羧甲基纤维素钠(CMC)是一类重要的离子型纤维素衍生物，在食品工业中有广泛应用4CMC的水溶液具有假塑性，CMC分子结构参数(分子量和取代度)和浓度的改变影响其流变行为。研究发现，不同结构参数的 CMC用于稳定酸性乳饮料的效果不同，分子量大、取代度髙的CMC有利于体系的稳定，当加入的CMC浓度过 低时，酪蛋白颗粒易发生架桥絮凝而使体系失稳，较髙浓度的CMC才可使体系趋于稳定。
纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose, CMC>,是一种纤维素衍生物，也是最主要的离子型 纤维素胶，因具.有独特的增稠、悬浮、黏合、持水 等特性，而被广泛应用于各工业领域中⑴。1974年， 联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)批准可将 纯CMC用于食品中，至此CMC得細了快速发展。食 品用CMC的取代度(DS)—般在0.6〜0.95之间，近来 修改后的欧洲立法允许将DS最大为1.5的CMC用于食 品中m■■添加食用CMC能降低食品生产成本，同时提 高食品等级，改善口感，延长保质期CMC作为 增稠剂、稳定剂、持水剂、'乳化剂等，在我国被用 于冷饮、冷食〔方便面、酸奶、果汁、酸性乳饮料 等众多食品中
酸性乳饮料因其口味独特、营养丰富而得到消费者 的f睞，在国外主要采用果胶作为稳定剂，而国内常 用的是CMC。一般CMC溶液具有假塑性，黏度随剪 切速率的增加而减小，这有利于搅拌、均质、泵输送 等生产过程的进行，而当剪切力停止后黏度可恢复，能 使产品具有良好的稳定性，且剪切变稀也有利于产品风 k的释放。,CMC的结构参数(分子量和取代度)、CMC 的浓度会使其溶液的流变性质发生变化，而这些参数的 改变也会对稳定酸堆乳饮料的效果产生影响。本实验主 要讨论CMC的结构参数和浓度对流变性质以及对酸性乳 饮料稳定性的影响。
将两种CMC样品(相同取代度不同分子量)通过超 声降解，得到了一系列具有不同分子量的CMC。超声 降解使CMC的分子量降低，但一般对分子量分布改变 很小，取代度和取代度分布也基本不变.
此黏度称为零剪切黏度(n。)。随着分子量 的增加，高分子链开始贯穿，不同分于链发生缠结, 导致n»升高。在低剪切速率范围内，不同分子量的CMC溶液的黏度差别较大，但随着剪切速率的升高， 差别逐渐减小。在高剪切速率范围内.CMC大分子的 链段密度是决定黏度大小的唯一因素。当达到—定的剪 切速率后，溶液的黏度随剪切速率的增加而减小，这 种剪切变稀现象是由于高分子链在溶液中解缠结，以及 分子链在流动方向上取向而引起的。
除分子量外.CMC分子链上取代形式的改变也会使 溶液的流变行为发生变化。CMC的溶解性随取代度的增 加而提高，DS在0.3以下时，CMC不溶于水与浓 度和分子量相比，平均取代度(DS)对黏度的影响较小。
通过对CMC(U)、CMC(m>、CMC(IV)做流变实验, 得到以下结果：随取代度増加，溶液的黏度升高。黏 度随取代度的升高要归因于溶液结构的变化• CMC是阴 离于型高分子，取代度增加，分子链间的静电斥力作用 增大，分子更趋向于伸展，同时与水分子作用增加，使 CMC的流体力学体积增大，导致溶液黏度增加。
CMC溶液的黏度同样也依赖于浓度。图2给出了 分子量为7 X 105、DS为0.9的CMC(I)的零剪切黏度随 浓度的变化。浓度对溶液黏度的影响类似于分子量。浓 度的升高使链段密度增加，与分子量变化作用相同，通 过分子间作用力的增强使零剪切黏度升髙。通过动态流 变实验，测得在此浓度范围内CMC溶液具有黏弹性。 但当CMC浓度超过2%时，分子链之间发生交联，形成了凝胶。
