羧甲基纤维素钠（CMC）的主要性质，有哪些用途，怎么使用？

01

羧甲基纤维素钠性质及产品简介

羧甲基纤维素钠简称羧甲基纤维素（CMC）是天然纤维素通过化学改性而制得的一种高聚合纤维醚，其结构主要是D－葡萄糖单元通过β（1→4）糖苷键相连接组成。

CMC为白色或乳白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，胶浆粘度显著降低，在pH=7时性能最佳。对热稳定，在20℃以下粘度迅速上升，45℃时变化较慢，80℃以上长时间加热可使其胶体变性而粘度和性能明显下降。易溶于水，溶液透明；在碱性溶液中很稳定，遇酸则易水解，PH值为2-3时会出现沉淀，遇多价金属盐也会反应出现沉。

结构式：C6H7（OH）2OCH2COONa 分子式：C8H11O5Na

其主要反应为：天然纤维素首先与NaOH发生碱化反应，随着氯乙酸的加入，其葡萄糖单元上羟基上的氢与氯乙酸中的羧甲基基团发生取代反应。从结构式中可以看出每个葡萄糖单元上共有3个羟基，即C2、C3、C6羟基，葡萄糖单元羟基上的氢被羧甲基取代的多少用取代度来表示，若每个单元上的3个羟基上的氢均被羧甲基取代，定义为取代度是3，CMC取代度的大小直接影响到CMC的溶解性、乳化性、增稠性、稳定性、耐酸性和耐盐性等性能。

一般认为取代度在0．6～0．7左右时乳化性能较好，而随着取代度的提高，其他性能相应得到改善，当取代度大于0．8时，其耐酸、耐盐性能明显增强。

另外，上面也提到每个单元上共有3个羟基，即C2、C3的仲羟基和C6伯羟基，理论上伯羟基的活性大于仲羟基，但根据C的同位效应，C2上的－OH基更显酸性，特别是在强碱的环境下其活力比C3、C6更强，所以更易发生取代反应，C6次之，C3最弱。

其实CMC的性能不仅同取代度的大小有关，也同羧甲基基团在整个纤维素分子中分布的均匀性和每个分子中羟甲基在每个单元中与C2、C3、C6取代的均匀性有关。由于CMC是高聚合线性化合物，且其羧甲基在分子中存在取代的不均匀性，故当溶液静置时分子存在不同的取向，当溶液中有剪切力存在时，其线性分子的长轴有转向流动方向的趋势，且随着剪切速率的增大这种趋势越强，直到最终完全定向排列为止，CMC的这种特性称为假塑性。CMC的假塑性有利于均质和管道化输送，在液态奶中不至于口感过腻，利于奶液香气的释放。。

使用CMC产品，主要是我们要对稳定性、粘度、耐酸、粘度等主要指标参数要有做够的了解后。知道我们怎么去选择合适的产品。

低粘CMC产品，口感清爽，粘度低，几乎没有稠厚感，主要使用在特殊的酱和饮料类，保健口服液也是很好的选择。

中粘CMC产品，主要使用在固体饮料、普通的蛋白饮料和果汁中，具体怎么选择，依据工程师个人的习惯。乳制品饮料稳定中，CMC贡献不小啊。

高粘CMC产品，应用空间比较大，比较淀粉、瓜胶、黄原胶等产品，CMC的稳定性还是比较明显，尤其在肉制品中，CMC的保水优势更为明显！冰淇淋等稳定剂中，CMC也是不错的选择。

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0.7～1.2时透明度较好，其水溶液粘度在pH值为6～9时最大。

为保证其质量，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、DH值、溶液浓度及盐类等。

CMC成品质量的好坏，主要看产品的溶液，如果产品的溶液清，凝胶颗粒少，游离纤维少，杂质黑点少，基本确定cmc的质量不错，如果将溶液放置几天，溶液没有出现泛白或浑浊，还是十分清澈，那是较好的产品喽!

