Carboximetilcelulosa sódica (CMC) como espesante alimentario

Carboximetilcelulosa sódica (también conocida como: carboximetilcelulosa sódica, carboximetilcelulosa,CMC, Carboximetilcelulosa sódica, sal sódica de carboximetilcelulosa) es el tipo de celulosa más utilizado y el que se utiliza en mayor cantidad en el mundo hoy en día.

El CMC-Na, abreviado como CMC-Na, es un derivado de celulosa con un grado de polimerización de la glucosa de 100 a 2000 y una masa molecular relativa de 242,16. Es un polvo fibroso o granular blanco. Inodoro, insípido, higroscópico e insoluble en disolventes orgánicos.

Propiedades básicas

1. Estructura molecular de la carboximetilcelulosa sódica (CMC)

Fue producida por primera vez en Alemania en 1918, patentada en 1921 y surgida a nivel mundial. Desde entonces, se ha logrado la producción comercial en Europa. En aquel entonces, era solo un producto crudo, utilizado como coloide y aglutinante. De 1936 a 1941, la investigación sobre aplicaciones industriales de la carboximetilcelulosa sódica fue muy activa, y se inventaron varias patentes inspiradoras. Durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania utilizó carboximetilcelulosa sódica en detergentes sintéticos. Hercules fabricó carboximetilcelulosa sódica por primera vez en Estados Unidos en 1943, y produjo carboximetilcelulosa sódica refinada en 1946, la cual fue reconocida como un aditivo alimentario seguro. Mi país comenzó a adoptarla en la década de 1970, y su uso se extendió en la década de 1990. Actualmente, es la celulosa más utilizada y de mayor volumen en el mundo.

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

Este producto es la sal sódica del éter carboximetil celulosa, una fibra aniónica.

2. Apariencia de la carboximetilcelulosa sódica (CMC)

Este producto es la sal sódica del éter carboximetílico de celulosa, un éter de celulosa aniónico, polvo o gránulo fibroso blanco o blanco lechoso, densidad 0,5-0,7 g/cm3, casi inodoro, insípido, higroscópico. Es fácil de dispersar en agua para formar una solución coloidal transparente y es insoluble en disolventes orgánicos como el etanol [1]. El pH de la solución acuosa al 1% es de 6,5-8,5, cuando el pH>10 o <5, la viscosidad del mucílago disminuye significativamente y el rendimiento es el mejor cuando el pH=7. Estable al calor, la viscosidad aumenta rápidamente por debajo de 20 °C y cambia lentamente a 45 °C. El calentamiento a largo plazo por encima de 80 °C puede desnaturalizar el coloide y reducir significativamente la viscosidad y el rendimiento. Es fácilmente soluble en agua y la solución es transparente; Es muy estable en solución alcalina, pero se hidroliza fácilmente cuando encuentra ácido y precipitará cuando el valor de pH sea 2-3, y también reaccionará con sales metálicas polivalentes.

El propósito principal

Se utiliza como espesante en la industria alimentaria, como portador de fármacos en la industria farmacéutica y como aglutinante y agente antirredeposición en la industria química de uso diario. En la industria de la impresión y el teñido, se utiliza como coloide protector para agentes de encolado y pastas de impresión. En la industria petroquímica, puede utilizarse como componente del fluido de fracturación para la recuperación de petróleo. [2]

Incompatibilidad

La carboximetilcelulosa sódica es incompatible con soluciones ácidas fuertes, sales de hierro solubles y otros metales como el aluminio, el mercurio y el zinc. Cuando el pH es inferior a 2 y se mezcla con etanol al 95 %, se produce precipitación.

La carboximetilcelulosa sódica puede formar coaglomerados con gelatina y pectina, y también puede formar complejos con colágeno, que pueden precipitar ciertas proteínas con carga positiva.

artesanía

La CMC es un compuesto polimérico aniónico que se prepara mediante la reacción de celulosa natural con álcali cáustico y ácido monocloroacético, con un peso molecular de 6400 (±1000). Los principales subproductos son el cloruro de sodio y el glicolato de sodio. La CMC pertenece a la modificación de la celulosa natural. La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) la han denominado oficialmente «celulosa modificada».

