Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) als voedselverdikkingsmiddel

Natriumcarboxymethylcellulose (ook bekend als: natriumcarboxymethylcellulose, carboxymethylcellulose,CMCNatriumcellulose (carboxymethylcellulose, natriumzout van carboxymethylcellulose) is de meest gebruikte en wereldwijd het meest voorkomende type cellulose.

CMC-Na, kortweg, is een cellulosederivaat met een glucosepolymerisatiegraad van 100-2000 en een relatieve molecuulmassa van 242,16. Het is een wit vezelig of korrelig poeder. Het is geurloos, smaakloos, hygroscopisch en onoplosbaar in organische oplosmiddelen.

Basiseigenschappen

1. Moleculaire structuur van natriumcarboxymethylcellulose (CMC)

Het werd voor het eerst geproduceerd in Duitsland in 1918, gepatenteerd in 1921 en vervolgens wereldwijd geïntroduceerd. Commerciële productie vond sindsdien plaats in Europa. Destijds was het slechts een ruw product, gebruikt als colloïde en bindmiddel. Van 1936 tot 1941 was het onderzoek naar industriële toepassingen van natriumcarboxymethylcellulose zeer actief en werden er diverse baanbrekende patenten verkregen. Tijdens de Tweede Wereldoorlog gebruikte Duitsland natriumcarboxymethylcellulose in synthetische detergenten. Hercules produceerde in 1943 voor het eerst natriumcarboxymethylcellulose in de Verenigde Staten en bracht in 1946 geraffineerde natriumcarboxymethylcellulose op de markt, die werd erkend als een veilig voedingsadditief. De Verenigde Staten begonnen het in de jaren 70 te gebruiken en in de jaren 90 werd het op grote schaal toegepast. Het is tegenwoordig de meest gebruikte en meest geproduceerde cellulose ter wereld.

Structuurformule: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Molecuulformule: C8H11O7Na

Dit product is het natriumzout van cellulosecarboxymethylether, een anionische vezel.

2. Uiterlijk van natriumcarboxymethylcellulose (CMC)

Dit product is het natriumzout van cellulosecarboxymethylether, een anionische celluloseether, een wit of melkwit vezelig poeder of granulaat met een dichtheid van 0,5-0,7 g/cm³, vrijwel geurloos, smaakloos en hygroscopisch. Het is gemakkelijk te dispergeren in water tot een transparante colloïdale oplossing en is onoplosbaar in organische oplosmiddelen zoals ethanol [1]. De pH van een 1% waterige oplossing ligt tussen 6,5 en 8,5. Wanneer de pH hoger is dan 10 of lager dan 5, neemt de viscositeit van het slijm aanzienlijk af en de prestaties zijn het beste bij een pH van 7. Het is hittebestendig, de viscositeit stijgt snel onder de 20 °C en verandert langzaam bij 45 °C. Langdurige verhitting boven 80 °C kan het colloïd denatureren en de viscositeit en prestaties aanzienlijk verminderen. Het is gemakkelijk oplosbaar in water en de oplossing is transparant; Het is zeer stabiel in een alkalische oplossing, maar het hydrolyseert gemakkelijk in een zure omgeving en slaat neer bij een pH-waarde van 2-3. Het reageert ook met meerwaardige metaalzouten.

Het hoofddoel

Het wordt gebruikt als verdikkingsmiddel in de voedingsmiddelenindustrie, als medicijndrager in de farmaceutische industrie en als bindmiddel en anti-herafzettingsmiddel in de dagelijkse chemische industrie. In de druk- en verfindustrie wordt het gebruikt als beschermend colloïde voor lijmmiddelen en drukpasta's. In de petrochemische industrie kan het worden gebruikt als component van de vloeistof die wordt gebruikt bij het winnen van olie door middel van fracking. [2]

Onverenigbaarheid

Natriumcarboxymethylcellulose is onverenigbaar met sterke zure oplossingen, oplosbare ijzerzouten en sommige andere metalen zoals aluminium, kwik en zink. Bij een pH lager dan 2 en bij menging met 95% ethanol treedt neerslag op.

Natriumcarboxymethylcellulose kan co-agglomeraten vormen met gelatine en pectine, en kan ook complexen vormen met collageen, waardoor bepaalde positief geladen eiwitten kunnen neerslaan.

ambacht

CMC is doorgaans een anionische polymeerverbinding die wordt bereid door natuurlijke cellulose te laten reageren met een bijtende alkali en monochloorazijnzuur, met een moleculair gewicht van 6400 (±1000). De belangrijkste bijproducten zijn natriumchloride en natriumglycolaat. CMC behoort tot de gemodificeerde natuurlijke cellulose. De Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties (FAO) en de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) noemen het officieel "gemodificeerde cellulose".

