נתרן קרבוקסימטיל תאית (CMC) כחומר מעבה למזון

נתרן קרבוקסימטיל תאית (ידוע גם בשם: נתרן קרבוקסימטיל תאית, קרבוקסימטיל תאית,CMC, קרבוקסימטיל, תאית נתרן, מלח נתרן של קרבוקסימטיל תאית) הוא סוגי התאית הנפוצים ביותר והכמות הגדולה ביותר בשימוש בעולם כיום.

CMC-Na בקיצור, הוא נגזרת תאית עם דרגת פילמור גלוקוז של 100-2000, ומסה מולקולרית יחסית של 242.16. אבקה לבנה סיבית או גרגירית. חסר ריח, חסר טעם, חסר טעם, היגרוסקופי, בלתי מסיס בממסים אורגניים.

מאפיינים בסיסיים

1. מבנה מולקולרי של נתרן קרבוקסימתיצלולוז (CMC)

הוא יוצר לראשונה על ידי גרמניה בשנת 1918, והוא נרשם כפטנט בשנת 1921 והופיע בעולם. ייצור מסחרי הושג מאז באירופה. באותה תקופה, הוא היה רק ​​מוצר גולמי, ששימש כקולואיד וחומר מקשר. בין השנים 1936 ל-1941, מחקר היישומים התעשייתיים של נתרן קרבוקסימתיל תאית היה פעיל למדי, ומספר פטנטים מעוררי השראה הומצאו. במהלך מלחמת העולם השנייה, גרמניה השתמשה בנתרן קרבוקסימתיל תאית בחומרי ניקוי סינתטיים. הרקולס ייצרה נתרן קרבוקסימתיל תאית לראשונה בארצות הברית בשנת 1943, וייצרה נתרן קרבוקסימתיל תאית מזוקק בשנת 1946, שהוכר כתוסף מזון בטוח. ארצי החלה לאמץ אותו בשנות ה-70, והוא היה בשימוש נרחב בשנות ה-90. זהו התאית הנפוצה ביותר והכמות הגדולה ביותר בעולם כיום.

נוסחה מבנית: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa נוסחה מולקולרית: C8H11O7Na

מוצר זה הוא מלח נתרן של תאית קרבוקסימתיל אתר, סיב אניוני

2. מראה של נתרן קרבוקסימתיל תאית (CMC)

מוצר זה הוא מלח נתרן של אתר תאית קרבוקסימתיל, אתר תאית אניוני, אבקה או גרגירים סיבית לבנה או חלבית, צפיפות 0.5-0.7 גרם/סמ"ק, כמעט חסר ריח, חסר טעם, היגרוסקופי. קל לפזר אותו במים ליצירת תמיסה קולואידית שקופה, והוא בלתי מסיס בממסים אורגניים כמו אתנול [1]. רמת החומציות (pH) של תמיסה מימית 1% היא 6.5-8.5, כאשר ה-pH > 10 או < 5, צמיגות הריר יורדת משמעותית, והביצועים הטובים ביותר כאשר ה-pH = 7. יציב בחום, הצמיגות עולה במהירות מתחת ל-20°C, ומשתנה באיטיות ב-45°C. חימום ארוך טווח מעל 80°C יכול לפגל את הקולואיד ולהפחית משמעותית את הצמיגות והביצועים. הוא מסיס בקלות במים, והתמיסה שקופה; הוא יציב מאוד בתמיסה בסיסית, אך הוא עובר הידרוליזה בקלות כאשר הוא נתקל בחומצה, והוא יגרום לשקיעה כאשר ערך ה-pH הוא 2-3, והוא גם יגיב עם מלחי מתכת רב-ערכיים.

