羧甲基纖維素（Carboxymethyl Cellulose，CMC），是由天然纖維素經(jīng)過化學改性得到的一種水溶性纖維素醚。由于羧甲基纖維素酸式結(jié)構(gòu)的水溶性不好，為了能夠更好地對其進行應用，其產(chǎn)品普遍制成鈉鹽，分子式為[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n 。 [2]

理化性質(zhì)

羧甲基纖維素鈉簡稱CMC-Na，白色至淡黃色粉末、粒狀或纖維狀物質(zhì)，吸濕性強，易溶于水，在中性或堿性時，溶液呈高粘度液。對藥品、光、熱穩(wěn)定。但對熱是以80℃為限，80℃以上長時間加熱，粘性降低，在水中不溶。 [3]其相對密度1.60，薄片相對密度1.59。折射率1.515。 加熱至190～205℃時呈褐色，至235～248℃時炭化。其在水中的溶解度取決于取代度。不溶于酸和醇，遇鹽不沉淀。不易發(fā)酵，對油脂、蠟的乳化力大，可長期保存。 [4]

分類

根據(jù)用途的不同有堿性和中性兩大類產(chǎn)品，堿性，工業(yè)用低粘度（2%水溶液）0.2～0.5Pa·s；中性，工業(yè)用中粘度（2%水溶液）0.3～0.6Pa·s，工業(yè)用高粘度（2%水溶液）0.8～1.0Pa·s。 [4]

主要應用

廣泛用于石油工業(yè)掘井泥漿處理劑、合成洗滌劑、有機助洗劑，紡織印染上漿劑、日用化工產(chǎn)品水溶性膠狀增粘劑、醫(yī)藥工業(yè)用增粘及乳化劑、食品工業(yè)用增稠劑、陶瓷工業(yè)用膠粘劑、工業(yè)糊料、造紙工業(yè)用施膠劑等。 [4]在水處理中用作絮凝劑，主要用于廢水污泥處理，可以提高濾餅的固體含量。 [4]

羧甲基纖維素鈉也是增稠劑的一種，由于其本身具有良好的功能特性使其在食品工業(yè)得到了廣泛的應用，它也在一定程度上推動了食品工業(yè)快速健康的發(fā)展。如由于其具有一定的增稠乳化作用，可以用于穩(wěn)定酸乳飲料并可增加酸奶體系的黏稠性；由于其具有一定的親水性和復水性，可以用于改進面包和饅頭等面食的食用品質(zhì)，延長面食制品的貨架期、提升口感；由于其具有一定的凝膠作用，有利于食品更好地形成凝膠，因此能夠用于制造果凍和果醬等；其也可以作為可食性的涂膜材料，與其他增稠劑復配使用，涂抹在一些食品表面，可最大程度地使食品保鮮，且由于是可食性材料，對人體健康不會造成不良影響。因此，食用級的CMC-Na作為一種理想的食品添加劑，在食品工業(yè)的食品生產(chǎn)中應用非常普遍。 [1]

以纖維素為原料，采用兩步法制備CMC-Na。首先是纖維素的堿化過程，纖維素與氫氧化鈉反應后生成堿纖維素，之后堿纖維素與氯乙酸反應生成CMC-Na，稱為醚化反應。 [5]

該反應體系必須為堿性。該過程屬于Williamson醚合成法。反應機制為親核取代。反應體系屬堿性，在水的存在條件下伴隨一些副反應，如羥乙酸鈉、羥乙酸等副產(chǎn)物生成，由于副反應的存在，會增加堿和醚化劑的消耗，進而降低醚化效率；同時，副反應中會生成羥乙酸鈉、羥乙酸和更多的鹽類雜質(zhì)，造成產(chǎn)物的純度和性能降低。想要抑制副反應，不僅要合理用堿，控制水系用量、堿的濃度和攪拌方式，以堿化充分為目的，同時還要考慮到產(chǎn)品對黏度和取代度的要求，綜合考慮攪拌速度、溫度控制等因素，提高醚化速率，抑制副反應發(fā)生。

