Carbossimetilcellulosa sodica (CMC) come addensante alimentare

Carbossimetilcellulosa di sodio (nota anche come: carbossimetilcellulosa di sodio, carbossimetilcellulosa,CMCLa carbossimetilcellulosa (carbossimetilcellulosa, sale sodico della carbossimetilcellulosa) è il tipo di cellulosa più diffuso e quello utilizzato in maggiore quantità al mondo oggi.

La CMC-Na, in breve, è un derivato della cellulosa con un grado di polimerizzazione del glucosio compreso tra 100 e 2000 e una massa molecolare relativa di 242,16. Si presenta come una polvere bianca, fibrosa o granulare. È inodore, insapore, igroscopica e insolubile nei solventi organici.

Proprietà fondamentali

1. Struttura molecolare della carbossimetilcellulosa sodica (CMC)

La carbossimetilcellulosa sodica fu prodotta per la prima volta in Germania nel 1918, brevettata nel 1921 e diffusa in tutto il mondo. Da allora, la produzione commerciale è stata avviata in Europa. Inizialmente, si trattava di un prodotto grezzo, utilizzato come colloide e legante. Dal 1936 al 1941, la ricerca sulle applicazioni industriali della carbossimetilcellulosa sodica fu molto attiva e portarono alla creazione di diversi brevetti innovativi. Durante la Seconda Guerra Mondiale, la Germania utilizzò la carbossimetilcellulosa sodica nei detergenti sintetici. La Hercules produsse per la prima volta la carbossimetilcellulosa sodica negli Stati Uniti nel 1943 e nel 1946 produsse la carbossimetilcellulosa sodica raffinata, che fu riconosciuta come additivo alimentare sicuro. Il mio paese iniziò ad adottarla negli anni '70 e il suo utilizzo si diffuse ampiamente negli anni '90. Oggi è la cellulosa più utilizzata e presente in maggiori quantità al mondo.

Formula strutturale: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Formula molecolare: C8H11O7Na

Questo prodotto è il sale sodico dell'etere carbossimetilico della cellulosa, una fibra anionica

2. Aspetto della carbossimetilcellulosa sodica (CMC)

Questo prodotto è il sale sodico dell'etere carbossimetilico della cellulosa, un etere di cellulosa anionico, polvere o granuli fibrosi bianchi o bianco latte, densità 0,5-0,7 g/cm³, quasi inodore, insapore, igroscopico. Si disperde facilmente in acqua per formare una soluzione colloidale trasparente ed è insolubile in solventi organici come l'etanolo [1]. Il pH della soluzione acquosa all'1% è 6,5-8,5, quando il pH > 10 o < 5, la viscosità della mucillagine diminuisce significativamente e le prestazioni sono migliori quando il pH = 7. Stabile al calore, la viscosità aumenta rapidamente al di sotto dei 20 °C e cambia lentamente a 45 °C. Il riscaldamento prolungato al di sopra degli 80 °C può denaturare il colloide e ridurre significativamente la viscosità e le prestazioni. È facilmente solubile in acqua e la soluzione è trasparente; È molto stabile in soluzione alcalina, ma si idrolizza facilmente a contatto con gli acidi, precipitando quando il pH è compreso tra 2 e 3, e reagisce anche con i sali di metalli polivalenti.

Lo scopo principale

Viene utilizzato come addensante nell'industria alimentare, come vettore di farmaci nell'industria farmaceutica e come legante e agente anti-rideposizione nell'industria chimica di uso quotidiano. Nell'industria della stampa e della tintura, viene utilizzato come colloide protettivo per agenti di apprettatura e paste da stampa. Nell'industria petrolchimica, può essere utilizzato come componente del fluido di fratturazione per il recupero del petrolio. [2]

Incompatibilità

La carbossimetilcellulosa sodica è incompatibile con soluzioni acide forti, sali di ferro solubili e alcuni altri metalli come alluminio, mercurio e zinco. Quando il pH è inferiore a 2 e se miscelata con etanolo al 95%, si verifica la precipitazione.

La carbossimetilcellulosa sodica può formare co-agglomerati con gelatina e pectina, e può anche formare complessi con il collagene, che possono precipitare alcune proteine ​​caricate positivamente.

mestiere

La CMC è generalmente un composto polimerico anionico preparato facendo reagire la cellulosa naturale con una base caustica e acido monocloroacetico, con un peso molecolare di 6400 (±1000). I principali sottoprodotti sono il cloruro di sodio e il glicolato di sodio. La CMC appartiene alla categoria delle modifiche della cellulosa naturale. L'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO) e l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) la definiscono ufficialmente "cellulosa modificata".