Los principales indicadores para medir la calidad de la CMC son el grado de sustitución (DS) y la pureza. Generalmente, las propiedades de la CMC son diferentes si el DS es diferente; cuanto mayor sea el grado de sustitución, mayor será la solubilidad y mejor la transparencia y estabilidad de la solución. Según los informes, la transparencia de la CMC es mejor cuando el grado de sustitución es de 0,7 a 1,2, y la viscosidad de su solución acuosa es mayor cuando el valor de pH es de 6 a 9. Para garantizar su calidad, además de la elección del agente de eterificación, también se deben considerar algunos factores que afectan el grado de sustitución y la pureza, como la relación entre la cantidad de álcali y el agente de eterificación, el tiempo de eterificación, el contenido de agua en el sistema, la temperatura, el valor de pH, la concentración de la solución y la sal, etc.

status quo

Para solucionar la escasez de materias primas (algodón refinado a partir de borra de algodón), en los últimos años, algunas unidades de investigación científica de mi país han cooperado con empresas para aprovechar al máximo la paja de arroz, el algodón molido (algodón residual) y los restos de tofu para producir CMC con éxito. El costo de producción se ha reducido considerablemente, lo que abre una nueva fuente de materias primas para la producción industrial de CMC y permite un aprovechamiento integral de los recursos. Por un lado, se reduce el costo de producción y, por otro, la CMC se está desarrollando hacia una mayor precisión. La investigación y el desarrollo de CMC se centran principalmente en la transformación de la tecnología de producción existente y la innovación en los procesos de fabricación, así como en nuevos productos de CMC con propiedades únicas, como el proceso de "mezcla solvente-slurry" [3], que se ha desarrollado con éxito en el extranjero y se ha utilizado ampliamente. Se produce un nuevo tipo de CMC modificada con alta estabilidad. Gracias a su mayor grado de sustitución y a la distribución más uniforme de los sustituyentes, se puede utilizar en una gama más amplia de campos de producción industrial y entornos de uso complejos para cumplir con los requisitos de proceso más exigentes. A nivel internacional, este nuevo tipo de CMC modificada también se denomina “celulosa polianiónica (PAC, Poly anionic celulosa)”.

seguridad

Alta seguridad, ADI no necesita regulaciones y se han formulado estándares nacionales [4].

solicitud

Este producto tiene las funciones de aglutinante, espesante, fortalecedor, emulsionante, retención de agua y suspensión.

Aplicación de CMC en alimentos

La FAO y la OMS han aprobado el uso de CMC puro en alimentos. Fue aprobado después de investigaciones y pruebas biológicas y toxicológicas muy estrictas. La ingesta segura (IDA) del estándar internacional es de 25 mg/(kg·d), es decir, aproximadamente 1,5 g/d por persona. Se ha informado que algunas personas no tuvieron ninguna reacción tóxica cuando la ingesta alcanzó los 10 kg. La CMC no solo es un buen estabilizador de emulsiones y espesante en aplicaciones alimentarias, sino que también tiene una excelente estabilidad de congelación y fusión, y puede mejorar el sabor del producto y prolongar el tiempo de almacenamiento. La cantidad utilizada en leche de soja, helado, helados, gelatina, bebidas y latas es de aproximadamente 1% a 1,5%. La CMC también puede formar una dispersión emulsionada estable con vinagre, salsa de soja, aceite vegetal, jugo de frutas, salsa, jugo de verduras, etc., y la dosis es de 0,2% a 0,5%. En particular, posee un excelente poder emulsionante para aceites animales y vegetales, proteínas y soluciones acuosas, lo que le permite formar una emulsión homogénea con un rendimiento estable. Gracias a su seguridad y fiabilidad, su dosificación no está limitada por la norma nacional de higiene alimentaria IDA. La CMC se ha desarrollado continuamente en el sector alimentario, y también se ha investigado la aplicación de la carboximetilcelulosa sódica en la producción de vino.

