Carboximetilcel·lulosa sòdica (CMC) com a espessidor alimentari

Carboximetilcel·lulosa sòdica (també coneguda com: carboximetilcel·lulosa sòdica, carboximetilcel·lulosa,CMC, Carboximetilcel·lulosa sòdica, sal sòdica de carboximetilcel·lulosa) és el tipus de cel·lulosa més utilitzat i en la quantitat més gran que s'utilitza al món actual.

CMC-Na, per abreujar, és un derivat de cel·lulosa amb un grau de polimerització de glucosa de 100-2000 i una massa molecular relativa de 242,16. Pols blanca fibrosa o granular. Inodora, insípida, insípida, higroscòpica, insoluble en dissolvents orgànics.

Propietats bàsiques

1. Estructura molecular de la carboximetilcel·lulosa sòdica (CMC)

Va ser produït per primera vegada per Alemanya el 1918, i va ser patentat el 1921 i va aparèixer al món. Des de llavors, la producció comercial s'ha aconseguit a Europa. En aquell moment, només era un producte cru, utilitzat com a col·loide i aglutinant. Del 1936 al 1941, la investigació d'aplicacions industrials de la carboximetilcel·lulosa sòdica va ser força activa, i es van inventar diverses patents inspiradores. Durant la Segona Guerra Mundial, Alemanya va utilitzar carboximetilcel·lulosa sòdica en detergents sintètics. Hèrcules va fabricar carboximetilcel·lulosa sòdica per primera vegada als Estats Units el 1943, i va produir carboximetilcel·lulosa sòdica refinada el 1946, que va ser reconeguda com un additiu alimentari segur. El meu país va començar a adoptar-la a la dècada de 1970, i es va utilitzar àmpliament a la dècada de 1990. És la cel·lulosa més utilitzada i la que té la quantitat més gran del món actual.

Fórmula estructural: C6H7O2 (OH)2OCH2COONa Fórmula molecular: C8H11O7Na

Aquest producte és la sal de sodi de l'èter carboximetílic de cel·lulosa, una fibra aniònica

2. Aspecte de la carboximetilcel·lulosa sòdica (CMC)

Aquest producte és la sal sòdica de l'èter carboximetílic de cel·lulosa, un èter de cel·lulosa aniònic, pols o grànul fibrós blanc o blanc lletós, ​​densitat 0,5-0,7 g/cm3, gairebé inodor, insípid i higroscòpic. És fàcil de dispersar en aigua per formar una solució col·loïdal transparent i és insoluble en dissolvents orgànics com l'etanol [1]. El pH de la solució aquosa a l'1% és de 6,5-8,5, quan el pH és > 10 o < 5, la viscositat del mucílag disminueix significativament i el rendiment és millor quan el pH és 7. Estable a la calor, la viscositat augmenta ràpidament per sota dels 20 °C i canvia lentament a 45 °C. L'escalfament a llarg termini per sobre dels 80 °C pot desnaturalitzar el col·loide i reduir significativament la viscositat i el rendiment. És fàcilment soluble en aigua i la solució és transparent; És molt estable en solució alcalina, però s'hidrolitza fàcilment quan es troba amb àcid, i precipitarà quan el valor del pH sigui de 2-3, i també reaccionarà amb sals metàl·liques polivalents.

El propòsit principal

S'utilitza com a espessidor a la indústria alimentària, com a portador de fàrmacs a la indústria farmacèutica i com a aglutinant i agent antiredeposició a la indústria química d'ús diari. A la indústria de la impressió i el tenyit, s'utilitza com a col·loide protector per a agents d'encolat i pastes d'impressió. A la indústria petroquímica, es pot utilitzar com a component del fluid de fracturació per a la recuperació de petroli. [2]

Incompatibilitat

La carboximetilcel·lulosa sòdica és incompatible amb solucions d'àcid fort, sals de ferro solubles i alguns altres metalls com l'alumini, el mercuri i el zinc. Quan el pH és inferior a 2 i es barreja amb etanol al 95%, es produirà precipitació.

