Carboximetilcelulose sódica (CMC) como espessante alimentar

Carboximetilcelulose sódica (também conhecida como: carboximetilcelulose sódica, carboximetilcelulose,CMCA carboximetilcelulose sódica (sal de sódio da carboximetilcelulose) é o tipo de celulose mais utilizado e consumido em maior quantidade no mundo atualmente.

A CMC-Na, abreviadamente, é um derivado da celulose com grau de polimerização da glicose de 100 a 2000 e massa molecular relativa de 242,16. Apresenta-se como um pó branco fibroso ou granular. É inodoro, insípido, higroscópico e insolúvel em solventes orgânicos.

Propriedades básicas

1. Estrutura molecular da carboximetilcelulose sódica (CMC)

Foi produzido pela primeira vez na Alemanha em 1918, patenteado em 1921 e apresentado ao mundo. A produção comercial se consolidou na Europa desde então. Naquela época, era apenas um produto bruto, utilizado como coloide e aglutinante. De 1936 a 1941, a pesquisa para aplicações industriais da carboximetilcelulose sódica foi bastante ativa, resultando em diversas patentes inovadoras. Durante a Segunda Guerra Mundial, a Alemanha utilizou carboximetilcelulose sódica em detergentes sintéticos. A Hercules produziu carboximetilcelulose sódica pela primeira vez nos Estados Unidos em 1943 e, em 1946, produziu carboximetilcelulose sódica refinada, reconhecida como um aditivo alimentar seguro. O Brasil começou a adotá-la na década de 1970 e seu uso se disseminou amplamente na década de 1990. Atualmente, é a celulose mais utilizada e consumida em maior quantidade no mundo.

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

Este produto é o sal de sódio do éter carboximetílico da celulose, uma fibra aniônica.

2. Aparência da carboximetilcelulose sódica (CMC)

Este produto é o sal de sódio do éter carboximetílico de celulose, um éter de celulose aniônico, em pó ou grânulos fibrosos brancos ou branco-leitosos, com densidade de 0,5 a 0,7 g/cm³, praticamente inodoro, insípido e higroscópico. Dispersa-se facilmente em água, formando uma solução coloidal transparente, e é insolúvel em solventes orgânicos como o etanol [1]. O pH de uma solução aquosa a 1% é de 6,5 a 8,5; quando o pH é superior a 10 ou inferior a 5, a viscosidade da mucilagem diminui significativamente, sendo o desempenho ideal quando o pH é igual a 7. É estável ao calor, com a viscosidade aumentando rapidamente abaixo de 20 °C e variando lentamente a 45 °C. O aquecimento prolongado acima de 80 °C pode desnaturar o coloide e reduzir significativamente a viscosidade e o desempenho. É facilmente solúvel em água, e a solução é transparente; É muito estável em solução alcalina, mas é facilmente hidrolisado quando entra em contato com ácido, precipitando quando o pH está entre 2 e 3, e também reage com sais de metais polivalentes.

O objetivo principal

É utilizado como espessante na indústria alimentícia, como veículo de medicamentos na indústria farmacêutica e como aglutinante e agente antiredeposição na indústria química de uso diário. Na indústria de impressão e tingimento, é utilizado como coloide protetor para agentes de colagem e pastas de impressão. Na indústria petroquímica, pode ser utilizado como componente de fluido de fraturamento para recuperação de petróleo. [2]

Incompatibilidade

A carboximetilcelulose sódica é incompatível com soluções de ácidos fortes, sais de ferro solúveis e alguns outros metais, como alumínio, mercúrio e zinco. Quando o pH é inferior a 2 e quando misturada com etanol a 95%, ocorre precipitação.

A carboximetilcelulose sódica pode formar coaglomerados com gelatina e pectina, e também pode formar complexos com colágeno, que podem precipitar certas proteínas com carga positiva.

arte

A carboximetilcelulose (CMC) é geralmente um composto polimérico aniônico preparado pela reação da celulose natural com álcali cáustico e ácido monocloroacético, com peso molecular de 6400 (±1000). Os principais subprodutos são cloreto de sódio e glicolato de sódio. A CMC pertence à categoria de modificação da celulose natural. A Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO) e a Organização Mundial da Saúde (OMS) a denominam oficialmente "celulose modificada".

