羧甲基纖維素鈉的主要性質(zhì)，有哪些用途，怎么使用

01、羧甲基纖維素鈉性質(zhì)及產(chǎn)品簡(jiǎn)介

羧甲基纖維素鈉簡(jiǎn)稱羧甲基纖維素（CMC）是天然纖維素通過(guò)化學(xué)改性而制得的一種高聚合纖維醚，其結(jié)構(gòu)主要是D－葡萄糖單元通過(guò)β（1→4）糖苷鍵相連接組成。

CMC為白色或乳白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(jī)溶媒中不溶。1%水溶液pH為6.5～8.5，當(dāng)pH>10或<5時(shí)，膠漿粘度顯著降低，在pH=7時(shí)性能最佳。對(duì)熱穩(wěn)定，在20℃以下粘度迅速上升，45℃時(shí)變化較慢，80℃以上長(zhǎng)時(shí)間加熱可使其膠體變性而粘度和性能明顯下降。易溶于水，溶液透明；在堿性溶液中很穩(wěn)定，遇酸則易水解，PH值為2-3時(shí)會(huì)出現(xiàn)沉淀，遇多價(jià)金屬鹽也會(huì)反應(yīng)出現(xiàn)沉。

結(jié)構(gòu)式：C6H7（OH）2OCH2COONa 分子式：C8H11O5Na

其主要反應(yīng)為：天然纖維素首先與NaOH發(fā)生堿化反應(yīng)，隨著氯乙酸的加入，其葡萄糖單元上羥基上的氫與氯乙酸中的羧甲基基團(tuán)發(fā)生取代反應(yīng)。從結(jié)構(gòu)式中可以看出每個(gè)葡萄糖單元上共有3個(gè)羥基，即C2、C3、C6羥基，葡萄糖單元羥基上的氫被羧甲基取代的多少用取代度來(lái)表示，若每個(gè)單元上的3個(gè)羥基上的氫均被羧甲基取代，定義為取代度是3，CMC取代度的大小直接影響到CMC的溶解性、乳化性、增稠性、穩(wěn)定性、耐酸性和耐鹽性等性能。

一般認(rèn)為取代度在0．6～0．7左右時(shí)乳化性能較好，而隨著取代度的提高，其他性能相應(yīng)得到改善，當(dāng)取代度大于0．8時(shí)，其耐酸、耐鹽性能明顯增強(qiáng)。

另外，上面也提到每個(gè)單元上共有3個(gè)羥基，即C2、C3的仲羥基和C6伯羥基，理論上伯羥基的活性大于仲羥基，但根據(jù)C的同位效應(yīng)，C2上的－OH基更顯酸性，特別是在強(qiáng)堿的環(huán)境下其活力比C3、C6更強(qiáng)，所以更易發(fā)生取代反應(yīng)，C6次之，C3最弱。

其實(shí)CMC的性能不僅同取代度的大小有關(guān)，也同羧甲基基團(tuán)在整個(gè)纖維素分子中分布的均勻性和每個(gè)分子中羥甲基在每個(gè)單元中與C2、C3、C6取代的均勻性有關(guān)。由于CMC是高聚合線性化合物，且其羧甲基在分子中存在取代的不均勻性，故當(dāng)溶液靜置時(shí)分子存在不同的取向，當(dāng)溶液中有剪切力存在時(shí)，其線性分子的長(zhǎng)軸有轉(zhuǎn)向流動(dòng)方向的趨勢(shì)，且隨著剪切速率的增大這種趨勢(shì)越強(qiáng)，直到最終完全定向排列為止，CMC的這種特性稱為假塑性。CMC的假塑性有利于均質(zhì)和管道化輸送，在液態(tài)奶中不至于口感過(guò)膩，利于奶液香氣的釋放。。

使用CMC產(chǎn)品，主要是我們要對(duì)穩(wěn)定性、粘度、耐酸、粘度等主要指標(biāo)參數(shù)要有足夠的了解后。知道我們?cè)趺慈ミx擇合適的產(chǎn)品。

低粘CMC產(chǎn)品，口感清爽，粘度低，幾乎沒(méi)有稠厚感，主要使用在特殊的醬和飲料類，保健口服液也是很好的選擇。

中粘CMC產(chǎn)品，主要使用在固體飲料、普通的蛋白飲料和果汁中，具體怎么選擇，依據(jù)工程師個(gè)人的習(xí)慣。乳制品飲料穩(wěn)定中，CMC貢獻(xiàn)不小啊。

