陳珍珍，劉愛國，*，李曉敏，張坤生，張樹海，曾國江

（1.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134；2.北京納米纖維素技術(shù)研發(fā)中心，中國國旅貿(mào)易有限責(zé)任公司，北京100022；3.天津市大橋道食品有限公司，天津300350）

微晶纖維素的特性及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

陳珍珍1，劉愛國1，*，李曉敏2，張坤生1，張樹海1，曾國江3

（1.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134；2.北京納米纖維素技術(shù)研發(fā)中心，中國國旅貿(mào)易有限責(zé)任公司，北京100022；3.天津市大橋道食品有限公司，天津300350）

微晶纖維素作為一種新型功能性天然高分子化合物，其獨(dú)特的理化特性使得微晶纖維素在食品、醫(yī)藥及化妝品等行業(yè)中的應(yīng)用越來越受到重視。文章主要闡述了微晶纖維素的理化性質(zhì)及其在食品工業(yè)（如乳制品、冷凍食品及肉制品等）中的應(yīng)用，并對微晶纖維素的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

微晶纖維素，理化特性，應(yīng)用

纖維素廣泛存在于自然界，是自然界中最為豐富的可再生資源。微晶纖維素作為纖維素的一種重要衍生物，由天然纖維素經(jīng)稀無機(jī)酸水解而得，曾被視為無法利用的產(chǎn)品，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，如今在生產(chǎn)與應(yīng)用方面取得了迅速發(fā)展。近年來，人們不斷地深入研究了微晶纖維素的制備方法、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)，并將其廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥及食品等領(lǐng)域，微晶纖維素的功能強(qiáng)大，極具實(shí)際生產(chǎn)開發(fā)價(jià)值。本文主要從微晶纖維素的理化性質(zhì)談起，對其在食品工業(yè)中的一些應(yīng)用進(jìn)行了綜述，旨在為進(jìn)一步深入研究微晶纖維素提供一些參考。

1 微晶纖維素

微晶纖維素（Microcrystalline cellulose，簡稱MCC），又稱結(jié)晶纖維素，是由β-1，4葡萄糖苷鍵聯(lián)接的直鏈?zhǔn)蕉嗵?，通常是天然纖維素經(jīng)物理或化學(xué)方式得到的白色粉末狀物質(zhì)，具有較大的比表面積和較低的聚合度[1]。該物質(zhì)無臭、無味；不溶于水、稀酸、有機(jī)溶劑以及油脂等[2]；流動(dòng)性強(qiáng)，可在水中分散，并在弱堿溶液中部分溶漲，同時(shí)羧甲基化、乙?；?、酯化反應(yīng)性能相對較高[3-4]。獨(dú)特的性質(zhì)使其作為纖維素改性產(chǎn)品中的重要成分，有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，且在醫(yī)藥、化妝品、食品以及化工行業(yè)均有廣泛應(yīng)用[5]。微晶纖維素在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中占有十分重要的地位，因此對它的研究有非常遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。

1.1 微晶纖維素的分類

微晶纖維素按晶體顆粒大小可分為：粉狀級別微晶纖維素，粒徑大小在2～200μm，主要用作吸附劑或填充劑，無穩(wěn)定功能[6]；膠態(tài)級別微晶纖維素，粒徑大小在0.1～2μm，具有膠態(tài)性和吸濕性，分散于水中可形成白色、不透明的觸變膠體，與其他增稠劑復(fù)配應(yīng)用在中性調(diào)味滅菌乳或滅菌乳飲料中[7]。

1.2 微晶纖維素的制備

微晶纖維素種類繁多，且性質(zhì)各異，其生產(chǎn)所采用的設(shè)備以及工藝條件也不盡相同。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的方法主要有化學(xué)法和機(jī)械法，此外，還有處于研究階段的微生物發(fā)酵法及酶解法。

出于對成本、資源和環(huán)保的考慮，人們在不斷地研究更好的原料和更好的方法來制備微晶纖維素。其原料不再局限于傳統(tǒng)的甘蔗渣、玉米芯和稻草漿等農(nóng)業(yè)廢棄物[8-10]，近幾年，國內(nèi)有人嘗試?yán)么蠖蛊11]、胡蘿卜渣[12]及蘋果渣[13]等制備微晶纖維素，不僅確定了最佳工藝條件，且得到了較好的產(chǎn)品。

