Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) als Lebensmittelverdickungsmittel

Natriumcarboxymethylcellulose (auch bekannt als: Natriumcarboxymethylcellulose, Carboxymethylcellulose,CMC, Carboxymethyl, Cellulose-Natrium, Natriumsalz von Caboxymethylcellulose) ist heute die weltweit am weitesten verbreitete und in der größten Menge verwendete Celluloseart.

CMC-Na, kurz CMC-Na, ist ein Cellulosederivat mit einem Glucose-Polymerisationsgrad von 100–2000 und einer relativen Molekülmasse von 242,16. Weißes faseriges oder körniges Pulver. Geruchlos, geschmacksneutral, hygroskopisch, unlöslich in organischen Lösungsmitteln.

Grundlegende Eigenschaften

1. Molekülstruktur von Natriumcarboxymethylcellulose (CMC)

Es wurde erstmals 1918 in Deutschland hergestellt, 1921 patentiert und weltweit vorgestellt. Mittlerweile wurde in Europa eine kommerzielle Produktion erreicht. Damals handelte es sich lediglich um Rohprodukte, die als Kolloid und Bindemittel verwendet wurden. Von 1936 bis 1941 war die industrielle Anwendungsforschung für Natriumcarboxymethylcellulose recht aktiv und es wurden mehrere inspirierende Patente erfunden. Während des Zweiten Weltkriegs verwendete Deutschland Natriumcarboxymethylcellulose in synthetischen Waschmitteln. Hercules stellte 1943 erstmals Natriumcarboxymethylcellulose in den Vereinigten Staaten her und produzierte 1946 raffinierte Natriumcarboxymethylcellulose, die als sicherer Lebensmittelzusatzstoff anerkannt wurde. Mein Land begann in den 1970er Jahren mit der Einführung, und in den 1990er Jahren wurde es weit verbreitet. Es handelt sich heute weltweit um die am weitesten verbreitete und mengenmäßig am häufigsten verwendete Zellulose.

Strukturformel: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Summenformel: C8H11O7Na

Bei diesem Produkt handelt es sich um das Natriumsalz von Cellulosecarboxymethylether, einem anionischen Ballaststoff

2. Aussehen von Natriumcarboxymethylcellulose (CMC)

Dieses Produkt ist das Natriumsalz von Cellulosecarboxymethylether, ein anionischer Celluloseether, weißes oder milchig weißes faseriges Pulver oder Granulat, Dichte 0,5–0,7 g/cm3, nahezu geruchlos, geschmacklos, hygroskopisch. Es lässt sich leicht in Wasser dispergieren, um eine transparente kolloidale Lösung zu bilden, und ist in organischen Lösungsmitteln wie Ethanol unlöslich [1]. Der pH-Wert einer 1 %igen wässrigen Lösung beträgt 6,5–8,5. Wenn der pH-Wert > 10 oder < 5 ist, nimmt die Viskosität des Schleims deutlich ab, und die Leistung ist am besten, wenn der pH-Wert = 7. Die Viskosität ist hitzebeständig, steigt unter 20 °C schnell an und ändert sich langsam bei 45 °C. Langfristiges Erhitzen über 80 °C kann das Kolloid denaturieren und die Viskosität und Leistung erheblich verringern. Es ist in Wasser leicht löslich und die Lösung ist transparent; Es ist in alkalischer Lösung sehr stabil, hydrolysiert jedoch leicht, wenn es auf Säure trifft. Bei einem pH-Wert von 2 bis 3 fällt es aus und reagiert auch mit mehrwertigen Metallsalzen.

Der Hauptzweck

Es wird als Verdickungsmittel in der Lebensmittelindustrie, als Arzneimittelträger in der pharmazeutischen Industrie und als Bindemittel und Mittel gegen Wiederablagerungen in der täglichen chemischen Industrie verwendet. In der Druck- und Färbereiindustrie wird es als Schutzkolloid für Leimungsmittel und Druckpasten verwendet. In der petrochemischen Industrie kann es als Bestandteil der Fracking-Flüssigkeit zur Ölgewinnung verwendet werden. [2]

Unvereinbarkeit

Natriumcarboxymethylcellulose ist mit starken Säurelösungen, löslichen Eisensalzen und einigen anderen Metallen wie Aluminium, Quecksilber und Zink nicht kompatibel. Wenn der pH-Wert unter 2 liegt und mit 95 % Ethanol gemischt wird, kommt es zu Ausfällungen.

