1、前言
羧甲基纤维素钠（SCMC）是天然纤维素经过化学反应而得到的一种具有醚结构的纤维素衍生物.
SCMC因无嗅无味，具有增稠、乳化、悬浮、保护胶体等作用，并对人体无生理毒性，而被广泛应用于食品行业中。近几年来，由于各种功能性饮料的开发，特别是保健、风味独特的酸奶的问世，食品级SCMC更是得到了广泛地应用。但是，目前市场上酸奶存在不少的质量问题，稳定性差是酸奶最严重的质量问题，酸奶放置2-3个月便出现沉淀，严重地影响了酸奶的保质期。
酸奶的稳定性受到多方面的影响，如配方中的酸加量、稳定剂的种类及其内在质量、蛋白质含量、原辅材料质量和生产工艺等因素都对酸奶稳定性有较大影响，本文侧重从SCMC的角度来探讨提高酸奶的稳定性。
2          SCMC的合成
2.1反应机理
a碱化反应：α纤维素以酒精为媒介和氢氧化钠溶液作用生成碱纤维素。
b醚化反应：将已生成的碱纤维素和氯乙酸作用，生成羧甲基纤维素钠。
C在上述主反应的同时，还伴有下列副反应：
ClCH2COONa+NaOH→HOCH2 COONa+NaCl
2.2合成实例
在150升捏和机中加入已粉碎的精制棉100千克和95%乙醇400升，同时以喷淋方式将50%的氢氧化钠溶液110升加入已开启的捏和机中，在20-30℃下碱化45-60分钟，并间隙开反车2-3次，待碱化结束后，向捏和机中加入80%氯乙酸-乙醇溶液75升，低温反应5-10分钟，将捏和机中反应物出料到醚化捏和机中。然后，开始升温醚化，前期反应温度控制在40-50℃,后期反应温度控制在72-76℃（料温）；前期反应0.5小时，反应过程中，同样间隙开车2-3次，以正车为主，反车每次约5分钟左右。
从捏和机中出料到已加入72%的洗涤酒精2600升的中和洗涤槽中，并加入适量的盐酸进行中和，不断搅拌，使杂质和盐类不断溶出，中和搅拌时间为45-60分钟，最终产品的PH值控制在6.5-8.0 之间，抽吸料液到离心机中进行固液分离，以除去杂质。将半干物料投入到耙室干燥器进行真空干燥，干燥时间为50-60分钟。待物料几乎无酒精味时，经链式烘房或气流干燥器作进一步低温干燥。最后，经过粉碎、混和、筛分、包装等工序，得到白色、流动性良好的SCMC产品。
3、实验结果和讨论
选择碱化温度、碱化时间，醚化温度、氢氧化钠用量和氯乙酸用量六个因素，取其中一个作为变量，其它不变的情况下，观察所合成SCMC最重要的二个指标，即代替度和粘度。经过实验得到最佳工艺条件：碱化温度25-30℃，碱化时间45分钟，醚化温度72-76℃，醚化时间90分钟，氢氧化钠用量72kg，氯乙酸用量75 kg。实测产品代替度为1.02，粘度（25℃）1400mpas。
3.1碱化过程
在不同的碱化温度、碱化时间和碱的用量下，制取酸奶用SCMC，其质量差异很大。一般情况下，采用低温碱化和适当的碱化时间，能够有利于碱化纤维素的生成和抑制水解反应，同时，可以防止由于与空气中的氧作用，使纤维素和碱纤维素降解，使最终SCMC粘度下降。
3.2醚化过程
醚化反应实际上是碱与氯乙酸的中和反应生成氯乙酸钠，再与碱纤维素进行亲核取代反应。中和反应是放热反应，亲核取代反应是吸热反应，所以要合理控制好反应的温度。一般，醚化温度为72-76℃，时间为90分钟左右。
3.3碱与氯乙酸的比例
理论上氢氧化钠与氯乙酸的摩尔比是2：1，但为了使平衡有利于向生成SCMC方向移动，同时副反应又要消耗一部分碱，因此，氢氧化钠与氯乙酸的摩尔比一般控制在2.3:1 左右。
4、酸奶用SCMC质量评价
众所周知，影响酸奶稳定性的SCMC质量指标常规有替代度、粘度、活性物的含量、PH值、水分。除此之外，还有替代度的均匀性也是很重要的一个方面。因此，为了能够客观反映SCMC的内在质量，除了按GB1904-89《食品添加剂 羧甲基纤维素钠》的规定测定其质量指标外，还需测定羧甲基纤维素钠的酸粘比、溶解性、碱不溶物及应用样品沉淀量，对保证酸奶架期是很有帮助的。
4.1常规质量指标评价
4.1.1常规质量指标
外观：自由流动的白色粉末
替代度≥                       0.95
PH值（2%水溶液）             6.5-8.0
氯化物（以cl计）；% ≤         1.8
干燥减量；% ≤                 10
粘度（2%的水溶液）；CPs         800-1200
4.1.2试验方法按GB1904-89《食品添加剂 羧甲基纤维素钠》及美国ASTM标准的规定执行。
4.2对SCMC的酸粘比、溶解性、碱不溶物及应用样品沉淀量评价指标及测定方法。
4.2.1质量指标
酸粘比           ≥           0.82
溶解性           ≤           10个/平方厘米
碱不溶物；%      ≤           1.0