黏度的升高可降低微粒的沉降速率(由黏径仪测得的 微粒粒径相差不大)，由此定律可知，分子量大的CMC 可以使V。减小，从而使体系稳定性提高。图4为样品 的沉降量和根据Turbiscan软件分析得到的样品在第20d 时的沉降百分比及上层澄清液百分比< 需指出的是，沉 降量是一种粗略的测试方法，Turbiscan的测定相对精 确，也可提供更多的信息。本研究中这两种实验手段得 到的结果是一致的，也与上述分析结果相吻合，即分子 量高的CMC对酸性乳饮料的稳定性好。在实际应用中, 为了使产品具有爽滑的口感、不过于稠厚.需要将CMC 的分子量控制在一定范围内，并非越大越好。
CMC分子的取代度对其水溶液的黏度有影响，取 代度高的CMC的水溶液黏度相对较高。实验中以取代 度不同而分于量相同的CMC(CMC(II), CMC(III)、CMC (IV))为稳定剂，得到的AMD黏度基本相同，无明显差 别，这是因为CMC的添加量仅为0.4%,取代度对黏度 的影响比较小。对这三种添加CMC的AMD进行粒径 测量，发现以取代度大的CMC为稳定剂的AMD的微 粒粒径相对较小，但差别不大(如图5所示)。最终对样 品进行稳定性分析.将用Turbiscan分析的20d时的沉 降及上清液量的百分比列于图5中。可以看出随CMC取 代度的增加，沉降量变化不大，但上清液量逐渐减小. 这表明，将取代度高的CMC用于AMD中体系的稳定 性稍好^ AMD的pH值为4.0,其中的酪蛋白胶粒处于 等电点(pl=4.6)以下，故其表面所带净电荷为正，能与 加入的CMC发生静电吸附。吸附的CMC在酪蛋白胶粒 表面可产生静电排斥和空间位阻作用，从而使酪蛋白胶 体稳定，不发生聚集当CMC的取代度高时，所 带电荷密度大.更易于与酩蛋白发生吸附，使得体系稳定。
作为稳定剂，以不同的添加量用于AMD 中，浓度在〇~〇.6%范围内，所测得的样品的沉降量 列于图6中。由图6可以看到，当AMD中不添加CMC 时，沉降量很高，酪蛋白发生聚集，体系完全失稳。 而加入的CMC浓度很低，为0.05%时，沉降量反而 升高，这是因为发生了架桥絮凝所加入的CMC 不足以覆盖酪蛋白胶粒表面。在这种情况下，一个 CMC分子可能连接两个或以上的酪蛋白颗粒，从而促 进了聚集的发生，使沉降量升高》若提高CMC的添 加量，沉降量则不断降低i当CMC的含量达到0.3% 后，随CMC浓度的增加，沉降量没有显著改变。由 此可以推测CMC在酪蛋白上的吸附存在一个临界吸附 量，当达到这个浓度后体系可趋于稳定。图7为AMD 的Brookfield黏度随CMC浓度的变化在0.3%以下， 体系是不稳定的，制得的样品已经发生了相分离的分 层现象；在CMC的浓度达到0.3%以上，随浓度的升 高，AMD的黏度也随之明显增加《 WTurbiscan的分 析以及长时间放置后的宏观观察可以看出，含CMC浓度高的AMD稳定性相对较髙。由此也可以看出，除 吸附的CMC提供了静电排斥和空间位阻作用外，其余 CMC的增稠性，对体系的稳定也有贡献。在实际应用 中，考虑到成本和口感等因素，CMC的浓度需要控制 在一定范围内。
CMC溶液一般具有假塑性，黏度随剪切速率的增 加而降低。分子的结构参数的变化会对CMC溶液的流 变性质产生影响：分子量增加使溶液的零剪切黏度升 髙；取代度高的CMC流体力学体积较大，黏度比取代 度低时相对升高CMC溶液的黏度随浓度的增加而升 髙，当浓度增加到一定值时，分子链相互贯穿缠结， 开始形成凝胶，此浓度与分子量相关。CMC用于酸性乳饮料中作为稳定剂时，分子量 大、取代度高的CMC稳定效果较好，其中分子量的影 响较大。酸性乳饮料的稳定性随加入的CMC的浓度而 变化，当CMC的浓度过低时会产生架桥絮凝，加速蛋 白质的凝聚，使体系分层失稳，当浓度达到一定值时， 体系开始稳定，CMC浓度髙时体系黏度大*稳定作用 好。将CMC用于生产中时，需要同时考虑成本、产 品口味和稳定效果来选用合适品质的CMC。