המטרה העיקרית

הוא משמש כמעבה בתעשיית המזון, כנשא תרופות בתעשיית התרופות, וכמקשר וחומר מונע שקיעה חוזרת בתעשייה הכימית היומיומית. בתעשיית הדפוס והצביעה, הוא משמש כקולואיד מגן לחומרי גודל ומשחות הדפסה. בתעשייה הפטרוכימית, ניתן להשתמש בו כמרכיב בנוזל שבירה להפקת נפט. [2]

אי התאמה

נתרן קרבוקסימתיצלולוז אינו תואם לתמיסות חומצה חזקה, מלחי ברזל מסיסים ומתכות אחרות כגון אלומיניום, כספית ואבץ. כאשר ה-pH נמוך מ-2, וכאשר הוא מעורבב עם אתנול 95%, יתרחש משקעים.

נתרן קרבוקסימטיל תאית יכול ליצור קו-אגלומרטים עם ג'לטין ופקטין, ויכול גם ליצור קומפלקסים עם קולגן, אשר יכולים לזרז חלבונים מסוימים בעלי מטען חיובי.

מְלָאכָה

CMC הוא בדרך כלל תרכובת פולימר אניונית המוכנה על ידי תגובה של תאית טבעית עם אלקלי קאוסטית וחומצה מונוכלורואצטית, עם משקל מולקולרי של 6400 (±1,000). תוצרי הלוואי העיקריים הם נתרן כלורי ונתרן גליקולט. CMC שייך לשינוי תאית טבעי. ארגון המזון והחקלאות של האומות המאוחדות (FAO) וארגון הבריאות העולמי (WHO) כינו אותו רשמית "תאית שעברה שינוי".

האינדיקטורים העיקריים למדידת איכות ה-CMC הם דרגת ההחלפה (DS) וטוהר. באופן כללי, תכונות ה-CMC שונות אם ה-DS שונה; ככל שדרגת ההחלפה גבוהה יותר, כך המסיסות חזקה יותר, והשקיפות והיציבות של התמיסה טובות יותר. על פי דיווחים, שקיפות ה-CMC טובה יותר כאשר דרגת ההחלפה היא 0.7-1.2, וצמיגות התמיסה המימית שלה היא הגבוהה ביותר כאשר ערך ה-pH הוא 6-9. על מנת להבטיח את איכותה, בנוסף לבחירת חומר האתריפיקציה, יש לקחת בחשבון גם כמה גורמים המשפיעים על דרגת ההחלפה והטוהר, כגון הקשר בין כמות הבסיס וחומר האתריפיקציה, זמן האתריפיקציה, תכולת המים במערכת, טמפרטורה, ערך pH, ריכוז התמיסה והמלח וכו'.

סטטוס קוו

על מנת לפתור את המחסור בחומרי גלם (כותנה מזוקקת העשויה משרי כותנה), בשנים האחרונות, מספר יחידות מחקר מדעיות במדינה שלי שיתפו פעולה עם ארגונים כדי לנצל באופן מקיף קש אורז, כותנה טחונה (פסולת כותנה) ושאריות טופו כדי לייצר בהצלחה CMC. עלות הייצור מצטמצמת משמעותית, מה שפותח מקור חדש של חומרי גלם לייצור תעשייתי של CMC ומממש ניצול מקיף של משאבים. מצד אחד, עלות הייצור מצטמצמת, ומצד שני, CMC מתפתח לעבר דיוק גבוה יותר. המחקר והפיתוח של CMC מתמקדים בעיקר בשינוי טכנולוגיית הייצור הקיימת ובחדשנות בתהליך הייצור, כמו גם במוצרי CMC חדשים בעלי תכונות ייחודיות, כגון תהליך "שיטת הממס-תרחיף" [3] שפותח בהצלחה בחו"ל ונמצא בשימוש נרחב. מיוצר סוג חדש של CMC שעבר שינוי בעל יציבות גבוהה. בשל דרגת ההחלפה הגבוהה יותר והפיזור האחיד יותר של התחליפים, ניתן להשתמש בו במגוון רחב יותר של תחומי ייצור תעשייתי וסביבות שימוש מורכבות כדי לעמוד בדרישות תהליך גבוהות יותר. באופן בינלאומי, סוג חדש זה של CMC שעבר שינוי נקרא גם "תאית פוליאוניונית (PAC, Poly anionic cellulose)".