La carboximetilcel·lulosa sòdica pot formar coaglomerats amb gelatina i pectina, i també pot formar complexos amb col·lagen, que poden precipitar certes proteïnes carregades positivament.

artesania

La CMC sol ser un compost polimèric aniònic que es prepara reaccionant cel·lulosa natural amb àlcali càustic i àcid monocloroacètic, amb un pes molecular de 6400 (±1 000). Els principals subproductes són el clorur de sodi i el glicolat de sodi. La CMC pertany a la modificació de la cel·lulosa natural. L'Organització de les Nacions Unides per a l'Agricultura i l'Alimentació (FAO) i l'Organització Mundial de la Salut (OMS) l'han anomenat oficialment "cel·lulosa modificada".

Els principals indicadors per mesurar la qualitat de la CMC són el grau de substitució (DS) i la puresa. Generalment, les propietats de la CMC són diferents si el DS és diferent; com més alt és el grau de substitució, més forta és la solubilitat i millor és la transparència i l'estabilitat de la solució. Segons els informes, la transparència de la CMC és millor quan el grau de substitució és de 0,7-1,2, i la viscositat de la seva solució aquosa és la més gran quan el valor de pH és de 6-9. Per tal de garantir la seva qualitat, a més de l'elecció de l'agent d'eterificació, també s'han de tenir en compte alguns factors que afecten el grau de substitució i la puresa, com ara la relació entre la quantitat d'àlcali i l'agent d'eterificació, el temps d'eterificació, el contingut d'aigua al sistema, la temperatura, el valor de pH, la concentració de la solució i la sal, etc.

statu quo

Per tal de resoldre l'escassetat de matèries primeres (cotó refinat fet de línters de cotó), en els darrers anys, algunes unitats de recerca científica del meu país han cooperat amb empreses per utilitzar de manera integral la palla d'arròs, el cotó mòlt (cotó residual) i les restes de tofu per produir CMC amb èxit. El cost de producció es redueix considerablement, cosa que obre una nova font de matèries primeres per a la producció industrial de CMC i realitza la utilització integral dels recursos. D'una banda, es redueix el cost de producció i, de l'altra, la CMC s'està desenvolupant cap a una major precisió. La recerca i el desenvolupament de CMC se centren principalment en la transformació de la tecnologia de producció existent i la innovació del procés de fabricació, així com en nous productes CMC amb propietats úniques, com ara el procés del "mètode de suspensió amb dissolvents" [3] que s'ha desenvolupat amb èxit a l'estranger i s'ha utilitzat àmpliament. Es produeix un nou tipus de CMC modificada amb alta estabilitat. A causa del major grau de substitució i la distribució més uniforme dels substituents, es pot utilitzar en una gamma més àmplia de camps de producció industrial i entorns d'ús complexos per satisfer els requisits de procés més elevats. Internacionalment, aquest nou tipus de CMC modificada també s'anomena "cel·lulosa polianiònica (PAC, cel·lulosa polianiònica)".

seguretat

Alta seguretat, ADI no necessita regulacions i s'han formulat estàndards nacionals [4].

aplicació

Aquest producte té les funcions d'unió, espessiment, enfortiment, emulsionant, retenció d'aigua i suspensió.

Aplicació de la CMC en aliments

La FAO i l'OMS han aprovat l'ús de CMC pura en els aliments. Va ser aprovada després d'investigacions i proves biològiques i toxicològiques molt estrictes. La ingesta segura (IDA) de l'estàndard internacional és de 25 mg/(kg·d), és a dir, aproximadament 1,5 g/d per persona. S'ha informat que algunes persones no van tenir cap reacció tòxica quan la ingesta va arribar als 10 kg. La CMC no només és un bon estabilitzador i espessidor d'emulsions en aplicacions alimentàries, sinó que també té una excel·lent estabilitat de congelació i fusió, i pot millorar el sabor del producte i allargar el temps d'emmagatzematge. La quantitat utilitzada en llet de soja, gelats, gelatina, begudes i llaunes és d'aproximadament l'1% a l'1,5%. La CMC també pot formar una dispersió emulsionada estable amb vinagre, salsa de soja, oli vegetal, suc de fruita, salsa de carn, suc de verdures, etc., i la dosi és del 0,2% al 0,5%. Especialment, té un excel·lent rendiment emulsionant per a olis animals i vegetals, proteïnes i solucions aquoses, cosa que li permet formar una emulsió homogènia amb un rendiment estable. A causa de la seva seguretat i fiabilitat, la seva dosificació no està limitada per la norma nacional d'higiene alimentària ADI. La CMC s'ha desenvolupat contínuament en el camp alimentari i també s'ha dut a terme investigació sobre l'aplicació de la carboximetilcel·lulosa sòdica en la producció de vi.