高粘CMC產(chǎn)品，應(yīng)用空間比較大，比較淀粉、瓜膠、黃原膠等產(chǎn)品，CMC的穩(wěn)定性還是比較明顯，尤其在肉制品中，CMC的保水優(yōu)勢(shì)更為明顯！冰淇淋等穩(wěn)定劑中，CMC也是不錯(cuò)的選擇。

衡量CMC質(zhì)量的主要指標(biāo)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(qiáng)，溶液的透明度及穩(wěn)定性也越好。據(jù)報(bào)道，CMC取代度在0.7～1.2時(shí)透明度較好，其水溶液粘度在pH值為6～9時(shí)最大。

為保證其質(zhì)量，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、DH值、溶液濃度及鹽類等。

CMC成品質(zhì)量的好壞，主要看產(chǎn)品的溶液，如果產(chǎn)品的溶液清，凝膠顆粒少，游離纖維少，雜質(zhì)黑點(diǎn)少，基本確定cmc的質(zhì)量不錯(cuò)，如果將溶液放置幾天，溶液沒(méi)有出現(xiàn)泛白或渾濁，還是十分清澈，那是較好的產(chǎn)品嘍!

02、CMC產(chǎn)品的溶解和分散

將CMC直接與水混合，配制成糊狀膠液后，備用。在配置CMC糊膠時(shí)，先在帶有攪拌裝置的配料缸內(nèi)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(nèi)，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(jié)團(tuán)、結(jié)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(jù)是：當(dāng)CMC在水中均勻分散、沒(méi)有明顯的大的團(tuán)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(zhuǎn)速一般在600-1300轉(zhuǎn)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(jù)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(xiàn)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(jié)約時(shí)間，目前多采用均質(zhì)機(jī)或膠體磨快速分散產(chǎn)品。

03、CMC在食品中使用特點(diǎn)及工藝要求

CMC 的使用比其他食品增稠劑更具有許多優(yōu)點(diǎn)：

一、CMC 在食品中廣泛應(yīng)用其特點(diǎn)

（一）CMC 具有很好的穩(wěn)定性

在冷食食品中如冰棒、冰淇淋中，使用 CMC 后，能控制冰晶的形成，提高膨脹率保持均勻一致的組織，能抗融、口感細(xì)膩潤(rùn)滑，色澤增白。在奶制品中，不論是調(diào)味奶、果奶還是酸奶中，在 PH 值等電點(diǎn)范圍內(nèi)（PH4.6）都能與蛋白質(zhì)反應(yīng)，形成一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物，有利于乳液的穩(wěn)定及提高蛋白質(zhì)的阻抗能力。

（二）CMC 能與其它穩(wěn)定劑，乳化劑復(fù)配。

在食品飲料制品中，一般廠家都使用多種穩(wěn)定劑，如：黃原膠、瓜爾豆膠、卡拉膠、糊精等，乳化劑如：?jiǎn)斡仓岣视椭?、蔗糖脂肪酸酯等，進(jìn)行復(fù)配。能使優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并起到協(xié)同增效的作用，降低生產(chǎn)成本。

（三）CMC 具有假塑性

CMC 粘度在不同溫度下具有可逆性，溫度升高，溶液粘度下降，反之則反；CMC 在剪切力存在時(shí)，黏度會(huì)下降，且隨著剪切力的增大，粘度變小。它的這些性質(zhì)，使CMC 在攪拌、均質(zhì)、管道輸送時(shí)，能減輕設(shè)備負(fù)荷，提高均質(zhì)效率，是其它穩(wěn)定劑無(wú)法比擬的。

二、工藝要求

CMC 作為一種有效的穩(wěn)定劑，如果使用不當(dāng)會(huì)影響其使用效果，嚴(yán)重的可導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。因此對(duì)于 CMC 來(lái)說(shuō)，充分而均勻地分散溶液對(duì)提高其作用效率、降低用量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加出品率都是十分重要的。這要求我們各個(gè)食品廠家，充分了解各種原料特性，合理調(diào)整自己的生產(chǎn)工藝，使 CMC 能充分發(fā)揮作用，尤其在各個(gè)工藝階段應(yīng)注意：