2 微晶纖維素的性質(zhì)

微晶纖維素具有高結(jié)晶度、高聚合度、比表面積大和高吸水值的特性，此外，還具有獨(dú)特的流變特性以及化學(xué)性能，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

結(jié)晶度是指纖維素的結(jié)晶區(qū)域占整體纖維素的百分比，一般通過X-射線衍射分析儀和紅外光譜分析儀對其結(jié)晶度進(jìn)行分析，結(jié)果表明纖維素I的結(jié)晶均被保留，且微晶纖維素的結(jié)晶度要比纖維素原料的結(jié)晶度大。不同原料及不同水解方式得到的微晶纖維素的結(jié)晶度差異較大，通常在0.68～0.80變動(dòng)，而純度較高的微晶纖維素，其結(jié)晶度水解前后可由65.83%達(dá)到92.23%[14]。

聚合度分布是微晶纖維素一項(xiàng)重要指標(biāo)，其中聚合度指纖維素中重復(fù)的葡萄糖結(jié)構(gòu)單元的多少。聚合度分布的測定一般采用分級溶解、分級沉淀以及凝膠滲透色譜三種方法。微晶纖維素分散性越小，說明其分布越均一[15]。任丹等[16]研究了幾種活化法對微晶纖維素溶解性及聚合度的影響，結(jié)果表明經(jīng)活化后聚合度略微降低，溶解性有所改善。

比表面積是微晶纖維素一項(xiàng)重要參數(shù)，指多孔固體物質(zhì)單位質(zhì)量所具有的表面積。一般通過水蒸氣吸附的BET法的比表面積測定儀對其比表面積進(jìn)行測定。用不同方法和不同處理方式得到的微晶纖維素的比表面積也不同，不同于聚合度的是比表面積隨著粒徑的減小而增大，且其比表面積隨制備過程中粉碎時(shí)間的延長相應(yīng)增大[17]。

吸水值是微晶纖維素在水中潤脹程度的標(biāo)志。顆粒的大孔體積對吸水值的影響最大，大孔體積越多，吸水值越大，因?yàn)橛写罅康牧Ｗ娱g結(jié)合水保留在大孔中，測定其吸水值時(shí)這部分結(jié)合水起了非常重要的作用[18]。將微晶纖維素制備成不同濃度的水溶液，其吸水值隨微晶纖維素水溶液由起始濃度的不斷增高而增大，而未加工的微晶纖維素的吸水值隨著研磨時(shí)間的增加而增加[19]。

微晶纖維素具有極好的流動(dòng)性[20]，主要與固相濃度，固體顆粒的形狀，顆粒大小，粒子間的相互作用有關(guān)[21-22]。其中對流動(dòng)性影響較大的是顆粒大小，顆粒越大，粒間摩擦力越小，流動(dòng)性越好。

此外，微晶纖維素具有較大的化學(xué)反應(yīng)活性，易發(fā)生酯化和醚化反應(yīng)，生成纖維素酯和纖維素醚等，不僅不會破壞其內(nèi)部的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，且所得產(chǎn)物的機(jī)械性能、可燃性、溶解性及分散性等都發(fā)生相應(yīng)改變[23]。微晶纖維素優(yōu)良的化學(xué)性能和功能特性，不僅擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，更為其在纖維素的化學(xué)改性和開發(fā)應(yīng)用方面提供了多種選擇[24]。

3 微晶纖維素在食品工業(yè)中的應(yīng)用

在食品工業(yè)中，微晶纖維素作為一種食用纖維和理想的保健食品添加劑，得到了聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織所屬的食品添加劑聯(lián)合鑒定委員會的認(rèn)證和批準(zhǔn)，相應(yīng)的纖維商品也隨之出現(xiàn)，并在乳制品、冷凍食品、肉制品等中得到廣泛的應(yīng)用。

