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羧甲基纤维素钠在乳制品中的稳定机理

2021-11-02

在食品上,作为增稠剂、稳定剂、分散剂、增量剂和固形剂,羧甲基纤维素钠泛用于乳制品、果汁、巧克力、饮料和酸乳酪中作稳定分散剂。

目前,在我国有1500多家乳品企业,主要分布在东北、华北、西北以及上海、北京等城市。从液态奶内部结构看,发酵乳29.93万吨,占21%;巴氏消毒奶87.57万吨,占61.45%;UHT奶25万吨,占17.54%。资料显示,2002年我国牛奶总产量为1250万吨,乳品产量较上年增长26%,液态奶产量增长66%。专家预测,未来几年我国乳品市场将保持15%的增速,液态奶的年增长率将达30%。但从人均消费乳制品来看,目前只有7.3kg,比起世界乳制品人均消费100kg,还存在着巨大的发展空间。

纤维素的羧甲基化产品的稳定性与取代均匀性正相关:取代均匀性越好,纤维素的羧甲基化产品稳定性越好;改进工艺,适当提高取代度可提高纤维素的羧甲基化产品的取代均匀性。纤维素的羧甲基化产品的稳定性与粘度负相关:粘度越低,纤维素的羧甲基化产品稳定性越好。因此,国外食品稳定剂中常采用中低粘度的纤维素的羧甲基化产品。

在冷冻甜食-冰激凌-糖水冰糕上,羧甲基纤维素钠CMC分散性良好,且能够与其他稳定剂一样,能够控制冰晶的形成,保持均匀一致的组织,即使反复冷冻-解冻,也能够保持稳定,在用量很少的情况下,能够赋予优良的口感。

在低脂肪的冰激凌和牛奶冰糕中,羧甲基纤维素钠CMC与15%左右的卡拉胶混合,可防止冰冻前混合物的分离,随着脂肪含量的提高,CMC用量增加,可获得腻滑的结构;在冰冻奶制品中,可加入2%的CMC稳定剂;在糖浆中,可加入0.75%1%的CMC稳定剂;也可以用植物物质代替奶脂肪,用于人造甜食品,如山梨糖醇代替冰激凌中的糖,也使用CMC。

羧甲基纤维素钠CMC广泛用于饮料,目的是果汁悬浮性好,改善口感和质地,消除瓶颈处形成油环,庇护人造甜食不良苦味。

中性奶中加入羧甲基纤维素钠CMC,可消除淀粉、卡拉胶的脱水收缩,也可制作储藏稳定的搅打起泡的稀奶油;在酸奶中加入CMC,可于蛋白质在pH等当点范围反应,形成可溶性的、贮存稳定的络合物。

沉淀和浮油是酸性乳饮料中最常见的质量问题,在低pH值条件下,pH值接近PI点时,奶制品中酪蛋白胶粒发生凝聚沉淀。乳制品放置久了,会发生脂肪上浮,形成很不美观的项圈,加入稳定剂后,稳定剂与蛋白质形成非离子型的胶溶复合体系,进而阻止了酪蛋白的沉聚,沉淀量的多少就主要取决于该体系的稳定性。

分离上浮

羧甲基纤维素钠在蛋白质中的分离上浮

蛋白质的分子结构如下所示:

蛋白质分子结构

蛋白质中存在相当多的游离的氨基和羧基,形成两性离子。通常情况下,蛋白质在酸性溶液里带正电荷,在碱性溶液里带负电荷。

当溶液中氨基(-NH2)的电离度与羧甲基(-CH2COOH)的电离度相等时,蛋白质溶液呈现电中性,此时的溶液pH值即为蛋白质的等电点PI。

溶液中没有稳定剂时,当pH值接近蛋白质的等电点PI时,溶液最不稳定,可能因蛋白质对外呈现出电中性,因重力作用产生沉淀。

在一定的pH值条件下,蛋白质中的氨基(-NH2)与H+反应生成-NH3+ 。

由于羧甲基纤维素是阴离子性的,能够与铵盐通过盐键、氢键发生胶溶作用,纤维素醚是空间网状结构,在溶液中伸展,使蛋白质充分的分散,形成稳定的复合结构。


羧甲基纤维素钠CMC与蛋白质复合结构示意图

羧甲基纤维素钠与蛋白质

一方面,羧甲基纤维素与蛋白质中铵盐胶溶形成稳定的体系,阻止了蛋白质的聚集,起到了稳定蛋白质的作用;

另一方面,羧甲基纤维素与蛋白质形成了稳定的非离子型胶溶体系,从而使溶液具有了一定的乳化作用。

脂肪的结构(以甘油三酯为例)

甘油三酯

脂肪不同于碳水化合物和蛋白质,不形成长的分子链,不溶于水,属于非离子型物质,与离子体系不相溶,只有与非离子型体系才能作用。

CMC与蛋白质中的氨基形成的复合结构,具有乳化作用,起到了表面活性剂的作用,可以降低脂肪和水之间的表面张力,使得脂肪充分乳化,使脂肪球均匀分散到整个配料中,在混合操作过程中防止了脂肪球搅出奶颗粒,从而使食品保持良好的风味、浓度、口感等。

增加羧甲基纤维素钠CMC与蛋白质的复合体系的稳定性,可从以下几点入手:

a. 提高稳定剂水溶液里聚阴离子呈负电分布时的均匀性,这就需要提高产品取代的均匀性,而且使CMC具有更好的耐酸、耐盐性能。

b. 增加稳定剂水溶液呈聚阴离子时的负电量。提高CMC的取代度,有利于增加CMC上的负电量,使得CMC与蛋白质复合体系的稳定性提高。