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CMC产品的溶解和分散

将CMC直接与水混合，配制成糊状胶液后，备用。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。

03

CMC在食品中使用特点及工艺要求

CMC 的使用比其他食品增稠剂更具有许多优点：

一、CMC 在食品中广泛应用其特点

（一）CMC 具有很好的稳定性

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，提高膨胀率保持均匀一致的组织，能抗融、口感细腻润滑，色泽增白。在奶制品中，不论是调味奶、果奶还是酸奶中，在 PH 值等电点范围内（PH4.6）都能与蛋白质反应，形成一种复合结构的络合物，有利于乳液的稳定及提高蛋白质的阻抗能力。

（二）CMC 能与其它稳定剂，乳化剂复配。

在食品饮料制品中，一般厂家都使用多种稳定剂，如：黄原胶、瓜尔豆胶、卡拉胶、糊精等，乳化剂如：单硬脂酸甘油脂、蔗糖脂肪酸酯等，进行复配。能使优势互补，并起到协同增效的作用，降低生产成本。

（三）CMC 具有假塑性

CMC 粘度在不同温度下具有可逆性，温度升高，溶液粘度下降，反之则反；CMC 在剪切力存在时，黏度会下降，且随着剪切力的增大，粘度变小。它的这些性质，使CMC 在搅拌、均质、管道输送时，能减轻设备负荷，提高均质效率，是其它稳定剂无法比拟的。

二、工艺要求

CMC 作为一种有效的稳定剂，如果使用不当会影响其使用效果，严重的可导致产品报废。因此对于 CMC 来说，充分而均匀地分散溶液对提高其作用效率、降低用量，提高产品质量，增加出品率都是十分重要的。这要求我们各个食品厂家，充分了解各种原料特性，合理调整自己的生产工艺，使 CMC 能充分发挥作用，尤其在各个工艺阶段应注意：

（一）配料

1、用机械力高速剪切分散法：可利用一切具有混合能力的设备协助 CMC 在水中分散，通过高速剪切，使 CMC 均匀侵泡在水中，加快 CMC 溶解。目前有的厂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 的比例拌匀，在不断搅拌下，将其缓缓撒入，使 CMC 充分溶解。

3、用饱和糖水溶解，如饴糖等，能加速 CMC 溶解。

（二）加酸

对一些酸性饮料，如酸奶等须选用耐酸型产品，如果正常操作，能提高产品质量，防止产品沉淀，分层等现象发生。

1、加酸时应严格控制加酸温度，一般应小于 20℃。

2、酸液浓度应控制在 8-20%，越低越好。

3、加酸采用喷淋式，沿容器比切线方向加入，一般 1-3min。

（三）均质

1、乳化目的。

均质：含油脂的料液，CMC 应复配乳化剂，如单甘脂，均质压力 18-25mpa,温度 60-70℃。

2、分散目的。

均质，对于前期各种配料如未完全均匀，仍有部分小颗粒存在，须进行均质，均质压力 10mpa，温度 60-70℃。

（四）杀菌

CMC 在高温下，特别是长时间高于 50℃温度，质量不好的 CMC 粘度会出现不可逆下降，一般厂家的 CMC 在 80℃高温下 30 分钟粘度下降相当严重，因此可采用瞬时灭菌或巴氏灭菌法，缩短 CMC 在高温时的时间。

（五）其他注意事项

1、所选水质尽量用洁净的处理好的自来水，不宜用井水，避免微生物感染，影响产品质量。

2、溶解、盛放 CMC 的器具不能用金属容器，可用不锈钢容器或木盆，陶瓷器皿盛放。防止二价金属离子渗入。

3、每次使用 CMC 后，包装袋口应扎紧，防止 CMC 吸潮变质。

04

CMC使用中的疑问解答

一、问题：低粘、中粘、高粘从结构上是怎么区分的，稠度方面会有不一样吗？

回答：

据了解就是分子链长短不同，或者说分子量不同，分为低、中、高粘，宏观表现上当然对应的就是粘度不一样，同样的浓度，粘度有高低，产品的稳定性和酸比等没有直接关系，主要看产品的溶液。