Natriumcarboxymethylcellulose kann mit Gelatine und Pektin Co-Agglomerate bilden und kann auch Komplexe mit Kollagen bilden, die bestimmte positiv geladene Proteine ​​ausfällen können.

Handwerk

CMC ist üblicherweise eine anionische Polymerverbindung, die durch Reaktion natürlicher Cellulose mit Ätzalkali und Monochloressigsäure hergestellt wird und ein Molekulargewicht von 6400 (±1000) aufweist. Die wichtigsten Nebenprodukte sind Natriumchlorid und Natriumglykolat. CMC gehört zur natürlichen Cellulosemodifikation. Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) nennen sie offiziell „modifizierte Cellulose“.

Die Hauptindikatoren zur Messung der Qualität von CMC sind der Substitutionsgrad (DS) und die Reinheit. Im Allgemeinen sind die Eigenschaften von CMC unterschiedlich, wenn der DS unterschiedlich ist; Je höher der Substitutionsgrad, desto stärker die Löslichkeit und desto besser die Transparenz und Stabilität der Lösung. Berichten zufolge ist die Transparenz von CMC besser, wenn der Substitutionsgrad 0,7–1,2 beträgt, und die Viskosität seiner wässrigen Lösung ist am höchsten, wenn der pH-Wert 6–9 beträgt. Um die Qualität sicherzustellen, müssen neben der Wahl des Veretherungsmittels auch einige Faktoren berücksichtigt werden, die den Substitutionsgrad und die Reinheit beeinflussen, wie z. B. das Verhältnis zwischen der Menge an Alkali und dem Veretherungsmittel, die Veretherungszeit und der Wassergehalt in das System, Temperatur, pH-Wert, Lösungskonzentration und Salz usw.

Status Quo

Um den Mangel an Rohstoffen (raffinierte Baumwolle aus Baumwoll-Linters) zu beheben, haben in den letzten Jahren einige wissenschaftliche Forschungseinheiten in meinem Land mit Unternehmen zusammengearbeitet, um Reisstroh, gemahlene Baumwolle (Baumwollabfall) und Bohnengallertenrückstand umfassend zu nutzen CMC erfolgreich zu produzieren. Die Produktionskosten werden erheblich gesenkt, was eine neue Rohstoffquelle für die industrielle CMC-Produktion erschließt und eine umfassende Ressourcennutzung ermöglicht. Einerseits sinken die Produktionskosten, andererseits entwickelt sich CMC hin zu höherer Präzision. Die Forschung und Entwicklung von CMC konzentriert sich hauptsächlich auf die Transformation bestehender Produktionstechnologien und die Innovation des Herstellungsprozesses sowie auf neue CMC-Produkte mit einzigartigen Eigenschaften, wie beispielsweise das erfolgreich entwickelte „Lösungsmittel-Aufschlämmungs-Verfahren“ [3]. im Ausland und ist weit verbreitet. Es entsteht ein neuartiger modifizierter CMC mit hoher Stabilität. Aufgrund des höheren Substitutionsgrads und der gleichmäßigeren Verteilung der Substituenten kann es in einem breiteren Spektrum industrieller Produktionsbereiche und komplexer Anwendungsumgebungen eingesetzt werden, um höhere Prozessanforderungen zu erfüllen. International wird dieser neuartige modifizierte CMC auch als „polyanionische Cellulose (PAC, Poly anionic cellulose)“ bezeichnet.

Sicherheit

Hohe Sicherheit, ADI benötigt keine Vorschriften und es wurden nationale Standards formuliert [4].