בְּטִיחוּת

אבטחה גבוהה, ADI אינו זקוק לתקנות, וגובשו תקנים לאומיים [4].

בַּקָשָׁה

למוצר זה יש את הפונקציות של קשירה, עיבוי, חיזוק, מתחלב, החזקת מים והשעיה.

יישום של CMC במזון

ארגון המזון והמזון והתרופות האמריקאי (FAO) וארגון הבריאות העולמי (WHO) אישרו את השימוש ב-CMC טהור במזון. הוא אושר לאחר מחקר ובדיקות ביולוגיות וטוקסיקולוגיות קפדניים מאוד. הצריכה הבטוחה (ADI) של התקן הבינלאומי היא 25 מ"ג/(ק"ג·יום), כלומר כ-1.5 גרם/יום לאדם. דווח כי חלק מהאנשים לא חוו תגובה רעילה כאשר הצריכה הגיעה ל-10 ק"ג. CMC הוא לא רק מייצב ותמיסה אמולסיפיים טוב ביישומי מזון, אלא גם בעל יציבות הקפאה והתכה מצוינת, והוא יכול לשפר את טעם המוצר ולהאריך את זמן האחסון. הכמות המשמשת בחלב סויה, גלידה, ריבה, משקאות ופחיות היא כ-1% עד 1.5%. CMC יכול גם ליצור פיזור אמולסיפי יציב עם חומץ, רוטב סויה, שמן צמחי, מיץ פירות, רוטב, מיץ ירקות וכו', והמינון הוא 0.2% עד 0.5%. במיוחד, יש לו ביצועי אמולסיה מצוינים עבור שמנים מן החי ומצמחים, חלבונים ותמיסות מימיות, מה שמאפשר לו ליצור אמולסיה הומוגנית עם ביצועים יציבים. בשל בטיחותו ואמינותו, המינון שלו אינו מוגבל על ידי תקן היגיינת המזון הלאומי ADI. CMC פותח באופן רציף בתחום המזון, ונערך גם מחקר על יישום נתרן קרבוקסימתילצלולוז בייצור יין.

השימוש ב-CMC ברפואה

בתעשיית התרופות, ניתן להשתמש בו כמייצב אמולסיה להזרקות, כמקשר וכחומר יצירת סרט לטבליות. יש אנשים שהוכיחו ש-CMC הוא נשא תרופה בטוח ואמין נגד סרטן באמצעות ניסויים בסיסיים ובעלי חיים. באמצעות CMC כחומר הממברנה, ניתן להשתמש בצורת המינון המותאמת של אבקת יאנגיין שנג'י מהרפואה הסינית המסורתית, ממברנת יאנגיין שנג'י, לפצעים ניתוחיים של דרמברזיה ופצעים טראומטיים. מחקרים במודלים של בעלי חיים הראו שהסרט מונע זיהום פצע ואין הבדל משמעותי מחבישות גזה. מבחינת שליטה בהפרשת נוזלי רקמת הפצע וריפוי מהיר של הפצע, סרט זה טוב משמעותית מחבישות גזה, ויש לו השפעה של הפחתת בצקת וגירוי לאחר הניתוח. הכנת הסרט העשויה מפוליוויניל אלכוהול: נתרן קרבוקסימתיל תאית: פוליקרבוקסיתיל ביחס של 3:6:1 היא המרשם הטוב ביותר, וההידבקות וקצב השחרור גדלים. הידבקות התכשיר, זמן השהייה של התכשיר בחלל הפה ויעילות התרופה בתכשיר משופרים משמעותית. בופיבקאין הוא חומר הרדמה מקומי רב עוצמה, אך לעיתים הוא עלול לגרום לתופעות לוואי קרדיווסקולריות חמורות בעת הרעלה. לכן, בעוד שבופיבקאין נמצא בשימוש נרחב קליני, מחקרים על מניעה וטיפול בתגובות הרעילות שלו זכו תמיד לתשומת לב רבה יותר. מחקרים פרמקולוגיים הראו כי CIVIC כחומר בשחרור מושהה המנוסח עם תמיסת בופיבקאין יכול להפחית משמעותית את תופעות הלוואי של התרופה. בניתוח PRK, השימוש בטטרקאין בריכוז נמוך ובתרופות נוגדות דלקת לא סטרואידיות בשילוב עם CMC יכול להקל משמעותית על כאבים לאחר הניתוח. מניעת הידבקויות פריטונאליות לאחר הניתוח והפחתת חסימת מעיים הן אחת הסוגיות המטרידות ביותר בניתוחים קליניים. מחקרים הראו כי CMC טוב משמעותית מנתרן היאלורונאט בהפחתת מידת ההידבקויות פריטונאליות לאחר הניתוח, וניתן להשתמש בו כשיטה יעילה למניעת הופעת הידבקויות פריטונאליות. CMC משמש בעירוי עורקי כבד של תרופות נוגדות סרטן באמצעות קטטר לטיפול בסרטן הכבד, מה שיכול להאריך משמעותית את זמן השהייה של תרופות נוגדות סרטן בגידולים, לשפר את הכוח נוגד הגידול ולשפר את האפקט הטיפולי. ברפואת בעלי חיים, ל-CMC יש גם מגוון רחב של שימושים. דווח [5] כי החדרה תוך-צפקית של תמיסת CMC 1% לכבשים משפיעה באופן משמעותי על מניעת דיסטוציה והידבקויות בבטן לאחר ניתוח בדרכי הרבייה בבעלי חיים.