索他洛爾是一種β-受體阻滯劑，常用于治療心房撲動(dòng)、心房纖顫等心律失常，可緩解急癥快速心律失常癥狀，降低死亡率，但其伴隨著多種并發(fā)癥，如呼吸困難、頭痛、眩暈、發(fā)熱、低血壓等，給患者帶來不適[3]，容易使患者產(chǎn)生焦躁、抑郁等負(fù)面情緒，不利于預(yù)后。胺碘酮屬于Ⅲ類抗心律失常藥物，具有Ⅰ類與Ⅳ類抗心律失常類藥物的性質(zhì)，其作用機(jī)理為與血漿中的白蛋白、β脂蛋白結(jié)合，抑制心房或者心肌傳導(dǎo)纖維中快鈉離子的內(nèi)流，使傳導(dǎo)速度減慢，同時(shí)降低竇房結(jié)的自律性，實(shí)現(xiàn)心率的調(diào)節(jié)作用。靜脈注射鹽酸胺碘酮，對負(fù)性肌力產(chǎn)生輕度作用，對左室功能無抑制，實(shí)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈與周圍血管的擴(kuò)張[4]。

3.1 微晶纖維素在乳制品中的應(yīng)用

3.1.1 在乳飲料中的應(yīng)用 微晶纖維素可作為乳化穩(wěn)定劑應(yīng)用于乳飲料中，通常乳飲料在生產(chǎn)與銷售貯存期間容易乳液分離，而微晶纖維素可增稠并膠凝化油水乳化液中的水相，防止油滴間彼此接近甚至發(fā)生聚合反應(yīng)；微晶纖維素均勻分散于水中，能以氫鍵方式與水分子連接形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，防止乳中不溶性顆粒的沉降以及脂質(zhì)粒的重聚；此外，微晶纖維素的剪切稀變性可降低產(chǎn)品產(chǎn)生的粘連糊口感[25]。

成堅(jiān)等[10]將膠態(tài)微晶纖維素（添加量在2.00～3.00g/L）與卡拉膠以及單甘脂復(fù)配使用，有效提高了中性含乳飲料（高鈣奶、可可奶、核桃奶、花生奶及豆奶等）的穩(wěn)定性，使得產(chǎn)品的口感飽滿且滑爽。劉娟[26]的研究結(jié)果表明微晶纖維素與κ-型卡拉膠復(fù)配提高了可可奶的貨架期，特別是微晶纖維素添加量1.5g/L，卡拉膠0.2g/L時(shí)，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，稠度適中，口感潤滑，保質(zhì)期達(dá)6個(gè)月。

3.1.2 在奶酪中的應(yīng)用 在低脂干酪中添加微晶纖維素，不僅可以彌補(bǔ)脂肪含量減少所引起的口感不足，同時(shí)形成支撐骨架，使制品變軟，從而改善制品的整體效應(yīng)[27]。

紀(jì)麗蓮[28]研究了微晶纖維素對干酪品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，在低脂干酪中添加微晶纖維素和卡拉膠時(shí)，干酪產(chǎn)品中的水分和蛋白質(zhì)含量顯著增加，組織狀態(tài)更加柔軟、滑潤且富有彈性，風(fēng)味愈發(fā)清香，在掃描電鏡下觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈多孔狀，類似于全脂奶酪，比未添加微晶纖維素和卡拉膠的普通低脂干酪整體效果更佳。

3.1.3 在冰奶油中的應(yīng)用 微晶纖維素作為穩(wěn)定劑，可以很大程度的提高奶油的乳化和泡沫穩(wěn)定性，從而改善質(zhì)地，使奶油更加潤滑，爽口[29]。

3.2 微晶纖維素在冷凍食品中的應(yīng)用

3.2.1 在冰淇淋中的應(yīng)用 微晶纖維素作為一種穩(wěn)定劑、改良劑，可以提高冰淇淋漿料的黏度，提高冰淇淋的整體乳化效果，提高冰淇淋體系的分散穩(wěn)定性、抗融性以及風(fēng)味的釋放能力[31]。在冰淇淋中使用可以防止或抑制冰晶的生長及延緩冰渣出現(xiàn)的時(shí)間，改善軟冰淇淋口感、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀狀態(tài)，改善油脂以及含油脂固體微粒的分散度[32]。微晶纖維素在冰淇淋反復(fù)的凍融過程中充當(dāng)物理性阻礙物，防止晶粒聚集形成大的冰晶體，在冰淇淋中加入0.4%～0.6%微晶纖維素足以防止冰晶體增大，保證冰淇淋的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化[33]。在典型的英國配方配制的冰淇淋中分別加入0.30%、0.55%、0.80%的微晶纖維素，冰淇淋的黏度較未添加微晶纖維素的稍有增大，但對冰淇淋的溢出量沒有影響。用功能法或透度計(jì)測定，都顯示加入微晶纖維素后的冰淇淋質(zhì)量有很大提高，加入量在0.55%或0.80%時(shí)效果更加明顯[29]。