二、问题：取代度1.15以上的产品具体有什么性能表现，或者说取代度越高，产品的具体那些性能得到了加强。

回答：

产品取代度高，流动性增加，假塑性明显降低，同样粘度的产品，高取代度，滑爽感更明显，高取代度产品溶液有光泽，一般取代度产品，溶液发白。

三、问题：做发酵型蛋白饮料是不是选择中粘度就可以了呢？

回答：

中低粘产品，取代度0.90左右，耐酸性好一些的产品。

四、问题：cmc怎么才能快速溶解？我有时候用，煮沸了，还是比较慢溶解。

回答：

用其他胶体混溶，或者用1000-1200转速的搅拌器分散。CMC的分散性不好，亲水性好，容易抱团，高取代度的产品更为明显！温水溶解比冷水溶解速度快一些，一般不建议煮沸，CMC产品长时间蒸煮会破坏分子结构，产品会失去粘性！

05

CMC在酸性乳饮料中的应用举例

一、理论基础

从结构式中可以看出，CMC上的氢（Na＋）在水溶液中极易离出（一般以钠盐的形式存在），故CMC在水溶液中以阴离子的形式存在，即显负电荷，而具有两性性质的蛋白质在pH小于等电点时，其结合质子的－COO－基团的能力远大于－NH3＋基团给出质子的能力而显正电荷，在牛乳中80%的蛋白质为酪蛋白，而酪蛋白的等电点在4.6左右，一般的酸性乳饮料pH在3.8～4.2，故在酸性条件下CMC与乳蛋白能以电荷相吸的方式络合，形成较为稳定的结构，且能在蛋白质周围形成保护膜，CMC的这一性能我们称之为微胶囊包埋结合特性。

二、酸性乳饮料建议配方

（一）调配型酸性乳饮料基本配方（按1000Kg计）：

鲜牛奶（全脂奶粉）350（33）Kg

白糖50Kg

复配甜味剂（50倍）0.9Kg

CMC3.5～6Kg

单甘酯0.35Kg

柠檬酸钠0.8Kg

柠檬酸3Kg

乳酸（80%）1.5Kg

注：

1）奶粉可用部分水解蛋白代替，控制蛋白质≥1%。

2）产品最终酸度控制在50～60°T左右。

3）可溶性固形物7.5%～12%。

（二）乳酸菌饮料配方（按1000Kg计）：

发酵乳350～600Kg

白糖60Kg

复配甜味剂（50倍）1Kg

CMC3.2～8Kg

单甘酯0.35Kg

柠檬酸钠1Kg

柠檬酸适量

注：用柠檬酸液调节奶液的酸度，产品最终酸度控制在60～70°T左右。

三、CMC的选择要点

调配型酸奶饮料一般选择FH9和FH9特高（FVH9），FH9口感厚实，添加量0.35%～0.5%，而FH9特高较为爽口，且增调效果好，添加量为0.33%～0.45%。

乳酸菌饮料一般选择FL100、FM9和FH9特高（特殊工艺生产），FL100一般做口感厚实且保质期又长的产品，添加量0.6%～0.8%，FM9为使用最为广泛的产品，其口感厚实且产品稠度适中，产品又能达到较长的保质期，添加量0.45%～0.6%，FH9特高做乳酸菌饮料产品厚而不腻，且添加量可少、成本较低，适合做浓稠型的乳酸菌饮料，添加量0.45%～0.6%。

