羧甲基纖維素鈉 （Sodium carboxymethyl cellulose，CMC-Na） 是增稠劑的一種，由于其本身具有良好的功能特性使其在食品工業(yè)得到了廣泛的應用，它也在一定程度上推動(dòng)了食品工業(yè)快速健康的發(fā)展。

 

　　01、CMC的結構特性及使用方法

 

　　羧甲基纖維素鈉鹽，屬陰離子型纖維素醚，為白色或微黃色纖維狀粉末或顆粒，密度0.5-0.7克/立方厘米，幾乎無(wú)臭、無(wú)味，具吸濕性。易于分散在水中成透明膠狀溶液，在乙醇等有機溶媒中不溶。1%水溶液pH為6.5～8.5，當pH>10或<5時(shí)，膠體粘度顯著(zhù)降低，在pH=7時(shí)性能最佳。

 

　　對熱穩定，在20℃以下粘度迅速上升，25℃-55℃時(shí)變化較慢，80℃以上長(cháng)時(shí)間加熱可使其膠體變性，而且粘度和性能明顯下降。100度以上的高溫蒸煮或長(cháng)時(shí)間超高溫殺菌，對CMC產(chǎn)品的破壞非常明顯；表現為溶液快速降粘，溶液沒(méi)有粘性；CMC在弱堿性溶液中很穩定，遇酸則易水解，PH3.5以上，產(chǎn)品性能比較穩定，PH值為2-3時(shí)會(huì )出現沉淀，遇多價(jià)金屬鹽也會(huì )反應出現沉淀。

 

　　衡量CMC質(zhì)量的主要指標是取代度(DS)和純度。

 

　　一般DS不同則CMC的性質(zhì)也不同；取代度增大，溶解性就增強，溶液的透明度及穩定性也越好。據報道，CMC取代度在0.7-0.9時(shí)產(chǎn)品有一定的透明度，溶液特性表現為假塑性；產(chǎn)品取代度大于0.90時(shí)，取代度越高，產(chǎn)品溶液透明度越好，產(chǎn)品的流變性增強。產(chǎn)品取代度的提高，除了選擇醚化劑外，還必須考慮影響取代度和純度的一些因素，例如堿與醚化劑之間的用量關(guān)系、醚化時(shí)間、體系含水量、溫度、pH值、溶液濃度及鹽類(lèi)等。

 

　　產(chǎn)品純度越高的CMC產(chǎn)品，其產(chǎn)品特性表現更為明顯、質(zhì)量越穩定。FAO和WHO已批準將純CMC用于食品，它是經(jīng)過(guò)很?chē)栏竦纳飳W(xué)、毒理學(xué)研究和試驗后才獲得批準的，國際標準的安全攝入量(ADI)是25mg/(kg·d)，即大約每人1．5 g/d。曾有報道說(shuō)，有人試驗攝入量達到10 kg也未有毒性反應。

 

　　CMC產(chǎn)品的溶解和分散

 

　　在配置CMC糊膠時(shí)，先在帶有攪拌裝置的配料缸內加入一定量的干凈的水，在開(kāi)啟攪拌裝置的情況下，將CMC緩慢均勻地撒到配料缸內，不停攪拌，使CMC和水完全融合、CMC能夠充分溶化。在溶化CMC時(shí)，之所以要均勻撒放、并不斷攪拌，目的是“為了防止CMC與水相遇時(shí)，發(fā)生結團、結塊、降低CMC溶解量的問(wèn)題”，并提高CMC的溶解速度。攪拌的時(shí)間和CMC完全溶化的時(shí)間并不一致，是兩個(gè)概念，一般來(lái)說(shuō)，攪拌的時(shí)間要比CMC完全溶化所需的時(shí)間短得多，二者所需的時(shí)間視具體情況而定。

 

