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羧甲基纤维素钠在食品工业中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-01-30  来源:食品伙伴网食品研发创新服务中心  作者:食品研发与生产
核心提示:羧甲基纤维素钠 (Sodium carboxymethyl cellulose,CMC-Na) 是增稠剂的一种,由于其本身具有良好的功能特性使其在食品工业得到了广泛的应用,它也在一定程度上推动了食品工业快速健康的发展。
羧甲基纤维素钠 (Sodium carboxymethyl cellulose,CMC-Na) 是增稠剂的一种,由于其本身具有良好的功能特性使其在食品工业得到了广泛的应用,它也在一定程度上推动了食品工业快速健康的发展。
 
01、CMC的结构特性及使用方法

羧甲基纤维素钠盐,属阴离子型纤维素醚,为白色或微黄色纤维状粉末或颗粒,密度0.5-0.7克/立方厘米,几乎无臭、无味,具吸湿性。易于分散在水中成透明胶状溶液,在乙醇等有机溶媒中不溶。1%水溶液pH为6.5~8.5,当pH>10或<5时,胶体粘度显著降低,在pH=7时性能最佳。
 
对热稳定,在20℃以下粘度迅速上升,25℃-55℃时变化较慢,80℃以上长时间加热可使其胶体变性,而且粘度和性能明显下降。100度以上的高温蒸煮或长时间超高温杀菌,对CMC产品的破坏非常明显;表现为溶液快速降粘,溶液没有粘性;CMC在弱碱性溶液中很稳定,遇酸则易水解,PH3.5以上,产品性能比较稳定,PH值为2-3时会出现沉淀,遇多价金属盐也会反应出现沉淀。
 
衡量CMC质量的主要指标是取代度(DS)和纯度。
一般DS不同则CMC的性质也不同;取代度增大,溶解性就增强,溶液的透明度及稳定性也越好。据报道,CMC取代度在0.7-0.9时产品有一定的透明度,溶液特性表现为假塑性;产品取代度大于0.90时,取代度越高,产品溶液透明度越好,产品的流变性增强。产品取代度的提高,除了选择醚化剂外,还必须考虑影响取代度和纯度的一些因素,例如碱与醚化剂之间的用量关系、醚化时间、体系含水量、温度、pH值、溶液浓度及盐类等。
 
产品纯度越高的CMC产品,其产品特性表现更为明显、质量越稳定。FAO和WHO已批准将纯CMC用于食品,它是经过很严格的生物学、毒理学研究和试验后才获得批准的,国际标准的安全摄入量(ADI)是25mg/(kg·d),即大约每人1.5 g/d。曾有报道说,有人试验摄入量达到10 kg也未有毒性反应。
 
CMC产品的溶解和分散
在配置CMC糊胶时,先在带有搅拌装置的配料缸内加入一定量的干净的水,在开启搅拌装置的情况下,将CMC缓慢均匀地撒到配料缸内,不停搅拌,使CMC和水完全融合、CMC能够充分溶化。在溶化CMC时,之所以要均匀撒放、并不断搅拌,目的是“为了防止CMC与水相遇时,发生结团、结块、降低CMC溶解量的问题”,并提高CMC的溶解速度。搅拌的时间和CMC完全溶化的时间并不一致,是两个概念,一般来说,搅拌的时间要比CMC完全溶化所需的时间短得多,二者所需的时间视具体情况而定。
 
确定搅拌时间的依据是:当CMC在水中均匀分散、没有明显的大的团块状物体存在时,便可以停止搅拌,让CMC和水在静置的状态下相互渗透、相互融合。搅拌的转速一般在600-1300转之间,搅拌时间一般控制在1小时左右。
 
确定CMC完全溶化所需时间的依据有这样几方面:
(1)CMC和水完全粘合、二者之间不存在固-液分离现象;
(2)混合糊胶呈均匀一致的状态,表面平整光滑;
(3)混合糊胶色泽接近无色透明,糊胶中没有颗粒状物体。从CMC被投入到配料缸中与水混合开始,到CMC完全溶解,所需的时间在10~20小时之间。为了生产快捷,节约时间,目前多采用均质机或胶体磨快速分散产品。
 
CMC产品溶解主要会出现抱团现象,抱团俗称“鱼眼睛”,特别是高取代度的产品,最容易出现这一现象,主要是CMC产品的亲水性特别好,表面的CMC吸水后形成糊状,隔断了内部产品与水的接触,形成白色团状物,类似鱼眼睛;较低取代度的产品由于亲水基团相对较少,分散性相对较好,在水中先分散,后溶解,出现抱团现象几率较低!
 