应用样品沉淀量；%≤           2%
4.2.2测定方法
A．            酸粘比的测定
准确称取以105℃烘箱干燥2小时的2.0克SCMC样品（精确到0.0001克），加入98亳升用分析纯柠檬酸配制的确2%柠檬酸溶液；同时配制2.0% SCMC试样蒸馏水溶液，待试样在常温下充分溶解均匀后，用NDJ-79型旋转粘度计（用2单元，读数×10的圆筒）测定其粘度值（测定温度恒温在25±0.5℃），同时测定蒸馏水配制的试样粘度值，并按下式计算其酸粘比。
酸粘比=2.0%试样在2.0%柠檬酸溶液中粘度值/2.0%试样在蒸馏水中的粘度值
B．            溶解性的测定
I原理：将SCMC溶解于蒸馏水中，在一定的温度、一定浓度、一定的时间下，观察单位面积内未溶解的SCMC晶核数，以判断SCMC的溶解性。
II分析步骤：称取已烘至绝干的2.5克SCMC样品于500毫升的烧杯中（精确到0.001克）加入事前恒温至60-65℃的500毫升蒸馏水，在电磁搅拌器上边搅拌、边恒温30分钟，使其呈清澈的水溶液状态。然后，取少量上述溶液倒入100亳升的玻璃烧杯中，并使溶液对烧杯内壁均匀润湿，然后倒掉过量SCMC溶液，倒放玻璃烧杯，过20分钟后，观察烧杯上未溶解SCMC晶核状况，取一最多晶核玻璃壁，判断1平方厘米晶核数。
C．            碱不溶物测定
a.     原理：此方法包括从SCMC的稀碱溶液中分离碱性不溶的胶体和纤维，用重量方法确定不溶物的固体含量度，该固体可从溶液中离心出来，用水、乙醇洗涤、干燥、称重。
b.     分析步骤：称取3.5-4克样品于250ml烧杯中（精确至0.001克），加入250ml的0.1N NaOH溶液，低速混合搅拌5-10分钟，然后，将溶液转移至500ml的玻璃容量瓶中，反复用蒸馏水稀释至刻度线。待溶解完全后，取100 ml溶液加入到离心机的离心管中，离心10分钟，转速为3000rpm。倒出上层清液，加10 ml水于离心机沉淀管中，再次离心10分钟，转速仍为3000rpm，用100ml无水乙醇重复此步骤两次，倒掉上层清澈的乙醇溶液，把沉淀悬浮在100ml的乙醇溶液中，倒入已称重过的过滤坩埚内，用少量无水乙醇转移沉淀并洗涤2-3次，并抽掉乙醇。然后，将已过滤的坩埚连同沉淀在105℃烘箱中恒温干燥3小时，然后放入干燥器中冷却，并称重。
c.      计算：
碱不溶物%=[W1×500/100×10000]/W(100-B)
式中：W1：沉淀物重量（g）
W：样品质量
B：水分，%
D.样品沉淀量的测定
a.  配料：在100毫升乳饮料中含下列成分（以%计）及生产条件：
全乳奶（以乳蛋白计）         1.0
总酸度（以乳酸计）           0.6
PH值                        3.8-4.1
CMC                         0.3-0.5
水定溶至                    100毫升
均质                        18-22Mpa
罐装密封：后杀菌90℃，40-45分钟。
b.  测定方法：
在10毫升玻璃离心管内装入10克成品乳酸饮料，在3000rpm条件下离心10分钟，在115℃恒温箱恒重，称出恒重量。用以下公式求出乳酸饮料沉淀率：
成品饮料沉淀率=沉淀恒重（g）/10(g)
10-----样品重量（g）
5．SCMC在酸奶中的应用：
SCMC在乳性饮料中，通常作稳定剂。因SCMC带负电荷与PH在4-5的蛋白质的正电荷结合成有负电荷的分散系，使蛋白质即使在酸性PH范围内也不产生凝固而沉淀。开始结合的PH值按蛋白质类型及CMC的状况而异，大致在4.7-5.5之间。乳性酸饮料可分为配制型和乳酸发酵型二类，SCMC使用不能影响酸奶感官指标、理化指标和微生物指标。
5.1在配置型酸奶——AD钙奶中的应用。
根据1992年全国营养调查结果，我国人均摄钙量400mg/d，而中国营养学会推荐成人钙摄入量度为800mg/d，可以看出我国人民在饮食中需要补钙，AD钙奶，即在牛乳中添加钙元素，并强化多种营养素，理好地促进人体对钙元素的吸收，使人体内有益肠道菌增值，有利于人体对食物吸收。
5.1.1工艺流程
配料→搅拌→胶体磨→缓冲→均质→调配→板式杀菌→装罐→杀菌→质检贴标→装箱→成品
5.1.2配方
白砂糖                         8%
全脂奶粉                       3.5%
脱脂奶粉                       1.5%
柠檬酸                         0.5%
乳酸                           0.46%
乳酸钙                         0.46%
