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改性纤维素的性质及其在食品中的应用刘珊赵谋明（华南理工大学食品与生物工程学院 广州，!#$%#）摘要：长期以来，纤维素作为一种丰富的可再生的生物能源广泛地应用于现代工业。研究表明，采用物理的方法对纤维素进行特殊的处理，或者采用化学的手段，将纤维素分子链中的结合键打开，引入新的官能团，就可以改变纤维素固有的特性，形成另具其它功能性质的衍生物，能够在食品生产中赋予产品优良的品质。本文综述了改性纤维素的种类和物化性质，以及这些衍生物的显著特点和在食品工业中的应用。关键词：物理改性，化学改性，功能特性，应用!#$%&%()*+,$-.)&#*/#+0*+1(&2#3 4#+3%+5%-1-#(%(!#$%&，(%&)*)#+,（&()*)+,-./01)2*02)302*，4567&7028 920:)3;0672(*0C()C0(*08(3);53);，)(5(;);83)E0-)(5;)-02 F-)32 02-5;63)26 02:);60*8602 02-086);6786 67)027)3)78386)30;60;+)(5(;)82 C)782*)-C D78(3 7)F08(F)67-;GI08 67)7)F08(2)，67)(02B)-C2-;82 C)D)2)-82-67)F()5()82 C)0263-5)-;F)2)E+526028(*35D;G A;83);5(6，67)3-)30:860:);E067;D)08(+52602;83)+3F)-，E707 F82+)3+-*-J58(060);G=70;D8D)3;5FF830);:8301)60);82-D77)F08(D3D)360);+F-0+0)-)(5(;);82-0;5;);67)03 8DD(08602;02+-02-5;63G345 6)17/：K78(8(6028(D3D)360);，ADD(086028前言纤维素是天然存在的最丰富的再生性高聚有机物质，每年自然界合成的纤维素大约有#L#M亿吨。因此，纤维素作为一种丰富而古老的生物能源被广泛地应用于现代工业。纤维素是草食动物和昆虫的主要的碳水化合物营养物质，对于人类没有营养源的价值，但是采用物理的方法对纤维素进行特殊的处理，或者采用化学的手段，将纤维素分子链中的结合键打开，引入新的官能团，就可以改变纤维素固有的特性，形成另具其它功能性质的衍生物，在食品工业中得到广泛的应用。9改性纤维素的理化性质天然纤维素经过适当的处理，改变其原有性质以适应特殊需要，称为改性纤维素，用于制备纤维素食品胶。按照所用处理方法的不同，可以分为物理改性纤维素和化学改性纤维素。9G8物理改性纤维素MGG纤维素粉由纤维素经漂白处理和机械分散后精制而成。从密实的、自由流动的粉状至粗糙的、不流动的物质。不溶于水、稀酸和几乎所有的有机溶剂。微溶于氢氧化钠溶液和热的干酪素钠液中。具有亲水亲油性，能在水中胀润，并带负电。MGGM微晶纤维素用植物纤维原料与无机酸捣成浆状，制成!N纤维素，使纤维素作部分解聚后除去非结晶部分并提纯而得。微晶纤维素是以N，%葡萄糖苷结合的直链式多糖类，聚合度约为 O#L#，由可自由流动的、非纤维颗粒组成。不溶于水、稀酸、稀碱溶液和大多数有机溶剂，可吸水胀润。OP中国食品添加剂&7028,-A-060:);M#%QRO万方数据!#$微原纤维化纤维素在高剪切力和高压差的条件下，将纤维素通过一个小孔，分解为微原纤维的碎片。