（一）配料

1、用機(jī)械力高速剪切分散法：可利用一切具有混合能力的設(shè)備協(xié)助 CMC 在水中分散，通過(guò)高速剪切，使 CMC 均勻侵泡在水中，加快 CMC 溶解。目前有的廠家使用水粉混合器或高速混料缸。

2、砂糖干混分散法：用 CMC、砂糖按 1：5 的比例拌勻，在不斷攪拌下，將其緩緩撒入，使 CMC 充分溶解。

3、用飽和糖水溶解，如飴糖等，能加速 CMC 溶解。

（二）加酸

對(duì)一些酸性飲料，如酸奶等須選用耐酸型產(chǎn)品，如果正常操作，能提高產(chǎn)品質(zhì)量，防止產(chǎn)品沉淀，分層等現(xiàn)象發(fā)生。

1、加酸時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制加酸溫度，一般應(yīng)小于 20℃。

2、酸液濃度應(yīng)控制在 8-20%，越低越好。

3、加酸采用噴淋式，沿容器比切線方向加入，一般 1-3min。

4、料漿轉(zhuǎn)速 n=1400-2400r/m

（三）均質(zhì)

1、乳化目的。

均質(zhì)：含油脂的料液，CMC 應(yīng)復(fù)配乳化劑，如單甘脂，均質(zhì)壓力 18-25mpa,溫度 60-70℃。

2、分散目的。

均質(zhì)，對(duì)于前期各種配料如未完全均勻，仍有部分小顆粒存在，須進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)壓力 10mpa，溫度 60-70℃。

（四）殺菌

CMC 在高溫下，特別是長(zhǎng)時(shí)間高于 50℃溫度，質(zhì)量不好的 CMC 粘度會(huì)出現(xiàn)不可逆下降，一般廠家的 CMC 在 80℃高溫下 30 分鐘粘度下降相當(dāng)嚴(yán)重，因此可采用瞬時(shí)滅菌或巴氏滅菌法，縮短 CMC 在高溫時(shí)的時(shí)間。

（五）其他注意事項(xiàng)

1、所選水質(zhì)盡量用潔凈的處理好的自來(lái)水，不宜用井水，避免微生物感染，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2、溶解、盛放 CMC 的器具不能用金屬容器，可用不銹鋼容器或木盆，陶瓷器皿盛放。防止二價(jià)金屬離子滲入。

3、每次使用 CMC 后，包裝袋口應(yīng)扎緊，防止 CMC 吸潮變質(zhì)。

04、CMC使用中的疑問(wèn)解答

一、問(wèn)題：低粘、中粘、高粘從結(jié)構(gòu)上是怎么區(qū)分的，稠度方面會(huì)有不一樣嗎？

回答：

據(jù)了解就是分子鏈長(zhǎng)短不同，或者說(shuō)分子量不同，分為低、中、高粘，宏觀表現(xiàn)上當(dāng)然對(duì)應(yīng)的就是粘度不一樣，同樣的濃度，粘度有高低，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和酸比等沒(méi)有直接關(guān)系，主要看產(chǎn)品的溶液。

二、問(wèn)題：取代度1.15以上的產(chǎn)品具體有什么性能表現(xiàn)，或者說(shuō)取代度越高，產(chǎn)品的具體那些性能得到了加強(qiáng)。

回答：

產(chǎn)品取代度高，流動(dòng)性增加，假塑性明顯降低，同樣粘度的產(chǎn)品，高取代度，滑爽感更明顯，高取代度產(chǎn)品溶液有光澤，一般取代度產(chǎn)品，溶液發(fā)白。

三、問(wèn)題：做發(fā)酵型蛋白飲料是不是選擇中粘度就可以了呢？

回答：

中低粘產(chǎn)品，取代度0.90左右，耐酸性好一些的產(chǎn)品。

四、問(wèn)題：cmc怎么才能快速溶解？我有時(shí)候用，煮沸了，還是比較慢溶解。

回答：

用其他膠體混溶，或者用1000-1200轉(zhuǎn)速的攪拌器分散。CMC的分散性不好，親水性好，容易抱團(tuán)，高取代度的產(chǎn)品更為明顯！溫水溶解比冷水溶解速度快一些，一般不建議煮沸，CMC產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間蒸煮會(huì)破壞分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品會(huì)失去粘性！

