羧甲基纖維素鈉對風味發酵乳中脂肪測定的影響

劉芳芳，彭程程，吳 倩，薛敏敏，鄧凌云

湖南省產商品質量檢驗研究院，湖南長沙 410011

0 引言

風味發酵乳是指以80%以上生牛（羊）乳或乳粉為原料，添加其他原料，經殺菌、發酵后pH值降低，添加食品添加劑、營養強化劑、果蔬、谷物等制成的產品[1]。風味發酵乳不僅含有蛋白質、鈣等豐富的營養成分，對生長發育[2]以及免疫系統等[3]具有多種功能性作用[4]，并且還含有各類風味物質[5]，使得口感獨特，因而備受各類消費者喜愛，所占市場比重呈現逐年增長的態勢，且種類也越來越多樣化、功能化[6~8]。目前關于風味發酵乳的研究主要集中在生產工藝的優化[9]、增稠劑的研發[10]、菌種的篩選[11]、安全風險分析[12]及保健功能[13]的開發等。其中，增稠劑的研發一直是風味發酵乳開發中的重要環節[14，15]，直接影響到終產品的口感及品質。常用的增稠劑多為親水膠體，可水化形成膠狀黏稠液體，具有穩定、增稠、乳化等作用，在風味發酵乳的酸性體系中可防止酪蛋白聚集沉淀分層。目前在發酵乳中應用廣泛的增稠劑有羧甲基纖維素鈉（Sodium Carboxymethyl Cellulose，CMC-Na）、果膠、變性淀粉、明膠、可溶性大豆多糖、海藻酸鈉、黃原膠等，其中CMC-Na因其來源廣、價格低廉被廣泛用于食品加工中[16~18]。

CMC-Na是由β-1，4-吡喃葡萄糖殘基組成的直鏈分子，是最主要的離子型纖維素膠，是一種白色或微黃色粉末、粒狀或纖維狀固體，不溶于乙醇、乙醚、丙酮和氯仿等有機溶劑，在水中溶脹時可以形成透明的黏稠膠液，具有增稠、持水、乳化、懸浮等功能特點[19，20]。目前，針對CMC-Na在發酵乳中的研究主要集中在穩定機理、工藝條件、感官品質等方面[21~23]，暫未發現有相關研究探討添加CMC-Na是否對風味發酵乳中主要營養成分的檢測存在影響。宋艷梅等[24]研究顯示，果膠和明膠兩種不同穩定劑的添加對酸奶中脂肪結果的測定可造成一定的差異性，結合日常檢測過程中發現，以CMC-Na作為主要增稠劑的風味發酵乳中脂肪測定結果存在異常，該異常是否由于添加CMC-Na引起值得全面探討與深入分析。因此，本文將通過不同CMC-Na添加量的影響，不同增稠劑種類的影響以及含有不同增稠劑市售產品的脂肪測定三個方面，全面分析討論CMC-Na的添加是否會對風味發酵乳中脂肪的測定產生影響，從而進一步明確CMC-Na在風味發酵乳中的作用機理，完善風味發酵乳多樣性發展中脂肪檢測方法的適用性，確保產品脂肪檢測結果的準確判定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售全脂純牛奶；20 種市售風味發酵乳；白砂糖；發酵菌粉（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌），昆山佰生優生物科技有限公司。

CMC-Na、果膠、羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂、結冷膠、乙酰化淀粉二磷酸酯、黃原膠、明膠、卡拉膠、海藻酸鈉，河南萬邦化工科技有限公司；氨水（分析純）、無水乙醇（分析純）、無水乙醚（分析純）、30~60 ℃石油醚（分析純），國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SI-234電子天平，丹佛儀器北京有限公司；SJ-Ⅱ食品均質器，上海昆蟲科技開發公司；BD115E2生化培養箱，德國賓得Binder；毛式抽脂瓶，合肥市三元化玻儀器有限公司；HWS-28電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學儀器有限公司；DHG-9240A電熱鼓風干燥箱，北京市永光明醫療儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 樣品配制