按醚化介質(zhì)的不同，CMC-Na的工業(yè)生產(chǎn)可分為水媒法和溶媒法兩大類。以水作為反應介質(zhì)的方法叫做水媒法，用于生產(chǎn)堿性中低檔CMC-Na。以有機溶劑作為反應介質(zhì)的方法，叫做溶媒法，適用于生產(chǎn)中高檔CMC-Na。這兩種反應都是在捏合機中進行的，屬于捏合法工藝，是目前生產(chǎn)CMC-Na的主要方法。 [5]

水媒法

水媒法是一種較早的工業(yè)生產(chǎn)工藝，該方法是將堿纖維素與醚化劑在游離堿和水的條件下進行反應。堿化和醚化過程中，體系中沒有有機介質(zhì)。水媒法設(shè)備要求較為簡單，投資少、成本低。缺點是缺乏大量液體介質(zhì)，反應產(chǎn)生的熱量使溫度升高，加快了副反應的速度，導致醚化效率低，產(chǎn)品質(zhì)量差等。該方法用于制備中低檔CMC-Na產(chǎn)品，如洗滌劑、紡織上漿劑等。 [5]

溶媒法

溶媒法又稱有機溶劑法，其主要特點是堿化和醚化反應是在有機溶劑做反應介質(zhì)（稀釋劑）的條件下進行的。按反應稀釋劑用量的多少又分為捏合法和淤漿法。溶媒法同水媒法的反應過程一樣，也由堿化和醚化兩個階段組成，只是這兩個階段的反應介質(zhì)不同。溶媒法省去了水媒法所固有的浸堿、壓榨、粉碎、老化等工序，堿化、醚化均在捏和機中進行。缺點是溫度可控性相對較差，空間要求、成本較高。當然，對不同設(shè)備布局的生產(chǎn)要嚴格控制系統(tǒng)溫度、加料時間等，可以制備質(zhì)量和性能優(yōu)良的產(chǎn)品。 [5]

增稠和乳化穩(wěn)定作用

食用的羧甲基纖維素鈉對含油脂蛋白質(zhì)的飲料可起到乳化穩(wěn)定作用，一般油脂飲料的特點是含有不同程度的脂肪和一定量的蛋白質(zhì)，在存放時易分離上浮，形成不美觀的“項圈”，影響產(chǎn)品的外觀。 [1]

另外，蛋白質(zhì)易凝聚分離，特別是pH值較低的產(chǎn)品，蛋白質(zhì)必然凝結(jié)，而CMC-Na可有效解決這些問題，其在水中溶解為透明穩(wěn)定膠體，可穩(wěn)定蛋白質(zhì)，同時降低脂肪和水之間的表面張力，使脂肪充分乳化。因此，CMC-Na常作為增稠劑用于食品工業(yè)中。 [1]

保水作用

羧甲基纖維素鈉具有水化作用，在肉制品、面包、饅頭等食品中，可以起到組織改良的作用，而且可以使水分不易揮發(fā)，可提高產(chǎn)品產(chǎn)量，增加口感。 [1]

凝膠化作用

觸變性的羧甲基纖維素鈉是指大分子鏈有一定數(shù)量的相互作用，傾向于形成三維結(jié)構(gòu)。形成三維結(jié)構(gòu)后，溶液的表觀黏度上升；打破三維結(jié)構(gòu)后，表觀黏度下降。觸變現(xiàn)象就是表觀黏度的變化依賴于時間。具有觸變性的羧甲基纖維素對于凝膠體系有重要作用，可用來制果凍和果醬。 [1]

成膜性

羧甲基纖維素鈉能夠在食品表面形成一層膜，可以對果蔬起到一定的保護作用，由于膜的存在，使膜和果蔬之間形成了一個低氧氣、高二氧化碳的氣體環(huán)境，從而降低了氣體的交換速率、物質(zhì)交換速率，用于延長果蔬的保質(zhì)期。 [1]

羧甲基纖維素鈉還具有其他一些特性，如懸浮作用以及化學穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)也為其在食品工業(yè)中廣泛應用奠定了基礎(chǔ)。 [1]

