Carboximetilcelulosa sódica (CMC) como espesante alimentario

Carboximetilcelulosa sódica (también conocida como: carboximetilcelulosa sódica, carboximetilcelulosa,CMCLa carboximetilcelulosa sódica (sal sódica de carboximetilcelulosa) es el tipo de celulosa más utilizado y el que se usa en mayor cantidad en el mundo actualmente.

CMC-Na, abreviado como CMC-Na, es un derivado de la celulosa con un grado de polimerización de glucosa de 100-2000 y una masa molecular relativa de 242,16. Es un polvo blanco fibroso o granular. Es inodoro, insípido, higroscópico e insoluble en disolventes orgánicos.

Propiedades básicas

1. Estructura molecular de la carboximetilcelulosa sódica (CMC)

Fue producida por primera vez en Alemania en 1918, patentada en 1921 y comercializada a nivel mundial. Desde entonces, se ha logrado la producción comercial en Europa. En aquel entonces, era solo un producto crudo, utilizado como coloide y aglutinante. Entre 1936 y 1941, la investigación sobre la aplicación industrial de la carboximetilcelulosa sódica fue muy activa, y se desarrollaron varias patentes innovadoras. Durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania utilizó carboximetilcelulosa sódica en detergentes sintéticos. Hercules fabricó carboximetilcelulosa sódica por primera vez en Estados Unidos en 1943, y produjo carboximetilcelulosa sódica refinada en 1946, la cual fue reconocida como un aditivo alimentario seguro. Mi país comenzó a adoptarla en la década de 1970, y su uso se generalizó en la década de 1990. Actualmente, es la celulosa más utilizada y la de mayor producción en el mundo.

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

Este producto es la sal sódica del carboximetil éter de celulosa, una fibra aniónica.

2. Aspecto de la carboximetilcelulosa sódica (CMC)

Este producto es la sal sódica del carboximetil éter de celulosa, un éter de celulosa aniónico, polvo fibroso o gránulo blanco o blanco lechoso, densidad 0,5-0,7 g/cm3, casi inodoro, insípido, higroscópico. Es fácil de dispersar en agua para formar una solución coloidal transparente, y es insoluble en disolventes orgánicos como el etanol [1]. El pH de la solución acuosa al 1% es 6,5-8,5, cuando el pH>10 o <5, la viscosidad del mucílago disminuye significativamente, y el rendimiento es mejor cuando el pH=7. Estable al calor, la viscosidad aumenta rápidamente por debajo de 20°C, y cambia lentamente a 45°C. El calentamiento prolongado por encima de 80°C puede desnaturalizar el coloide y reducir significativamente la viscosidad y el rendimiento. Es fácilmente soluble en agua, y la solución es transparente; Es muy estable en solución alcalina, pero se hidroliza fácilmente al entrar en contacto con ácido, precipita cuando el pH es de 2 a 3 y también reacciona con sales de metales polivalentes.

El propósito principal

Se utiliza como espesante en la industria alimentaria, como excipiente en la industria farmacéutica y como aglutinante y agente antirredeposición en la industria química de uso diario. En la industria de la impresión y el teñido, se emplea como coloide protector para agentes de encolado y pastas de impresión. En la industria petroquímica, puede utilizarse como componente del fluido de fracturación para la recuperación de petróleo. [2]

Incompatibilidad

La carboximetilcelulosa sódica es incompatible con soluciones ácidas fuertes, sales de hierro solubles y algunos otros metales como el aluminio, el mercurio y el zinc. Cuando el pH es inferior a 2 y se mezcla con etanol al 95%, se produce precipitación.

La carboximetilcelulosa sódica puede formar coaglomerados con gelatina y pectina, y también puede formar complejos con colágeno, lo que puede precipitar ciertas proteínas con carga positiva.

artesanía

La CMC es generalmente un polímero aniónico que se obtiene mediante la reacción de celulosa natural con álcali cáustico y ácido monocloroacético, con un peso molecular de 6400 (±1000). Los principales subproductos son el cloruro de sodio y el glicolato de sodio. La CMC pertenece a la modificación de la celulosa natural. La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) la denominan oficialmente «celulosa modificada».