02、CMC在食品中应用的功能特性

一、增稠和乳化稳定作用

食用的羧甲基纤维素钠对含油脂蛋白质的饮料可起到乳化稳定作用,一般油脂饮料的特点是含有不同程度的脂肪和一定量的蛋白质,在存放时易分离上浮,形成不美观的“项圈”,影响产品的外观。另外,蛋白质易凝聚分离,特别是 pH 值较低的产品,蛋白质必然凝结,而 CMC-Na 可有效解决这些问题,其在水中溶解为透明稳定胶体,可稳定蛋白质,同时降低脂肪和水之间的表面张力,使脂肪充分乳化。因此,CMC-Na 常作为增稠剂用于食品工业中。
 
二、保水作用

羧甲基纤维素钠具有水化作用,在肉制品、面包、馒头等食品中,可以起到组织改良的作用,而且可以使水分不易挥发,可提高产品产量,增加口感。
 
三、凝胶化作用

触变性的羧甲基纤维素钠是指大分子链有一定数量的相互作用,倾向于形成三维结构。形成三维结构后,溶液的表观黏度上升;打破三维结构后,表观黏度下降。触变现象就是表观黏度的变化依赖于时间。具有触变性的羧甲基纤维素对于凝胶体系有重要作用,可用来制果冻和果酱。
 
四、成膜性

羧甲基纤维素钠能够在食品表面形成一层膜,可以对果蔬起到一定的保护作用,由于膜的存在,使膜和果蔬之间形成了一个低氧气、高二氧化碳的气体环境,从而降低了气体的交换速率、物质交换速率,用于延长果蔬的保质期。
 
羧甲基纤维素钠还具有其他一些特性,如悬浮作用以及化学稳定性等,这些性质也为其在食品工业中广泛应用奠定了基础。
 
03、羧甲基纤维素钠在食品中的应用
 
一、乳制品中的应用

(一)在酸性饮料中应用研究
酸性乳饮料具有酸甜独特的风味,有着广泛的市场。但在生产过程中,酪蛋白会在酸性条件下发生聚集失稳,因此一般加入多糖,可对酪蛋白起保护作用,使体系稳定并同时保证了良好的口感。而羧甲基纤维素钠作为一种多糖可稳定酸性乳饮料的机理可描述为:
 
在调酸过程中,当 pH 值 5.2 时,CMC-Na 开始吸附于酪蛋白胶粒的表面,其作用类似于中性条件下 κ- 酪蛋白的作用,吸附层的静电排斥和空间位阻维持了酪蛋白胶束的稳定存在,且CMC-Na具有增稠作用,可以降低蛋白质颗粒的沉降速率。结果表明,在低 pH 值下,羧甲基纤维素钠需要一定浓度才可以;
 
而低于此浓度时,体系会失去稳定。在 pH 值 3.6~4.6,较低 pH 值体系需更多的羧甲基纤维素钠来稳定。发酵型酸性乳饮料与调酸型相比,对于稳定剂要求较高。
 
而含有果粒的酸性乳饮料是在乳饮料中添加一定量的果粒,同样需加入稳定剂来稳定体系。试验得出,酸性含乳饮料以 CMC-Na 为主要的稳定剂。当复合稳定剂中 CMC-Na 占 0.4%,果胶为 0.14%时体系稳定性较好。
 
还有学者研究,在番茄红素活性饮料中应用羧甲基纤维素钠来稳定体系。研究表明,当 CMC-Na添加量大于 0.4%时,产品有很好的稳定性,但此时黏度大大增加,所以可选择与其他胶体复配使用。
 
传统的调酸型乳饮料在应用了 CMC-Na 冷化料工艺优化后,在货架期内,其产品黏度总是高于热化料产品的黏度,有更好的稳定性,这也为羧甲基纤维素钠更好地应用于酸性乳饮料生产中提供了理论依据。
 
(二)搅拌型酸奶中的应用
乳蛋白在酸性条件下的变性沉淀一直是影响酸乳开发的一个关键性问题。因 CMC-Na具有多功能的性质,来源丰富,价格便宜,所以多用作稳定剂。结果表明,CMC-Na受温度、pH 值影响较大,当CMC-Na添加量较小时不能稳定酸奶状态,当其含量大于 0.4%时酸奶的状态有所改善,体系趋于稳定;且在 0.05%~0.1%时 CMC-Na对于酸奶的增稠效果较小,而在含量较大的范围内 (0.4%~0.5%) 增稠效果显著。