　　確定攪拌時(shí)間的依據是：當CMC在水中均勻分散、沒(méi)有明顯的大的團塊狀物體存在時(shí)，便可以停止攪拌，讓CMC和水在靜置的狀態(tài)下相互滲透、相互融合。攪拌的轉速一般在600-1300轉之間，攪拌時(shí)間一般控制在1小時(shí)左右。

 

　　確定CMC完全溶化所需時(shí)間的依據有這樣幾方面：

　　（1）CMC和水完全粘合、二者之間不存在固－液分離現象；

　　（2）混合糊膠呈均勻一致的狀態(tài)，表面平整光滑；

　　（3）混合糊膠色澤接近無(wú)色透明，糊膠中沒(méi)有顆粒狀物體。從CMC被投入到配料缸中與水混合開(kāi)始，到CMC完全溶解，所需的時(shí)間在10～20小時(shí)之間。為了生產(chǎn)快捷，節約時(shí)間，目前多采用均質(zhì)機或膠體磨快速分散產(chǎn)品。

 

　　CMC產(chǎn)品溶解主要會(huì )出現抱團現象，抱團俗稱(chēng)“魚(yú)眼睛”，特別是高取代度的產(chǎn)品，最容易出現這一現象，主要是CMC產(chǎn)品的親水性特別好，表面的CMC吸水后形成糊狀，隔斷了內部產(chǎn)品與水的接觸，形成白色團狀物，類(lèi)似魚(yú)眼睛；較低取代度的產(chǎn)品由于親水基團相對較少，分散性相對較好，在水中先分散，后溶解，出現抱團現象幾率較低！

 

　　02、CMC在食品中應用的功能特性

 

　　食用的羧甲基纖維素鈉對含油脂蛋白質(zhì)的飲料可起到乳化穩定作用，一般油脂飲料的特點(diǎn)是含有不同程度的脂肪和一定量的蛋白質(zhì)，在存放時(shí)易分離上浮，形成不美觀(guān)的“項圈”，影響產(chǎn)品的外觀(guān)。另外，蛋白質(zhì)易凝聚分離，特別是 pH 值較低的產(chǎn)品，蛋白質(zhì)必然凝結，而 CMC-Na 可有效解決這些問(wèn)題，其在水中溶解為透明穩定膠體，可穩定蛋白質(zhì)，同時(shí)降低脂肪和水之間的表面張力，使脂肪充分乳化。因此，CMC-Na 常作為增稠劑用于食品工業(yè)中。

 

　　二、保水作用

 

　　羧甲基纖維素鈉具有水化作用，在肉制品、面包、饅頭等食品中，可以起到組織改良的作用，而且可以使水分不易揮發(fā)，可提高產(chǎn)品產(chǎn)量，增加口感。

 

　　三、凝膠化作用

 

　　觸變性的羧甲基纖維素鈉是指大分子鏈有一定數量的相互作用，傾向于形成三維結構。形成三維結構后，溶液的表觀(guān)黏度上升；打破三維結構后，表觀(guān)黏度下降。觸變現象就是表觀(guān)黏度的變化依賴(lài)于時(shí)間。具有觸變性的羧甲基纖維素對于凝膠體系有重要作用，可用來(lái)制果凍和果醬。

 

　　四、成膜性

 

　　羧甲基纖維素鈉能夠在食品表面形成一層膜，可以對果蔬起到一定的保護作用，由于膜的存在，使膜和果蔬之間形成了一個(gè)低氧氣、高二氧化碳的氣體環(huán)境，從而降低了氣體的交換速率、物質(zhì)交換速率，用于延長(cháng)果蔬的保質(zhì)期。

 

　　羧甲基纖維素鈉還具有其他一些特性，如懸浮作用以及化學(xué)穩定性等，這些性質(zhì)也為其在食品工業(yè)中廣泛應用奠定了基礎。

 

　　03、羧甲基纖維素鈉在食品中的應用

　　酸性乳飲料具有酸甜獨特的風(fēng)味，有著(zhù)廣泛的市場(chǎng)。但在生產(chǎn)過(guò)程中，酪蛋白會(huì )在酸性條件下發(fā)生聚集失穩，因此一般加入多糖，可對酪蛋白起保護作用，使體系穩定并同時(shí)保證了良好的口感。而羧甲基纖維素鈉作為一種多糖可穩定酸性乳飲料的機理可描述為：

