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(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)，其線性分子的長軸有轉(zhuǎn)向流動(dòng)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(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。
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(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％。
（2）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。
3．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％。
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(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(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(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。
1）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?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)嚢杈鶆颍缓笥盟侄浚ǹ鄢嵋核加玫乃浚?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(shí)間在1．5～2分鐘之間，加酸時(shí)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(shí)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(shí)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(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(shí)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(shí)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(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。