微原纤维化纤维素比普通级的材料的保水能力高的多，其悬浮液呈现假塑性和轻微的触变性，加热时粘度不下降，电解质耐量与其它一般纤维素相等!。!化学改性纤维素纤维素由%&葡萄糖通过!&（#!）键连接，分子量高达几百万，不溶于水，但可以在碱性条件下溶胀，如果通过特殊的化学反应，用其它基团取代葡萄糖残基上的羟基即形成纤维素胶。取代基可以是离子型，也可以是非离子型；取代度（%(）可以是$)（每一葡萄糖残基上至多只有$个位置被取代），也可以远低于$)。!#羧甲基纤维素钠（*+*）纤维素与,-./,-*0 作用，生成含有羧基的纤维素醚。羧甲基纤维素是一种阴离子水溶性聚合体，因为其游离酸不溶于水，食品中多用其钠盐。*+*通常指羧甲基纤维素的钠盐。羧甲基纤维素无味、无臭、无害，具有良好的持水性和粘稠性，并能经受短时间高温。*+*溶于水后形成一种非牛顿溶液，粘度随温度升高而降低，溶液在 1/2 3#)范围内稳定，在 1/4 3 5 时稳定性最高。*+*与单价阳离子形成可溶性盐，但是存在二价离子时溶解度降低，形成不透明的分散体，三价阳离子能使其产生凝胶作用沉淀$。!甲基纤维素（+*）纤维素和,-./&*/$*0 反应制成。非离子型的+*的溶液性质与离子型的*+*有显著的不同，1/值的影响明显降低，而由温度决定的流变性也变得更加复杂。当溶解于水中时，这些胶体形成透明的，均匀的溶液，呈假塑性和非触变性。%(为#6 3#5!时产物在水中具有最高的溶解度，而粘度主要取决于分子的链长。甲基纤维素也可以表示一类纤维素醚，因为甲基取代的同时可以用其它功能取代基取代。这样，除了甲基纤维素（+*），此类衍生物还包括羟乙基甲基纤维素（/7+*）以及羟丙基甲基纤维素（/8+*）。这类纤维素醚具有热凝胶性，即当溶液被加热时，起初粘度下降，然后粘度很快上升并形成凝胶，冷却时恢复到原来的粘度。可能是由于加热破坏了分子外面的水化层而增加了聚合物间疏水作用。电解质和非电解质均可降低水分活度，从而降低胶凝温度。!$乙基纤维素（7*）碱性纤维素与乙基氯进行乙基化而成，或者纤维素与乙醇在脱水剂存在下化合。乙基纤维素具有热塑性，对碱和稀酸稳定，对热不稳定，在高温（!)9）下变色并失去原有理化性质。能生成坚韧薄膜，在低温下仍能保持挠曲性。软化点及吸湿性随乙氧基含量的增加而下降#。!纤维素甲乙醚（7+*）一种混合的纤维素醚，其中甲基和乙基都由醚键与无水葡萄糖单元结合。几乎无臭无味，有吸湿性，分散于水中溶胀成透明至乳白色粘性胶体溶液。产品的乙基%(为)$，甲基%(为)4，其流变性、耐盐性、1/稳定性等等与+*一致。但是，当加热到高于 6)9时，不发生胶凝作用，而是从水溶液中沉淀出来；冷却后又回到溶液状态。!2羟丙基纤维素（/8*）用碱和氧化丙烯处理纤维素而得，具热塑性，稍有吸湿性，在水中溶胀成透明至乳白色粘性胶体溶液。/8*和+*一样具有相当大的表面活性，但不发生热胶凝；与 7+*相似，高于 29时会从水溶液中沉淀出来。此外，/8*具有非常低的电解质耐性，+*和*+*都溶解于#):的,-*0 水溶液，而/8*在其中不溶解。在极性的有机溶剂中，/8*比+*的溶解度大。改性纤维素在食品中的应用长期以来，纤维素衍生物在食品工业中得到了广泛应用。物理改性纤维素能够调节体系的流变性质、水化作用及组织特性。因此，微晶纤维素和纤维素粉在低热量食品中起着重要的填充作用。化学改性的纤维素在食品中五个重要的功能分别为：流变性、乳化性、泡沫稳定性、控制冰晶形成和增长以及结合水的能力。改性纤维素在食品中的用途是由许多因素决定的，其中最重要的是化学结构。