羧甲基纖維素鈉的主要性質，有哪些用途，怎么使用

01、羧甲基纖維素鈉性質及產品簡介

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改性而制得的一種高聚合纖維醚，其結構主要是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，在乙醇等有機溶媒中不溶。1%水溶液pH為6.5～8.5，當pH>10或<5時，膠漿粘度顯著降低，在pH=7時性能最佳。對熱穩定，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；在堿性溶液中很穩定，遇酸則易水解，PH值為2-3時會出現沉淀，遇多價金屬鹽也會反應出現沉。

結構式：C6H7（OH）2OCH2COONa 分子式：C8H11O5Na

其主要反應為：天然纖維素首先與NaOH發生堿化反應，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發生取代反應。從結構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、穩定性、耐酸性和耐鹽性等性能。

一般認為取代度在0．6～0．7左右時乳化性能較好，而隨著取代度的提高，其他性能相應得到改善，當取代度大于0．8時，其耐酸、耐鹽性能明顯增強。

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C的同位效應，C2上的－OH基更顯酸性，特別是在強堿的環境下其活力比C3、C6更強，所以更易發生取代反應，C6次之，C3最弱。

其實CMC的性能不僅同取代度的大小有關，也同羧甲基基團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。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，故當溶液靜置時分子存在不同的取向，當溶液中有剪切力存在時，其線性分子的長軸有轉向流動方向的趨勢，且隨著剪切速率的增大這種趨勢越強，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和管道化輸送，在液態奶中不至于口感過膩，利于奶液香氣的釋放。。

使用CMC產品，主要是我們要對穩定性、粘度、耐酸、粘度等主要指標參數要有足夠的了解后。知道我們怎么去選擇合適的產品。

低粘CMC產品，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，依據工程師個人的習慣。乳制品飲料穩定中，CMC貢獻不小啊。

高粘CMC產品，應用空間比較大，比較淀粉、瓜膠、黃原膠等產品，CMC的穩定性還是比較明顯，尤其在肉制品中，CMC的保水優勢更為明顯！冰淇淋等穩定劑中，CMC也是不錯的選擇。

衡量CMC質量的主要指標是取代度(DS)和純度。一般DS不同則CMC的性質也不同；取代度增大，溶解性就增強，溶液的透明度及穩定性也越好。據報道，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成品質量的好壞，主要看產品的溶液，如果產品的溶液清，凝膠顆粒少，游離纖維少，雜質黑點少，基本確定cmc的質量不錯，如果將溶液放置幾天，溶液沒有出現泛白或渾濁，還是十分清澈，那是較好的產品嘍!

02、CMC產品的溶解和分散

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，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，發生結團、結塊、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是：當CMC在水中均勻分散、沒有明顯的大的團塊狀物體存在時，便可以停止攪拌，讓CMC和水在靜置的狀態下相互滲透、相互融合。攪拌的轉速一般在600-1300轉之間，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－液分離現象；

（2）混合糊膠呈均勻一致的狀態，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。為了生產快捷，節約時間，目前多采用均質機或膠體磨快速分散產品。

03、CMC在食品中使用特點及工藝要求

CMC 的使用比其他食品增稠劑更具有許多優點：

一、CMC 在食品中廣泛應用其特點

（一）CMC 具有很好的穩定性

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、口感細膩潤滑，色澤增白。在奶制品中，不論是調味奶、果奶還是酸奶中，在 PH 值等電點范圍內（PH4.6）都能與蛋白質反應，形成一種復合結構的絡合物，有利于乳液的穩定及提高蛋白質的阻抗能力。

（二）CMC 能與其它穩定劑，乳化劑復配。

在食品飲料制品中，一般廠家都使用多種穩定劑，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，進行復配。能使優勢互補，并起到協同增效的作用，降低生產成本。

（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，使CMC 在攪拌、均質、管道輸送時，能減輕設備負荷，提高均質效率，是其它穩定劑無法比擬的。

二、工藝要求

CMC 作為一種有效的穩定劑，如果使用不當會影響其使用效果，嚴重的可導致產品報廢。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，提高產品質量，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，合理調整自己的生產工藝，使 CMC 能充分發揮作用，尤其在各個工藝階段應注意：

（一）配料

1、用機械力高速剪切分散法：可利用一切具有混合能力的設備協助 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品，如果正常操作，能提高產品質量，防止產品沉淀，分層等現象發生。

1、加酸時應嚴格控制加酸溫度，一般應小于 20℃。

2、酸液濃度應控制在 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、料漿轉速 n=1400-2400r/m

