羧甲基纤维素钠对风味发酵乳中脂肪测定的影响

刘芳芳，彭程程，吴 倩，薛敏敏，邓凌云

湖南省产商品质量检验研究院，湖南长沙 410011

0 引言

风味发酵乳是指以80%以上生牛（羊）乳或乳粉为原料，添加其他原料，经杀菌、发酵后pH值降低，添加食品添加剂、营养强化剂、果蔬、谷物等制成的产品[1]。风味发酵乳不仅含有蛋白质、钙等丰富的营养成分，对生长发育[2]以及免疫系统等[3]具有多种功能性作用[4]，并且还含有各类风味物质[5]，使得口感独特，因而备受各类消费者喜爱，所占市场比重呈现逐年增长的态势，且种类也越来越多样化、功能化[6~8]。目前关于风味发酵乳的研究主要集中在生产工艺的优化[9]、增稠剂的研发[10]、菌种的筛选[11]、安全风险分析[12]及保健功能[13]的开发等。其中，增稠剂的研发一直是风味发酵乳开发中的重要环节[14，15]，直接影响到终产品的口感及品质。常用的增稠剂多为亲水胶体，可水化形成胶状黏稠液体，具有稳定、增稠、乳化等作用，在风味发酵乳的酸性体系中可防止酪蛋白聚集沉淀分层。目前在发酵乳中应用广泛的增稠剂有羧甲基纤维素钠（Sodium Carboxymethyl Cellulose，CMC-Na）、果胶、变性淀粉、明胶、可溶性大豆多糖、海藻酸钠、黄原胶等，其中CMC-Na因其来源广、价格低廉被广泛用于食品加工中[16~18]。

CMC-Na是由β-1，4-吡喃葡萄糖残基组成的直链分子，是最主要的离子型纤维素胶，是一种白色或微黄色粉末、粒状或纤维状固体，不溶于乙醇、乙醚、丙酮和氯仿等有机溶剂，在水中溶胀时可以形成透明的黏稠胶液，具有增稠、持水、乳化、悬浮等功能特点[19，20]。目前，针对CMC-Na在发酵乳中的研究主要集中在稳定机理、工艺条件、感官品质等方面[21~23]，暂未发现有相关研究探讨添加CMC-Na是否对风味发酵乳中主要营养成分的检测存在影响。宋艳梅等[24]研究显示，果胶和明胶两种不同稳定剂的添加对酸奶中脂肪结果的测定可造成一定的差异性，结合日常检测过程中发现，以CMC-Na作为主要增稠剂的风味发酵乳中脂肪测定结果存在异常，该异常是否由于添加CMC-Na引起值得全面探讨与深入分析。因此，本文将通过不同CMC-Na添加量的影响，不同增稠剂种类的影响以及含有不同增稠剂市售产品的脂肪测定三个方面，全面分析讨论CMC-Na的添加是否会对风味发酵乳中脂肪的测定产生影响，从而进一步明确CMC-Na在风味发酵乳中的作用机理，完善风味发酵乳多样性发展中脂肪检测方法的适用性，确保产品脂肪检测结果的准确判定。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

市售全脂纯牛奶；20 种市售风味发酵乳；白砂糖；发酵菌粉（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌），昆山佰生优生物科技有限公司。

CMC-Na、果胶、羟丙基二淀粉磷酸酯、琼脂、结冷胶、乙酰化淀粉二磷酸酯、黄原胶、明胶、卡拉胶、海藻酸钠，河南万邦化工科技有限公司；氨水（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、无水乙醚（分析纯）、30~60 ℃石油醚（分析纯），国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

SI-234电子天平，丹佛仪器北京有限公司；SJ-Ⅱ食品均质器，上海昆虫科技开发公司；BD115E2生化培养箱，德国宾得Binder；毛式抽脂瓶，合肥市三元化玻仪器有限公司；HWS-28电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；DHG-9240A电热鼓风干燥箱，北京市永光明医疗仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 样品配制