Los principales indicadores para medir la calidad de la CMC son el grado de sustitución (GS) y la pureza. Generalmente, las propiedades de la CMC varían según el GS; cuanto mayor sea el grado de sustitución, mayor será la solubilidad, la transparencia y la estabilidad de la solución. Según los informes, la transparencia de la CMC es óptima cuando el grado de sustitución se encuentra entre 0,7 y 1,2, y la viscosidad de su solución acuosa es máxima cuando el pH está entre 6 y 9. Para garantizar su calidad, además de la elección del agente de eterificación, deben considerarse factores que afectan el grado de sustitución y la pureza, como la relación entre la cantidad de álcali y el agente de eterificación, el tiempo de eterificación, el contenido de agua en el sistema, la temperatura, el pH, la concentración de la solución y la sal, entre otros.

status quo

Para solucionar la escasez de materia prima (algodón refinado a partir de fibras de algodón), en los últimos años, algunas unidades de investigación científica en mi país han colaborado con empresas para utilizar de forma integral paja de arroz, algodón molido (desechos de algodón) y residuos de tofu para producir CMC con éxito. El costo de producción se reduce considerablemente, lo que abre una nueva fuente de materia prima para la producción industrial de CMC y permite el aprovechamiento integral de los recursos. Por un lado, se reduce el costo de producción y, por otro, se avanza hacia una mayor precisión en la producción de CMC. La investigación y el desarrollo de CMC se centran principalmente en la transformación de la tecnología de producción existente y la innovación del proceso de fabricación, así como en nuevos productos de CMC con propiedades únicas, como el proceso del "método de suspensión solvente" [3], que se ha desarrollado con éxito en el extranjero y se utiliza ampliamente. Se produce un nuevo tipo de CMC modificado con alta estabilidad. Debido al mayor grado de sustitución y a la distribución más uniforme de los sustituyentes, puede utilizarse en una gama más amplia de campos de producción industrial y entornos de uso complejos para satisfacer mayores requisitos de proceso. A nivel internacional, este nuevo tipo de CMC modificada también se denomina “celulosa polianiónica (PAC, celulosa polianiónica)”.

seguridad

Alta seguridad, ADI no necesita regulaciones y se han formulado estándares nacionales [4].

solicitud

Este producto tiene funciones de unión, espesamiento, fortalecimiento, emulsificación, retención de agua y suspensión.

Aplicación de CMC en alimentos

La FAO y la OMS han aprobado el uso de CMC puro en alimentos. Esta aprobación se produjo tras rigurosas investigaciones y pruebas biológicas y toxicológicas. La ingesta diaria admisible (IDA) según la norma internacional es de 25 mg/(kg·d), lo que equivale a aproximadamente 1,5 g/día por persona. Se ha informado que algunas personas no presentaron ninguna reacción tóxica al alcanzar los 10 kg de ingesta. El CMC no solo es un buen estabilizador y espesante de emulsiones en aplicaciones alimentarias, sino que también posee una excelente estabilidad a la congelación y la fusión, y puede mejorar el sabor del producto y prolongar su tiempo de conservación. La cantidad utilizada en leche de soja, helados, gelatinas, bebidas y conservas oscila entre el 1 % y el 1,5 %. El CMC también puede formar una dispersión emulsionada estable con vinagre, salsa de soja, aceite vegetal, zumo de frutas, salsa, zumo de verduras, etc., en una dosis del 0,2 % al 0,5 %. En particular, presenta un excelente rendimiento emulsionante para aceites animales y vegetales, proteínas y soluciones acuosas, lo que le permite formar una emulsión homogénea con un rendimiento estable. Debido a su seguridad y fiabilidad, su dosificación no está limitada por la ingesta diaria admisible (IDA) establecida por la norma nacional de higiene alimentaria. La carboximetilcelulosa (CMC) se ha desarrollado continuamente en el sector alimentario, y también se han realizado investigaciones sobre su aplicación en la producción de vino.

