羧甲基纤维素化学结构对乳蛋白稳定性造成的影响研究

范伟

摘 要：制备了羧甲基纤维素CMCm与CMCe两种稳定剂。接受测试分析，对两种稳定剂对乳液蛋白的稳定性构成的影响进行了集中分析。观察乳液形态得出，在乳液蛋白中添加CMCm，其间的网路形状均匀且持续，而将CMCe添加进乳液体系中，存有明显的网络不足，蛋白出现了集聚。使用了核磁共振测试，比较并探究了CMCm的-CH2 COO-基团与CMCe的-CH2 COO-基团的分布。通过研究得出，分别制备了CMCm、CMCe，前者C-6位羟基具有较高程度的羧甲基化，然而C-2位上羟基具有较高程度的羧甲基化。

关键词：羧甲基纤维素；乳蛋白；稳定性

国内产的CMC产品的品种、质量与国内市场需求不相符，所以，CMC制备技术非常必要[1]。利用各种程度的羧甲基化改性，经过制备获得羧甲基纤维素（CMC），测试各种应用在各类产物性能[2]。获得取代度DS合格的CMCm，集中分析了其稳定性和形态结构。并将与低浴比乙醇介质体系应用其中，得到具有相同取代程度的CMCe，针对两者的化学结构与应用效果，做出了对比性分析。利用了分析测试手段，对两种产品和它们对乳液稳定性的内层关系作出探究，尝试性解决乳制品存有的安全问题。

1 CMC样品制备

现阶段羧甲基纤维素共分为两种生产方法，一种是水媒法，另一种为溶媒法[3]。首先是碱化反应，Cell-OH+NaOH→Cell·O-Na++H2O（1）；其次是碱纤维素，ClCH2COOH+NaOH→ClCH2COONa+H2O；最后是Cell·O-Na++ClCH2COO-→Cell-OCH2COO-Na（3）。實验用CMCe是反应介质，低浴比乙醇/水溶剂体系，配置比例为3：1；CMCm为异丙醇/乙醇/水溶剂体系，按照了14：1的高浴比，使用醚化方式与分步加碱化方式进行制备。

2 CMC样品性能测试

（1）耐酸、耐盐性。（2）核磁共振测试。（3）沉淀率测试。持续10分钟离心，速度为3000r/min，静置沉淀，测定。（4）牛奶胶粒实验。（5）扫描电镜分析。制备成烘干样，实施电镜扫描。（6）稳定性分析。选取制备的乳饮料，置于稳定性分析仪中，实施扫描。

在以上条件下，获得CMCe与CMCm，其取代度为0.98。由此，保持粘度级别不变，相比CMCe的耐高温酸粘比、酸粘比，CMCm是较高的。CMCe干粉样品短小且粒径大；CMCm更为密实，粒径更细长。两者的聚集态结构存有不同，这和工艺差别、溶剂环境有一定关系。

3 CMC样品核磁谱共振谱图分析

各取代度样品具有相似的谱图外形。质子峰、特征峰、质子共振峰、4个尖锐强峰，由低至高场分别为C6、C2-β、C2-α、C3。羟基的羧甲基化峰。由上述信息获得取代度及其分布。CMCe与CMCm有所不同，在纤维素葡萄糖环上，阴离子基团-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，分布情况各为C3

4 各介质制成的CMC如何影响乳液蛋白稳定性

（1）离心分离分析。离心测试乳饮料。CMCm在0.75-1.00范围的取代度可在乳饮料中作为稳定剂使用，相比CMCe，其沉淀率较低。具有相似度的CMCm，相比CMCe，其耐高温酸粘比与酸粘比是较高的，离心沉淀率不断变低的同时，也就是稳定性越来越好时，则乳饮料产品具有较长的货架期。

（2）扫描电镜分析。扫描电镜中添加由不同介质生成的CMC的乳液样品，CMCm的奶样样品的网络结构均匀且持续，CMCe的奶样样品，并不具有持续的蛋白结构分布，产生严重的凝结结构。做静置试验获知，相比CMCm的奶样样品，CMCe的奶样样品出现的浮油沉淀时间较早，早了20天。

（3）稳定性分析仪测试分析。CMCe与CMCm的取代度为0.98，应用于乳液稳定中，用作稳定剂，由稳定性出发，对期图谱结果做出分析得出，如果稳定性较好，则CMCm谱图中横向阴影区域出现平行的线条；CMCe的谱图中横向阴影区域则表现出相反的情况，从中可见，CMCe不适宜用作乳饮料中，其稳定性欠佳。

（4）稳定性影响机理。在乳液中，酪蛋白是一种充足的蛋白质，其乳蛋白的含量较高。包括多种类型。通过非共价键的形式，结合特定数目的胶束磷酸钙，生成蛋白质聚合体，存在于乳液中，且比较稳定。酪蛋白胶粒为一类酪蛋白分子，结合磷酸钙缠而生成微粒。磷酸钙遍及于胶粒中，多肽链借助微簇结构相互连接，于低密区生成毛发层结构，其借助电荷产生相互作用，保持酪蛋白粒子的稳定性不变。

当酸碱度保持不变的情况下，乳液酪蛋白胶束中的氨基和氢离子发生反应，生成铵盐。在氢键与盐键作用下，氨基维和CMC的CH2COO-基团产生胶溶。由高浴比而获得CMCm，C6上-CH2COO-Na+取代度所占比例较大，事实上，C6是伯碳的一种，其上面的-CH2COO-Na+和纤维素主链保持较远的距离，空间位阻并不大，更容易和氨基产生作用，生成的结构稳定，且多，所以，空间网状结构均匀，且较为紧密；CMC 强化了体系乳化。考虑到多种因素，CMCm应用在乳液中，作为稳定剂，展现出较高的托浮能力，让乳饮料的稳定性更好。

5 结论

羧甲基纤维素在工业上均有广泛的用途，所起作用十分重要[4]。（1）因为存在制备差异。对CMCe的结构而言，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）保持浴比工艺较高的条件，异丙醇乙醇混合介质体系的应用，获得稳定剂CMCm，其乳蛋白托浮能力是比较强的，让乳饮料的稳定性更可靠。（3）在相同粘度级别上，相比CMCe的耐高温与酸粘比，CMCm略高，具有良好的稳定性，且沉淀率不高。

参考文献

[1]李外，赵雄虎，季一辉，等.羧甲基纤维素制备方法及其生产工艺研究进展[J].石油化工，2013（06）：693-702.

[2]段洪涛.羧甲基纤维素化学改性及水性分散体的制备与性能[D].北京理工大学，2015.

[3]李健，刘雅南，刘宁，等.羧甲基纤维素的制备研究及应用现状[J].食品工业科技，2014（08）：379-382.