羧甲基纖維素鈉（CMC簡介）
羧甲基纖維素鈉（簡稱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。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的假塑性有利于降低液態(tài)奶生產(chǎn)的能耗、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。
CMC能與其他各種穩(wěn)定劑（黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉、明膠、卡拉膠、淀粉、麥芽糊精等）進(jìn)行復(fù)配使用并有協(xié)同增效作用。另外檸檬酸鈉等螯合鹽也可增強(qiáng)其黏度。CMC與其他穩(wěn)定劑的協(xié)同增效效果見表一。
隨著CMC技術(shù)的提高，CMC的取代度最高可達(dá)1．0以上，且取代的均勻性得到改觀，CMC的耐酸、耐鹽性能也得到較大的提高，CMC再也不是只有單一地應(yīng)用于中性食品中，耐酸CMC現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于酸性、高糖和含鹽食品中，特別是酸性乳飲料中。
□CMC在酸性乳飲料中的應(yīng)用
1．理論基礎(chǔ)從結(jié)構(gòu)式中可以看出，CMC上羧甲基羥基上的氫（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。
2．酸性乳飲料建議配方�。�1）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％。
（2）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。
3．CMC的選擇要點調(diào)配型酸奶飲料一般選擇FH9和FH9特高（FVH9），F(xiàn)H9口感厚實，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％。
4．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5倍以上的白砂糖干法混合均勻，然后再緩緩加入到65～70℃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?br /> 5．酸性乳飲料的工藝注意要點原料乳（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％的酒精等量實驗、煮沸實驗、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％酒精實驗、煮沸實驗為陰性，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。
1）調(diào)配型酸性乳飲料的工藝注意要點酸奶的制備：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?br /> 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）�?br /> 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。
2）乳酸菌飲料的工藝注意要點測定牛乳的蛋白質(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。