Os principais indicadores para medir a qualidade da CMC são o grau de substituição (DS) e a pureza. Geralmente, as propriedades da CMC variam conforme o DS; quanto maior o grau de substituição, maior a solubilidade e melhores as propriedades de transparência e estabilidade da solução. Segundo relatos, a transparência da CMC é melhor quando o grau de substituição está entre 0,7 e 1,2, e a viscosidade da sua solução aquosa é maior quando o pH está entre 6 e 9. Para garantir a sua qualidade, além da escolha do agente eterificante, alguns fatores que afetam o grau de substituição e a pureza também devem ser considerados, como a relação entre a quantidade de álcali e o agente eterificante, o tempo de eterificação, o teor de água no sistema, a temperatura, o pH, a concentração da solução e a presença de sal, etc.

status quo

Para solucionar a escassez de matéria-prima (algodão refinado feito de fibras de algodão), nos últimos anos, algumas unidades de pesquisa científica no meu país têm cooperado com empresas para utilizar de forma abrangente palha de arroz, algodão moído (rejeitos de algodão) e resíduos de tofu na produção bem-sucedida de CMC. O custo de produção é significativamente reduzido, o que abre uma nova fonte de matéria-prima para a produção industrial de CMC e possibilita a utilização abrangente de recursos. Por um lado, o custo de produção é reduzido e, por outro, o CMC se desenvolve em direção a uma maior precisão. A pesquisa e o desenvolvimento de CMC concentram-se principalmente na transformação da tecnologia de produção existente e na inovação do processo de fabricação, bem como em novos produtos de CMC com propriedades únicas, como o processo “método solvente-suspensão” [3], que foi desenvolvido com sucesso no exterior e tem sido amplamente utilizado. Um novo tipo de CMC modificado com alta estabilidade é produzido. Devido ao maior grau de substituição e à distribuição mais uniforme dos substituintes, ele pode ser usado em uma gama mais ampla de campos de produção industrial e ambientes de uso complexos para atender a requisitos de processo mais elevados. Internacionalmente, esse novo tipo de CMC modificada também é chamado de “celulose polianiônica (PAC, celulose polianiônica)”.

segurança

Alta segurança, ADI não precisa de regulamentações e padrões nacionais foram formulados [4] .

aplicativo

Este produto possui as funções de aglutinante, espessante, fortalecedor, emulsificante, retentor de água e suspensor.

Aplicação da CMC em alimentos

A FAO e a OMS aprovaram o uso de CMC pura em alimentos. Essa aprovação foi obtida após pesquisas e testes biológicos e toxicológicos muito rigorosos. A ingestão diária aceitável (IDA) segundo o padrão internacional é de 25 mg/(kg·d), o que equivale a cerca de 1,5 g/dia por pessoa. Há relatos de que algumas pessoas não apresentaram reações tóxicas mesmo com uma ingestão de até 10 kg. A CMC não é apenas um excelente estabilizante de emulsão e espessante em aplicações alimentícias, mas também possui excelente estabilidade ao congelamento e degelo, podendo melhorar o sabor do produto e prolongar seu tempo de armazenamento. A quantidade utilizada em leite de soja, sorvete, geleia, bebidas e conservas é de cerca de 1% a 1,5%. A CMC também pode formar uma dispersão emulsionada estável com vinagre, molho de soja, óleo vegetal, suco de frutas, molhos, suco de vegetais, etc., na dosagem de 0,2% a 0,5%. Em especial, apresenta excelente desempenho emulsificante para óleos animais e vegetais, proteínas e soluções aquosas, permitindo a formação de uma emulsão homogênea com desempenho estável. Devido à sua segurança e confiabilidade, sua dosagem não é limitada pela IDA (Ingestão Diária Aceitável) da norma nacional de higiene alimentar. A CMC tem sido continuamente desenvolvida na área alimentícia, e pesquisas sobre a aplicação da carboximetilcelulose sódica na produção de vinho também têm sido realizadas.