CMC ביישומים תעשייתיים אחרים

בדטרגנטים, ניתן להשתמש ב-CMC כחומר נגד הצטברות לכלוך, במיוחד עבור בדים סינתטיים הידרופוביים, שהוא טוב משמעותית מסיבים קרבוקסימתיל.

ניתן להשתמש ב-CMC להגנה על בארות נפט כמייצב בוץ וחומר אגירת מים בקידוחי נפט. המינון לכל באר נפט הוא 2.3 טון לבארות רדודות ו-5.6 טון לבארות עמוקות;

בתעשיית הטקסטיל, הוא משמש כחומר גודל, מעבה להדפסה וצביעה של משחות, הדפסת טקסטיל וגימור הקשחה. כאשר משתמשים בו כחומר גודל, הוא יכול לשפר את המסיסות והצמיגות, וקל להסרת גודל; כחומר הקשחה, המינון שלו הוא מעל 95%; כאשר משתמשים בו כחומר גודל, החוזק והגמישות של סרט הגודל משתפרים משמעותית; עם פיברואין משי מחודש, הממברנה המרוכבת המורכבת מקרבוקסימתיל תאית משמשת כמטריקס לקיבולת גלוקוז אוקסידאז, והגלוקוז אוקסידאז וקרבוקסילאט פרוצן מקובעים, והחיישן הביולוגי של גלוקוז הוא בעל רגישות ויציבות גבוהות יותר. מחקרים הראו שכאשר מוכן הומוגנאט סיליקה ג'ל עם תמיסת CMC בריכוז של כ-1% (w/v), ביצועי הכרומטוגרפיה של לוח השכבה הדקה שהוכן הם הטובים ביותר. יחד עם זאת, ללוח השכבה הדקה המצופה בתנאים אופטימליים יש חוזק שכבה מתאים, מתאים לטכניקות דגימה שונות, קל לתפעול. ל-CMC יש הידבקות לרוב הסיבים ויכול לשפר את הקשר בין הסיבים. יציבות הצמיגות שלו יכולה להבטיח אחידות במידות, ובכך לשפר את יעילות האריגה. ניתן להשתמש בו גם כחומר גימור לטקסטיל, במיוחד לגימור קבוע נגד קמטים, מה שמביא שינויים עמידים לבדים.