I principali indicatori per misurare la qualità della CMC sono il grado di sostituzione (DS) e la purezza. In generale, le proprietà della CMC variano in base al DS; maggiore è il grado di sostituzione, maggiore è la solubilità e migliori sono la trasparenza e la stabilità della soluzione. Secondo quanto riportato, la trasparenza della CMC è migliore quando il grado di sostituzione è compreso tra 0,7 e 1,2, e la viscosità della sua soluzione acquosa è massima quando il valore del pH è compreso tra 6 e 9. Per garantirne la qualità, oltre alla scelta dell'agente eterificante, è necessario considerare anche alcuni fattori che influenzano il grado di sostituzione e la purezza, come il rapporto tra la quantità di alcali e l'agente eterificante, il tempo di eterificazione, il contenuto di acqua nel sistema, la temperatura, il valore del pH, la concentrazione della soluzione e la quantità di sale, ecc.

status quo

Al fine di risolvere la carenza di materie prime (cotone raffinato ricavato da linters di cotone), negli ultimi anni, alcune unità di ricerca scientifica nel mio paese hanno collaborato con le imprese per utilizzare in modo completo paglia di riso, cotone macinato (cotone di scarto) e residui di tofu per produrre CMC con successo. Il costo di produzione è notevolmente ridotto, il che apre una nuova fonte di materie prime per la produzione industriale di CMC e realizza un utilizzo completo delle risorse. Da un lato, il costo di produzione è ridotto e, dall'altro, il CMC si sta sviluppando verso una maggiore precisione. La ricerca e lo sviluppo del CMC si concentrano principalmente sulla trasformazione della tecnologia di produzione esistente e sull'innovazione del processo di fabbricazione, nonché su nuovi prodotti CMC con proprietà uniche, come il processo "metodo solvente-sospensione" [3] che è stato sviluppato con successo all'estero ed è stato ampiamente utilizzato. Viene prodotto un nuovo tipo di CMC modificato con elevata stabilità. Grazie al maggiore grado di sostituzione e alla distribuzione più uniforme dei sostituenti, può essere utilizzato in una gamma più ampia di campi di produzione industriale e ambienti di utilizzo complessi per soddisfare requisiti di processo più elevati. A livello internazionale, questo nuovo tipo di CMC modificato è anche chiamato “cellulosa polianionica (PAC, cellulosa polianionica)”.

sicurezza

Elevata sicurezza, l'ADI non necessita di regolamentazioni e sono stati formulati standard nazionali [4].

applicazione

Questo prodotto ha le funzioni di legante, addensante, rinforzante, emulsionante, di ritenzione idrica e di sospensione.

Applicazione della CMC negli alimenti

La FAO e l'OMS hanno approvato l'uso di CMC puro negli alimenti. L'approvazione è stata conseguita dopo rigorose ricerche e test biologici e tossicologici. La dose giornaliera accettabile (DGA) stabilita a livello internazionale è di 25 mg/(kg·giorno), ovvero circa 1,5 g/giorno per persona. È stato riportato che alcune persone non hanno manifestato alcuna reazione tossica anche con un'assunzione di 10 kg. La CMC non è solo un ottimo stabilizzante emulsionante e addensante per applicazioni alimentari, ma possiede anche un'eccellente stabilità al congelamento e allo scongelamento, migliora il sapore del prodotto e ne prolunga la conservazione. La quantità utilizzata in latte di soia, gelati, gelatine, bevande e conserve è compresa tra l'1% e l'1,5%. La CMC può anche formare una dispersione emulsionata stabile con aceto, salsa di soia, olio vegetale, succo di frutta, sughi, ecc., con un dosaggio compreso tra lo 0,2% e lo 0,5%. In particolare, presenta eccellenti proprietà emulsionanti per oli animali e vegetali, proteine ​​e soluzioni acquose, consentendo la formazione di emulsioni omogenee e stabili. Grazie alla sua sicurezza e affidabilità, il suo dosaggio non è limitato dalla norma nazionale di igiene alimentare ADI. La CMC è stata continuamente sviluppata nel settore alimentare e sono state condotte ricerche anche sull'applicazione della carbossimetilcellulosa sodica nella produzione del vino.

