羧甲基纖維素化學結構對乳蛋白穩定性造成的影響研究

范偉

摘 要：制備了羧甲基纖維素CMCm與CMCe兩種穩定劑。接受測試分析，對兩種穩定劑對乳液蛋白的穩定性構成的影響進行了集中分析。觀察乳液形態得出，在乳液蛋白中添加CMCm，其間的網路形狀均勻且持續，而將CMCe添加進乳液體系中，存有明顯的網絡不足，蛋白出現了集聚。使用了核磁共振測試，比較并探究了CMCm的-CH2 COO-基團與CMCe的-CH2 COO-基團的分布。通過研究得出，分別制備了CMCm、CMCe，前者C-6位羥基具有較高程度的羧甲基化，然而C-2位上羥基具有較高程度的羧甲基化。

關鍵詞：羧甲基纖維素；乳蛋白；穩定性

國內產的CMC產品的品種、質量與國內市場需求不相符，所以，CMC制備技術非常必要[1]。利用各種程度的羧甲基化改性，經過制備獲得羧甲基纖維素（CMC），測試各種應用在各類產物性能[2]。獲得取代度DS合格的CMCm，集中分析了其穩定性和形態結構。并將與低浴比乙醇介質體系應用其中，得到具有相同取代程度的CMCe，針對兩者的化學結構與應用效果，做出了對比性分析。利用了分析測試手段，對兩種產品和它們對乳液穩定性的內層關系作出探究，嘗試性解決乳制品存有的安全問題。

1 CMC樣品制備

現階段羧甲基纖維素共分為兩種生產方法，一種是水媒法，另一種為溶媒法[3]。首先是堿化反應，Cell-OH+NaOH→Cell·O-Na++H2O（1）；其次是堿纖維素，ClCH2COOH+NaOH→ClCH2COONa+H2O；最后是Cell·O-Na++ClCH2COO-→Cell-OCH2COO-Na（3）。實驗用CMCe是反應介質，低浴比乙醇/水溶劑體系，配置比例為3：1；CMCm為異丙醇/乙醇/水溶劑體系，按照了14：1的高浴比，使用醚化方式與分步加堿化方式進行制備。

2 CMC樣品性能測試

（1）耐酸、耐鹽性。（2）核磁共振測試。（3）沉淀率測試。持續10分鐘離心，速度為3000r/min，靜置沉淀，測定。（4）牛奶膠粒實驗。（5）掃描電鏡分析。制備成烘干樣，實施電鏡掃描。（6）穩定性分析。選取制備的乳飲料，置于穩定性分析儀中，實施掃描。

在以上條件下，獲得CMCe與CMCm，其取代度為0.98。由此，保持粘度級別不變，相比CMCe的耐高溫酸粘比、酸粘比，CMCm是較高的。CMCe干粉樣品短小且粒徑大；CMCm更為密實，粒徑更細長。兩者的聚集態結構存有不同，這和工藝差別、溶劑環境有一定關系。

3 CMC樣品核磁譜共振譜圖分析

各取代度樣品具有相似的譜圖外形。質子峰、特征峰、質子共振峰、4個尖銳強峰，由低至高場分別為C6、C2-β、C2-α、C3。羥基的羧甲基化峰。由上述信息獲得取代度及其分布。CMCe與CMCm有所不同，在纖維素葡萄糖環上，陰離子基團-CH2COO-Na+的2，3，6位分布不相同，CMCe2位上的-CH2COO-Na+具有最大的取代度，分布情況各為C3

4 各介質制成的CMC如何影響乳液蛋白穩定性

（1）離心分離分析。離心測試乳飲料。CMCm在0.75-1.00范圍的取代度可在乳飲料中作為穩定劑使用，相比CMCe，其沉淀率較低。具有相似度的CMCm，相比CMCe，其耐高溫酸粘比與酸粘比是較高的，離心沉淀率不斷變低的同時，也就是穩定性越來越好時，則乳飲料產品具有較長的貨架期。

（2）掃描電鏡分析。掃描電鏡中添加由不同介質生成的CMC的乳液樣品，CMCm的奶樣樣品的網絡結構均勻且持續，CMCe的奶樣樣品，并不具有持續的蛋白結構分布，產生嚴重的凝結結構。做靜置試驗獲知，相比CMCm的奶樣樣品，CMCe的奶樣樣品出現的浮油沉淀時間較早，早了20天。

（3）穩定性分析儀測試分析。CMCe與CMCm的取代度為0.98，應用于乳液穩定中，用作穩定劑，由穩定性出發，對期圖譜結果做出分析得出，如果穩定性較好，則CMCm譜圖中橫向陰影區域出現平行的線條；CMCe的譜圖中橫向陰影區域則表現出相反的情況，從中可見，CMCe不適宜用作乳飲料中，其穩定性欠佳。

（4）穩定性影響機理。在乳液中，酪蛋白是一種充足的蛋白質，其乳蛋白的含量較高。包括多種類型。通過非共價鍵的形式，結合特定數目的膠束磷酸鈣，生成蛋白質聚合體，存在于乳液中，且比較穩定。酪蛋白膠粒為一類酪蛋白分子，結合磷酸鈣纏而生成微粒。磷酸鈣遍及于膠粒中，多肽鏈借助微簇結構相互連接，于低密區生成毛發層結構，其借助電荷產生相互作用，保持酪蛋白粒子的穩定性不變。

當酸堿度保持不變的情況下，乳液酪蛋白膠束中的氨基和氫離子發生反應，生成銨鹽。在氫鍵與鹽鍵作用下，氨基維和CMC的CH2COO-基團產生膠溶。由高浴比而獲得CMCm，C6上-CH2COO-Na+取代度所占比例較大，事實上，C6是伯碳的一種，其上面的-CH2COO-Na+和纖維素主鏈保持較遠的距離，空間位阻并不大，更容易和氨基產生作用，生成的結構穩定，且多，所以，空間網狀結構均勻，且較為緊密；CMC 強化了體系乳化。考慮到多種因素，CMCm應用在乳液中，作為穩定劑，展現出較高的托浮能力，讓乳飲料的穩定性更好。

5 結論

羧甲基纖維素在工業上均有廣泛的用途，所起作用十分重要[4]。（1）因為存在制備差異。對CMCe的結構而言，2位在羧甲基化上是最高的，在6位上，CMCm具有最高的羧甲基化程度[5]。（2）保持浴比工藝較高的條件，異丙醇乙醇混合介質體系的應用，獲得穩定劑CMCm，其乳蛋白托浮能力是比較強的，讓乳飲料的穩定性更可靠。（3）在相同粘度級別上，相比CMCe的耐高溫與酸粘比，CMCm略高，具有良好的穩定性，且沉淀率不高。

參考文獻

[1]李外，趙雄虎，季一輝，等.羧甲基纖維素制備方法及其生產工藝研究進展[J].石油化工，2013（06）：693-702.

[2]段洪濤.羧甲基纖維素化學改性及水性分散體的制備與性能[D].北京理工大學，2015.

[3]李健，劉雅南，劉寧，等.羧甲基纖維素的制備研究及應用現狀[J].食品工業科技，2014（08）：379-382.