在脂肪含量為3.91 g/100 g的全脂純牛奶中，分別加入0%、0.1%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%的CMC-Na，配制成CMC-Na含量不同的牛奶樣品。同時，為了對比CMC-Na與其他增稠劑的區別，采用同樣的全脂純牛奶，分別加入1%的果膠、羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂、結冷膠、乙酰化淀粉二磷酸酯、黃原膠、明膠、卡拉膠、海藻酸鈉，配制成濃度水平一致增稠劑種類不同的樣品。再統一加入6%蔗糖，攪拌均勻，將調配好的樣品在30 MPa下均質處理，108 ℃滅菌15 min，取出后冷卻至40~45 ℃待用。

1.3.2 風味發酵乳制備

將上述配制好的牛奶樣品，按1 g/L接種保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌發酵劑凍干粉，充分攪拌混勻后，放入42 ℃恒溫培養箱中發酵8 h，取出后放入4 ℃冰箱貯藏待測。

1.3.3 脂肪的測定

根據國家規定方法《GB 5009.6—2016食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中第三法進行檢測。稱取充分混勻的試樣10 g于抽脂瓶中，加入2.0 mL氨水，充分混勻后于（65±5）℃水浴中加熱20 min，期間不時振蕩，取出后冷卻至室溫。加入10 mL乙醇，緩和混勻，加入25 mL無水乙醚，塞上瓶塞，手動振搖多次，再加入25 mL石油醚，輕輕振搖，靜置30 min至上層液澄清，將上層液倒入已恒重的脂肪收集瓶中，再向抽脂瓶中加入5 mL乙醇、15 mL乙醚、15 mL石油醚，分別進行振搖，如此反復抽提共3 次，將上清液全倒入脂肪收集瓶中。將脂肪收集瓶置于沸水浴上使溶劑蒸發至干，放入（100±5）℃烘箱中干燥1 h，取出后置于干燥器內冷卻0.5 h后稱量，重復以上操作直至恒重。同時做空白試驗，采用10 mL水代替樣品。

1.4 脂肪結果計算

式中：m1為恒重后脂肪收集瓶和脂肪的質量，單位為克（g）；m2為脂肪收集瓶的質量，單位為克（g）；m3為空白試驗中恒重后脂肪收集瓶和抽提物的質量，單位為克（g）；m4為空白試驗中脂肪收集瓶的質量，單位為克（g）；m為樣品的質量，單位為克（g）。

2 結果與分析

2.1 不同CMC-Na含量對風味發酵乳脂肪測定的影響

依據《GB 5009.6—2016食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中第三法堿水解法對CMC-Na含量不同的風味發酵乳進行脂肪測定，脂肪抽提過程中產生不同程度的膠狀物質，如圖1所示。圖中可見未含CMC-Na的對照樣管壁上光滑無附著物，0.10%和0.25%含量的毛式脂肪管壁上有少量細小顆粒狀物質，但從0.50%開始，毛式脂肪管壁上開始呈現膠狀物質，且隨著CMC-Na添加量的增加，膠狀物質越多。

圖1 不同CMC-Na含量的風味發酵乳脂肪抽提現象

通過對CMC-Na含量為0%、0.1%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%的風味發酵乳中脂肪含量進行測定，各脂肪結果如圖2所示。從圖中可知，未添加CMC-Na的發酵乳脂肪含量與發酵前牛奶中脂肪含量一致，均為3.91 g/100g，CMC-Na添加量為0.1 %、0.25%的脂肪檢測結果與未添加的基本持平，分別為3.89 g/100g和3.85 g/100g，無明顯下降趨勢。但當CMC-Na 添加量達到0.5%時，脂肪含量明顯下降，為3.74 g/100 g，比未添加CMCNa的發酵乳下降0.17 g/100 g，而CMC-Na含量為0.75%、1.00%、1.25%的風味發酵乳脂肪結果則分別為3.56 g/100 g、3.39 g/100 g、3.05 g/100 g，差值最高達到0.86 g/100 g。根據《GB 5009.6—2016食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中第三法堿水解法規定，當樣品脂肪含量小于5%時，同一樣品兩次測定結果的絕對差值不應超過0.1 g/100 g，顯然自CMC-Na含量達到0.5%以后，脂肪檢測結果隨著CMC-Na含量的增加而明顯減小，遠超出標準要求范圍。