 

　　在調酸過(guò)程中，當 pH 值 5.2 時(shí)，CMC-Na 開(kāi)始吸附于酪蛋白膠粒的表面，其作用類(lèi)似于中性條件下 κ- 酪蛋白的作用，吸附層的靜電排斥和空間位阻維持了酪蛋白膠束的穩定存在，且CMC-Na具有增稠作用，可以降低蛋白質(zhì)顆粒的沉降速率。結果表明，在低 pH 值下，羧甲基纖維素鈉需要一定濃度才可以；

 

　　而低于此濃度時(shí)，體系會(huì )失去穩定。在 pH 值 3.6~4.6，較低 pH 值體系需更多的羧甲基纖維素鈉來(lái)穩定。發(fā)酵型酸性乳飲料與調酸型相比，對于穩定劑要求較高。

 

　　而含有果粒的酸性乳飲料是在乳飲料中添加一定量的果粒，同樣需加入穩定劑來(lái)穩定體系。試驗得出，酸性含乳飲料以 CMC-Na 為主要的穩定劑。當復合穩定劑中 CMC-Na 占 0.4%，果膠為 0.14%時(shí)體系穩定性較好。

 

　　還有學(xué)者研究，在番茄紅素活性飲料中應用羧甲基纖維素鈉來(lái)穩定體系。研究表明，當 CMC-Na添加量大于 0.4%時(shí)，產(chǎn)品有很好的穩定性，但此時(shí)黏度大大增加，所以可選擇與其他膠體復配使用。

 

　　傳統的調酸型乳飲料在應用了 CMC-Na 冷化料工藝優(yōu)化后，在貨架期內，其產(chǎn)品黏度總是高于熱化料產(chǎn)品的黏度，有更好的穩定性，這也為羧甲基纖維素鈉更好地應用于酸性乳飲料生產(chǎn)中提供了理論依據。

 

　　（二）攪拌型酸奶中的應用

　　乳蛋白在酸性條件下的變性沉淀一直是影響酸乳開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。因 CMC-Na具有多功能的性質(zhì)，來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，所以多用作穩定劑。結果表明，CMC-Na受溫度、pH 值影響較大，當CMC-Na添加量較小時(shí)不能穩定酸奶狀態(tài)，當其含量大于 0.4%時(shí)酸奶的狀態(tài)有所改善，體系趨于穩定；且在 0.05%~0.1%時(shí) CMC-Na對于酸奶的增稠效果較小，而在含量較大的范圍內 （0.4%~0.5%） 增稠效果顯著(zhù)。

 

　　（三）酪蛋白乳液中的應用

　　乳液是由一種液體以極小的液滴形式分散在另一種與其不相混溶的液體中所構成的分散體系，其為不穩定體系。在眾多食品膠中，羧甲基纖維素鈉和黃原膠由于具有獨特的功能性質(zhì)，被深入研究。結果表明，CMC-Na與 XG （黃原膠） 復配能夠使體系更加穩定。在一定的復配比例下 （CMC-Na∶XG為 1∶1，3∶1），總添加量為乳液總質(zhì)量的 0.4%，乳液的分層穩定性會(huì )增加，在室溫下貯藏 2 周，分層現象不明顯。

 

　　二、在面包、饅頭制作中的應用

 

　　羧甲基纖維素鈉具有一定的親水性和復水性，因此用于面制品的生產(chǎn)中。

 