L'ús de la CMC en medicina

A la indústria farmacèutica, es pot utilitzar com a estabilitzador d'emulsió per a injeccions, aglutinant i agent formador de pel·lícula per a comprimits. Algunes persones han demostrat que la CMC és un portador de fàrmacs anticancerígens segur i fiable mitjançant experiments bàsics i amb animals. Utilitzant la CMC com a material de membrana, la forma de dosificació modificada de la pols Yangyin Shengji de la medicina tradicional xinesa, la membrana Yangyin Shengji, es pot utilitzar per a ferides d'operacions de dermoabrasió i ferides traumàtiques. Estudis amb models animals han demostrat que la pel·lícula prevé la infecció de la ferida i no té cap diferència significativa respecte als apòsits de gasa. Pel que fa al control de l'exsudació de fluids del teixit de la ferida i la curació ràpida de les ferides, aquesta pel·lícula és significativament millor que els apòsits de gasa i té l'efecte de reduir l'edema postoperatori i la irritació de la ferida. La preparació de la pel·lícula feta d'alcohol polivinílic: carboximetilcel·lulosa sòdica: policarboxietilè en una proporció de 3:6:1 és la millor recepta, i l'adhesió i la velocitat d'alliberament augmenten. L'adhesió de la preparació, el temps de residència de la preparació a la cavitat oral i l'eficàcia del medicament a la preparació milloren significativament. La bupivacaïna és un potent anestèsic local, però de vegades pot produir efectes secundaris cardiovasculars greus quan s'enverina. Per tant, mentre que la bupivacaïna s'utilitza àmpliament en clínica, sempre s'ha prestat més atenció a la investigació sobre la prevenció i el tractament de les seves reaccions tòxiques. Els estudis farmacològics han demostrat que CIVIC, com a substància d'alliberament sostingut formulada amb solució de bupivacaïna, pot reduir significativament els efectes secundaris del fàrmac. En la cirurgia PRK, l'ús de tetracaïna de baixa concentració i fàrmacs antiinflamatoris no esteroïdals combinats amb CMC poden alleujar significativament el dolor postoperatori. La prevenció de les adherències peritoneals postoperatòries i la reducció de l'obstrucció intestinal són un dels temes més preocupants en la cirurgia clínica. Els estudis han demostrat que la CMC és significativament millor que l'hialuronat de sodi per reduir el grau d'adherències peritoneals postoperatòries i es pot utilitzar com un mètode eficaç per prevenir l'aparició d'adherències peritoneals. La CMC s'utilitza en la infusió arterial hepàtica per catèter de fàrmacs anticancerígens per al tractament del càncer de fetge, cosa que pot allargar significativament el temps de residència dels fàrmacs anticancerígens en els tumors, millorar el poder antitumoral i millorar l'efecte terapèutic. En medicina animal, la CMC també té una àmplia gamma d'usos. S'ha informat [5] que la instil·lació intraperitoneal d'una solució de CMC a l'1% a ovelles té un efecte significatiu en la prevenció de la distòcia i les adherències abdominals després de la cirurgia del tracte reproductor en el bestiar.

CMC en altres aplicacions industrials

En detergents, la CMC es pot utilitzar com a agent de redeposició anti-sòl, especialment per a teixits de fibra sintètica hidrofòbica, que és significativament millor que la fibra carboximetil.

La CMC es pot utilitzar per protegir els pous de petroli com a estabilitzador de fangs i agent de retenció d'aigua en la perforació de petroli. La dosi per a cada pou de petroli és de 2,3 t per a pous poc profunds i de 5,6 t per a pous profunds;

En la indústria tèxtil, s'utilitza com a agent d'apretament, espessidor per a pasta d'impressió i tenyit, impressió tèxtil i acabat d'enduriment. Quan s'utilitza com a agent d'apretament, pot millorar la solubilitat i la viscositat, i és fàcil de desengomar; com a agent enduridor, la seva dosificació és superior al 95%; quan s'utilitza com a agent d'apretament, la resistència i la flexibilitat de la pel·lícula d'apretament milloren significativament; amb fibroïna de seda regenerada La membrana composta composta de carboximetilcel·lulosa s'utilitza com a matriu per immobilitzar la glucosa oxidasa, i la glucosa oxidasa i el carboxilat de ferrocè s'immobilitzen, i el biosensor de glucosa fet té una major sensibilitat i estabilitat. Els estudis han demostrat que quan l'homogenat de gel de sílice es prepara amb una solució CMC amb una concentració d'aproximadament l'1% (p/v), el rendiment cromatogràfic de la placa de capa fina preparada és el millor. Al mateix temps, la placa de capa fina recoberta en condicions optimitzades té una resistència de capa adequada, adequada per a diverses tècniques de mostreig, fàcil d'operar. La CMC té adherència a la majoria de fibres i pot millorar la unió entre fibres. L'estabilitat de la seva viscositat pot garantir la uniformitat de l'aprestatge, millorant així l'eficiència del teixit. També es pot utilitzar com a agent d'acabat per a tèxtils, especialment per a un acabat antiarrugues permanent, que aporta canvis duradors als teixits.