对于物理改性的纤维素，一般是指产品的结晶或无定形的性质；对于醚，指的是取代的种类和方式，它们都可影响衍生物的流变性和表面活性。其它因素也会有所影响，比如，胶体溶液的粘度随着分子重量的降低而下降；温度对胶体一些纤维素醚的溶解性和流变性有影响；蛋白质和碳水化合物的存在对胶体的选择4中国食品添加剂*;?ABCDE!),?F$万方数据很重要；物理性质对于食品的加工生产也很重要，有时需要使用粉末状（干燥调配）的物料，有时使用颗粒状更有效。下面，我们将具体讨论改性纤维素在食品中的应用。!焙烤食品一定的强度和体积之间的比例能够使焙烤食品形成优良的组织结构和口感。热凝胶性的衍生物对于面包和蛋糕的结构非常有利。#有界面活性，升高温度时可形成弹性凝胶，可增加生面团的强度和出品率，保持其调配、醒发、焙烤的均匀性，面包心与面包皮的质量没有任何改变。通过减少淀粉凝沉速度，还可以有助于延缓老化，延长货架寿命$。%&#也有类似的作用。表面活性和热胶凝性也增加了保湿量和耐受自动焙烤环境条件变化的能力。纤维可以提高面包的体积，也可以用作高纤维面包生产中的填充剂。因为纤维是不能消化的，物理改性的衍生物很适合用作补充的纤维源。此外，在无麸质面包的生产中，纤维可以作为麸质的替代品来模仿其粘弹性和口感(。同面包一样，蛋糕也需要一定的弹性和结构完整性来限制产生的气体离开。加入#与#一样都能够增加蛋糕的体积，#引发的体积是通过增加粘度而产生的。!#鱼、肉制品改性纤维素可以提供食品保持完整所需的结合力并有助于改善产品品质。目前，碎鱼、碎虾或小虾不能得到很好的利用，但可以通过挤压作用生产鱼块、虾块使其得到充分利用。加入少量（)!(*+!),）的#可以使产品具有低温挤压成型性和高温稳定性+。高温稳定性很重要，因为这些产品一般要进行深层油炸，如果没有热凝胶结合剂，就会失去其完整性。降低肉制品中脂肪含量已经成为一种趋势。根据-./和 01./2-131（美国农业食品安全与检测部）的标准，低脂肉制品是脂肪含量不高于 4),的肉类，而传统的肉制品的脂肪含量则在+)*5),之间。研究表明，要维持牛肉制品最起码的适口性，其脂肪含量不能低于 4,，如将脂肪含量从+)*5),降低到 4),或更低时，便会降低食品的鲜嫩度、多汁性和香味。使用纤维代替肉制品中的部分脂肪，可以改善结构性质，产生润滑的稠度，增强脂肪口感，其原理是这类替代物形成凝胶，而其持水量较高，从而增加水相的粘度6。!可食性膜改性纤维素有良好的成膜性质，制得的可食性膜能够阻止食品吸水或失水，防止食品氧化和串味，调节生鲜食品的呼吸强度，提高食品表面机械强度，改善食品表观。#膜强度大，阻湿和阻气性高，水溶性大，外观无色透明，光泽明亮，是一种较理想的新型可食性膜。阚健全7等研制了一种甲基纤维素复合膜（甲基纤维素 5,，甘油)!+,，明胶 4!),，硬脂酸 2 软脂酸（4：4）)!4,），抗拉强度高，具有热封性、阻油、阻气、阻湿的优良特性。庄荣玉8发现%&#可食性膜可以显著地（&!)!)）延缓番茄在+)9贮藏时的保存期。%&#膜可以减慢番茄的呼吸速率，阻碍蒸腾作用，减少水分丧失，从而减慢番茄的后熟和硬度下降。果皮表面光洁，富有弹性，颜色较浅。此外，这类膜还可减少食品的吸油量。#和%&#通过热凝胶作用产生一种持水性的凝胶，油炸时可阻碍油的进入，使得糊的吸油量下降到),。/!%!:;4)研究发现，制作油炸土豆时，使用单层的)!,#=+?,果胶膜可以将吸油量减少$),，而使用#（4!,）作为第二层膜可以将吸油量减少$,，并且使产品具有较高的湿含量，结构坚挺，组织完整且柔软，表面的颜色比较浅。