四、CMC的使用方法

CMC的溶解：浓度一般按0.5%～2%的水溶液溶解，，溶解前最好与3倍以上的白砂糖干法混合均匀，然后再缓缓加入到65～85℃搅拌的热水中，最好用高速混料器溶解，待CMC溶解约15～20分钟后，通过胶体磨一遍，降温至20～40℃备用。

五、酸性乳饮料的工艺注意要点

原料乳（包括复原乳）的质量：做酸性乳饮料不宜选用抗生素奶、乳房炎奶、初奶、末奶四种奶，这四种奶的蛋白组分发生了很大的变化，其抗温性、耐酸、耐盐性能也较差，且影响奶液的口感。

另外，这四种奶含有大量的四种酶（脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶），这些酶即使140℃超高温也有10%以上的残留，在奶液贮存期间这些酶会复活。使奶液在贮存期间出现发臭、发苦、胀气等现象，直接影响产品的货架期，一般可以用75%的酒精等量实验、煮沸实验、测定奶液的pH和滴定酸度等到来选择检测原料奶，正常牛乳75%酒精实验、煮沸实验为阴性，pH在6.4～6.8之间，酸度≤18°T，当酸度≥22°T时煮沸发生蛋白凝结，pH＜6.4时多为初乳或酸败乳，pH＞6.8时多为乳房炎乳或低酸度乳。

（一）调配型酸性乳饮料的工艺注意要点

酸奶的制备：复原乳的制备：将奶粉缓缓加入到搅拌的50～60℃的热水中（控制用水量为奶粉量的10倍以上）充分溶解15～20分钟（最好用胶体磨过一遍）后，降温至40℃备用。

按CMC的使用方法准备好CMC溶液后加入到准备好的奶液中，充分搅拌均匀，然后用水粗定量（扣除酸液所占用的水量）。

将酸液缓缓的、连续的、均匀的加入到奶液中，注意控制加酸时间在1.5～2分钟之间，加酸时间过长，蛋白质在等电点停留太久，造成蛋白变性严重影响稳定性；过短，造成酸液分散时间太短，奶液局部酸度过大，蛋白变性严重，另外注意加酸时奶液和酸液的温度不宜过高，最好控制在20～25℃之间。

均质一般采用奶液自然温度即可，控制压力18～25Mpa。

杀菌温度：后杀菌产品一般用85～90℃、25～30分钟，其他产品一般用137～140℃、3～5秒的超高温灭菌方式。

（二）乳酸菌饮料的工艺注意要点

测定牛乳的蛋白质含量，添加奶粉使其牛奶的蛋白质在2.9%～4.5%之间，升温至70～75℃，调节均质机压力为18～20Mpa均质，然后用90～95℃、15～30分钟的巴氏杀菌，冷却至42～43℃后将制备好的菌种按2%～3%的量接种，搅拌10～15分钟关闭搅拌，保持恒温41～43℃发酵。当奶液酸度达到85～100°T时停止发酵，迅速通过冷板冷却至15～20℃倒缸备用。

如果奶中蛋白质含量较低则发酵奶的乳清太多，易出现蛋白絮状物，采用90～95℃的巴氏杀菌有利于蛋白质的适度变性，提高发酵乳的质量，若发酵温度太低或接种量偏少，将造成发酵时间太长，杂菌生长过多，影响产品的口味和货架期。温度太高或接种子量太大，造成发酵过快，乳清析出多或产生蛋白硬块，影响产品的稳定性。另外，在选择菌种时也可选择一次性菌种，但应尽可能选择后酸弱的菌种。

将CMC液降温至15～25℃与奶液混合均匀并用水粗定容（扣除酸液所占用的水量），然后将酸液缓缓的、连续的、均匀的加入到奶液中（最好用喷淋法加酸）。搅拌均匀备用。

均质一般采用奶液自然温度即可，控制压力15～20Mpa。

杀菌温度：后杀菌产品一般用85～90℃、25～30分钟，其他产品一般用110～121℃、4～5秒或95～105℃、30秒的超高温灭菌方式。

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