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)品簡介

羧甲基纖維素鈉簡稱羧甲基纖維素（CMC）是天然纖維素通過化學(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，幾乎無臭、無味，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，膠漿粘度顯著降低，在pH=7時性能最佳。對熱穩(wěn)定，在20℃以下粘度迅速上升，45℃時變化較慢，80℃以上長時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時會出現(xiàn)沉淀，遇多價金屬鹽也會反應(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)式中可以看出每個葡萄糖單元上共有3個羥基，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表示，若每個單元上的3個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，其耐酸、耐鹽性能明顯增強(qiáng)。

另外，上面也提到每個單元上共有3個羥基，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)在整個纖維素分子中分布的均勻性和每個分子中羥甲基在每個單元中與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)溶液靜置時分子存在不同的取向，當(dāng)溶液中有剪切力存在時，其線性分子的長軸有轉(zhuǎn)向流動方向的趨勢，且隨著剪切速率的增大這種趨勢越強(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)奶中不至于口感過膩，利于奶液香氣的釋放。。

使用CMC產(chǎn)品，主要是我們要對穩(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。知道我們怎么去選擇合適的產(chǎn)品。

低粘CMC產(chǎn)品，口感清爽，粘度低，幾乎沒有稠厚感，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)勢更為明顯！冰淇淋等穩(wěn)定劑中，CMC也是不錯的選擇。

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)報道，CMC取代度在0.7～1.2時透明度較好，其水溶液粘度在pH值為6～9時最大。

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，如果將溶液放置幾天，溶液沒有出現(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，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，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，發(fā)生結(jié)團(tuán)、結(jié)塊、降低CMC溶解量的問題”，并提高CMC的溶解速度。攪拌的時間和CMC完全溶化的時間并不一致，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(jù)是：當(dāng)CMC在水中均勻分散、沒有明顯的大的團(tuán)塊狀物體存在時，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，攪拌時間一般控制在1小時左右。

確定CMC完全溶化所需時間的依據(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(chǎn)快捷，節(jié)約時間，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：單硬脂酸甘油脂、蔗糖脂肪酸酯等，進(jìn)行復(fù)配。能使優(yōu)勢互補(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，黏度會下降，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，能減輕設(shè)備負(fù)荷，提高均質(zhì)效率，是其它穩(wěn)定劑無法比擬的。

二、工藝要求

CMC 作為一種有效的穩(wěn)定劑，如果使用不當(dāng)會影響其使用效果，嚴(yán)重的可導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。因此對于 CMC 來說，充分而均勻地分散溶液對提高其作用效率、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，特別是長時間高于 50℃溫度，質(zhì)量不好的 CMC 粘度會出現(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，因此可采用瞬時滅菌或巴氏滅菌法，縮短 CMC 在高溫時的時間。

（五）其他注意事項

1、所選水質(zhì)盡量用潔凈的處理好的自來水，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使用中的疑問解答

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

回答：

據(jù)了解就是分子鏈長短不同，或者說分子量不同，分為低、中、高粘，宏觀表現(xiàn)上當(dāng)然對應(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)定性和酸比等沒有直接關(guān)系，主要看產(chǎn)品的溶液。

二、問題：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、問題：cmc怎么才能快速溶解？我有時候用，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)品長時間蒸煮會破壞分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品會失去粘性！

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，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）：

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）：

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)、測定奶液的pH和滴定酸度等到來選擇檢測原料奶，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時煮沸發(fā)生蛋白凝結(jié)，pH＜6.4時多為初乳或酸敗乳，pH＞6.8時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，注意控制加酸時間在1.5～2分鐘之間，加酸時間過長，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；過短，造成酸液分散時間太短，奶液局部酸度過大，蛋白變性嚴(yán)重，另外注意加酸時奶液和酸液的溫度不宜過高，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時停止發(fā)酵，迅速通過冷板冷卻至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)酵時間太長，雜菌生長過多，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。