改性纤维素膜也常作为食品特殊成分（防腐剂、色素、风味物质等）的载体，使这些成分在食品表面或界面上发挥作用。袁永俊等44实验证明喷涂#2 ADEFG+)$BH5万方数据粒是带负电的，加入带负电的胶体可以增加颗粒之间的静电排斥作用。同时，大分子的胶体吸附到颗粒上也可产生空间的排斥作用!。!#乳化食品搅打奶油是水包油型乳状液中的泡沫，因为气泡壁很薄且脆弱，难以维持，使用物理改性的纤维素如微晶纤维素和微原纤维化纤维素能够维持其结构完整性。此外，纤维素醚（如$%&、&、和(&）能够聚集在气)液界面从而保持气泡壁的完整性。甲基衍生物在界面形成的凝胶稳定了气泡壁，使产物具有更好的回弹力和稳定性。纤维素胶的持水性可减少搅打产品脱水收缩（这是反复冻)融循环过程中的严重质量缺陷），使其在冷藏后恢复原来的性质。另外，对于搅打奶油体系，阻止油滴的絮凝和结合导致的相的迅速分离是非常重要的。*#$+,-.，/#0,1+2,，3#&+4!5研究表明随着油滴周围连续相粘度的增加，限制了它们的移动，或者是胶体在油水相间的吸附减少了表面张力，从而使体系稳定。$%&是一种表面活性成分，它可以在油)水界面移动，并形成水合聚合物膜，阻止了油滴聚合导致的油上浮。此外，因为不能形成更大的液滴，折射系数也发生了改变，产品光泽度好。冰淇淋也是一种常见的乳化食品，生产过程中加入的亲水胶体形成水化分子的三维网状结构，可阻止冰晶的生长，提高混合料的粘度、结合空气的能力和体积，改善质构和融解特性。&在冷热水中都能很快溶解，其水溶液有着极高的透明度和流动性，能在不同的温度下生成稳定的网状结构。在贮存过程中，对温度变化不敏感，从而使产品结构稳定，故能增加冰淇淋的抗融性!6。在均质老化的前提下，添加&能使混合料液的稠度增加，避免料液在冷却和老化时脂肪重新聚集。同时&是一种强亲水性胶体，能与料液中的游离水迅速结合，且很均匀地分布于料液中，从而使冰淇淋组织细腻，口感良好，光泽度好，同时提高了产品的膨胀率。&能起到一定的乳化作用，它在冰淇淋中不仅能捕捉混合物中的钙，而且能解离酪朊酸钠分子团，能增长蛋白质脂肪乳化能力，同时减少脂肪凝聚，对冰淇淋料液的均质起到一定的作用。&具有较好的通风能力，有利于与搅打体系中的蛋白质配合，使得在高粘度水平也能保持较好的泡沫性质，具有较高的 7(（78,9(:;,-。!#$其它纤维网络的高持水性和保水性对食品的组织结构具有很好的效果，例如可使膨化食品口感松脆，而纤维结构也可防止干混合物凝结成块5。&可防止挂面断条和酥条，并使产品质量耐煮耐泡，韧性良好!?；也能阻止糖果、糖衣和糖浆中糖结晶的生长，并可作为啤酒的泡沫稳定剂；添加于果酱、奶油、花生白脱等可改善涂抹性；在低热量的碳酸饮料中，&有助于保持&A。果蔬、蛋等用含对羟基苯甲酸酯的 A B C&溶液被覆、干燥，以保持风味，防霉。甲基纤维素还可用于各种食品的可食糖衣中。&用于柑橘类罐头可防止橙皮苷析出。%结束语改性纤维素是一类具有多种功能特性的食品添加剂，可用于多种食品的加工生产中，既可以改善加工特性，简化加工过程，又能够降低产品成本，赋予产品良好的感官品质。然而，虽然现在已经制备出了各种纤维素衍生物，特别是纤维素的乙酸酯和硝酸酯，但是仅有很少的纤维酯用于或允许用于食品中。当前应用最多的是纤维素醚，其中使用最广泛的是羧甲基纤维素钠（&），而国内其它种类的改性纤维素的研究和相关报道相对来说还比较少。国外一些公司推出的各种改性纤维拥有诸多的功能特性，可以满足未来工程食品的需要。