CMC-Na（FH9）                0.3%
黄原胶                         0.1%
刺槐胶                         0.1%
山梨酸钾                       0.03%
维生素A（微胶囊）             0.001%
维生素D                       0.001%
离子水                         余量
5.1.3酸奶生产操作步骤
首先将白砂糖和乳化稳定剂（CMC-Na、黄原胶、刺槐原胶）混和均匀。搅拌桶中加入处理过的去离子水的总需量60%的水，在搅拌下加入奶粉和山梨酸钾，将维生素A、维生素D先用其重量100倍的水溶解后，加入搅拌桶中，搅拌均匀，加入白砂糖和乳化剂混合物，搅拌10分钟，将物料全部溶解混匀。
然后，将混匀的物料通过胶体磨，磨间隙控制在小于0.6 um ,入缓冲周转缸。再进入均质机，均质压力为18Mpa，进行均质化。经均质的奶液在搅拌罐中加入20%的水调释；先将酸用10倍水溶解，在搅拌下迅速加入奶液中，搅拌浆液速度为120转/分，充分搅拌均匀，使PH值小于4.0；钙先用20倍水在85℃溶解后加入搅拌罐中混匀。最后补充水至所需容积水，搅拌5-10分钟，进行试味，测试等。
将奶液倒入板式杀菌器，85-90℃杀菌2-5分钟，出口温度控制在60℃进行罐装。奶液在60℃下由自动罐装机罐装，罐装封口完毕进入杀菌机进行自动水浴杀菌，水温82-86℃，杀菌时间45%分钟，然后冷却至瓶温40℃左右，进行质量检验，剔除漏奶、封口不严、装量不足等不合格品，对合格品贴小标签；最后装箱、封口、入库。
5.2在发酵型酸奶中的应用
5.2.1 原料配料
全脂奶粉（新西兰乳品局）                3.5%
脱脂奶粉（新西兰乳品局）                1.5%
优质白砂糖（市售）                      8.0%
柠檬酸   食品级                         0.1%
乳酸     食品级                         0.4%
藻酸丙二醇脂  食品级                    0.1%
FH9羧甲基纤维素钠（上海青东化工厂）     0.4%
果酸          食品级                     适量
乳酸钙                                   0.007%
维生素D                                 0.005%

保加利亚乳杆菌                           4%
嗜热链球菌                               2%
异麦芽低聚糖                             2%
其它助剂                                 适量
净水                                     余量
液体培养基：脱脂奶粉10%；自然PH值，115℃灭菌20分钟。
发酵培养基：脱脂奶粉10%；蔗糖5%，柠檬酸钠0.4%；自然PH值，115%灭菌20分钟。
5.2.2工艺流程
奶粉、净水→还原料→配料（白砂糖、低聚糖）→杀菌→冷却→配料（乳酸钙、菌）→发酵→搅拌→冷却→兑制（酸、糖、稳定剂）→均质（杀菌、罐装、成品）
5.3酸奶的产品质量评价指标
5.3.1感官指标
色泽：乳白色或略带乳黄色，色泽均匀一致。
滋味和气味：具有奶粉、乳酸、柠檬酸等相应的风味，味酸甜适中，口感细腻，爽口，无异味。
组织形态：均匀乳浊液体，无分层，无杂质，允许有少量沉淀。
5.3.2理化指标
可溶性固形物             ≥          7.0%
总酸（以乳酸计）                     0.40-0.60%
蛋白质                   ≥          1.0%
脂肪                     ≥          0.3%
碳水化合物               ≥          5.0%
砷（以As计）            ≤          1.0mg/Kg
铅                       ≤          0.5mg/Kg
铜                       ≤          5.0mg/Kg
钙                                  0.4-0.8g/l
5.3.3微生物指标
细菌总数<300个/ml；大肠菌数<300个/100ml；致病菌（肠道致病菌、致病性球菌）：不得检出。