乳制品中的應用

（1）在酸性飲料中應用研究

酸性乳飲料具有酸甜獨特的風味，有著廣泛的市場。但在生產(chǎn)過程中，酪蛋白會在酸性條件下發(fā)生聚集失穩(wěn)，因此一般加入多糖，可對酪蛋白起保護作用，使體系穩(wěn)定并同時保證了良好的口感。而羧甲基纖維素鈉作為一種多糖可穩(wěn)定酸性乳飲料的機理可描述為：在調(diào)酸過程中，當pH值5.2時，CMC-Na開始吸附于酪蛋白膠粒的表面，其作用類似于中性條件下κ- 酪蛋白的作用，吸附層的靜電排斥和空間位阻維持了酪蛋白膠束的穩(wěn)定存在，且CMC-Na具有增稠作用，可以降低蛋白質(zhì)顆粒的沉降速率。結(jié)果表明，在低pH值下，羧甲基纖維素鈉需要一定濃度才可以；而低于此濃度時，體系會失去穩(wěn)定。在pH值3.6~4.6，較低pH值體系需更多的羧甲基纖維素鈉來穩(wěn)定。發(fā)酵型酸性乳飲料與調(diào)酸型相比，對于穩(wěn)定劑要求較高。 [1]

而含有果粒的酸性乳飲料是在乳飲料中添加一定量的果粒，同樣需加入穩(wěn)定劑來穩(wěn)定體系。試驗得出，酸性含乳飲料以CMC-Na為主要的穩(wěn)定劑。當復合穩(wěn)定劑中CMC-Na占0.4%，果膠為0.14%時體系穩(wěn)定性較好。 [1]

還有學者研究，在番茄紅素活性飲料中應用羧甲基纖維素鈉來穩(wěn)定體系。研究表明，當CMC-Na添加量大于 0.4%時，產(chǎn)品有很好的穩(wěn)定性，但此時黏度大大增加，所以可選擇與其他膠體復配使用。 [1]

傳統(tǒng)的調(diào)酸型乳飲料在應用了CMC-Na冷化料工藝優(yōu)化后，在貨架期內(nèi)，其產(chǎn)品黏度總是高于熱化料產(chǎn)品的黏度，有更好的穩(wěn)定性，這也為羧甲基纖維素鈉更好地應用于酸性乳飲料生產(chǎn)中提供了理論依據(jù)。 [1]

（2）攪拌型酸奶中的應用

乳蛋白在酸性條件下的變性沉淀一直是影響酸乳開發(fā)的一個關(guān)鍵性問題。因CMC-Na具有多功能的性質(zhì)，來源豐富，價格便宜，所以多用作穩(wěn)定劑。 [1]

結(jié)果表明，CMC-Na受溫度、pH值影響較大，當CMC-Na添加量較小時不能穩(wěn)定酸奶狀態(tài)，當其含量大于 0.4%時酸奶的狀態(tài)有所改善，體系趨于穩(wěn)定；且在0.05%~0.1%時CMC-Na對于酸奶的增稠效果較小，而在含量較大的范圍內(nèi)（0.4%~0.5%） 增稠效果顯著。 [1]

（3）酪蛋白乳液中的應用

乳液是由一種液體以極小的液滴形式分散在另一種與其不相混溶的液體中所構(gòu)成的分散體系，其為不穩(wěn)定體系。在眾多食品膠中，羧甲基纖維素鈉和黃原膠由于具有獨特的功能性質(zhì)，被深入研究。結(jié)果表明，CMC-Na與 XG（黃原膠）復配能夠使體系更加穩(wěn)定。在一定的復配比例下（CMC-Na:XG為 1∶1，3∶1），總添加量為乳液總質(zhì)量的0.4%，乳液的分層穩(wěn)定性會增加，在室溫下貯藏2周，分層現(xiàn)象不明顯。 [1]

在面包、饅頭制作中的應用

羧甲基纖維素鈉具有一定的親水性和復水性，因此用于面制品的生產(chǎn)中。 [1]