例如（下转=页）=中国食品添加剂&D4-,7882 E224F4GHAII5J8K万方数据浓 缩杀菌!#致 病菌杀菌 温 度 为!$%&，时间!#()温 度时间温 度计 钟表每*+,-一次每.%分 钟一次操 作工检 验员杀菌 操 作 不符合 杀 菌 规程，加标识隔离，查清原因评估 后 作 出处理意见浓缩 运 行 记录关键 工 序 检查记录复查 当 日 记录，定期进行微生物检测喷粉!.致 病菌排风 温 度 为/%0 1*&，蒸汽压力为%)2 0%)/34高压 泵 压 力为5%05#34温 度压力温 度计 压力表每*+,-一次每.%分 钟一次操 作工 检验员操作 未 按 工艺 求，将上次检测 之 后 的产品 隔 离 标识评 估 查 清原因 并 作 出处理意见喷粉 塔 运 行记录关键 工 序 运行记录复查 当 日 记录定期 进 行 微生物检测参考文献56 李怀林主编)食品安全控制体系（74!）通用教程，中国标准出版社，#%#6 钱和著，华小娟译)食品卫生原理（第四版），中国轻工业出版社，#%5.6 钱和，王文捷)74!原理与实施，中国轻工业出版社6 王瑞英)74!在乳粉生产中的应用，中国乳品工业)#%.8#，.1 8%（上接/2 页）羟丙基甲基纤维素（73!），对其取代及分子量的控制可以产生不同的凝胶特性，可用来调节某些活性成分（如药物及香气成分等）透过凝胶层的速率。改性纤维素有着丰富的生物来源，一些食品生产的副产物如豆渣、蔗渣、椰渣等都可以用来生产改性纤维素，这对于资源的开发和能源的节约都有相当重要的意义。因此，在不久的将来，改性纤维素的生产和应用必将有一个更广阔的发展前景。参考文献5)凌关庭，王亦云，唐述潮)食品添加剂手册，化学工业出版社，5$1$，5#：5#；.25#)9:-;)!:?A;-=9;B,=4)C，4;-7-=D(:-，!E:(;-=!E:(9D,B;F,B(，G:=:A(;HHI;D,=(;-=JI,D 4KK,LH;F,:-(：5#2.)宁正祥，赵谋明)食品生物化学，华南理工大学，5$*，2：#$0#*%)哈特姆特 伯林格尔)膳食纤维在功能性食品中的应用，中国食品工业，#%5（5）：.*)!)!:;D，)4-=DE，M)!)3;D,-N，O)4D+D:，PKF,+,N;F,:-:?IA=D:H:,=;=,F,:-F:,+KD:B QI;F RD;=:ESI?E-HF,:-;,FA：;D(K:-(ED?;H+FI:=:SA(FE=A，G:=7A=D:H:,=5.（5$）：2/0/*2)M)4)T:U;(，!)3)T:(，!)C-=,F:=C;DRD，;(F,-S KD:KLDF,(:?=,?D-F QI;F?:EDLIA=D:H:,=(A(F+(，G:=7A=D:H:L:,=(5.（5$）：#/0./)杨龙江)大力开发低脂肉制品，中国食品工业，#%（5%）：*0*/1)阚健全，陈余道，陈永红等)可食包装膜与合成包装膜综合性质的对比研究，食品与发酵工业，5$（2）：5%$)庄荣玉)纤维素可食性膜对番茄保鲜贮藏中硬度和色泽的影响，食品与发酵工业，#%#，#，$0*.5%)4)7)VI;,，WE;,FA:?D-HI?D,=K:F;F:(;(,-?E-H=RAH:;F,-S Q,FI IA=D:H:-:B(，M)O)X:N;-:，JI?HF:?IA=D:H:,=(:-FI(F;R,FA;-=B,(H:(,FA:?H:E=A;KK UE,H(，G:=7A=D:H:,=(5*（#%5）：5 0/5)Y)7E;-S，Z)V;E=;，)!E,，7A=D:H:,=(,-+E(,:-(：K;DLF,H(,N=,(FD,REF,:-;-=,-FD?;H,;HF,B,FA，G:=7A=D:H:,=(5*（#%5）：*.0*#5*)徐季亮)羧甲基纤维素钠在冰淇淋中的应用)冷饮与速冻食品工业，5$（）：#52)V)V;,;(;K;FIA !)9)K;-，O?HF:?