05、CMC在酸性乳飲料中的應(yīng)用舉例

一、理論基礎(chǔ)

從結(jié)構(gòu)式中可以看出，CMC上的氫（Na＋）在水溶液中極易離出（一般以鈉鹽的形式存在），故CMC在水溶液中以陰離子的形式存在，即顯負(fù)電荷，而具有兩性性質(zhì)的蛋白質(zhì)在pH小于等電點(diǎn)時(shí)，其結(jié)合質(zhì)子的－COO－基團(tuán)的能力遠(yuǎn)大于－NH3＋基團(tuán)給出質(zhì)子的能力而顯正電荷，在牛乳中80%的蛋白質(zhì)為酪蛋白，而酪蛋白的等電點(diǎn)在4.6左右，一般的酸性乳飲料pH在3.8～4.2，故在酸性條件下CMC與乳蛋白能以電荷相吸的方式絡(luò)合，形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，且能在蛋白質(zhì)周圍形成保護(hù)膜，CMC的這一性能我們稱之為微膠囊包埋結(jié)合特性。

二、酸性乳飲料建議配方

（一）調(diào)配型酸性乳飲料基本配方（按1000Kg計(jì)）：

鮮牛奶（全脂奶粉）350（33）Kg

白糖50Kg

復(fù)配甜味劑（50倍）0.9Kg

CMC3.5～6Kg

單甘酯0.35Kg

檸檬酸鈉0.8Kg

檸檬酸3Kg

乳酸（80%）1.5Kg

注：

1）奶粉可用部分水解蛋白代替，控制蛋白質(zhì)≥1%。

2）產(chǎn)品最終酸度控制在50～60°T左右。

3）可溶性固形物7.5%～12%。

（二）乳酸菌飲料配方（按1000Kg計(jì)）：

發(fā)酵乳350～600Kg

白糖60Kg

復(fù)配甜味劑（50倍）1Kg

CMC3.2～8Kg

單甘酯0.35Kg

檸檬酸鈉1Kg

檸檬酸適量

注：用檸檬酸液調(diào)節(jié)奶液的酸度，產(chǎn)品最終酸度控制在60～70°T左右。

三、CMC的選擇要點(diǎn)

調(diào)配型酸奶飲料一般選擇FH9和FH9特高（FVH9），F(xiàn)H9口感厚實(shí)，添加量0.35%～0.5%，而FH9特高較為爽口，且增調(diào)效果好，添加量為0.33%～0.45%。

乳酸菌飲料一般選擇FL100、FM9和FH9特高（特殊工藝生產(chǎn)），F(xiàn)L100一般做口感厚實(shí)且保質(zhì)期又長(zhǎng)的產(chǎn)品，添加量0.6%～0.8%，F(xiàn)M9為使用最為廣泛的產(chǎn)品，其口感厚實(shí)且產(chǎn)品稠度適中，產(chǎn)品又能達(dá)到較長(zhǎng)的保質(zhì)期，添加量0.45%～0.6%，F(xiàn)H9特高做乳酸菌飲料產(chǎn)品厚而不膩，且添加量可少、成本較低，適合做濃稠型的乳酸菌飲料，添加量0.45%～0.6%。

四、CMC的使用方法

CMC的溶解：濃度一般按0.5%～2%的水溶液溶解，，溶解前最好與3倍以上的白砂糖干法混合均勻，然后再緩緩加入到65～85℃攪拌的熱水中，最好用高速混料器溶解，待CMC溶解約15～20分鐘后，通過(guò)膠體磨一遍，降溫至20～40℃?zhèn)溆谩?/p>

五、酸性乳飲料的工藝注意要點(diǎn)

原料乳（包括復(fù)原乳）的質(zhì)量：做酸性乳飲料不宜選用抗生素奶、乳房炎奶、初奶、末奶四種奶，這四種奶的蛋白組分發(fā)生了很大的變化，其抗溫性、耐酸、耐鹽性能也較差，且影響奶液的口感。

