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,幾乎無臭、無味,具吸濕性。易於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,膠體粘度顯著降低,在pH=7時性能最佳。
對熱穩定,在20℃以下粘度迅速上升,25℃-55℃時變化較慢,80℃以上長時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時間超高溫殺菌,對CMC產品的破壞非常明顯;表現為溶液快速降粘,溶液沒有粘性;CMC在弱堿性溶液中很穩定,遇酸則易水解,PH3.5以上,產品性能比較穩定,PH值為2-3時會出現沉澱,遇多價金屬鹽也會反應出現沉澱。
衡量CMC質量的主要指標是取代度(DS)和純度。
一般DS不同則CMC的性質也不同;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時產品有一定的透明度,溶液特性表現為假塑性;產品取代度大於0.90時shi,取qu代dai度du越yue高gao,產chan品pin溶rong液ye透tou明ming度du越yue好hao,產chan品pin的de流liu變bian性xing增zeng強qiang。產chan品pin取qu代dai度du的de提ti高gao,除chu了le選xuan擇ze醚mi化hua劑ji外wai,還hai必bi須xu考kao慮lv影ying響xiang取qu代dai度du和he純chun度du的de一yi些xie因yin素su,例li如ru堿jian與yu醚mi化hua劑ji之zhi間jian的de用yong量liang關guan係xi、醚化時間、體係含水量、溫度、pH值、溶液濃度及鹽類等。
產品純度越高的CMC產品,其產品特性表現更為明顯、質量越穩定。FAO和WHO已批準將純CMC用於食品,它是經過很嚴格的生物學、毒理學研究和試驗後才獲得批準的,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,有人試驗攝入量達到10 kg也未有毒性反應。
CMC產品的溶解和分散
在配置CMC糊膠時,先在帶有攪拌裝置的配料缸內加入一定量的幹淨的水,在開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,之所以要均勻撒放、並不斷攪拌,目的是“為了防止CMC與水相遇時,發生結團、結塊、降低CMC溶解量的問題”,並提高CMC的溶解速度。攪拌的時間和CMC完全溶化的時間並不一致,是兩個概念,一般來說,攪拌的時間要比CMC完全溶化所需的時間短得多,二者所需的時間視具體情況而定。
確定攪拌時間的依據是:當CMC在水中均勻分散、沒有明顯的大的團塊狀物體存在時,便可以停止攪拌,讓CMC和水在靜置的狀態下相互滲透、相互融合。攪拌的轉速一般在600-1300轉之間,攪拌時間一般控製在1小時左右。
確定CMC完全溶化所需時間的依據有這樣幾方麵:
(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,表麵平整光滑;
(3)混合糊膠色澤接近無色透明,糊膠中沒有顆粒狀物體。從CMC被投入到配料缸中與水混合開始,到CMC完全溶解,所需的時間在10~20小時之間。為了生產快捷,節約時間,目前多采用均質機或膠體磨快速分散產品。
CMC產品溶解主要會出現抱團現象,抱團俗稱“魚眼睛”,特別是高取代度的產品,最容易出現這一現象,主要是CMC產品的親水性特別好,表麵的CMC吸水後形成糊狀,隔斷了內部產品與水的接觸,形成白色團狀物,類似魚眼睛;較低取代度的產品由於親水基團相對較少,分散性相對較好,在水中先分散,後溶解,出現抱團現象幾率較低!
02、CMC在食品中應用的功能特性
一、增稠和乳化穩定作用
食(shi)用(yong)的(de)羧(suo)甲(jia)基(ji)纖(xian)維(wei)素(su)鈉(na)對(dui)含(han)油(you)脂(zhi)蛋(dan)白(bai)質(zhi)的(de)飲(yin)料(liao)可(ke)起(qi)到(dao)乳(ru)化(hua)穩(wen)定(ding)作(zuo)用(yong),一(yi)般(ban)油(you)脂(zhi)飲(yin)料(liao)的(de)特(te)點(dian)是(shi)含(han)有(you)不(bu)同(tong)程(cheng)度(du)的(de)脂(zhi)肪(fang)和(he)一(yi)定(ding)量(liang)的(de)蛋(dan)白(bai)質(zhi),在(zai)存(cun)放(fang)時(shi)易(yi)分(fen)離(li)上(shang)浮(fu),形(xing)成(cheng)不(bu)美(mei)觀(guan)的(de)“項圈”,影響產品的外觀。另外,蛋白質易凝聚分離,特別是 pH 值較低的產品,蛋白質必然凝結,而 CMC-Na 可有效解決這些問題,其在水中溶解為透明穩定膠體,可穩定蛋白質,同時降低脂肪和水之間的表麵張力,使脂肪充分乳化。因此,CMC-Na 常作為增稠劑用於食品工業中。
二、保水作用