(,-S;-=,-FSD;F=+E(,?,DL(F;R,(D:-(:AL,H H:-?HF,:-，G:=!I+,(FDA，5$1（#）：515 0 5125/)VB,-!)，3,HI;7)9;B,=(:-，V;FI-!)3;,，F;，!I:(FD:X:QD,-S,FI7,SIL_,(H:(,FA7A=D:AKD:KAL+FIAHE:(，4+M!;D=,:5$，1：55$1 0 5#%.51)王建中，田冬贤)提高高温烘干挂面质量的有效措施)食品科技，5$*（）：#122中国食品添加剂!I,-;G:=4=,F,B(#%a:6.万方数据改性纤维素的性质及其在食品中的应用改性纤维素的性质及其在食品中的应用作者：刘珊，赵谋明作者单位：华南理工大学食品与生物工程学院,广州,510640刊名：中国食品添加剂英文刊名：CHINA FOOD ADDITIVES年，卷(期)：2004(3)被引用次数：3次 参考文献(18条)参考文献(18条)1.凌关庭;王亦云;唐述潮 食品添加剂手册 19892.Donald G Coffey;David A.Bell Alan Henderson,Cellulose and Cellulose Derivatives3.宁正祥;赵谋明 食品生物化学 19954.哈特姆特伯林格尔 膳食纤维在功能性食品中的应用期刊论文-中国食品工业 2001(01)5.C Collar;P.Andreu;J.C.Marinez Optimization of hydrocolloid addition to improve wheat bread doughfunctionality:a response surface methodology study外文期刊 1999(6)6.J A Rojas;C.M.Rosell;C.Benedito de Barber Pasting properties of 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可降解的热塑性纤维素材料的主要改性方法期刊论文-纤维素科学与技术2007,15(1)2.张翔宇.梁大川.严思明.王晓琛.Zhang Xiangyu.Liang Dachuan.Yan Siming.Wang Xiaochen 纤维素的磺化改性及其降失水性的研究期刊论文-精细石油化工进展2007,8(12)3.蔡千华.Cai Qianhua 纤维素的改性及其在造纸工业中的应用期刊论文-国际造纸2007,26(4)4.姜其斌.陈德明 改性缔合纤维素MAC在乳胶漆中的应用期刊论文-涂料工业2003,33(8)5.阎瑞香.张平.王莉 改性纤维素类成膜剂在食品保鲜中的应用期刊论文-食品研究与开发2004,25(1)引证文献(3条)引证文献(3条)1.王晓玲.董海洲.侯汉学 可食性羧甲基纤维素膜制备及性能研究期刊论文-粮食与油脂 2009(7)2.唐亚丽.赵伟.卢立新.倪蕾 脂质-CMC可食性复合膜阻湿性能的影响因素研究期刊论文-包装工程 2012(19)3.资名扬.邱礼平.胡碧君.温其标 甘油与甲基纤维素对高直链玉米淀粉-壳聚糖复合膜性能的影响期刊论文-食品科学 2010(17)本文链接：http:/