微晶纤维素（MCC）加工制备、特性及其在食品中的应用
2014-03-14 15:41阅读：
华东理工大学
胡国华
微晶纤维素(Microcrystallin
Cellulose)，简称MCC，又叫结晶纤维素，为天然植物纤维原料的水解产物，是一种结构类似海绵状的多孔、有塑性的纤维素。MCC是将不溶于水的植物纤维素原料(棉短绒或精制木浆)用稀无机酸处理，捣成浆状，制成一纤维素，再经处理使纤维素作部分解聚，水解掉α-纤维素组织上的非晶体部分，然后通过喷雾干燥制得。得到的是一种100％的微晶纤维素。
MCC自1875年发现、命名以来，已有120年历史。由于科学技术的不断进步，这一产品的生产与应用在国外取得了迅速发展。
目前，国内外以各种商品牌号销售的种类繁多的微晶纤维素产品（例如日本的KC-W、RC-N、德国的Rele
Mmak等品牌），广泛应用于食品、医药、化妆品等行业。
微晶纤维素质量指标（FAO/WHO,1998）如下表。
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项目
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指标
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含量（以纤维素和干基计）
≥97.0％
pH值
5.0～7.0
干燥失重
≤7%
水溶性物质
≤0.24%
硫酸盐灰分
≤0.05%
铅
≤2mg/kg
重金属
≤10mg/kg
淀粉
检测不出
灼烧残渣
≤0.05%
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一、微晶纤维素的物化性质
微晶纤维素为以β-1，4-葡萄糖苷基结合的直链式多糖，能聚合约3000～10000个葡萄糖分子，典型的聚合度小于4000个葡萄糖分子。在一般的植物纤维中，微晶纤维素约占70%，其他30%为无定形纤维素，经水解除去后，即留下微小、耐酸的结晶纤维素。小于5μm的二聚体应不超过10%。
微晶纤维素为白色细小结晶性粉末，无臭、无味，由可自由流动的、非纤维颗粒组成，并可由自身粘合作用而压缩成可在水中迅速分散的片剂。像所有纤维素一样，微晶纤维素是不溶于水的，也不溶于水、稀酸、稀碱溶液和大多数有机溶剂，但可吸水胀润。微晶纤维素不参加人体的新陈代谢，因为人体的消化液对它几乎不起作用。其微结构类似于海绵状，多孔、有塑性。
微晶体纤维素有两种主要形式：细粉末状和胶体状、前者用于作吸附剂或粘合剂。后者作为液体中的分散剂。如果将已水解掉非晶体部分后的网状纤维素再用机械力湿法研磨（使网络肢解）成小于0.2μm的微晶体，加入10％～15％的CMC作为再分散剂，经干燥后即得到胶体态MCC。当胶体态MCC分散于水中时，CMC与MCC微晶体在水相中能逐渐形成氢键支撑起来的网状联接形式，最终形成均匀一致的胶体溶液。它在食品中具有稳定剂的功效。由于其本身并不能形成粘稠溶液，故胶态MCC往往与其他胶(如黄原胶)配合使用。其用途范因很广，如用于冷冻甜食及其他乳制品、沙司和色拉调料等食品。
MCC与其他亲水胶体的不同之处是MCC本身并不与水结合，而只是连续分散，粘度初始值很低，需要24h才能达到较高的稳定粘度值，分散液呈触变性，而且温度变化对其粘度及性质几乎无影响，冷热稳定性良好，常用作冷冻融化稳定剂及食品需高温加工处理时的稳定剂。