羧甲基纖維素鈉具有水化作用,在肉製品、麵包、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,可提高產品產量,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,傾向於形成三維結構。形成三維結構後,溶液的表觀黏度上升;打da破po三san維wei結jie構gou後hou,表biao觀guan黏nian度du下xia降jiang。觸chu變bian現xian象xiang就jiu是shi表biao觀guan黏nian度du的de變bian化hua依yi賴lai於yu時shi間jian。具ju有you觸chu變bian性xing的de羧suo甲jia基ji纖xian維wei素su對dui於yu凝ning膠jiao體ti係xi有you重zhong要yao作zuo用yong,可ke用yong來lai製zhi果guo凍dong和he果guo醬jiang。
四、成膜性
羧甲基纖維素鈉能夠在食品表麵形成一層膜,可以對果蔬起到一定的保護作用,由於膜的存在,使膜和果蔬之間形成了一個低氧氣、高二氧化碳的氣體環境,從而降低了氣體的交換速率、物質交換速率,用於延長果蔬的保質期。
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穩定性等,這些性質也為其在食品工業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
一、乳製品中的應用
(一)在酸性飲料中應用研究
suanxingruyinliaojuyousuantiandutedefengwei,youzheguangfandeshichang。danzaishengchanguochengzhong,laodanbaihuizaisuanxingtiaojianxiafashengjujishiwen,yinciyibanjiaruduotang,keduilaodanbaiqibaohuzuoyong,shitixiwendingbingtongshibaozhenglelianghaodekougan。ersuojiajixianweisunazuoweiyizhongduotangkewendingsuanxingruyinliaodejilikemiaoshuwei:
在調酸過程中,當 pH 值 5.2 時,CMC-Na 開始吸附於酪蛋白膠粒的表麵,其作用類似於中性條件下 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;
而低於此濃度時,體係會失去穩定。在 pH 值 3.6~4.6,較低 pH 值體係需更多的羧甲基纖維素鈉來穩定。發酵型酸性乳飲料與調酸型相比,對於穩定劑要求較高。
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穩定體係。試驗得出,酸性含乳飲料以 CMC-Na 為主要的穩定劑。當複合穩定劑中 CMC-Na 占 0.4%,果膠為 0.14%時體係穩定性較好。
還有學者研究,在番茄紅素活性飲料中應用羧甲基纖維素鈉來穩定體係。研究表明,當 CMC-Na添加量大於 0.4%時,產品有很好的穩定性,但此時黏度大大增加,所以可選擇與其他膠體複配使用。
傳統的調酸型乳飲料在應用了 CMC-Na 冷(leng)化(hua)料(liao)工(gong)藝(yi)優(you)化(hua)後(hou),在(zai)貨(huo)架(jia)期(qi)內(nei),其(qi)產(chan)品(pin)黏(nian)度(du)總(zong)是(shi)高(gao)於(yu)熱(re)化(hua)料(liao)產(chan)品(pin)的(de)黏(nian)度(du),有(you)更(geng)好(hao)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing),這(zhe)也(ye)為(wei)羧(suo)甲(jia)基(ji)纖(xian)維(wei)素(su)鈉(na)更(geng)好(hao)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)酸(suan)性(xing)乳(ru)飲(yin)料(liao)生(sheng)產(chan)中(zhong)提(ti)供(gong)了(le)理(li)論(lun)依(yi)據(ju)。
(二)攪拌型酸奶中的應用
乳蛋白在酸性條件下的變性沉澱一直是影響酸乳開發的一個關鍵性問題。因 CMC-Na具有多功能的性質,來源豐富,價格便宜,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添加量較小時不能穩定酸奶狀態,當其含量大於 0.4%時酸奶的狀態有所改善,體係趨於穩定;且在 0.05%~0.1%時 CMC-Na對於酸奶的增稠效果較小,而在含量較大的範圍內 (0.4%~0.5%) 增稠效果顯著。
(三)酪蛋白乳液中的應用
乳ru液ye是shi由you一yi種zhong液ye體ti以yi極ji小xiao的de液ye滴di形xing式shi分fen散san在zai另ling一yi種zhong與yu其qi不bu相xiang混hun溶rong的de液ye體ti中zhong所suo構gou成cheng的de分fen散san體ti係xi,其qi為wei不bu穩wen定ding體ti係xi。在zai眾zhong多duo食shi品pin膠jiao中zhong,羧suo甲jia基ji纖xian維wei素su鈉na和he黃huang原yuan膠jiao由you於yu具ju有you獨du特te的de功gong能neng性xing質zhi,被bei深shen入ru研yan究jiu。結jie果guo表biao明ming,CMC-Na與 XG (黃原膠) 複配能夠使體係更加穩定。在一定的複配比例下 (CMC-Na∶XG為 1∶1,3∶1),總添加量為乳液總質量的 0.4%,乳液的分層穩定性會增加,在室溫下貯藏 2 周,分層現象不明顯。