De belangrijkste indicatoren voor de kwaliteit van CMC zijn de substitutiegraad (DS) en de zuiverheid. Over het algemeen verschillen de eigenschappen van CMC afhankelijk van de DS; hoe hoger de substitutiegraad, hoe beter de oplosbaarheid en hoe beter de transparantie en stabiliteit van de oplossing. Volgens onderzoek is de transparantie van CMC het beste bij een substitutiegraad van 0,7-1,2, en is de viscositeit van de waterige oplossing het hoogst bij een pH-waarde van 6-9. Om de kwaliteit te waarborgen, moet naast de keuze van het etherificatiemiddel ook rekening worden gehouden met factoren die de substitutiegraad en zuiverheid beïnvloeden, zoals de verhouding tussen de hoeveelheid alkali en etherificatiemiddel, de etherificatietijd, het watergehalte in het systeem, de temperatuur, de pH-waarde, de concentratie van de oplossing en het zoutgehalte, enzovoort.

status quo

Om het tekort aan grondstoffen (geraffineerd katoen gemaakt van katoenvezels) op te lossen, hebben enkele wetenschappelijke onderzoeksinstellingen in mijn land de afgelopen jaren samengewerkt met bedrijven om rijststro, gemalen katoen (katoenafval) en tofuresten op een alomvattende manier te gebruiken voor de succesvolle productie van CMC. De productiekosten zijn aanzienlijk verlaagd, waardoor een nieuwe bron van grondstoffen voor de industriële productie van CMC is ontstaan ​​en een alomvattend gebruik van hulpbronnen mogelijk is. Enerzijds worden de productiekosten verlaagd, anderzijds wordt CMC verder ontwikkeld richting een hogere precisie. Het onderzoek en de ontwikkeling van CMC richten zich voornamelijk op de transformatie van bestaande productietechnologie en de innovatie van het productieproces, evenals op nieuwe CMC-producten met unieke eigenschappen, zoals het "solvent-slurry-proces" [3] dat in het buitenland met succes is ontwikkeld en op grote schaal wordt toegepast. Er wordt een nieuw type gemodificeerde CMC met een hoge stabiliteit geproduceerd. Door de hogere substitutiegraad en de meer uniforme verdeling van substituenten kan het worden gebruikt in een breder scala aan industriële productiegebieden en complexe gebruiksomgevingen om te voldoen aan hogere proceseisen. Internationaal wordt dit nieuwe type gemodificeerde CMC ook wel "polyanionische cellulose (PAC, Poly anionic cellulose)" genoemd.

veiligheid

Hoge beveiliging, ADI heeft geen regelgeving nodig en er zijn nationale normen geformuleerd [4].

sollicitatie

Dit product heeft de functies van binden, verdikken, versterken, emulgeren, water vasthouden en suspenderen.

Toepassing van CMC in voedsel

De FAO en de WHO hebben het gebruik van zuivere CMC in levensmiddelen goedgekeurd. Deze goedkeuring volgde na zeer strenge biologische en toxicologische onderzoeken en tests. De veilige inname (ADI) volgens de internationale norm is 25 mg/(kg·d), oftewel ongeveer 1,5 g/dag per persoon. Er zijn meldingen dat sommige mensen geen toxische reacties vertoonden bij een inname van 10 kg. CMC is niet alleen een goede emulgator en verdikkingsmiddel in levensmiddelen, maar heeft ook een uitstekende vries- en smeltstabiliteit en kan de smaak van het product verbeteren en de houdbaarheid verlengen. De hoeveelheid die wordt gebruikt in sojamelk, ijs, gelei, dranken en conserven bedraagt ​​ongeveer 1% tot 1,5%. CMC kan ook een stabiele emulsie vormen met azijn, sojasaus, plantaardige olie, vruchtensap, jus, groentesap, enz., met een dosering van 0,2% tot 0,5%. Het heeft met name uitstekende emulgerende eigenschappen voor dierlijke en plantaardige oliën, eiwitten en waterige oplossingen, waardoor een homogene emulsie met stabiele eigenschappen kan worden gevormd. Vanwege de veiligheid en betrouwbaarheid is de dosering niet beperkt door de nationale norm voor voedselhygiëne (ADI). CMC wordt continu verder ontwikkeld in de voedingsmiddelenindustrie en er wordt ook onderzoek gedaan naar de toepassing van natriumcarboxymethylcellulose in de wijnproductie.