圖2 不同CMC-Na含量的風味發酵乳脂肪測定結果

綜上可知，當發酵乳中CMC-Na含量越高時，脂肪抽提過程中膠狀物質越多，脂肪測定結果越小，這可能與CMC-Na在發酵乳中起到的穩定作用有關。結合各方面資料報道，一是CMC-Na作為聚陰離子線性高分子，溶解后形成黏稠膠體吸附于酪蛋白表面，通過靜電排斥和空間位阻作用使酪蛋白穩定均勻地分散在乳體系中[25，26]，而乳中脂肪則由酪蛋白包裹以脂肪球的形式存在[27，28]，因此CMC-Na膠體可將蛋白粒子、脂肪球等有機地結合起來，形成一個均勻穩定的體系。二是CMC-Na黏度在pH6~9時最大，pH7時保護膠體性最佳，pH為10或更高時，對黏度影響較小甚至有微小增高現象[29，30]，因此，堿性環境對CMC-Na的化學特性影響極小。此外，CMC-Na不溶于乙醇、乙醚、丙酮和氯仿等有機溶劑[20]，但是，《GB 5009.6—2016食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中第三法堿水解法主要是通過氨水水解脂肪球表面的酪蛋白而釋放出游離脂肪，再由有機試劑提取[28]。綜合上述分析，堿水解環境基本不影響CMC-Na的膠體性及黏度，而CMC-Na又吸附在酪蛋白表面，從而可能導致水解過程中氨水并不能充分水解到脂肪球膜中的酪蛋白，使得脂肪無法得到充分釋放游離，而后續的有機試劑抽提亦無法對CMC-Na膠體產生溶解破壞等影響，因此直接造成脂肪抽提不完全。這也說明了隨著CMC-Na含量越高，膠體覆蓋吸附酪蛋白越全面，有機溶劑抽提過程中不溶的膠狀物質越多，脂肪得到充分水解游離及完全抽提的概率越小，使得測定結果越低。

2.2 不同增稠劑對發酵乳脂肪測定的影響

為了進一步了解CMC-Na影響發酵乳中脂肪測定的特征性，將其與目前常用的增稠劑進行對比。選取應用較多的果膠、羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂、結冷膠、乙酰化淀粉二磷酸酯、黃原膠、明膠、卡拉膠、海藻酸鈉共9種增稠劑，以1%添加量為試驗水平，與上述含CMC-Na發酵乳同步進行試驗，最終得到含有不同增稠劑的風味發酵乳中脂肪測定結果如表1所示。從表中可知，果膠、羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂、乙酰化淀粉二磷酸酯、明膠、卡拉膠、海藻酸鈉共7 種增稠劑對發酵乳中脂肪測定結果基本無影響，基本與對照樣3.91 g/100 g的結果一致，保持在國家標準檢測方法0.1%的允許差值內。但是結冷膠、黃原膠則與CMC-Na一樣，使得發酵乳中檢測結果降低，結冷膠降低差值為0.78%，黃原膠降低差值為0.56%，已遠超過0.1%的標準要求。同時，通過對比各發酵乳脂肪抽提過程的現象圖（圖3），發現含有結冷膠與黃原膠的毛式脂肪管壁上存在膠狀附著物，含有其余增稠劑的抽提管壁上光滑或者只有極少量顆粒狀附著物存在。綜上可知，大部分增稠劑對發酵乳中脂肪的測定結果不產生影響，但存在少數與CMC-Na類似影響的增稠劑，使得脂肪檢測結果偏低，而造成該后果的原因是否是其具有與CMC-Na有相似的化學特性，還是其他偶然因素，則有待對相應增稠劑進行針對性的深入研究。