ניתן להשתמש ב-CMC כחומר מונע שקיעה, מתחלב, מפזר, חומר יישור ודבק לציפויים. הוא יכול לגרום לתכולת המוצקים של הציפוי להתפזר באופן שווה בממס, כך שהציפוי לא יתפרק לאורך זמן. הוא נמצא בשימוש נרחב גם בצבעים.

כאשר משתמשים ב-CMC כחומר פלוקולנט, הוא יעיל יותר מסודרן גלוקונאט בהסרת יוני סידן. כאשר משתמשים בו כחומר חילוף קטיונים, קיבולת החילוף שלו יכולה להגיע ל-1.6 מ"ל/גרם.

CMC משמש כחומר גודל נייר בתעשיית הנייר, אשר יכול לשפר משמעותית את חוזק היבש והרטוב של הנייר, כמו גם עמידות לשמן, ספיגת דיו ועמידות למים.

CMC משמש כהידרוסול בקוסמטיקה וכמעבה במשחת שיניים, והמינון שלו הוא כ-5%.

ניתן להשתמש ב-CMC כחומר פלוקולנט, חומר קלאציה, מתחלב, מעבה, חומר שמירה על מים, חומר גודל, חומר יצירת שכבות וכו', והוא נמצא בשימוש נרחב גם באלקטרוניקה, חומרי הדברה, עור, פלסטיק, הדפסה, קרמיקה, משחת שיניים, כימיקלים יומיומיים ותחומים אחרים, ובגלל ביצועיו המצוינים ומגוון השימושים הרחב שלו, הוא פותח כל הזמן תחומי יישום חדשים, ותחזית השוק רחבה ביותר.

אמצעי זהירות

(1) תאימותו של מוצר זה עם חומצות חזקות, אלקליות חזקות ויוני מתכות כבדות (כגון אלומיניום, אבץ, כספית, כסף, ברזל וכו') אסורה.

(2) הצריכה המותרת של מוצר זה היא 0-25 מ"ג/ק"ג·יום.

הוראות

ערבבו CMC ישירות עם מים כדי ליצור דבק בצקי לשימוש מאוחר יותר. בעת הגדרת דבק CMC, הוסיפו תחילה כמות מסוימת של מים נקיים למיכל המילוי באמצעות מכשיר ערבוב, וכאשר מכשיר הערבוב מופעל, פזרו CMC לאט ובאופן שווה לתוך מיכל המילוי תוך ערבוב מתמיד, כך שה-CMC ישתלב במלואו עם המים ויתמוסס לחלוטין. בעת המסת CMC, הסיבה לכך שיש לפזר אותו באופן שווה ולערבב אותו ברציפות היא "למנוע את בעיות הצטברות, הצטברות, ולהפחית את כמות ה-CMC המומסת כאשר CMC פוגש מים", ולהגדיל את קצב ההמסה של CMC. זמן הערבוב אינו זהה לזמן שבו CMC מתמוסס לחלוטין. אלו שני מושגים. באופן כללי, זמן הערבוב קצר בהרבה מזמן שבו CMC מתמוסס לחלוטין. הזמן הנדרש לשניים תלוי במצב הספציפי.

הבסיס לקביעת זמן הערבוב הוא: כאשרCMCמפוזר באופן אחיד במים ואין גושים גדולים גלויים, ניתן להפסיק את הערבוב, מה שמאפשר ל-CMC ולמים לחדור ולהתמזג זה עם זה במצב עמידה.

הבסיס לקביעת הזמן הנדרש להמסה מוחלטת של CMC הוא כדלקמן:

(1) CMC ומים קשורים לחלוטין, ואין הפרדה בין מוצק לנוזל ביניהם;

(2) העיסה המעורבת במצב אחיד, והמשטח שטוח וחלק;

(3) צבע המשחה המעורבבת כמעט חסר צבע ושקוף, ואין בה חפצים גרגיריים. מרגע הכנסת ה-CMC למיכל המינון וערבובו במים ועד להמסה מוחלטת של ה-CMC, הזמן הנדרש הוא בין 10 ל-20 שעות.