另外，這四種奶含有大量的四種酶（脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶），這些酶即使140℃超高溫也有10%以上的殘留，在奶液貯存期間這些酶會(huì)復(fù)活。使奶液在貯存期間出現(xiàn)發(fā)臭、發(fā)苦、脹氣等現(xiàn)象，直接影響產(chǎn)品的貨架期，一般可以用75%的酒精等量實(shí)驗(yàn)、煮沸實(shí)驗(yàn)、測(cè)定奶液的pH和滴定酸度等到來(lái)選擇檢測(cè)原料奶，正常牛乳75%酒精實(shí)驗(yàn)、煮沸實(shí)驗(yàn)為陰性，pH在6.4～6.8之間，酸度≤18°T，當(dāng)酸度≥22°T時(shí)煮沸發(fā)生蛋白凝結(jié)，pH＜6.4時(shí)多為初乳或酸敗乳，pH＞6.8時(shí)多為乳房炎乳或低酸度乳。

（一）調(diào)配型酸性乳飲料的工藝注意要點(diǎn)

酸奶的制備：復(fù)原乳的制備：將奶粉緩緩加入到攪拌的50～60℃的熱水中（控制用水量為奶粉量的10倍以上）充分溶解15～20分鐘（最好用膠體磨過(guò)一遍）后，降溫至40℃?zhèn)溆谩?/p>

按CMC的使用方法準(zhǔn)備好CMC溶液后加入到準(zhǔn)備好的奶液中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后用水粗定量（扣除酸液所占用的水量）?/p>

將酸液緩緩的、連續(xù)的、均勻的加入到奶液中，注意控制加酸時(shí)間在1.5～2分鐘之間，加酸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)停留太久，造成蛋白變性嚴(yán)重影響穩(wěn)定性；過(guò)短，造成酸液分散時(shí)間太短，奶液局部酸度過(guò)大，蛋白變性嚴(yán)重，另外注意加酸時(shí)奶液和酸液的溫度不宜過(guò)高，最好控制在20～25℃之間。

均質(zhì)一般采用奶液自然溫度即可，控制壓力18～25Mpa。

殺菌溫度：后殺菌產(chǎn)品一般用85～90℃、25～30分鐘，其他產(chǎn)品一般用137～140℃、3～5秒的超高溫滅菌方式。

（二）乳酸菌飲料的工藝注意要點(diǎn)

測(cè)定牛乳的蛋白質(zhì)含量，添加奶粉使其牛奶的蛋白質(zhì)在2.9%～4.5%之間，升溫至70～75℃，調(diào)節(jié)均質(zhì)機(jī)壓力為18～20Mpa均質(zhì)，然后用90～95℃、15～30分鐘的巴氏殺菌，冷卻至42～43℃后將制備好的菌種按2%～3%的量接種，攪拌10～15分鐘關(guān)閉攪拌，保持恒溫41～43℃發(fā)酵。當(dāng)奶液酸度達(dá)到85～100°T時(shí)停止發(fā)酵，迅速通過(guò)冷板冷卻至15～20℃倒缸備用。

如果奶中蛋白質(zhì)含量較低則發(fā)酵奶的乳清太多，易出現(xiàn)蛋白絮狀物，采用90～95℃的巴氏殺菌有利于蛋白質(zhì)的適度變性，提高發(fā)酵乳的質(zhì)量，若發(fā)酵溫度太低或接種量偏少，將造成發(fā)酵時(shí)間太長(zhǎng)，雜菌生長(zhǎng)過(guò)多，影響產(chǎn)品的口味和貨架期。溫度太高或接種子量太大，造成發(fā)酵過(guò)快，乳清析出多或產(chǎn)生蛋白硬塊，影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。另外，在選擇菌種時(shí)也可選擇一次性菌種，但應(yīng)盡可能選擇后酸弱的菌種。

將CMC液降溫至15～25℃與奶液混合均勻并用水粗定容（扣除酸液所占用的水量），然后將酸液緩緩的、連續(xù)的、均勻的加入到奶液中（最好用噴淋法加酸）。攪拌均勻備用。

均質(zhì)一般采用奶液自然溫度即可，控制壓力15～20Mpa。

殺菌溫度：后殺菌產(chǎn)品一般用85～90℃、25～30分鐘，其他產(chǎn)品一般用110～121℃、4～5秒或95～105℃、30秒的超高溫滅菌方式。