Anwendung

Dieses Produkt hat die Funktion zu binden, zu verdicken, zu stärken, zu emulgieren, Wasser zurückzuhalten und zu suspendieren.

Anwendung von CMC in Lebensmitteln

FAO und WHO haben die Verwendung von reinem CMC in Lebensmitteln genehmigt. Die Zulassung erfolgte nach sehr strengen biologischen und toxikologischen Untersuchungen und Tests. Die sichere Aufnahme (ADI) des internationalen Standards beträgt 25 mg/(kg·Tag), also etwa 1,5 g/Tag pro Person. Es wurde berichtet, dass bei einigen Menschen keine toxischen Reaktionen auftraten, wenn die Aufnahme 10 kg erreichte. CMC ist nicht nur ein guter Emulgierungsstabilisator und Verdicker in Lebensmittelanwendungen, sondern verfügt auch über eine ausgezeichnete Gefrier- und Schmelzstabilität und kann den Geschmack des Produkts verbessern und die Lagerzeit verlängern. Die in Sojamilch, Speiseeis, Speiseeis, Gelee, Getränken und Dosen verwendete Menge beträgt etwa 1 % bis 1,5 %. CMC kann auch mit Essig, Sojasauce, Pflanzenöl, Fruchtsaft, Soße, Gemüsesaft usw. eine stabile emulgierte Dispersion bilden, und die Dosierung beträgt 0,2 % bis 0,5 %. Insbesondere verfügt es über eine hervorragende Emulgierleistung für tierische und pflanzliche Öle, Proteine ​​und wässrige Lösungen und ermöglicht die Bildung einer homogenen Emulsion mit stabiler Leistung. Aufgrund seiner Sicherheit und Zuverlässigkeit unterliegt seine Dosierung nicht der nationalen Lebensmittelhygienenorm ADI. CMC wurde im Lebensmittelbereich kontinuierlich weiterentwickelt und es wurden auch Untersuchungen zur Anwendung von Natriumcarboxymethylcellulose in der Weinproduktion durchgeführt.

Die Verwendung von CMC in der Medizin

In der pharmazeutischen Industrie kann es als Emulsionsstabilisator für Injektionen, als Bindemittel und als Filmbildner für Tabletten verwendet werden. Einige Menschen haben durch Grundlagen- und Tierversuche bewiesen, dass CMC ein sicherer und zuverlässiger Wirkstoffträger gegen Krebs ist. Unter Verwendung von CMC als Membranmaterial kann die modifizierte Dosierungsform des traditionellen chinesischen Medizin-Yangyin-Shengji-Pulvers, Yangyin-Shengji-Membran, für Dermabrasion-Operationswunden und traumatische Wunden verwendet werden. Tiermodellstudien haben gezeigt, dass die Folie Wundinfektionen verhindert und keinen signifikanten Unterschied zu Mullverbänden aufweist. Im Hinblick auf die Kontrolle der Exsudation von Wundgewebeflüssigkeit und die schnelle Wundheilung ist dieser Film deutlich besser als Mullverbände und hat die Wirkung, postoperative Ödeme und Wundreizungen zu reduzieren. Das Filmpräparat aus Polyvinylalkohol: Natriumcarboxymethylcellulose: Polycarboxyethylen im Verhältnis 3:6:1 ist die beste Rezeptur, und sowohl die Haftung als auch die Ablösegeschwindigkeit werden erhöht. Die Haftung des Präparats, die Verweilzeit des Präparats in der Mundhöhle und die Wirksamkeit des Arzneimittels im Präparat werden deutlich verbessert. Bupivacain ist ein starkes Lokalanästhetikum, kann jedoch bei einer Vergiftung manchmal schwerwiegende kardiovaskuläre Nebenwirkungen hervorrufen. Obwohl Bupivacain klinisch weit verbreitet ist, wurde der Forschung zur Vorbeugung und Behandlung seiner toxischen Reaktionen immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Pharmakologische Studien haben gezeigt, dass CIVIC als eine mit Bupivacainlösung formulierte Substanz mit verzögerter Freisetzung die Nebenwirkungen des Arzneimittels deutlich reduzieren kann. Bei PRK-Operationen kann der Einsatz von niedrig konzentriertem Tetracain und nichtsteroidalen Antirheumatika in Kombination mit CMC die postoperativen Schmerzen deutlich lindern. Die Prävention postoperativer peritonealer Adhäsionen und die Reduzierung von Darmobstruktionen sind eines der am meisten besorgniserregenden Themen in der klinischen Chirurgie. Studien haben gezeigt, dass CMC das Ausmaß postoperativer Peritonealverklebungen deutlich besser reduziert als Natriumhyaluronat und als wirksame Methode zur Vorbeugung des Auftretens von Peritonealverklebungen eingesetzt werden kann. CMC wird bei der Katheter-Leberarterieninfusion von Krebsmedikamenten zur Behandlung von Leberkrebs eingesetzt, wodurch die Verweilzeit von Krebsmedikamenten in Tumoren erheblich verlängert, die Antitumorwirkung erhöht und die therapeutische Wirkung verbessert werden kann. Auch in der Tiermedizin hat CMC vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Es wurde berichtet [5], dass die intraperitoneale Instillation einer 1 %igen CMC-Lösung bei Mutterschafen einen signifikanten Effekt auf die Vorbeugung von Dystokie und abdominalen Adhäsionen nach Eingriffen im Fortpflanzungstrakt bei Nutztieren hat.