在脂肪含量为3.91 g/100 g的全脂纯牛奶中，分别加入0%、0.1%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%的CMC-Na，配制成CMC-Na含量不同的牛奶样品。同时，为了对比CMC-Na与其他增稠剂的区别，采用同样的全脂纯牛奶，分别加入1%的果胶、羟丙基二淀粉磷酸酯、琼脂、结冷胶、乙酰化淀粉二磷酸酯、黄原胶、明胶、卡拉胶、海藻酸钠，配制成浓度水平一致增稠剂种类不同的样品。再统一加入6%蔗糖，搅拌均匀，将调配好的样品在30 MPa下均质处理，108 ℃灭菌15 min，取出后冷却至40~45 ℃待用。

1.3.2 风味发酵乳制备

将上述配制好的牛奶样品，按1 g/L接种保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌发酵剂冻干粉，充分搅拌混匀后，放入42 ℃恒温培养箱中发酵8 h，取出后放入4 ℃冰箱贮藏待测。

1.3.3 脂肪的测定

根据国家规定方法《GB 5009.6—2016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中第三法进行检测。称取充分混匀的试样10 g于抽脂瓶中，加入2.0 mL氨水，充分混匀后于（65±5）℃水浴中加热20 min，期间不时振荡，取出后冷却至室温。加入10 mL乙醇，缓和混匀，加入25 mL无水乙醚，塞上瓶塞，手动振摇多次，再加入25 mL石油醚，轻轻振摇，静置30 min至上层液澄清，将上层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，分别进行振摇，如此反复抽提共3 次，将上清液全倒入脂肪收集瓶中。将脂肪收集瓶置于沸水浴上使溶剂蒸发至干，放入（100±5）℃烘箱中干燥1 h，取出后置于干燥器内冷却0.5 h后称量，重复以上操作直至恒重。同时做空白试验，采用10 mL水代替样品。

1.4 脂肪结果计算

式中：m1为恒重后脂肪收集瓶和脂肪的质量，单位为克（g）；m2为脂肪收集瓶的质量，单位为克（g）；m3为空白试验中恒重后脂肪收集瓶和抽提物的质量，单位为克（g）；m4为空白试验中脂肪收集瓶的质量，单位为克（g）；m为样品的质量，单位为克（g）。

2 结果与分析

2.1 不同CMC-Na含量对风味发酵乳脂肪测定的影响

依据《GB 5009.6—2016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中第三法碱水解法对CMC-Na含量不同的风味发酵乳进行脂肪测定，脂肪抽提过程中产生不同程度的胶状物质，如图1所示。图中可见未含CMC-Na的对照样管壁上光滑无附着物，0.10%和0.25%含量的毛式脂肪管壁上有少量细小颗粒状物质，但从0.50%开始，毛式脂肪管壁上开始呈现胶状物质，且随着CMC-Na添加量的增加，胶状物质越多。

图1 不同CMC-Na含量的风味发酵乳脂肪抽提现象

通过对CMC-Na含量为0%、0.1%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%的风味发酵乳中脂肪含量进行测定，各脂肪结果如图2所示。从图中可知，未添加CMC-Na的发酵乳脂肪含量与发酵前牛奶中脂肪含量一致，均为3.91 g/100g，CMC-Na添加量为0.1 %、0.25%的脂肪检测结果与未添加的基本持平，分别为3.89 g/100g和3.85 g/100g，无明显下降趋势。但当CMC-Na 添加量达到0.5%时，脂肪含量明显下降，为3.74 g/100 g，比未添加CMCNa的发酵乳下降0.17 g/100 g，而CMC-Na含量为0.75%、1.00%、1.25%的风味发酵乳脂肪结果则分别为3.56 g/100 g、3.39 g/100 g、3.05 g/100 g，差值最高达到0.86 g/100 g。根据《GB 5009.6—2016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中第三法碱水解法规定，当样品脂肪含量小于5%时，同一样品两次测定结果的绝对差值不应超过0.1 g/100 g，显然自CMC-Na含量达到0.5%以后，脂肪检测结果随着CMC-Na含量的增加而明显减小，远超出标准要求范围。