El uso de CMC en medicina

En la industria farmacéutica, se puede utilizar como estabilizador de emulsiones para inyecciones, aglutinante y agente formador de película para comprimidos. Algunos investigadores han demostrado que la CMC es un vehículo seguro y fiable para fármacos anticancerígenos mediante estudios básicos y en animales. Utilizando la CMC como material de membrana, la forma farmacéutica modificada del polvo de medicina tradicional china Yangyin Shengji, denominada Membrana Yangyin Shengji, puede utilizarse para heridas de dermoabrasión y heridas traumáticas. Estudios en modelos animales han demostrado que la película previene la infección de la herida y no presenta diferencias significativas con respecto a los apósitos de gasa. En cuanto al control de la exudación de líquido tisular y la rápida cicatrización de la herida, esta película es significativamente mejor que los apósitos de gasa, y tiene el efecto de reducir el edema postoperatorio y la irritación de la herida. La preparación de película compuesta de alcohol polivinílico: carboximetilcelulosa sódica: policarboxietileno en una proporción de 3:6:1 es la mejor formulación, y tanto la adhesión como la velocidad de liberación aumentan. La adhesión de la preparación, el tiempo de permanencia de la preparación en la cavidad oral y la eficacia del medicamento en la preparación mejoran significativamente. La bupivacaína es un potente anestésico local, pero en caso de intoxicación puede producir efectos secundarios cardiovasculares graves. Por ello, si bien la bupivacaína se utiliza ampliamente en la práctica clínica, la investigación sobre la prevención y el tratamiento de sus reacciones tóxicas siempre ha recibido mayor atención. Estudios farmacológicos han demostrado que CIVIC, una sustancia de liberación sostenida formulada con solución de bupivacaína, puede reducir significativamente los efectos secundarios del fármaco. En la cirugía PRK, el uso de tetracaína a baja concentración y antiinflamatorios no esteroideos combinados con CMC puede aliviar significativamente el dolor postoperatorio. La prevención de adherencias peritoneales postoperatorias y la reducción de la obstrucción intestinal son dos de las cuestiones más preocupantes en la cirugía clínica. Los estudios han demostrado que la CMC es significativamente mejor que el hialuronato de sodio para reducir el grado de adherencias peritoneales postoperatorias y puede utilizarse como un método eficaz para prevenir su aparición. La CMC se utiliza en la infusión arterial hepática por catéter de fármacos anticancerígenos para el tratamiento del cáncer de hígado, lo que puede prolongar significativamente el tiempo de permanencia de estos fármacos en los tumores, potenciar su acción antitumoral y mejorar el efecto terapéutico. En medicina veterinaria, la CMC también tiene una amplia gama de usos. Se ha informado [5] que la instilación intraperitoneal de una solución de CMC al 1% en ovejas tiene un efecto significativo en la prevención de la distocia y las adherencias abdominales tras la cirugía del tracto reproductivo en el ganado.

CMC en otras aplicaciones industriales

En los detergentes, la CMC se puede utilizar como agente anti-redeposición de suciedad, especialmente para tejidos de fibras sintéticas hidrofóbicas, lo que resulta significativamente mejor que la fibra de carboximetilo.

El CMC se puede utilizar para proteger los pozos petrolíferos como estabilizador de lodo y agente de retención de agua en la perforación petrolífera. La dosis para cada pozo petrolífero es de 2,3 t para pozos poco profundos y de 5,6 t para pozos profundos;

En la industria textil, se utiliza como agente de encolado, espesante para pasta de impresión y teñido, impresión textil y acabado de rigidez. Cuando se utiliza como agente de encolado, puede mejorar la solubilidad y la viscosidad, y es fácil de desencolar; como agente de rigidez, su dosificación es superior al 95%; cuando se utiliza como agente de encolado, la resistencia y flexibilidad de la película de encolado mejoran significativamente; con fibroína de seda regenerada La membrana compuesta compuesta de carboximetilcelulosa se utiliza como matriz para inmovilizar glucosa oxidasa, y la glucosa oxidasa y el ferroceno carboxilato se inmovilizan, y el biosensor de glucosa fabricado tiene mayor sensibilidad y estabilidad. Los estudios han demostrado que cuando el homogeneizado de gel de sílice se prepara con una solución de CMC con una concentración de aproximadamente 1% (p/v), el rendimiento cromatográfico de la placa de capa delgada preparada es el mejor. Al mismo tiempo, la placa de capa delgada recubierta bajo condiciones optimizadas tiene una resistencia de capa apropiada, adecuada para varias técnicas de muestreo, fácil de operar. La CMC se adhiere a la mayoría de las fibras y mejora la unión entre ellas. La estabilidad de su viscosidad garantiza la uniformidad del apresto, lo que optimiza la eficiencia del tejido. También puede utilizarse como agente de acabado para textiles, especialmente para un acabado antiarrugas permanente, que proporciona cambios duraderos en los tejidos.