二、在麵包、饅頭製作中的應用
羧甲基纖維素鈉具有一定的親水性和複水性,因此用於麵製品的生產中。
(一)在麵包中的應用
由於羧甲基纖維素鈉中有親水基團,在和麵時能夠與水結合形成親水膠體而吸水膨脹,在膨脹後的 CMC-Nakeshimianjindechishuixingzengjia,youliyumianbaodexingfahebeikaoguochengzhongeryanghuatandebaochi,congershimianbaodetijibianda,danshisuojiajixianweisunadeyongliangbunengchaoguo6%。由於其具有很強的保水性,適合的添加量可以降低麵包的硬度。試驗得出,添加適量 (2%~8%)的羧甲基纖維素鈉對於焙烤麵包的品質有明顯改善,以添加 6%時效果最好,其次為添加量 4%。可以提高麵包體積,改善麵包的結構和風味,可延長麵包的貨架期。這為羧甲基纖維素鈉添加入麵包中,改善麵包品質提供了可能。
(二)在饅頭製作中的應用
羧甲基纖維素鈉添加量對蓧麥饅頭麵團中的 pH值影響不大,研究表明羧甲基纖維素鈉能有效改善蓧麥饅頭的質構,有效降低饅頭的硬度、黏著性、咀嚼性,且羧甲基纖維素鈉添加量為 0.06%~0.08%時shi,各ge質zhi構gou指zhi標biao表biao現xian的de最zui好hao。而er現xian在zai羧suo甲jia基ji纖xian維wei素su鈉na在zai饅man頭tou中zhong的de應ying用yong還hai較jiao少shao,這zhe也ye為wei其qi應ying用yong於yu新xin的de領ling域yu提ti供gong了le可ke能neng,可ke增zeng加jia它ta的de應ying用yong範fan圍wei。
三、在塗膜保鮮中的應用
可ke食shi性xing塗tu膜mo劑ji處chu理li果guo實shi表biao麵mian形xing成cheng一yi層ceng透tou明ming的de薄bo膜mo,類lei似si於yu單dan果guo包bao裝zhuang,具ju有you一yi定ding的de氣qi調tiao作zuo用yong,並bing且qie提ti高gao果guo實shi光guang澤ze,提ti升sheng商shang品pin價jia值zhi,降jiang低di環huan境jing汙wu染ran,廣guang泛fan用yong於yu食shi品pin保bao鮮xian。
而塗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過複合後,不僅可以延緩綠化 9 號桃 Hunter L* (表明桃塊表麵的色澤明暗度,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製效果明顯,這主要利用不同的膜複合有利於性質間互補,有利於保鮮。
羧suo甲jia基ji纖xian維wei素su鈉na為wei果guo蔬shu保bao鮮xian的de新xin方fang式shi提ti供gong了le理li論lun基ji礎chu。但dan是shi對dui於yu冷leng卻que牛niu肉rou塗tu膜mo保bao鮮xian效xiao果guo和he雙shuang孢bao蘑mo菇gu的de保bao鮮xian效xiao果guo來lai說shuo,羧suo甲jia基ji纖xian維wei素su鈉na並bing不bu是shi好hao的de保bao鮮xian劑ji,這zhe就jiu要yao求qiu很hen好hao地di研yan究jiu其qi性xing質zhi,彌mi補bu其qi本ben身shen的de不bu足zu,使shi其qi被bei合he理li利li用yong。
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,被廣泛用於食品調味料中。李瓊等人研究了天然肉味香精製備中增稠劑的選擇和工藝優化,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,膠體溶解後,放置 24~48 h 後溶脹再用於製備肉味味精,產品增稠性比較好,無色無味。
由於羧甲基纖維素鈉具有增稠作用,可用於製作果醬。經過試驗得到,製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,此時製得的果醬口感較好,且穩定。
羧甲基纖維素鈉也可以用來製作飲料。玉米飲料貯藏中易於分層、形成沉澱,而以 CMC 和海藻酸鈉複配可提高穩定性。添加量均為 0.05%的de羧suo甲jia基ji纖xian維wei素su鈉na和he海hai藻zao酸suan鈉na時shi,玉yu米mi飲yin料liao的de沉chen澱dian率lv最zui小xiao,離li心xin後hou分fen層ceng不bu明ming顯xian,穩wen定ding性xing好hao,這zhe也ye為wei玉yu米mi飲yin料liao市shi場chang的de發fa展zhan奠dian定ding了le一yi定ding的de基ji礎chu。
羧甲基纖維素鈉還用於冰激淩的生產,以及酒類的澄清。
引用資料:
[1]cuicmc,食品論壇,羧甲基纖維素鈉的使用注意事項
[2]刁靜靜.食品食品加工中的增稠劑(六) 羧甲基纖維素鈉[J].肉類研究,2010(03):66-68.
[3]楊金姝.羧甲基纖維素鈉在食品工業中的應用研究[J].農產品加工(學刊),2014(22):76-78.
來源:食品夥伴網食品研發創新服務中心
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