图2 不同CMC-Na含量的风味发酵乳脂肪测定结果

综上可知，当发酵乳中CMC-Na含量越高时，脂肪抽提过程中胶状物质越多，脂肪测定结果越小，这可能与CMC-Na在发酵乳中起到的稳定作用有关。结合各方面资料报道，一是CMC-Na作为聚阴离子线性高分子，溶解后形成黏稠胶体吸附于酪蛋白表面，通过静电排斥和空间位阻作用使酪蛋白稳定均匀地分散在乳体系中[25，26]，而乳中脂肪则由酪蛋白包裹以脂肪球的形式存在[27，28]，因此CMC-Na胶体可将蛋白粒子、脂肪球等有机地结合起来，形成一个均匀稳定的体系。二是CMC-Na黏度在pH6~9时最大，pH7时保护胶体性最佳，pH为10或更高时，对黏度影响较小甚至有微小增高现象[29，30]，因此，碱性环境对CMC-Na的化学特性影响极小。此外，CMC-Na不溶于乙醇、乙醚、丙酮和氯仿等有机溶剂[20]，但是，《GB 5009.6—2016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中第三法碱水解法主要是通过氨水水解脂肪球表面的酪蛋白而释放出游离脂肪，再由有机试剂提取[28]。综合上述分析，碱水解环境基本不影响CMC-Na的胶体性及黏度，而CMC-Na又吸附在酪蛋白表面，从而可能导致水解过程中氨水并不能充分水解到脂肪球膜中的酪蛋白，使得脂肪无法得到充分释放游离，而后续的有机试剂抽提亦无法对CMC-Na胶体产生溶解破坏等影响，因此直接造成脂肪抽提不完全。这也说明了随着CMC-Na含量越高，胶体覆盖吸附酪蛋白越全面，有机溶剂抽提过程中不溶的胶状物质越多，脂肪得到充分水解游离及完全抽提的概率越小，使得测定结果越低。

2.2 不同增稠剂对发酵乳脂肪测定的影响

为了进一步了解CMC-Na影响发酵乳中脂肪测定的特征性，将其与目前常用的增稠剂进行对比。选取应用较多的果胶、羟丙基二淀粉磷酸酯、琼脂、结冷胶、乙酰化淀粉二磷酸酯、黄原胶、明胶、卡拉胶、海藻酸钠共9种增稠剂，以1%添加量为试验水平，与上述含CMC-Na发酵乳同步进行试验，最终得到含有不同增稠剂的风味发酵乳中脂肪测定结果如表1所示。从表中可知，果胶、羟丙基二淀粉磷酸酯、琼脂、乙酰化淀粉二磷酸酯、明胶、卡拉胶、海藻酸钠共7 种增稠剂对发酵乳中脂肪测定结果基本无影响，基本与对照样3.91 g/100 g的结果一致，保持在国家标准检测方法0.1%的允许差值内。但是结冷胶、黄原胶则与CMC-Na一样，使得发酵乳中检测结果降低，结冷胶降低差值为0.78%，黄原胶降低差值为0.56%，已远超过0.1%的标准要求。同时，通过对比各发酵乳脂肪抽提过程的现象图（图3），发现含有结冷胶与黄原胶的毛式脂肪管壁上存在胶状附着物，含有其余增稠剂的抽提管壁上光滑或者只有极少量颗粒状附着物存在。综上可知，大部分增稠剂对发酵乳中脂肪的测定结果不产生影响，但存在少数与CMC-Na类似影响的增稠剂，使得脂肪检测结果偏低，而造成该后果的原因是否是其具有与CMC-Na有相似的化学特性，还是其他偶然因素，则有待对相应增稠剂进行针对性的深入研究。