La CMC se puede utilizar como agente antisedimentación, emulsionante, dispersante, agente nivelador y adhesivo para recubrimientos. Permite que el contenido sólido del recubrimiento se distribuya uniformemente en el disolvente, evitando así que el recubrimiento se delamine durante mucho tiempo. También se utiliza ampliamente en pinturas.

Cuando se utiliza CMC como floculante, es más eficaz que el gluconato de sodio para eliminar los iones de calcio. Cuando se utiliza como intercambiador catiónico, su capacidad de intercambio puede alcanzar 1,6 ml/g.

La CMC se utiliza como agente de encolado en la industria papelera, lo que puede mejorar significativamente la resistencia en seco y en húmedo del papel, así como la resistencia al aceite, la absorción de tinta y la resistencia al agua.

La CMC se utiliza como hidrosol en cosméticos y como espesante en la pasta de dientes, y su dosificación es de aproximadamente el 5%.

La CMC se puede utilizar como floculante, agente quelante, emulsionante, espesante, agente de retención de agua, agente de encolado, material formador de película, etc., y también se utiliza ampliamente en electrónica, pesticidas, cuero, plásticos, impresión, cerámica, pasta de dientes, productos químicos de uso diario y otros campos. Debido a su excelente rendimiento y amplia gama de usos, constantemente abre nuevos campos de aplicación y las perspectivas de mercado son extremadamente amplias.

Precauciones

(1) La compatibilidad de este producto con ácidos fuertes, álcalis fuertes e iones de metales pesados ​​(como aluminio, zinc, mercurio, plata, hierro, etc.) está contraindicada.

(2) La ingesta permitida de este producto es de 0-25 mg/kg·d.

Instrucciones

Mezcle CMC directamente con agua para hacer una pasta adhesiva para su uso posterior. Al preparar la pasta de CMC, primero agregue una cierta cantidad de agua limpia al tanque de dosificación con un dispositivo de agitación. Una vez encendido el dispositivo, esparza el CMC lenta y uniformemente en el tanque, revolviendo continuamente, para que el CMC se integre completamente con el agua y se disuelva por completo. Al disolver el CMC, es importante esparcirlo uniformemente y revolver continuamente para evitar la aglomeración y reducir la cantidad de CMC disuelto al entrar en contacto con el agua, y para aumentar la velocidad de disolución del CMC. El tiempo de agitación no es lo mismo que el tiempo de disolución completa del CMC. Son dos conceptos distintos. En general, el tiempo de agitación es mucho menor que el tiempo de disolución completa del CMC. El tiempo requerido para ambos depende de la situación específica.

La base para determinar el tiempo de agitación es: cuando elCMCUna vez que se dispersa uniformemente en el agua y no hay grumos grandes evidentes, se puede detener la agitación, permitiendo que el CMC y el agua se penetren y se fusionen entre sí en estado de reposo.

La base para determinar el tiempo necesario para que la CMC se disuelva por completo es la siguiente:

(1) La CMC y el agua están completamente unidos, y no hay separación sólido-líquido entre ambos;

(2) La pasta mezclada está en un estado uniforme, y la superficie es plana y lisa;

(3) El color de la pasta mezclada es casi incoloro y transparente, y no contiene objetos granulares. Desde el momento en que se introduce la CMC en el tanque de dosificación y se mezcla con agua hasta que se disuelve por completo, el tiempo requerido es de entre 10 y 20 horas.