劉梅森等[32]將微晶纖維素加入到冰淇淋中，主要通過測定冰淇淋的漿料黏度、膨脹率和抗融性，研究了微晶纖維素作為單因素及與瓜兒豆膠復(fù)配在冰淇淋生產(chǎn)中的影響，結(jié)果表明，單一使用或兩者復(fù)配使用都能明顯改善冰淇淋的抗融性，提高冰淇淋的品質(zhì)。

3.2.2 在速凍面食中的應(yīng)用 微晶纖維素作為速凍面食（包括速凍餃子、湯圓和餛飩等）和冷凍點(diǎn)心的一種改良劑，可使其成品表皮不易開裂，不變形，水煮性能好，可以延長保鮮期，同時(shí)具有表皮光亮、口感爽滑、彈性好及不混湯的優(yōu)點(diǎn)[34]。此類食品擁有較高的性價(jià)比，具有很好的競爭優(yōu)勢。

3.3 微晶纖維素在肉制品中的應(yīng)用

3.3.1 在肉類罐頭中的應(yīng)用 肉類罐頭是一種高溫殺菌食品，在高溫處理?xiàng)l件下其中的淀粉會發(fā)生水解，影響罐頭產(chǎn)品的質(zhì)量和口感。由于微晶纖維素具有耐鹽、耐酸和耐高溫的特性，在肉類罐頭中添加微晶纖維素，可使肉制品在長時(shí)間的高溫條件下保持較好的穩(wěn)定性[35]，保證肉類罐頭質(zhì)量的同時(shí)其延長了貨架期。

3.3.2 在低脂肉制品的應(yīng)用 微晶纖維素作為一種純天然的無毒無害的纖維素產(chǎn)品，具有與膳食纖維、細(xì)菌纖維素類似無法被人體消化吸收的特點(diǎn)，因此，可作為脂肪的替代物和模擬物[36]。在肉腸、肉丸及肉餅等肉制品加工過程中，微晶纖維素可部分甚至完全代替其中的肥肉，大大地減少了肉制品的熱量。目前，人們對高脂肪、高熱量的食品拒之不及，低脂肪食品的開發(fā)成了功能性食品研究的主要內(nèi)容，而微晶纖維素的應(yīng)用研究完全符合這些發(fā)展需求。

3.4 微晶纖維素在焙烤食品中的應(yīng)用

微晶纖維素是一種良好的的膳食纖維來源，可以制作為高膳食纖維的焙烤食品[37]。在焙烤食品中添加微晶纖維素不僅可以增加纖維素的含量，使其具有一定的營養(yǎng)和保健功能，還可以降低焙烤食品的熱量，提高產(chǎn)品的保水性，并延長貨架期。

徐瑾等[38]通過研制杉木微晶纖維素面包，研究了杉木微晶纖維素不同添加量對面包品質(zhì)的影響。隨著微晶纖維素的添加量增加時(shí)會降低面包的感官質(zhì)量，只得到了添加量為0.1%～0.3%時(shí)組織結(jié)構(gòu)和風(fēng)味都較為優(yōu)良的面包。由于微晶纖維素添加量較少，不是真正意義的高膳食纖維面包。姜旭邦等[39]在徐瑾的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了微晶纖維素的添加量和粒度變化對面包品質(zhì)和全質(zhì)構(gòu)的影響。其結(jié)果表明，當(dāng)微晶纖維素添加量較小時(shí)，微晶纖維素的粒度大小對面包的品質(zhì)和全質(zhì)構(gòu)影響不明顯；當(dāng)微晶纖維素的添加量相同時(shí)，其粒度越大，對面包的品質(zhì)和全質(zhì)構(gòu)影響越大，越不好；當(dāng)微晶纖維素的粒度最小時(shí)，能明顯改善面包的品質(zhì)，且在10%添加量時(shí)面包仍保持較好的品質(zhì)。在快餐致病率和快餐脂肪居高不下的時(shí)代，這樣的高膳食纖維面包是一種新型的營養(yǎng)保健食品，易于被消費(fèi)者接受。