Het gebruik van CMC in de geneeskunde

In de farmaceutische industrie kan het worden gebruikt als emulsiestabilisator voor injecties, als bindmiddel en als filmvormend middel voor tabletten. Sommige onderzoekers hebben door middel van fundamenteel onderzoek en dierproeven aangetoond dat CMC een veilige en betrouwbare drager is voor antikankermedicijnen. Door CMC als membraanmateriaal te gebruiken, kan de gemodificeerde doseringsvorm van het traditionele Chinese geneesmiddel Yangyin Shengji-poeder, Yangyin Shengji-membraan, worden toegepast bij dermabrasiewonden en traumatische wonden. Dierproeven hebben aangetoond dat de film wondinfecties voorkomt en niet significant verschilt van gaasverbanden. Wat betreft het beheersen van wondvocht en het bevorderen van snelle wondgenezing, is deze film aanzienlijk beter dan gaasverbanden en heeft het een verminderend effect op postoperatief oedeem en wondirritatie. De filmbereiding gemaakt van polyvinylalcohol:natriumcarboxymethylcellulose:polycarboxyethyleen in een verhouding van 3:6:1 is de beste samenstelling, waarbij zowel de hechting als de afgiftesnelheid worden verbeterd. De hechting van het preparaat, de verblijftijd van het preparaat in de mondholte en de werkzaamheid van het geneesmiddel in het preparaat worden aanzienlijk verbeterd. Bupivacaine is een krachtig lokaal anestheticum, maar kan bij vergiftiging soms ernstige cardiovasculaire bijwerkingen veroorzaken. Hoewel bupivacaine veelvuldig klinisch wordt gebruikt, is er daarom altijd meer aandacht besteed aan onderzoek naar de preventie en behandeling van de toxische reacties ervan. Farmacologische studies hebben aangetoond dat CIVIC, een preparaat met vertraagde afgifte geformuleerd met bupivacaine-oplossing, de bijwerkingen van het geneesmiddel aanzienlijk kan verminderen. Bij PRK-chirurgie kan het gebruik van tetracaine in lage concentratie en niet-steroïde anti-inflammatoire geneesmiddelen in combinatie met CMC de postoperatieve pijn aanzienlijk verlichten. Preventie van postoperatieve peritoneale adhesies en vermindering van darmobstructie behoren tot de belangrijkste aandachtspunten in de klinische chirurgie. Studies hebben aangetoond dat CMC significant beter is dan natriumhyaluronaat in het verminderen van de mate van postoperatieve peritoneale adhesies en kan worden gebruikt als een effectieve methode om het ontstaan ​​van peritoneale adhesies te voorkomen. CMC wordt gebruikt bij katheter-gemedieerde arteriële infusie van antikankermedicijnen voor de behandeling van leverkanker. Dit kan de verblijftijd van antikankermedicijnen in tumoren aanzienlijk verlengen, de antitumorwerking versterken en het therapeutische effect verbeteren. Ook in de diergeneeskunde heeft CMC een breed scala aan toepassingen. Er is gerapporteerd [5] dat intraperitoneale toediening van een 1% CMC-oplossing aan ooien een significant effect heeft op het voorkomen van dystocie en abdominale adhesies na een operatie aan het voortplantingssysteem bij vee.

CMC in andere industriële toepassingen

In wasmiddelen kan CMC worden gebruikt als middel tegen herafzetting van vuil, met name op hydrofobe synthetische vezelstoffen, wat aanzienlijk beter is dan carboxymethylvezels.

CMC kan worden gebruikt om oliebronnen te beschermen als modderstabilisator en waterretentiemiddel tijdens het boren naar olie. De dosering per oliebron bedraagt ​​2,3 ton voor ondiepe bronnen en 5,6 ton voor diepe bronnen.

In de textielindustrie wordt het gebruikt als appreteermiddel, verdikkingsmiddel voor druk- en verfpasta, textieldruk en verstevigende afwerking. Als appreteermiddel verbetert het de oplosbaarheid en viscositeit en is het gemakkelijk te ontlijmen; als verstevigingsmiddel is de dosering hoger dan 95%; als appreteermiddel worden de sterkte en flexibiliteit van de appreteerlaag aanzienlijk verbeterd; met geregenereerde zijdefibroïne wordt een composietmembraan van carboxymethylcellulose gebruikt als matrix voor de immobilisatie van glucoseoxidase. De glucoseoxidase en ferroceencarboxylaat worden geïmmobiliseerd, waardoor de gemaakte glucosebiosensor een hogere gevoeligheid en stabiliteit vertoont. Studies hebben aangetoond dat wanneer het silicagelhomogenaat wordt bereid met een CMC-oplossing met een concentratie van ongeveer 1% (w/v), de chromatografische prestaties van de bereide dunne-laagplaat het beste zijn. Tegelijkertijd heeft de onder geoptimaliseerde omstandigheden gecoate dunne-laagplaat een geschikte laagdikte, is geschikt voor diverse bemonsteringstechnieken en is eenvoudig te bedienen. CMC hecht zich aan de meeste vezels en kan de binding tussen vezels verbeteren. De stabiele viscositeit zorgt voor een uniforme appreteerlaag, waardoor de weefefficiëntie verbetert. Het kan ook worden gebruikt als afwerkingsmiddel voor textiel, met name voor permanente anti-kreukbehandelingen, wat duurzame veranderingen aan stoffen teweegbrengt.