(三)酪蛋白乳液中的应用
乳液是由一种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中所构成的分散体系,其为不稳定体系。在众多食品胶中,羧甲基纤维素钠和黄原胶由于具有独特的功能性质,被深入研究。结果表明,CMC-Na与 XG (黄原胶) 复配能够使体系更加稳定。在一定的复配比例下 (CMC-Na∶XG为 1∶1,3∶1),总添加量为乳液总质量的 0.4%,乳液的分层稳定性会增加,在室温下贮藏 2 周,分层现象不明显。
 
二、在面包、馒头制作中的应用

羧甲基纤维素钠具有一定的亲水性和复水性,因此用于面制品的生产中。
 
(一)在面包中的应用
由于羧甲基纤维素钠中有亲水基团,在和面时能够与水结合形成亲水胶体而吸水膨胀,在膨胀后的 CMC-Na可使面筋的持水性增加,有利于面包的醒发和焙烤过程中二氧化碳的保持,从而使面包的体积变大,但是羧甲基纤维素钠的用量不能超过6%。由于其具有很强的保水性,适合的添加量可以降低面包的硬度。试验得出,添加适量 (2%~8%)的羧甲基纤维素钠对于焙烤面包的品质有明显改善,以添加 6%时效果最好,其次为添加量 4%。可以提高面包体积,改善面包的结构和风味,可延长面包的货架期。这为羧甲基纤维素钠添加入面包中,改善面包品质提供了可能。
 
(二)在馒头制作中的应用
羧甲基纤维素钠添加量对莜麦馒头面团中的 pH值影响不大,研究表明羧甲基纤维素钠能有效改善莜麦馒头的质构,有效降低馒头的硬度、黏着性、咀嚼性,且羧甲基纤维素钠添加量为 0.06%~0.08%时,各质构指标表现的最好。而现在羧甲基纤维素钠在馒头中的应用还较少,这也为其应用于新的领域提供了可能,可增加它的应用范围。
 
三、在涂膜保鲜中的应用
 
可食性涂膜剂处理果实表面形成一层透明的薄膜,类似于单果包装,具有一定的气调作用,并且提高果实光泽,提升商品价值,降低环境污染,广泛用于食品保鲜。
 
而涂膜保鲜充分利用了羧甲基纤维素的成膜性。羧甲基纤维素与卡拉胶经过复合后,不仅可以延缓绿化 9 号桃 Hunter L* (表明桃块表面的色泽明暗度,此值升高,亮度增加,光泽提高;反之此值下降则发暗) 和 Hunter a*,b* 值的增大幅度(a* 表明红绿程度,b* 表明黄蓝程度),且褐变程度和酶活性抑制效果明显,这主要利用不同的膜复合有利于性质间互补,有利于保鲜。
 
羧甲基纤维素钠为果蔬保鲜的新方式提供了理论基础。但是对于冷却牛肉涂膜保鲜效果和双孢蘑菇的保鲜效果来说,羧甲基纤维素钠并不是好的保鲜剂,这就要求很好地研究其性质,弥补其本身的不足,使其被合理利用。
 
四、其他应用

食品增稠剂具有增稠、增浓、稳定、耐盐和耐温等特点,被广泛用于食品调味料中。李琼等人研究了天然肉味香精制备中增稠剂的选择和工艺优化,结果表明选择 5%的羧甲基纤维素作为肉味香精的胶体,60~70 ℃水浴加热溶解,搅拌 30 min,胶体溶解后,放置 24~48 h 后溶胀再用于制备肉味味精,产品增稠性比较好,无色无味。
 
由于羧甲基纤维素钠具有增稠作用,可用于制作果酱。经过试验得到,制作菱角番茄酱的最佳工艺是羧甲基纤维素钠 1.9%,柠檬酸 0.8%,白砂糖4%,以及菱角酱与番茄酱比为 1∶1,此时制得的果酱口感较好,且稳定。
 
羧甲基纤维素钠也可以用来制作饮料。玉米饮料贮藏中易于分层、形成沉淀,而以 CMC 和海藻酸钠复配可提高稳定性。添加量均为 0.05%的羧甲基纤维素钠和海藻酸钠时,玉米饮料的沉淀率最小,离心后分层不明显,稳定性好,这也为玉米饮料市场的发展奠定了一定的基础。
 
羧甲基纤维素钠还用于冰激凌的生产,以及酒类的澄清。
 
引用资料:
[1]cuicmc,食品论坛,羧甲基纤维素钠的使用注意事项
[2]刁静静.食品食品加工中的增稠剂(六) 羧甲基纤维素钠[J].肉类研究,2010(03):66-68.
[3]杨金姝.羧甲基纤维素钠在食品工业中的应用研究[J].农产品加工(学刊),2014(22):76-78.
 
来源:食品伙伴网食品研发创新服务中心
编辑:fmt1592210117

 
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