（1）在面包中的應用

由于羧甲基纖維素鈉中有親水基團，在和面時能夠與水結(jié)合形成親水膠體而吸水膨脹，在膨脹后的 CMC-Na可使面筋的持水性增加，有利于面包的醒發(fā)和焙烤過程中二氧化碳的保持，從而使面包的體積變大，但是羧甲基纖維素鈉的用量不能超過6%。由于其具有很強的保水性，適合的添加量可以降低面包的硬度。試驗得出，添加適量（2%~8%）的羧甲基纖維素鈉對于焙烤面包的品質(zhì)有明顯改善，以添加6%時效果最好，其次為添加量4%?？梢蕴岣呙姘w積，改善面包的結(jié)構(gòu)和風味，可延長面包的貨架期。這為羧甲基纖維素鈉添加入面包中，改善面包品質(zhì)提供了可能。 [1]

（2）在饅頭制作中的應用

羧甲基纖維素鈉添加量對小麥饅頭面團中的pH值影響不大，研究表明羧甲基纖維素鈉能有效改善小麥饅頭的質(zhì)構(gòu)，有效降低饅頭的硬度、黏著性、咀嚼性，且羧甲基纖維素鈉添加量為0.06%~0.08%時，各質(zhì)構(gòu)指標表現(xiàn)的最好。而現(xiàn)在羧甲基纖維素鈉在饅頭中的應用還較少，這也為其應用于新的領(lǐng)域提供了可能，可增加它的應用范圍。 [1]

其他應用

食品增稠劑具有增稠、增濃、穩(wěn)定、耐鹽和耐溫等特點，被廣泛用于食品調(diào)味料中。有學者研究了天然肉味香精制備中增稠劑的選擇和工藝優(yōu)化，結(jié)果表明選擇 5%的羧甲基纖維素作為肉味香精的膠體，60~70 ℃水浴加熱溶解，攪拌30min，膠體溶解后，放置24~48h后溶脹再用于制備肉味味精，產(chǎn)品增稠性比較好，無色無味。 [1]

由于羧甲基纖維素鈉具有增稠作用，可用于制作果醬。經(jīng)過試驗得到，制作菱角番茄醬的最佳工藝是羧甲基纖維素鈉1.9%，檸檬酸0.8%，白砂糖4%，以及菱角醬與番茄醬比為1∶1，此時制得的果醬口感較好，且穩(wěn)定。 [1]

羧甲基纖維素鈉也可以用來制作飲料。玉米飲料貯藏中易于分層、形成沉淀，而以CMC和海藻酸鈉復配可提高穩(wěn)定性。添加量均為0.05%的羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉時，玉米飲料的沉淀率最小，離心后分層不明顯，穩(wěn)定性好，這也為玉米飲料市場的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。羧甲基纖維素鈉還用于冰激凌的生產(chǎn)，以及酒類的澄清。 [1]

交聯(lián)羧甲基纖維素鈉（Croscamellose sodium）是羧甲基纖維素鈉在一定條件下進行交聯(lián)反應而成的一種不溶于水而在水中溶脹至原體積4~8倍的交聯(lián)聚合物，常用作片劑、膠囊劑的崩解劑。 [2]

有學者以交聯(lián)羧甲基纖維素技術(shù)開發(fā)了適合番茄醬特性的增稠劑，以環(huán)氧丙烷為交聯(lián)劑建立了羧甲基纖維素交聯(lián)反應試驗。研究證實試驗開發(fā)的交聯(lián)CMC-Na適合番茄醬增稠，效果較好。 [2]

高吸水性樹脂（super absorbent resin，簡稱SAR）是上世紀60年代開始發(fā)展起來的一種具有強親水性基團和一定交聯(lián)度的新型功能高分子材料。高吸水樹脂的種類很多，所用原料和合成工藝方法也多種多樣。CMC-Na是重要的改性產(chǎn)品，不僅具有良好的水溶性，也是重要的反應中間體。 [2]

有學者以草漿纖維素為原料通過二次堿醚化制備CMC-Na，在引發(fā)劑、交聯(lián)劑的作用下，與丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚制得具有良好吸水速率和保濕性能的高吸水性樹脂（SAR）。這對充分利用農(nóng)作物秸桿，提高產(chǎn)品的價值提供了新的途徑。 [2]

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