　　（一）在面包中的應用

　　由于羧甲基纖維素鈉中有親水基團，在和面時(shí)能夠與水結合形成親水膠體而吸水膨脹，在膨脹后的 CMC-Na可使面筋的持水性增加，有利于面包的醒發(fā)和焙烤過(guò)程中二氧化碳的保持，從而使面包的體積變大，但是羧甲基纖維素鈉的用量不能超過(guò)6%。由于其具有很強的保水性，適合的添加量可以降低面包的硬度。試驗得出，添加適量 （2%~8%）的羧甲基纖維素鈉對于焙烤面包的品質(zhì)有明顯改善，以添加 6%時(shí)效果最好，其次為添加量 4%。可以提高面包體積，改善面包的結構和風(fēng)味，可延長(cháng)面包的貨架期。這為羧甲基纖維素鈉添加入面包中，改善面包品質(zhì)提供了可能。

 

　　（二）在饅頭制作中的應用

　　羧甲基纖維素鈉添加量對莜麥饅頭面團中的 pH值影響不大，研究表明羧甲基纖維素鈉能有效改善莜麥饅頭的質(zhì)構，有效降低饅頭的硬度、黏著(zhù)性、咀嚼性，且羧甲基纖維素鈉添加量為 0.06%~0.08%時(shí)，各質(zhì)構指標表現的最好。而現在羧甲基纖維素鈉在饅頭中的應用還較少，這也為其應用于新的領(lǐng)域提供了可能，可增加它的應用范圍。

 

　　三、在涂膜保鮮中的應用

 

　　可食性涂膜劑處理果實(shí)表面形成一層透明的薄膜，類(lèi)似于單果包裝，具有一定的氣調作用，并且提高果實(shí)光澤，提升商品價(jià)值，降低環(huán)境污染，廣泛用于食品保鮮。

 

　　而涂膜保鮮充分利用了羧甲基纖維素的成膜性。羧甲基纖維素與卡拉膠經(jīng)過(guò)復合后，不僅可以延緩綠化 9 號桃 Hunter L* （表明桃塊表面的色澤明暗度，此值升高，亮度增加，光澤提高；反之此值下降則發(fā)暗） 和 Hunter a*，b* 值的增大幅度（a* 表明紅綠程度，b* 表明黃藍程度），且褐變程度和酶活性抑制效果明顯，這主要利用不同的膜復合有利于性質(zhì)間互補，有利于保鮮。

 

　　羧甲基纖維素鈉為果蔬保鮮的新方式提供了理論基礎。但是對于冷卻牛肉涂膜保鮮效果和雙孢蘑菇的保鮮效果來(lái)說(shuō)，羧甲基纖維素鈉并不是好的保鮮劑，這就要求很好地研究其性質(zhì)，彌補其本身的不足，使其被合理利用。

 

　　四、其他應用

 

　　食品增稠劑具有增稠、增濃、穩定、耐鹽和耐溫等特點(diǎn)，被廣泛用于食品調味料中。李瓊等人研究了天然肉味香精制備中增稠劑的選擇和工藝優(yōu)化，結果表明選擇 5%的羧甲基纖維素作為肉味香精的膠體，60~70 ℃水浴加熱溶解，攪拌 30 min，膠體溶解后，放置 24~48 h 后溶脹再用于制備肉味味精，產(chǎn)品增稠性比較好，無(wú)色無(wú)味。

 

　　由于羧甲基纖維素鈉具有增稠作用，可用于制作果醬。經(jīng)過(guò)試驗得到，制作菱角番茄醬的最佳工藝是羧甲基纖維素鈉 1.9%，檸檬酸 0.8%，白砂糖4%，以及菱角醬與番茄醬比為 1∶1，此時(shí)制得的果醬口感較好，且穩定。

 

　　羧甲基纖維素鈉也可以用來(lái)制作飲料。玉米飲料貯藏中易于分層、形成沉淀，而以 CMC 和海藻酸鈉復配可提高穩定性。添加量均為 0.05%的羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉時(shí)，玉米飲料的沉淀率最小，離心后分層不明顯，穩定性好，這也為玉米飲料市場(chǎng)的發(fā)展奠定了一定的基礎。

 

　　羧甲基纖維素鈉還用于冰激凌的生產(chǎn)，以及酒類(lèi)的澄清。