CMC in anderen industriellen Anwendungen

In Waschmitteln kann CMC als Anti-Schmutz-Wiederablagerungsmittel verwendet werden, insbesondere für hydrophobe Kunstfaserstoffe, was deutlich besser ist als Carboxymethylfasern.

CMC kann zum Schutz von Ölquellen als Schlammstabilisator und Wasserrückhaltemittel bei Ölbohrungen eingesetzt werden. Die Dosierung für jede Ölquelle beträgt 2,3 t für flache Bohrlöcher und 5,6 t für tiefe Bohrlöcher;

In der Textilindustrie wird es als Schlichtemittel, Verdickungsmittel für Druck- und Färbepasten, Textildruck und Versteifungsausrüstung verwendet. Wenn es als Leimungsmittel verwendet wird, kann es die Löslichkeit und Viskosität verbessern und ist leicht zu entschlichten; als Versteifungsmittel liegt seine Dosierung über 95 %; bei Verwendung als Leimungsmittel werden die Festigkeit und Flexibilität der Leimfolie deutlich verbessert; mit regeneriertem Seidenfibroin Die Verbundmembran aus Carboxymethylcellulose wird als Matrix zur Immobilisierung von Glucoseoxidase verwendet, und Glucoseoxidase und Ferrocencarboxylat werden immobilisiert, und der hergestellte Glucose-Biosensor weist eine höhere Empfindlichkeit und Stabilität auf. Studien haben gezeigt, dass die chromatographische Leistung der vorbereiteten Dünnschichtplatte am besten ist, wenn das Silicagel-Homogenat mit einer CMC-Lösung mit einer Konzentration von etwa 1 % (w/v) hergestellt wird. Gleichzeitig verfügt die unter optimierten Bedingungen beschichtete Dünnschichtplatte über eine entsprechende Schichtstärke, ist für verschiedene Probenahmetechniken geeignet und einfach zu bedienen. CMC haftet an den meisten Fasern und kann die Bindung zwischen Fasern verbessern. Die Stabilität seiner Viskosität kann die Gleichmäßigkeit der Schlichte gewährleisten und dadurch die Effizienz des Webens verbessern. Es kann auch als Ausrüstungsmittel für Textilien verwendet werden, insbesondere zur dauerhaften Anti-Falten-Ausrüstung, die den Stoffen dauerhafte Veränderungen verleiht.

CMC kann als Antisedimentationsmittel, Emulgator, Dispergiermittel, Verlaufsmittel und Klebstoff für Beschichtungen verwendet werden. Dadurch kann der Feststoffgehalt der Beschichtung gleichmäßig im Lösungsmittel verteilt werden, sodass die Beschichtung über einen längeren Zeitraum nicht delaminiert. Es wird auch häufig in Farben verwendet. .