图3 含不同增稠剂的风味发酵乳脂肪抽提现象

表1 添加1%不同增稠剂的风味发酵乳中脂肪测定结果

2.3 市售发酵乳中脂肪测定结果分析

抽取20 款市售风味发酵乳产品，对其脂肪含量进行检测，结果见表2。结果显示，产品1和2的脂肪检测结果分别为2.33 g/100g和2.35 g/100g，远低于标示值2.7 g/100g和3.2 g/100g，并且产品标准《GB 19302—2010 食品安全国家标准 发酵乳》要求风味发酵乳的脂肪含量不得低于2.5 g/100 g，因此产品1和2将被判为不合格产品。产品3号至20号的脂肪检测结果则与各自标示值接近，且均符合产品标准要求。根据产品包装信息，编号1-5的产品为同一厂家不同系列产品，其中1号和2号产品均添加有CMCNa，且配料表中排在增稠剂第一位，同一厂家的3至5号产品配料表成分与1号和2号基本一致，仅增稠剂中未添加CMC-Na，以乙酰化淀粉二磷酸酯作为首要增稠剂，同时通过后续厂家提供信息表明，1号和2号产品的脂肪含量符合国家产品标准，应与产品标示值接近。其他厂家的6号至20号产品配料表中亦未显示添加有CMC-Na做增稠剂，大部分以羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化淀粉二磷酸酯、果胶、琼脂等作为主要增稠剂。综合该市售产品的检测结果以及本文2.1及2.2的试验结果，可初步判定CMC-Na的加入可能造成风味发酵乳脂肪检测结果偏低，甚至造成产品的不合格判定，但在后续研究中，还应开发相应的检测方法来充分论证该脂肪检测结果的偏差性，以排除其他产品因素的影响。

表2 20款市售风味发酵乳中脂肪测定结果 单位：g/100g

3 结论

本文通过三个方面不同角度的对比分析，发现CMC-Na对风味发酵乳中脂肪的测定存在一定影响，主要表现为以下几点。

（1）CMC-Na的添加量为0.1%和0.25%时对脂肪检测结果基本无影响，但从0.5%的添加量开始，不仅脂肪抽提过程中管壁出现胶状物质，且脂肪测定结果开始显著减小，且随着添加水平越高，脂肪检测结果越低。

（2）选取目前应用较多的9 种增稠剂与CMC-Na进行种类间对比，其中果胶、羟丙基二淀粉磷酸酯、琼脂、乙酰化淀粉二磷酸酯、明胶、卡拉胶、海藻酸钠共7 种增稠剂对发酵乳中脂肪测定结果基本无影响，但结冷胶和黄原胶与CMC-Na情况类似，会使得发酵乳中脂肪检测结果偏低。

（3）针对市售的20 款风味发酵乳进行脂肪测定，其中含CMC-Na的两款产品脂肪检测结果与标示值相差较大，且低于产品标准要求，其余未加CMC-Na的风味发酵乳的脂肪测定结果则与标示值接近。

因此，CMC-Na作为增稠剂加入风味发酵乳中除了要研究其稳定机理、感官品质外，还应考虑其是否会干扰产品成分指标的测定。据报道，CMC-Na作为单一增稠剂时，其最佳添加量为0.4%~0.5%[31，32]，而本研究表明该添加量已开始对脂肪检测结果产生影响，并且《GB 2760—2014食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》对CMC-Na的用量并未做限量要求，使得部分企业对CMC-Na的用量无明确认识，建议企业在选用增稠剂时，除了考虑其达到效果需求外，还应考虑在现行国家标准下，其添加量是否会对主要指标的检测产生影响。此外，随着添加剂市场的快速发展，增稠剂种类日益多样化，相应的结构特性也日趋复杂，产品主要指标的现行国家检测方法是否能够排除相关添加剂的干扰，应进行及时验证与更新，避免合格产品的误判，满足产品多样化的快速发展。