微晶纤维素制备的一般方法为，木质纤维素用2.5mol/L盐酸煮沸15min，纤维素中的无定形部分即被降解，而残留质点大小为0.2～2.0μm的结晶纤维素,经纯水漂洗后，由喷雾干燥取得结晶团聚的粉末。
MCC的分散液制备方法很重要，否则会造成分散不开或微粒聚凝现象。一般要求用均质机或高速搅拌机来制备分散液，而且应首先加入MCC，使其分散后才能加入其它成分。硬水或低pH值体系都会导致聚凝现象发生。如果体系pH值低于4.0，为避免发生聚凝现象，应在MCC加入后立即加入其它胶体保护剂，如MCC、黄原胶等，加入量一般为MCC的15％～20％。MCC分散液具有丰富细腻的口感，又是膳食纤维，故常用于减肥食品中以取代油脂。
二、微晶纤维素在食品中的应用
MCC商品在食品工业中作为有效添加剂已被许多国家采用，并取得联合国粮农组织和国际卫生组织所属食品添加剂联合鉴定委员会的批准。但在我国，采用微晶纤维素作为食品添加剂应用于食品工业生产中还不多。
微晶纤维素作为食品添加剂，其主要功能有；乳化和泡沫稳定性；高温下的稳定性；非营养性充填物和增稠剂；液体的稳定和胶化剂；改善食品结构；悬浮剂；冷冻甜食中控制冰晶形成。其中，乳化稳定性是微晶纤维素的最主要功能。
（一）粉末状微晶纤维素在食品中的应用
粉末态MCC主要用做食品膳食纤维、粉末香精载体、药品填充剂及抗结块剂等.
MCC是食品中非营养部分，在人体内不产生热量，故可用作健康食品中的食用纤维。MCC又是一种良好的载体，可吸附较多的油、水、醇和酸，如醋酸、香精和香辛料等食品的配料。微晶纤维具有吸油特性，所以粉末化的微晶纤维素还被用作香精和香料油的载体。由MCC作为助剂制成的硬质片剂，可以机械化高速生产，又可在与水接触后在数秒钟内迅速崩解。粉末状微晶纤维素的另外一个应用是作为抗结块剂，它有防结块和帮助流动的作用。另外，它还被用于某些挤出食品作助流剂。
（二）胶体状微晶纤维素在食品中的应用
胶体状微晶纤维素最主要功能是乳化稳定性。微晶纤维素被分散在乳化液的液相中，分散了的粒子使油-水乳化液中的水相被增稠或胶化，从而防止油粒彼此间靠近，乃至聚合。在这样的乳化液中，微晶纤维素粒存在于油水界面上，既被水也被油润湿。它能强化油水分界面，并能使之在高温下保持优良的稳定性。例如，罐头肉制品的乳化液能够在116℃下加热三个小时，仍然保持质量不变。无菌食品加工过程中，往往既有高温又有高粘度，淀粉在这样的条件下会分解，而微晶纤维素则仍能保持优良的特性。
冷冻甜食业中使用胶体状微晶纤维素，特殊作用在于控制冰的结晶和提高发泡与乳化的稳定性。添加胶体状微晶纤维素可获得优质的冷冻甜食制品。质地、结构和味道是冰淇淋重要感官特性，冰淇淋在制造过程中，关键是要防止冰晶粒在频繁的冻结-融化过程中增大。另外，研究结果表明，在最不利的条件之下，只要加入0.4～0.6％的微晶纤维素就足以保证冰牛奶的质地和结构不发生变化．对于冷冻甜食业中的酸奶酪，很受人们欢迎，但随之而来出现了新的问题。由于酸奶酪的PH值低，引起了牛奶中固态组分的凝固，使乳清从混合物中分离出来，加入了微晶纤维素以后可以有效地保证制品的稳定性。另外微晶纤维素几乎不影响调味料的感官特性，这是与其它稳定剂不同的地方。
除上述乳化稳定作用外，胶体状微晶纤维素和粉状微晶纤维素一样还用于减少含热量及增加纤维量，如用于色拉调料可提高它的食用纤维含量。
由于微晶纤维素具有的优良性能，对于微晶纤维素的研究还在继续，还在不断地开发着新的用途，例如增加食品的脆感、改善质地、助挤出成型、作为一些食品中的食用纤维等。
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