El CMC es pot utilitzar com a agent antisedimentador, emulsionant, dispersant, agent anivellador i adhesiu per a recobriments. Pot fer que el contingut sòlid del recobriment es distribueixi uniformement en el dissolvent, de manera que el recobriment no es delamini durant molt de temps. També s'utilitza àmpliament en pintures.

Quan el CMC s'utilitza com a floculant, és més eficaç que el gluconat de sodi en l'eliminació d'ions de calci. Quan s'utilitza com a intercanviador de cations, la seva capacitat d'intercanvi pot arribar a 1,6 ml/g.

El CMC s'utilitza com a agent d'encolat del paper a la indústria paperera, que pot millorar significativament la resistència en sec i en humit del paper, així com la resistència a l'oli, l'absorció de tinta i la resistència a l'aigua.

El CMC s'utilitza com a hidrosol en cosmètics i com a espessidor en pasta de dents, i la seva dosi és d'aproximadament un 5%.

El CMC es pot utilitzar com a floculant, agent quelant, emulsionant, espessidor, agent de retenció d'aigua, agent d'encapsulat, material formador de pel·lícules, etc., i també s'utilitza àmpliament en electrònica, pesticides, cuir, plàstics, impressió, ceràmica, pasta de dents, productes químics d'ús diari i altres camps, i a causa del seu excel·lent rendiment i àmplia gamma d'usos, obre constantment nous camps d'aplicació i les perspectives de mercat són extremadament àmplies.

Precaucions

(1) La compatibilitat d'aquest producte amb àcids forts, àlcalis forts i ions de metalls pesants (com ara alumini, zinc, mercuri, plata, ferro, etc.) està contraindicada.

(2) La ingesta permesa d'aquest producte és de 0-25 mg/kg·d.

Instruccions

Barregeu CMC directament amb aigua per fer una cola pastosa per a ús posterior. Quan configureu la cola CMC, primer afegiu una certa quantitat d'aigua neta al dipòsit de dosificació amb un dispositiu d'agitació i, quan el dispositiu d'agitació estigui encès, escampeu lentament i uniformement CMC al dipòsit de dosificació, remenant contínuament, de manera que el CMC completament integrat amb l'aigua, el CMC es pugui dissoldre completament. Quan es dissol CMC, la raó per la qual s'ha d'escampar uniformement i remenar contínuament és per "evitar els problemes d'aglomeració, aglomeració i reduir la quantitat de CMC dissolta quan el CMC es troba amb aigua", i per augmentar la velocitat de dissolució del CMC. El temps d'agitació no és el mateix que el temps perquè el CMC es dissolgui completament. Són dos conceptes. En general, el temps d'agitació és molt més curt que el temps perquè el CMC es dissolgui completament. El temps necessari per als dos depèn de la situació específica.

La base per determinar el temps d'agitació és: quan elCMCestà dispers uniformement a l'aigua i no hi ha grumolls grans evidents, es pot aturar l'agitació, permetent que la CMC i l'aigua penetrin i es fusionin entre si en un estat de repòs.

La base per determinar el temps necessari perquè la CMC es dissolgui completament és la següent:

(1) La CMC i l'aigua estan completament unides i no hi ha separació sòlid-líquid entre les dues;

(2) La pasta barrejada està en un estat uniforme i la superfície és plana i llisa;

(3) El color de la pasta barrejada és gairebé incolor i transparent, i no hi ha objectes granulars a la pasta. Des del moment en què la CMC s'introdueix al tanc de dosificació i es barreja amb aigua fins al moment en què la CMC es dissol completament, el temps necessari és d'entre 10 i 20 hores.