3.5 微晶纖維素在速溶飲料中的應(yīng)用

膠態(tài)微晶纖維素在水中形成的凝膠具有空間障礙作用，且凝膠強(qiáng)度低，因此可作為飲料的膠化劑、穩(wěn)定劑、抗結(jié)劑和懸浮劑，解決各種速溶飲料目前經(jīng)常出現(xiàn)的分散性不均或分散性不穩(wěn)定等現(xiàn)象，提高液體的穩(wěn)定性。另外，膠體微晶纖維素有防止速溶飲品的粉末（如巧克力粉、可可粉等）受潮結(jié)塊的作用，因?yàn)槲⒕Юw維素能將粉末顆粒穩(wěn)定在其形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)中，從而對速溶的飲料起到較好的穩(wěn)定效果[40]。

3.6 微晶纖維素在調(diào)味品中的應(yīng)用

楊維生[41]通過一系列處理，將微晶纖維素進(jìn)行改性之后，得到一種適用于調(diào)味汁的添加劑，它在低粘度下有搖溶性、乳化穩(wěn)定性、耐熱性和耐振動(dòng)性，使調(diào)味汁有爽口感。微晶纖維素不僅適用于無油脂、低油脂調(diào)味汁，而且還適用于燒煮用的白色調(diào)味汁類，如玉米湯和波拉布式色拉調(diào)料。

4 展望

作為新型材料的微晶纖維素是一種豐富的可再生資源，性質(zhì)獨(dú)特且用途廣泛，日益受到各界的廣泛關(guān)注，具有很大的研究空間、廣闊的發(fā)展前景和市場潛力。目前，國外實(shí)現(xiàn)了微晶纖維素系列化產(chǎn)品的生產(chǎn)，國內(nèi)隨著消費(fèi)者對產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模雖有擴(kuò)大，對微晶纖維素的需求量也逐年增大，但是我國研究和開發(fā)大都處于初級階段，生產(chǎn)的大型廠家很少，多以中小型企業(yè)零散生產(chǎn)為主，且生產(chǎn)力低下，使得微晶纖維素在工業(yè)領(lǐng)域中的大量應(yīng)用受到了很大的限制。自從我國現(xiàn)加入WTO后，給我國在微晶纖維素方面的理論研究、在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)帶來了極大的機(jī)遇，應(yīng)加大微晶纖維素開發(fā)應(yīng)用的力度，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量，參與國際競爭，更好的開發(fā)國際市場，尤其是國內(nèi)市場。此外，微晶纖維素有很多優(yōu)質(zhì)的性能亟需開發(fā)，這就需要更深入、更具體的研究微晶纖維素的功能特性和應(yīng)用機(jī)理，不斷地創(chuàng)新和發(fā)展制備技術(shù)及改性技術(shù)，以此來開拓微晶纖維素在我國的廣闊市場。

食品工業(yè)是微晶纖維素應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，其來源和適用范圍都在不斷地?cái)U(kuò)大。近幾年有關(guān)其衍生物的研究較多，作為食品的抗氧化劑、發(fā)酵劑等。而微晶纖維素在生物和醫(yī)學(xué)方面的發(fā)展也是占主流的，可以結(jié)合其自身的功能性和營養(yǎng)性開發(fā)出新型的藥食同源的功能產(chǎn)品。

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Characteristics and application of microcrystalline cellulose in food industry

CHEN Zhen-zhen1，LIU Ai-guo1，*，LI Xiao-min2，ZHANG Kun-sheng1，ZHANG Shu-hai1，ZENG Guo-jiang3
（1.Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China；
2.Beijing NCC Technology R&D Centre，China International Touriam&Trade Co.，Ltd.，Beijing 100022，China；3.Daqiaodao，Tianjin Food Co.，Ltd.，Tianjin 300350，China）

Microcrystalline cellulose，as a new type of functional natural polymer，is widely used in many fields，including food，pharmaceutical，cosmetics and some other industries.In addition，microcrystalline cellulose had arosed more and more attention，because of its unique physcal and chemical properties.The article summarized the physicochemical property of the microcrystalline cellulose，these applications in the food industry（such as dairy products，frozen foods and meat products），and the prospects for the development of microcrystalline cellulose prospect.

microcrystalline cellulose；physicochemical property；application

TS202.3

A

1002-0306（2014）04-0380-04

2013－07－08 *通訊聯(lián)系人

陳珍珍（1988），女，在讀碩士研究生，研究方向：乳制品與食品添加劑。

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD37B06-07）。