L'uso della CMC in medicina

Nell'industria farmaceutica, può essere utilizzato come stabilizzante di emulsioni per iniezioni, legante e agente filmogeno per compresse. Alcuni studi di base e su animali hanno dimostrato che la CMC è un vettore sicuro e affidabile per farmaci antitumorali. Utilizzando la CMC come materiale per membrane, la forma farmaceutica modificata della medicina tradizionale cinese Yangyin Shengji Powder, denominata Yangyin Shengji Membrane, può essere utilizzata per ferite da dermoabrasione e ferite traumatiche. Studi su modelli animali hanno dimostrato che la pellicola previene le infezioni delle ferite e non presenta differenze significative rispetto alle medicazioni in garza. In termini di controllo dell'essudazione di fluidi tissutali e di rapida guarigione delle ferite, questa pellicola è significativamente migliore delle medicazioni in garza e ha l'effetto di ridurre l'edema post-operatorio e l'irritazione della ferita. La preparazione della pellicola a base di alcol polivinilico: carbossimetilcellulosa sodica: policarbossietilene in un rapporto di 3:6:1 rappresenta la formulazione ottimale, in quanto aumenta sia l'adesione che il tasso di rilascio. L'adesione della preparazione, il tempo di permanenza della preparazione nel cavo orale e l'efficacia del farmaco nella preparazione sono tutti significativamente migliorati. La bupivacaina è un potente anestetico locale, ma in caso di intossicazione può talvolta causare gravi effetti collaterali cardiovascolari. Pertanto, sebbene la bupivacaina sia ampiamente utilizzata in ambito clinico, la ricerca sulla prevenzione e il trattamento delle sue reazioni tossiche ha sempre ricevuto maggiore attenzione. Studi farmacologici hanno dimostrato che CIVIC, una sostanza a rilascio prolungato formulata con soluzione di bupivacaina, può ridurre significativamente gli effetti collaterali del farmaco. Nella chirurgia PRK, l'uso di tetracaina a bassa concentrazione e farmaci antinfiammatori non steroidei in combinazione con CMC può alleviare significativamente il dolore postoperatorio. La prevenzione delle aderenze peritoneali postoperatorie e la riduzione dell'occlusione intestinale sono tra le problematiche più importanti in chirurgia clinica. Studi hanno dimostrato che la CMC è significativamente migliore dell'ialuronato di sodio nel ridurre il grado di aderenze peritoneali postoperatorie e può essere utilizzata come metodo efficace per prevenire la comparsa di aderenze peritoneali. La CMC viene utilizzata nell'infusione arteriosa epatica tramite catetere di farmaci antitumorali per il trattamento del cancro al fegato, il che può prolungare significativamente il tempo di permanenza dei farmaci antitumorali nei tumori, aumentare il potere antitumorale e migliorare l'effetto terapeutico. Anche in medicina veterinaria, la CMC ha una vasta gamma di usi. È stato riportato [5] che l'instillazione intraperitoneale di una soluzione di CMC all'1% nelle pecore ha un effetto significativo sulla prevenzione della distocia e delle aderenze addominali dopo interventi chirurgici al tratto riproduttivo nel bestiame.

CMC in altre applicazioni industriali

Nei detergenti, la CMC può essere utilizzata come agente anti-rideposizione dello sporco, soprattutto per i tessuti in fibra sintetica idrofobica, risultando significativamente più efficace della fibra carbossimetilata.

Il CMC può essere utilizzato per proteggere i pozzi petroliferi come stabilizzatore del fango e agente di ritenzione idrica nelle trivellazioni petrolifere. Il dosaggio per ciascun pozzo petrolifero è di 2,3 t per i pozzi poco profondi e di 5,6 t per i pozzi profondi;

Nell'industria tessile, viene utilizzato come agente di dimensionamento, addensante per paste di stampa e tintura, per la stampa tessile e per la finitura di irrigidimento. Se utilizzato come agente di dimensionamento, può migliorare la solubilità e la viscosità ed è facile da desizing; come agente irrigidente, il suo dosaggio è superiore al 95%; se utilizzato come agente di dimensionamento, la resistenza e la flessibilità del film di dimensionamento sono significativamente migliorate; con fibroina di seta rigenerata La membrana composita composta da carbossimetilcellulosa viene utilizzata come matrice per immobilizzare la glucosio ossidasi, e la glucosio ossidasi e il ferrocene carbossilato vengono immobilizzati, e il biosensore di glucosio realizzato ha maggiore sensibilità e stabilità. Gli studi hanno dimostrato che quando l'omogenato di gel di silice viene preparato con una soluzione di CMC con una concentrazione di circa l'1% (p/v), le prestazioni cromatografiche della piastra a strato sottile preparata sono le migliori. Allo stesso tempo, la piastra a strato sottile rivestita in condizioni ottimizzate ha un'adeguata resistenza dello strato, adatta a varie tecniche di campionamento, facile da usare. La CMC aderisce alla maggior parte delle fibre e può migliorare il legame tra di esse. La stabilità della sua viscosità garantisce l'uniformità dell'appretto, migliorando così l'efficienza della tessitura. Può essere utilizzata anche come agente di finitura per i tessuti, in particolare per la finitura antipiega permanente, che apporta modifiche durature ai tessuti.