O uso de CMC na medicina

Na indústria farmacêutica, pode ser utilizado como estabilizador de emulsões para injeções, aglutinante e agente formador de filme para comprimidos. Alguns pesquisadores comprovaram, por meio de experimentos básicos e em animais, que a carboximetilcelulose (CMC) é um veículo seguro e confiável para fármacos anticancerígenos. Utilizando CMC como material de membrana, a forma farmacêutica modificada do medicamento tradicional chinês Yangyin Shengji Powder, Yangyin Shengji Membrane, pode ser usada em feridas cirúrgicas por dermoabrasão e feridas traumáticas. Estudos em modelos animais demonstraram que o filme previne infecções da ferida e não apresenta diferença significativa em relação aos curativos de gaze. Em termos de controle da exsudação de fluido tecidual e cicatrização rápida da ferida, este filme é significativamente melhor do que os curativos de gaze, além de reduzir o edema pós-operatório e a irritação da ferida. A formulação ideal do filme é composta por álcool polivinílico: carboximetilcelulose sódica: policarboxietilenado na proporção de 3:6:1, apresentando maior adesão e taxa de liberação. A adesão da preparação, o tempo de permanência na cavidade oral e a eficácia do medicamento são significativamente melhorados. A bupivacaína é um potente anestésico local, mas, em casos de intoxicação, pode causar graves efeitos colaterais cardiovasculares. Portanto, embora a bupivacaína seja amplamente utilizada na prática clínica, a pesquisa sobre a prevenção e o tratamento de suas reações tóxicas tem recebido crescente atenção. Estudos farmacológicos demonstraram que o CIVIC, uma substância de liberação prolongada formulada com solução de bupivacaína, pode reduzir significativamente os efeitos colaterais do medicamento. Na cirurgia PRK, o uso de tetracaína em baixa concentração e anti-inflamatórios não esteroides, combinados com carboximetilcelulose (CMC), pode aliviar significativamente a dor pós-operatória. A prevenção de aderências peritoneais pós-operatórias e a redução da obstrução intestinal são questões de grande importância na cirurgia clínica. Estudos demonstraram que a CMC é significativamente mais eficaz que o hialuronato de sódio na redução do grau de aderências peritoneais pós-operatórias, podendo ser utilizada como um método eficaz para prevenir sua ocorrência. A CMC é utilizada na infusão intra-arterial hepática de medicamentos anticancerígenos por cateter para o tratamento do câncer de fígado, o que pode prolongar significativamente o tempo de permanência dos medicamentos anticancerígenos nos tumores, aumentar o poder antitumoral e melhorar o efeito terapêutico. Na medicina veterinária, a CMC também tem uma ampla gama de usos. Foi relatado [5] que a instilação intraperitoneal de solução de CMC a 1% em ovelhas tem um efeito significativo na prevenção da distocia e das aderências abdominais após cirurgia do trato reprodutivo em animais de produção.

CMC em outras aplicações industriais

Em detergentes, a CMC pode ser usada como um agente antirredeposição de sujidade, especialmente para tecidos de fibras sintéticas hidrofóbicas, sendo significativamente melhor do que a fibra carboximetilada.

A CMC pode ser usada para proteger poços de petróleo como estabilizador de lama e agente de retenção de água na perfuração de petróleo. A dosagem para cada poço de petróleo é de 2,3 toneladas para poços rasos e 5,6 toneladas para poços profundos;