圖3 含不同增稠劑的風味發酵乳脂肪抽提現象

表1 添加1%不同增稠劑的風味發酵乳中脂肪測定結果

2.3 市售發酵乳中脂肪測定結果分析

抽取20 款市售風味發酵乳產品，對其脂肪含量進行檢測，結果見表2。結果顯示，產品1和2的脂肪檢測結果分別為2.33 g/100g和2.35 g/100g，遠低于標示值2.7 g/100g和3.2 g/100g，并且產品標準《GB 19302—2010 食品安全國家標準 發酵乳》要求風味發酵乳的脂肪含量不得低于2.5 g/100 g，因此產品1和2將被判為不合格產品。產品3號至20號的脂肪檢測結果則與各自標示值接近，且均符合產品標準要求。根據產品包裝信息，編號1-5的產品為同一廠家不同系列產品，其中1號和2號產品均添加有CMCNa，且配料表中排在增稠劑第一位，同一廠家的3至5號產品配料表成分與1號和2號基本一致，僅增稠劑中未添加CMC-Na，以乙酰化淀粉二磷酸酯作為首要增稠劑，同時通過后續廠家提供信息表明，1號和2號產品的脂肪含量符合國家產品標準，應與產品標示值接近。其他廠家的6號至20號產品配料表中亦未顯示添加有CMC-Na做增稠劑，大部分以羥丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化淀粉二磷酸酯、果膠、瓊脂等作為主要增稠劑。綜合該市售產品的檢測結果以及本文2.1及2.2的試驗結果，可初步判定CMC-Na的加入可能造成風味發酵乳脂肪檢測結果偏低，甚至造成產品的不合格判定，但在后續研究中，還應開發相應的檢測方法來充分論證該脂肪檢測結果的偏差性，以排除其他產品因素的影響。

表2 20款市售風味發酵乳中脂肪測定結果 單位：g/100g

3 結論

本文通過三個方面不同角度的對比分析，發現CMC-Na對風味發酵乳中脂肪的測定存在一定影響，主要表現為以下幾點。

（1）CMC-Na的添加量為0.1%和0.25%時對脂肪檢測結果基本無影響，但從0.5%的添加量開始，不僅脂肪抽提過程中管壁出現膠狀物質，且脂肪測定結果開始顯著減小，且隨著添加水平越高，脂肪檢測結果越低。

（2）選取目前應用較多的9 種增稠劑與CMC-Na進行種類間對比，其中果膠、羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂、乙酰化淀粉二磷酸酯、明膠、卡拉膠、海藻酸鈉共7 種增稠劑對發酵乳中脂肪測定結果基本無影響，但結冷膠和黃原膠與CMC-Na情況類似，會使得發酵乳中脂肪檢測結果偏低。

（3）針對市售的20 款風味發酵乳進行脂肪測定，其中含CMC-Na的兩款產品脂肪檢測結果與標示值相差較大，且低于產品標準要求，其余未加CMC-Na的風味發酵乳的脂肪測定結果則與標示值接近。

因此，CMC-Na作為增稠劑加入風味發酵乳中除了要研究其穩定機理、感官品質外，還應考慮其是否會干擾產品成分指標的測定。據報道，CMC-Na作為單一增稠劑時，其最佳添加量為0.4%~0.5%[31，32]，而本研究表明該添加量已開始對脂肪檢測結果產生影響，并且《GB 2760—2014食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》對CMC-Na的用量并未做限量要求，使得部分企業對CMC-Na的用量無明確認識，建議企業在選用增稠劑時，除了考慮其達到效果需求外，還應考慮在現行國家標準下，其添加量是否會對主要指標的檢測產生影響。此外，隨著添加劑市場的快速發展，增稠劑種類日益多樣化，相應的結構特性也日趨復雜，產品主要指標的現行國家檢測方法是否能夠排除相關添加劑的干擾，應進行及時驗證與更新，避免合格產品的誤判，滿足產品多樣化的快速發展。