלעיסות ועמידות בפני מכות חום.
- מוצרי מאפה – מסייע בהשגת תכונות רצויות כמו יציבות מוצרי מאפה בזמן חיתוך והפרדתם מתבנית האפייה, מסייע במניעת חדירה של שומנים ושמנים, מניעת התייבשות והגדלת נפח המאפה ועוד. כמו כן, משמש גם באפייה ללא גלוטן כחומר קושר ומגדיל נפח.
- מוצרי בשר מעובד – משמש כחומר קשירה וסיכוך במוצרי בשר ממולאים ונקניקים הודות ליכולתו לקשור מים בצורה חזקה בטווח טמפרטורות רחב. כמו כן, מסייע במניעת נדידת נוזלים ושומנים במהלך האחסון ומסייע בשליטה על צמיגות הפאזה הנוזלית במהלך תהליכי העיבוד, הקירור והאחסון.
- רטבים – מסייע בייצוב אמולסיות ויצירת סמיכות עבור רטבים לסלט ורטבים נוספים.
שימושים בתעשיית התרופות
גואר גאם נמצא בשימוש כחומר המקשר שמתפרק בטבליות תרופות. עבור תכשירים נוזליים משמש כמסמיך, מייצב ומתחלב. בעשורים האחרונים מחקרים רבים נערכו על מנת לפתח נגזרות של גואר גאם בתור בסיס למערכות מתן תרופות ספציפיות למעי הגס ומערכות למתן תרופות דרך העור. נמצא כי שימוש בגואר גאם מאפשר שליטה בפרופיל שחרור תרופות בגוף. הודות לתכונה זו, מחירו הזול, וקבלתו הרגולטורית הרחבה, נעשה שימוש רחב בגואר גאם לאספקת תרופות ממוקדת בצורות שונות כמו מערכת מתן תרופות באופן אורלי, ציפויים לטבליות, נוזל טבליות, הידרוג'לים, ננו-חלקיקים ועוד[5].
שימושים נוספים[5]
- תעשיית הטקסטיל – גואר גאם מסמיך ומעבה את תערובות הצביעה ובכך מתאפשרת הדפסה ברזולוציה גבוהה יותר של דוגמאות, למשל על שטיחים.
- תעשיית חומרי נפץ – תכונות חסימת מים, ספיחת המים וג'לציה של גואר גאם הופכות אותו לתוספת מתאימה לשימוש בתעשיית חומרי הנפץ. גואר גאם הפך למרכיב ג'לציה מרכזי בייצור חומרי נפץ המבוססים על תמיסה מימית. כמו כן, הוא שימש כתוסף בדינמיט לצורך חסימת מים מעל ל-25 שנה.
- תעשיית הנייר – בתהליך ייצור הנייר מוסיפים כמויות קטנות של גואר גאם לשיפור האיכות גיבוש וחיזוק הנייר. בנוסף, הוא מקנה לנייר הדפסה פני שטח יותר צפופים.
- סדיקה הידראולית – לגואר גאם תפקיד חשוב בתעשיות הפקת נפט וגז טבעי המשתמשות בקדיחה הידראולית, בה מבצעים שימוש בלחץ גבוה על מנת לבקע סלעים. נגזרות שונות של גואר גאם משמשות להסמכת הנוזל המשמש לקידוח הידראולי.
- חקלאות – פוליסכרידים המבוססים על פולימרים המסוגלים לספוח כמויות גדולות של מים, כמו גואר גאם, נמצאים בשימוש בחקלאות. הוספה של חומרים כאלה לאדמה יכולה להבטיח זמינות של לחות מתמשכת שיכולה לתחזק את הצמח גם באזורים צחיחים. למעשה, הם מתנהגים כמאגרי מים קטנים באדמה המשחררים את המים בהתאם לדרישות הצמח.
השפעות בריאותיות
גואר גאם נעכל במידה מועטה ביותר על ידי הגוף[1][4][5][8]. בשל היותו סיב תזונתי סופח מים, גואר גאם משמש כחומר משלשל, המסייע להסדרת פעילות המעיים. הוא מסייע בהקלה על עצירות ובטיפול במחלות מעיים כרוניות כמו קרוהן, קוליטיס ותסמונת המעי הרגיז. בנוסף, צריכה של גואר גאם מקושרת להורדת רמות הכולסטרול והגלוקוז בגוף[8]. הודות ליכולתו ליצור ג'ל, גואר גאם תורם לתחושת שובע לאורך זמן ומאט את קצב התרוקנות המעיים. על כן, תזונה המכילה גואר גאם מפחיתה את התיאבון והרעב, דבר העשוי לעזור בירידה במשקל ומניעת השמנת יתר. גואר גאם ונגזרותיו יעילים גם כנגד מחלות נוספות כמו כולרה ושלשולים.
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Gaurav Sharma, Shweta Sharma, Amit Kumar, Ala'a H. Al-Muhtaseb, Guar gum and its composites as potential materials for diverse applications: A review, Carbohydrate Polymers 199, 2018-11-01, עמ' 534–545 doi: 10.1016/j.carbpol.2018.07.053
- ^ Chudzikowski, R.J. (1971) Guar Gum and its Applications. Journal of the Society of Cosmetics Chemists, 22, 43-60.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Deepak Mudgil, Sheweta Barak, Bhupendar Singh Khatkar, Guar gum: processing, properties and food applications-A Review, Journal of Food Science and Technology 51, 2014-03, עמ' 409–418 doi: 10.1007/s13197-011-0522-x
- ^ 4.0 4.1 Deepak Mudgil, Sheweta Barak, Ami Patel, Nihir Shah, Partially hydrolyzed guar gum as a potential prebiotic source, International Journal of Biological Macromolecules 112, 2018-06, עמ' 207–210 doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.01.164
- ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Nandkishore Thombare, Usha Jha, Sumit Mishra, M. Z. Siddiqui, Guar gum as a promising starting material for diverse applications: A review, International Journal of Biological Macromolecules 88, 2016-07, עמ' 361–372 doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.04.001
- ^ 6.0 6.1 Archana George, Priyanka A. Shah, Pranav S. Shrivastav, Guar gum: Versatile natural polymer for drug delivery applications, European Polymer Journal 112, 2019-03-01, עמ' 722–735 doi: 10.1016/j.eurpolymj.2018.10.042
- ^ Razavi, Seyed Mohammad Ali, Emerging Natural Hydrocolloids : Rheology and Functions, 1st edition, Hoboken: NJ: Wiley, 2019
- ^ 8.0 8.1 Todd, P.A., Benfield, P. & Goa KL, Guar Gum A Review of its Pharmacological Properties, and Use as a Dietary Adjunct in Hypercholesterolaemia, Drugs, 1990
33383967גואר גאם