CMC kan worden gebruikt als anti-sedimentatiemiddel, emulgator, dispergeermiddel, egalisatiemiddel en hechtmiddel voor coatings. Het zorgt ervoor dat het vaste stofgehalte van de coating gelijkmatig verdeeld is in het oplosmiddel, waardoor de coating langdurig niet delamineert. Het wordt ook veelvuldig gebruikt in verven.

Wanneer CMC als flocculant wordt gebruikt, is het effectiever dan natriumgluconaat in het verwijderen van calciumionen. Bij gebruik als kationenwisselaar kan de uitwisselingscapaciteit oplopen tot 1,6 ml/g.

CMC wordt in de papierindustrie gebruikt als lijmmiddel, waarmee de droge en natte sterkte van papier aanzienlijk kan worden verbeterd, evenals de oliebestendigheid, inktabsorptie en waterbestendigheid.

CMC wordt gebruikt als hydrosol in cosmetica en als verdikkingsmiddel in tandpasta, in een dosering van ongeveer 5%.

CMC kan worden gebruikt als flocculant, chelaatvormer, emulgator, verdikkingsmiddel, waterbindend middel, lijmmiddel, filmvormend materiaal, enz. Het wordt ook veelvuldig gebruikt in de elektronica, pesticidenindustrie, leerindustrie, kunststofindustrie, drukwerk, keramiek, tandpasta, huishoudelijke chemicaliën en andere sectoren. Dankzij de uitstekende prestaties en het brede scala aan toepassingen worden er voortdurend nieuwe toepassingsgebieden ontdekt en zijn de marktvooruitzichten zeer breed.

Voorzorgsmaatregelen

(1) De compatibiliteit van dit product met sterke zuren, sterke basen en zware metaalionen (zoals aluminium, zink, kwik, zilver, ijzer, enz.) is gecontra-indiceerd.

(2) De toegestane inname van dit product is 0-25 mg/kg·d.

Instructies

Meng CMC rechtstreeks met water om een ​​pasta-achtige lijm te maken voor later gebruik. Bij het bereiden van CMC-lijm voegt u eerst een bepaalde hoeveelheid schoon water toe aan de mengtank met een roerapparaat. Zodra het roerapparaat is ingeschakeld, strooit u de CMC langzaam en gelijkmatig in de mengtank, terwijl u continu blijft roeren. Zo zorgt u ervoor dat de CMC volledig met het water vermengt en oplost. De reden waarom het gelijkmatig strooien en continu roeren van de CMC nodig is, is om klontervorming en samenklontering te voorkomen en de oplossnelheid van de CMC te verhogen. De roertijd is niet hetzelfde als de tijd die nodig is om de CMC volledig op te lossen. Over het algemeen is de roertijd veel korter dan de tijd die nodig is om de CMC volledig op te lossen. De benodigde tijd voor beide hangt af van de specifieke situatie.

De basis voor het bepalen van de roertijd is: wanneer deCMCAls het mengsel gelijkmatig in het water is verdeeld en er geen duidelijke grote klonten zijn, kan het roeren worden gestopt, waardoor de CMC en het water in rusttoestand kunnen doordringen en met elkaar kunnen versmelten.

De basis voor het bepalen van de tijd die nodig is voor de volledige oplossing van CMC is als volgt:

(1) CMC en water zijn volledig met elkaar verbonden en er is geen scheiding van vaste stof en vloeistof tussen de twee;

(2) De gemengde pasta is homogeen en het oppervlak is vlak en glad;

(3) De kleur van de gemengde pasta is bijna kleurloos en transparant, en er zijn geen korrelige objecten in de pasta. Vanaf het moment dat CMC in de mengtank wordt gedaan en met water wordt gemengd tot het moment dat CMC volledig is opgelost, is de benodigde tijd tussen de 10 en 20 uur.