（三）均質

1、乳化目的。

均質：含油脂的料液，CMC 應復配乳化劑，如單甘脂，均質壓力 18-25mpa,溫度 60-70℃。

2、分散目的。

均質，對于前期各種配料如未完全均勻，仍有部分小顆粒存在，須進行均質，均質壓力 10mpa，溫度 60-70℃。

（四）殺菌

CMC 在高溫下，特別是長時間高于 50℃溫度，質量不好的 CMC 粘度會出現不可逆下降，一般廠家的 CMC 在 80℃高溫下 30 分鐘粘度下降相當嚴重，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，影響產品質量。

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，包裝袋口應扎緊，防止 CMC 吸潮變質。

04、CMC使用中的疑問解答

一、問題：低粘、中粘、高粘從結構上是怎么區分的，稠度方面會有不一樣嗎？

回答：

據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，宏觀表現上當然對應的就是粘度不一樣，同樣的濃度，粘度有高低，產品的穩定性和酸比等沒有直接關系，主要看產品的溶液。

二、問題：取代度1.15以上的產品具體有什么性能表現，或者說取代度越高，產品的具體那些性能得到了加強。

回答：

產品取代度高，流動性增加，假塑性明顯降低，同樣粘度的產品，高取代度，滑爽感更明顯，高取代度產品溶液有光澤，一般取代度產品，溶液發白。

三、問題：做發酵型蛋白飲料是不是選擇中粘度就可以了呢？

回答：

中低粘產品，取代度0.90左右，耐酸性好一些的產品。

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轉速的攪拌器分散。CMC的分散性不好，親水性好，容易抱團，高取代度的產品更為明顯！溫水溶解比冷水溶解速度快一些，一般不建議煮沸，CMC產品長時間蒸煮會破壞分子結構，產品會失去粘性！

05、CMC在酸性乳飲料中的應用舉例

一、理論基礎

從結構式中可以看出，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，即顯負電荷，而具有兩性性質的蛋白質在pH小于等電點時，其結合質子的－COO－基團的能力遠大于－NH3＋基團給出質子的能力而顯正電荷，在牛乳中80%的蛋白質為酪蛋白，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合，形成較為穩定的結構，且能在蛋白質周圍形成保護膜，CMC的這一性能我們稱之為微膠囊包埋結合特性。

二、酸性乳飲料建議配方

（一）調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≥1%。

2）產品最終酸度控制在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）：

發酵乳350～600Kg

白糖60Kg

復配甜味劑（50倍）1Kg

CMC3.2～8Kg

單甘酯0.35Kg

檸檬酸鈉1Kg

檸檬酸適量

注：用檸檬酸液調節奶液的酸度，產品最終酸度控制在60～70°T左右。

三、CMC的選擇要點

調配型酸奶飲料一般選擇FH9和FH9特高（FVH9），FH9口感厚實，添加量0.35%～0.5%，而FH9特高較為爽口，且增調效果好，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），FL100一般做口感厚實且保質期又長的產品，添加量0.6%～0.8%，FM9為使用最為廣泛的產品，其口感厚實且產品稠度適中，產品又能達到較長的保質期，添加量0.45%～0.6%，FH9特高做乳酸菌飲料產品厚而不膩，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℃備用。

五、酸性乳飲料的工藝注意要點

原料乳（包括復原乳）的質量：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活。使奶液在貯存期間出現發臭、發苦、脹氣等現象，直接影響產品的貨架期，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，當酸度≥22°T時煮沸發生蛋白凝結，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）調配型酸性乳飲料的工藝注意要點

酸奶的制備：復原乳的制備：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℃備用。

按CMC的使用方法準備好CMC溶液后加入到準備好的奶液中，充分攪拌均勻，然后用水粗定量（扣除酸液所占用的水量）。

將酸液緩緩的、連續的、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，蛋白質在等電點停留太久，造成蛋白變性嚴重影響穩定性；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：后殺菌產品一般用85～90℃、25～30分鐘，其他產品一般用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

測定牛乳的蛋白質含量，添加奶粉使其牛奶的蛋白質在2.9%～4.5%之間，升溫至70～75℃，調節均質機壓力為18～20Mpa均質，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分鐘關閉攪拌，保持恒溫41～43℃發酵。當奶液酸度達到85～100°T時停止發酵，迅速通過冷板冷卻至15～20℃倒缸備用。

如果奶中蛋白質含量較低則發酵奶的乳清太多，易出現蛋白絮狀物，采用90～95℃的巴氏殺菌有利于蛋白質的適度變性，提高發酵乳的質量，若發酵溫度太低或接種量偏少，將造成發酵時間太長，雜菌生長過多，影響產品的口味和貨架期。溫度太高或接種子量太大，造成發酵過快，乳清析出多或產生蛋白硬塊，影響產品的穩定性。另外，在選擇菌種時也可選擇一次性菌種，但應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：后殺菌產品一般用85～90℃、25～30分鐘，其他產品一般用110～121℃、4～5秒或95～105℃、30秒的超高溫滅菌方式。