Wenn CMC als Flockungsmittel verwendet wird, ist es bei der Entfernung von Calciumionen wirksamer als Natriumgluconat. Bei Verwendung als Kationenaustauscher kann seine Austauschkapazität 1,6 ml/g erreichen.

CMC wird in der Papierindustrie als Papierleimungsmittel verwendet, das die Trockenfestigkeit und Nassfestigkeit von Papier sowie die Ölbeständigkeit, Tintenaufnahme und Wasserbeständigkeit deutlich verbessern kann.

CMC wird als Hydrolat in Kosmetika und als Verdickungsmittel in Zahnpasta verwendet und liegt in einer Dosierung von etwa 5 % vor.

CMC kann als Flockungsmittel, Chelatbildner, Emulgator, Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel, Leimungsmittel, filmbildendes Material usw. verwendet werden und wird auch häufig in der Elektronik, Pestiziden, Leder, Kunststoffen, Druckerei, Keramik und Zahnpasta im Alltag verwendet Chemikalien und anderen Bereichen, und aufgrund seiner hervorragenden Leistung und seines breiten Einsatzspektrums erschließt es ständig neue Anwendungsfelder und die Marktaussichten sind äußerst breit.

Vorsichtsmaßnahmen

(1) Die Kompatibilität dieses Produkts mit starken Säuren, starken Laugen und Schwermetallionen (wie Aluminium, Zink, Quecksilber, Silber, Eisen usw.) ist kontraindiziert.

(2) Die zulässige Aufnahme dieses Produkts beträgt 0-25 mg/kg·d.

Anweisungen

Mischen Sie CMC direkt mit Wasser, um einen pastösen Kleber für die spätere Verwendung herzustellen. Geben Sie beim Konfigurieren von CMC-Kleber zunächst mit einem Rührgerät eine bestimmte Menge sauberes Wasser in den Anmischbehälter. Wenn das Rührgerät eingeschaltet ist, streuen Sie CMC langsam und gleichmäßig unter ständigem Rühren in den Anmischbehälter, sodass das CMC vollständig integriert ist Mit Wasser kann sich CMC vollständig auflösen. Beim Auflösen von CMC sollte es gleichmäßig besprüht und kontinuierlich gerührt werden, um „die Probleme der Agglomeration und Agglomeration zu verhindern und die Menge an gelöstem CMC zu verringern, wenn CMC auf Wasser trifft“ und um die Auflösungsrate von CMC zu erhöhen. Die Zeit zum Rühren ist nicht die gleiche wie die Zeit, die CMC benötigt, um sich vollständig aufzulösen. Es sind zwei Konzepte. Im Allgemeinen ist die Rührzeit viel kürzer als die Zeit, in der sich CMC vollständig auflöst. Die dafür benötigte Zeit hängt von der jeweiligen Situation ab.

Grundlage für die Bestimmung der Rührzeit ist: wann dieCMCgleichmäßig im Wasser verteilt ist und keine offensichtlichen großen Klumpen vorhanden sind, kann das Rühren gestoppt werden, sodass CMC und Wasser eindringen und im stehenden Zustand miteinander verschmelzen können.

Die Grundlage für die Bestimmung der Zeit, die CMC benötigt, um sich vollständig aufzulösen, ist wie folgt:

(1) CMC und Wasser sind vollständig gebunden und es gibt keine Fest-Flüssigkeits-Trennung zwischen den beiden;

(2) Die gemischte Paste befindet sich in einem gleichmäßigen Zustand und die Oberfläche ist flach und glatt;

(3) Die Farbe der gemischten Paste ist nahezu farblos und transparent, und die Paste enthält keine körnigen Gegenstände. Vom Zeitpunkt, an dem CMC in den Ansatzbehälter gegeben und mit Wasser vermischt wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem CMC vollständig aufgelöst ist, beträgt die erforderliche Zeit zwischen 10 und 20 Stunden.