Na indústria têxtil, é utilizado como agente de colagem, espessante para pastas de impressão e tingimento, impressão têxtil e acabamento de endurecimento. Quando usado como agente de colagem, melhora a solubilidade e a viscosidade, facilitando a remoção da colagem; como agente de endurecimento, sua dosagem é superior a 95%; quando usado como agente de colagem, a resistência e a flexibilidade do filme de colagem são significativamente melhoradas; com fibroína de seda regenerada, a membrana composta de carboximetilcelulose é usada como matriz para imobilizar glicose oxidase, e a glicose oxidase e o ferroceno carboxilato são imobilizados, resultando em um biossensor de glicose com maior sensibilidade e estabilidade. Estudos mostraram que, quando o homogeneizado de gel de sílica é preparado com uma solução de CMC com concentração de cerca de 1% (p/v), o desempenho cromatográfico da placa de camada fina preparada é o melhor. Ao mesmo tempo, a placa de camada fina revestida sob condições otimizadas apresenta resistência de camada adequada, sendo apropriada para diversas técnicas de amostragem e de fácil operação. A CMC possui adesão à maioria das fibras e pode melhorar a ligação entre elas. A estabilidade de sua viscosidade garante a uniformidade da goma, melhorando assim a eficiência da tecelagem. Também pode ser usada como agente de acabamento para têxteis, especialmente para acabamento antirrugas permanente, proporcionando alterações duradouras aos tecidos.

A CMC pode ser usada como agente antissedimentação, emulsificante, dispersante, nivelador e adesivo para revestimentos. Ela permite que o conteúdo sólido do revestimento se distribua uniformemente no solvente, evitando o descolamento por um longo período. Também é amplamente utilizada em tintas.

Quando a carboximetilcelulose (CMC) é usada como floculante, ela é mais eficaz do que o gluconato de sódio na remoção de íons de cálcio. Quando usada como trocador catiônico, sua capacidade de troca pode atingir 1,6 ml/g.

A CMC é utilizada como agente de colagem na indústria papeleira, podendo melhorar significativamente a resistência a seco e a úmido do papel, bem como a resistência a óleos, a absorção de tinta e a resistência à água.

A carboximetilcelulose (CMC) é utilizada como hidrossol em cosméticos e como espessante em pastas de dente, sendo sua dosagem de aproximadamente 5%.

A CMC pode ser usada como floculante, agente quelante, emulsificante, espessante, agente de retenção de água, agente de colagem, material formador de filme, etc., e também é amplamente utilizada em eletrônicos, pesticidas, couro, plásticos, impressão, cerâmica, pasta de dente, produtos químicos de uso diário e outros campos. Devido ao seu excelente desempenho e ampla gama de usos, está constantemente abrindo novos campos de aplicação, e a perspectiva de mercado é extremamente ampla.

Precauções

(1) A compatibilidade deste produto com ácido forte, álcali forte e íons de metais pesados ​​(como alumínio, zinco, mercúrio, prata, ferro, etc.) é contraindicada.

(2) A ingestão permitida deste produto é de 0-25 mg/kg·d.

Instruções

Misture CMC diretamente com água para fazer uma cola pastosa para uso posterior. Ao preparar a cola CMC, adicione primeiro uma certa quantidade de água limpa no recipiente com o agitador. Com o agitador ligado, polvilhe a CMC lentamente e uniformemente no recipiente, mexendo continuamente, para que a CMC se integre completamente à água e se dissolva por completo. A razão para polvilhar e mexer continuamente durante a dissolução da CMC é evitar problemas de aglomeração e reduzir a quantidade de CMC dissolvida em contato com a água, além de aumentar a taxa de dissolução. O tempo de agitação não é o mesmo que o tempo necessário para a CMC se dissolver completamente. São conceitos distintos. De modo geral, o tempo de agitação é muito menor do que o tempo necessário para a CMC se dissolver completamente. O tempo necessário para ambos depende da situação específica.

O critério para determinar o tempo de agitação é: quando oCMCSe a CMC estiver uniformemente dispersa na água e não houver grumos grandes visíveis, a agitação pode ser interrompida, permitindo que a CMC e a água se misturem e se fundam em repouso.

A base para determinar o tempo necessário para a completa dissolução da CMC é a seguinte:

(1) CMC e água estão completamente ligados e não há separação sólido-líquido entre os dois;

(2) A pasta misturada está em estado uniforme e a superfície é plana e lisa;

(3) A cor da pasta misturada é quase incolor e transparente, e não há objetos granulares na pasta. Desde o momento em que o CMC é colocado no tanque de dosagem e misturado com água até o momento em que o CMC se dissolve completamente, o tempo necessário é entre 10 e 20 horas.