La carbossimetilcellulosa (CMC) può essere utilizzata come agente antisedimentazione, emulsionante, disperdente, livellante e adesivo per rivestimenti. Permette una distribuzione uniforme dei solidi nel solvente, evitando così la delaminazione del rivestimento nel tempo. È inoltre ampiamente utilizzata nelle vernici.

Quando la CMC viene utilizzata come flocculante, è più efficace del gluconato di sodio nella rimozione degli ioni calcio. Se utilizzata come agente di scambio cationico, la sua capacità di scambio può raggiungere 1,6 ml/g.

Il CMC viene utilizzato come agente di collatura della carta nell'industria cartaria, in grado di migliorare significativamente la resistenza a secco e a umido della carta, nonché la resistenza all'olio, l'assorbimento dell'inchiostro e la resistenza all'acqua.

La CMC viene utilizzata come idrolato nei cosmetici e come addensante nel dentifricio, e il suo dosaggio è di circa il 5%.

La CMC può essere utilizzata come flocculante, agente chelante, emulsionante, addensante, agente di ritenzione idrica, agente di dimensionamento, materiale filmogeno, ecc., ed è ampiamente utilizzata anche in elettronica, pesticidi, cuoio, plastica, stampa, ceramica, dentifricio, prodotti chimici per uso quotidiano e altri settori. Grazie alle sue eccellenti prestazioni e all'ampia gamma di applicazioni, sta costantemente aprendo nuovi campi di applicazione e le prospettive di mercato sono estremamente ampie.

Precauzioni

(1) La compatibilità di questo prodotto con acidi forti, alcali forti e ioni di metalli pesanti (come alluminio, zinco, mercurio, argento, ferro, ecc.) è controindicata.

(2) L'assunzione consentita di questo prodotto è 0-25 mg/kg·d.

Istruzioni

Mescolare direttamente il CMC con acqua per ottenere una colla pastosa da utilizzare in seguito. Quando si prepara la colla CMC, aggiungere prima una certa quantità di acqua pulita nel serbatoio di dosaggio dotato di agitatore, quindi, una volta azionato l'agitatore, versare lentamente e uniformemente il CMC nel serbatoio, mescolando continuamente, in modo che il CMC si integri completamente con l'acqua e si dissolva del tutto. La necessità di versare il CMC in modo uniforme e mescolare continuamente serve a "prevenire problemi di agglomerazione e ridurre la quantità di CMC disciolta a contatto con l'acqua", nonché ad aumentare la velocità di dissoluzione. Il tempo di agitazione non è lo stesso del tempo necessario al completo scioglimento del CMC. Si tratta di due concetti distinti. In generale, il tempo di agitazione è molto più breve del tempo necessario al completo scioglimento del CMC. I tempi necessari per entrambi dipendono dalla situazione specifica.

La base per determinare il tempo di agitazione è: quando ilCMCSe il composto è uniformemente disperso nell'acqua e non presenta grumi evidenti, è possibile interrompere l'agitazione, permettendo al CMC e all'acqua di penetrare e fondersi tra loro in condizioni statiche.

La base per determinare il tempo necessario alla completa dissoluzione del CMC è la seguente:

(1) CMC e acqua sono completamente legate e non vi è separazione solido-liquido tra i due;

(2) La pasta mista è in uno stato uniforme e la superficie è piana e liscia;

(3) Il colore della pasta miscelata è quasi incolore e trasparente, e nella pasta non sono presenti oggetti granulari. Dal momento in cui la CMC viene introdotta nel serbatoio di dosaggio e miscelata con acqua al momento in cui la CMC si dissolve completamente, il tempo richiesto è compreso tra 10 e 20 ore.