羧甲基纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)乳蛋白穩(wěn)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(wěn)定劑。接受測(cè)試分析，對(duì)兩種穩(wěn)定劑對(duì)乳液蛋白的穩(wěn)定性構(gòu)成的影響進(jìn)行了集中分析。觀察乳液形態(tài)得出，在乳液蛋白中添加CMCm，其間的網(wǎng)路形狀均勻且持續(xù)，而將CMCe添加進(jìn)乳液體系中，存有明顯的網(wǎng)絡(luò)不足，蛋白出現(xiàn)了集聚。使用了核磁共振測(cè)試，比較并探究了CMCm的-CH2 COO-基團(tuán)與CMCe的-CH2 COO-基團(tuán)的分布。通過(guò)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(guān)鍵詞：羧甲基纖維素；乳蛋白；穩(wěn)定性

國(guó)內(nèi)產(chǎn)的CMC產(chǎn)品的品種、質(zhì)量與國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求不相符，所以，CMC制備技術(shù)非常必要[1]。利用各種程度的羧甲基化改性，經(jīng)過(guò)制備獲得羧甲基纖維素（CMC），測(cè)試各種應(yīng)用在各類產(chǎn)物性能[2]。獲得取代度DS合格的CMCm，集中分析了其穩(wěn)定性和形態(tài)結(jié)構(gòu)。并將與低浴比乙醇介質(zhì)體系應(yīng)用其中，得到具有相同取代程度的CMCe，針對(duì)兩者的化學(xué)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用效果，做出了對(duì)比性分析。利用了分析測(cè)試手段，對(duì)兩種產(chǎn)品和它們對(duì)乳液穩(wěn)定性的內(nèi)層關(guān)系作出探究，嘗試性解決乳制品存有的安全問(wèn)題。

1 CMC樣品制備

現(xiàn)階段羧甲基纖維素共分為兩種生產(chǎn)方法，一種是水媒法，另一種為溶媒法[3]。首先是堿化反應(yīng)，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(shí)驗(yàn)用CMCe是反應(yīng)介質(zhì)，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(jìn)行制備。

2 CMC樣品性能測(cè)試

（1）耐酸、耐鹽性。（2）核磁共振測(cè)試。（3）沉淀率測(cè)試。持續(xù)10分鐘離心，速度為3000r/min，靜置沉淀，測(cè)定。（4）牛奶膠粒實(shí)驗(yàn)。（5）掃描電鏡分析。制備成烘干樣，實(shí)施電鏡掃描。（6）穩(wěn)定性分析。選取制備的乳飲料，置于穩(wěn)定性分析儀中，實(shí)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(jí)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(shí)，粒徑更細(xì)長(zhǎng)。兩者的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)存有不同，這和工藝差別、溶劑環(huán)境有一定關(guān)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(zhì)子峰、特征峰、質(zhì)子共振峰、4個(gè)尖銳強(qiáng)峰，由低至高場(chǎng)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(huán)上，陰離子基團(tuán)-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(zhì)制成的CMC如何影響乳液蛋白穩(wěn)定性

（1）離心分離分析。離心測(cè)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(wěn)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(shí)，也就是穩(wěn)定性越來(lái)越好時(shí)，則乳飲料產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的貨架期。

（2）掃描電鏡分析。掃描電鏡中添加由不同介質(zhì)生成的CMC的乳液樣品，CMCm的奶樣樣品的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻且持續(xù)，CMCe的奶樣樣品，并不具有持續(xù)的蛋白結(jié)構(gòu)分布，產(chǎn)生嚴(yán)重的凝結(jié)結(jié)構(gòu)。做靜置試驗(yàn)獲知，相比CMCm的奶樣樣品，CMCe的奶樣樣品出現(xiàn)的浮油沉淀時(shí)間較早，早了20天。

（3）穩(wěn)定性分析儀測(cè)試分析。CMCe與CMCm的取代度為0.98，應(yīng)用于乳液穩(wěn)定中，用作穩(wěn)定劑，由穩(wěn)定性出發(fā)，對(duì)期圖譜結(jié)果做出分析得出，如果穩(wěn)定性較好，則CMCm譜圖中橫向陰影區(qū)域出現(xiàn)平行的線條；CMCe的譜圖中橫向陰影區(qū)域則表現(xiàn)出相反的情況，從中可見(jiàn)，CMCe不適宜用作乳飲料中，其穩(wěn)定性欠佳。

（4）穩(wěn)定性影響機(jī)理。在乳液中，酪蛋白是一種充足的蛋白質(zhì)，其乳蛋白的含量較高。包括多種類型。通過(guò)非共價(jià)鍵的形式，結(jié)合特定數(shù)目的膠束磷酸鈣，生成蛋白質(zhì)聚合體，存在于乳液中，且比較穩(wěn)定。酪蛋白膠粒為一類酪蛋白分子，結(jié)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(jié)構(gòu)相互連接，于低密區(qū)生成毛發(fā)層結(jié)構(gòu)，其借助電荷產(chǎn)生相互作用，保持酪蛋白粒子的穩(wěn)定性不變。

當(dāng)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(fā)生反應(yīng)，生成銨鹽。在氫鍵與鹽鍵作用下，氨基維和CMC的CH2COO-基團(tuán)產(chǎn)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(shí)上，C6是伯碳的一種，其上面的-CH2COO-Na+和纖維素主鏈保持較遠(yuǎn)的距離，空間位阻并不大，更容易和氨基產(chǎn)生作用，生成的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且多，所以，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)均勻，且較為緊密；CMC 強(qiáng)化了體系乳化。考慮到多種因素，CMCm應(yīng)用在乳液中，作為穩(wěn)定劑，展現(xiàn)出較高的托浮能力，讓乳飲料的穩(wěn)定性更好。

5 結(jié)論

羧甲基纖維素在工業(yè)上均有廣泛的用途，所起作用十分重要[4]。（1）因?yàn)榇嬖谥苽洳町悺?duì)CMCe的結(jié)構(gòu)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(zhì)體系的應(yīng)用，獲得穩(wěn)定劑CMCm，其乳蛋白托浮能力是比較強(qiáng)的，讓乳飲料的穩(wěn)定性更可靠。（3）在相同粘度級(jí)別上，相比CMCe的耐高溫與酸粘比，CMCm略高，具有良好的穩(wěn)定性，且沉淀率不高。

參考文獻(xiàn)

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

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

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