在食品上,作為增稠劑、穩(wěn)定劑、分散劑、增量劑和固形劑,羧甲基纖維素鈉泛用于乳制品、果汁、巧克力、飲料和酸乳酪中作穩(wěn)定分散劑。
目前,在我國有1500多家乳品企業(yè),主要分布在東北、華北、西北以及上海、北京等城市。從液態(tài)奶內(nèi)部結構看,發(fā)酵乳29.93萬噸,占21%;巴氏消毒奶87.57萬噸,占61.45%;UHT奶25萬噸,占17.54%。資料顯示,2002年我國牛奶總產(chǎn)量為1250萬噸,乳品產(chǎn)量較上年增長26%,液態(tài)奶產(chǎn)量增長66%。專家預測,未來幾年我國乳品市場將保持15%的增速,液態(tài)奶的年增長率將達30%。但從人均消費乳制品來看,目前只有7.3kg,比起世界乳制品人均消費100kg,還存在著巨大的發(fā)展空間。
纖維素的羧甲基化產(chǎn)品的穩(wěn)定性與取代均勻性正相關:取代均勻性越好,纖維素的羧甲基化產(chǎn)品穩(wěn)定性越好;改進工藝,適當提高取代度可提高纖維素的羧甲基化產(chǎn)品的取代均勻性。纖維素的羧甲基化產(chǎn)品的穩(wěn)定性與粘度負相關:粘度越低,纖維素的羧甲基化產(chǎn)品穩(wěn)定性越好。因此,國外食品穩(wěn)定劑中常采用中低粘度的纖維素的羧甲基化產(chǎn)品。
在冷凍甜食-冰激凌-糖水冰糕上,羧甲基纖維素鈉CMC分散性良好,且能夠與其他穩(wěn)定劑一樣,能夠控制冰晶的形成,保持均勻一致的組織,即使反復冷凍-解凍,也能夠保持穩(wěn)定,在用量很少的情況下,能夠賦予優(yōu)良的口感。
在低脂肪的冰激凌和牛奶冰糕中,羧甲基纖維素鈉CMC與15%左右的卡拉膠混合,可防止冰凍前混合物的分離,隨著脂肪含量的提高,CMC用量增加,可獲得膩滑的結構;在冰凍奶制品中,可加入2%的CMC穩(wěn)定劑;在糖漿中,可加入0.75%?1%的CMC穩(wěn)定劑;也可以用植物物質(zhì)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。
羧甲基纖維素鈉CMC廣泛用于飲料,目的是果汁懸浮性好,改善口感和質(zhì)地,消除瓶頸處形成油環(huán),庇護人造甜食不良苦味。
中性奶中加入羧甲基纖維素鈉CMC,可消除淀粉、卡拉膠的脫水收縮,也可制作儲藏穩(wěn)定的攪打起泡的稀奶油;在酸奶中加入CMC,可于蛋白質(zhì)在pH等當點范圍反應,形成可溶性的、貯存穩(wěn)定的絡合物。
沉淀和浮油是酸性乳飲料中最常見的質(zhì)量問題,在低pH值條件下,pH值接近PI點時,奶制品中酪蛋白膠粒發(fā)生凝聚沉淀。乳制品放置久了,會發(fā)生脂肪上浮,形成很不美觀的項圈,加入穩(wěn)定劑后,穩(wěn)定劑與蛋白質(zhì)形成非離子型的膠溶復合體系,進而阻止了酪蛋白的沉聚,沉淀量的多少就主要取決于該體系的穩(wěn)定性。
分離上浮
蛋白質(zhì)的分子結構如下所示:
蛋白質(zhì)中存在相當多的游離的氨基和羧基,形成兩性離子。通常情況下,蛋白質(zhì)在酸性溶液里帶正電荷,在堿性溶液里帶負電荷。
當溶液中氨基(-NH2)的電離度與羧甲基(-CH2COOH)的電離度相等時,蛋白質(zhì)溶液呈現(xiàn)電中性,此時的溶液pH值即為蛋白質(zhì)的等電點PI。
溶液中沒有穩(wěn)定劑時,當pH值接近蛋白質(zhì)的等電點PI時,溶液最不穩(wěn)定,可能因蛋白質(zhì)對外呈現(xiàn)出電中性,因重力作用產(chǎn)生沉淀。
在一定的pH值條件下,蛋白質(zhì)中的氨基(-NH2)與H+反應生成-NH3+ 。
由于羧甲基纖維素是陰離子性的,能夠與銨鹽通過鹽鍵、氫鍵發(fā)生膠溶作用,纖維素醚是空間網(wǎng)狀結構,在溶液中伸展,使蛋白質(zhì)充分的分散,形成穩(wěn)定的復合結構。
羧甲基纖維素鈉CMC與蛋白質(zhì)復合結構示意圖
一方面,羧甲基纖維素與蛋白質(zhì)中銨鹽膠溶形成穩(wěn)定的體系,阻止了蛋白質(zhì)的聚集,起到了穩(wěn)定蛋白質(zhì)的作用;
另一方面,羧甲基纖維素與蛋白質(zhì)形成了穩(wěn)定的非離子型膠溶體系,從而使溶液具有了一定的乳化作用。
脂肪的結構(以甘油三酯為例)
脂肪不同于碳水化合物和蛋白質(zhì),不形成長的分子鏈,不溶于水,屬于非離子型物質(zhì),與離子體系不相溶,只有與非離子型體系才能作用。
CMC與蛋白質(zhì)中的氨基形成的復合結構,具有乳化作用,起到了表面活性劑的作用,可以降低脂肪和水之間的表面張力,使得脂肪充分乳化,使脂肪球均勻分散到整個配料中,在混合操作過程中防止了脂肪球攪出奶顆粒,從而使食品保持良好的風味、濃度、口感等。
增加羧甲基纖維素鈉CMC與蛋白質(zhì)的復合體系的穩(wěn)定性,可從以下幾點入手:
a. 提高穩(wěn)定劑水溶液里聚陰離子呈負電分布時的均勻性,這就需要提高產(chǎn)品取代的均勻性,而且使CMC具有更好的耐酸、耐鹽性能。
b. 增加穩(wěn)定劑水溶液呈聚陰離子時的負電量。提高CMC的取代度,有利于增加CMC上的負電量,使得CMC與蛋白質(zhì)復合體系的穩(wěn)定性提高。