El uso de CMC en medicina

En la industria farmacéutica, se puede utilizar como estabilizador de emulsión para inyecciones, aglutinante y agente filmógeno para comprimidos. Se ha demostrado que la CMC es un portador de fármacos anticancerígenos seguro y fiable mediante experimentos básicos y con animales. Utilizando CMC como material de membrana, la forma farmacéutica modificada del polvo Yangyin Shengji de la medicina tradicional china, la membrana Yangyin Shengji, se puede utilizar para heridas de dermoabrasión y heridas traumáticas. Estudios con modelos animales han demostrado que la película previene la infección de la herida y no presenta diferencias significativas con los apósitos de gasa. En cuanto al control de la exudación de líquido del tejido de la herida y la rápida cicatrización, esta película es significativamente mejor que los apósitos de gasa y reduce el edema posoperatorio y la irritación de la herida. La preparación de la película, hecha de alcohol polivinílico: carboximetilcelulosa sódica: policarboxietileno en una proporción de 3:6:1, es la mejor opción, ya que aumenta tanto la adhesión como la velocidad de liberación. La adhesión de la preparación, el tiempo de residencia en la cavidad oral y la eficacia del medicamento en la preparación mejoran significativamente. La bupivacaína es un potente anestésico local, pero en ocasiones puede producir graves efectos secundarios cardiovasculares en caso de intoxicación. Por lo tanto, si bien la bupivacaína se usa ampliamente en la práctica clínica, la investigación sobre la prevención y el tratamiento de sus reacciones tóxicas siempre ha recibido mayor atención. Estudios farmacológicos han demostrado que CIVIC, como sustancia de liberación prolongada formulada con solución de bupivacaína, puede reducir significativamente los efectos secundarios del fármaco. En la cirugía PRK, el uso de tetracaína de baja concentración y antiinflamatorios no esteroideos combinados con CMC puede aliviar significativamente el dolor posoperatorio. La prevención de adherencias peritoneales posoperatorias y la reducción de la obstrucción intestinal son dos de los temas más preocupantes en la cirugía clínica. Estudios han demostrado que la CMC es significativamente mejor que el hialuronato de sodio para reducir el grado de adherencias peritoneales posoperatorias y puede utilizarse como un método eficaz para prevenir su aparición. La CMC se utiliza en la infusión arterial hepática por catéter de fármacos anticancerígenos para el tratamiento del cáncer de hígado, lo que puede prolongar significativamente el tiempo de residencia de los fármacos anticancerígenos en los tumores, aumentar la eficacia antitumoral y optimizar el efecto terapéutico. En medicina veterinaria, la CMC también tiene una amplia gama de usos. Se ha reportado [5] que la instilación intraperitoneal de una solución de CMC al 1% en ovejas tiene un efecto significativo en la prevención de distocias y adherencias abdominales tras la cirugía del tracto reproductivo en el ganado.

CMC en otras aplicaciones industriales

En detergentes, el CMC se puede utilizar como agente anti-redeposición de suciedad, especialmente para telas de fibra sintética hidrófobas, lo que es significativamente mejor que la fibra de carboximetilo.

El CMC puede utilizarse para proteger pozos petroleros como estabilizador de lodos y agente de retención de agua en la perforación petrolera. La dosis por pozo es de 2,3 t para pozos someros y 5,6 t para pozos profundos.

En la industria textil, se utiliza como agente de encolado, espesante para pastas de impresión y teñido, impresión textil y acabado de refuerzo. Cuando se utiliza como agente de encolado, puede mejorar la solubilidad y la viscosidad, y es fácil de desencolar; como agente de refuerzo, su dosificación es superior al 95%; cuando se utiliza como agente de encolado, la resistencia y la flexibilidad de la película de encolado se mejoran significativamente; con fibroína de seda regenerada. La membrana compuesta de carboximetilcelulosa se utiliza como matriz para inmovilizar la glucosa oxidasa, y la glucosa oxidasa y el carboxilato de ferroceno se inmovilizan, y el biosensor de glucosa fabricado tiene una mayor sensibilidad y estabilidad. Los estudios han demostrado que cuando el homogeneizado de gel de sílice se prepara con una solución de CMC con una concentración de aproximadamente 1% (p/v), el rendimiento cromatográfico de la placa de capa fina preparada es el mejor. Al mismo tiempo, la placa de capa fina recubierta en condiciones optimizadas tiene una resistencia de capa adecuada, adecuada para diversas técnicas de muestreo, y fácil de operar. El CMC se adhiere a la mayoría de las fibras y mejora la unión entre ellas. La estabilidad de su viscosidad garantiza la uniformidad del apresto, mejorando así la eficiencia del tejido. También se puede utilizar como agente de acabado para textiles, especialmente para el acabado antiarrugas permanente, que proporciona cambios duraderos en las telas.

El CMC se puede utilizar como agente antisedimentante, emulsionante, dispersante, nivelador y adhesivo para recubrimientos. Permite distribuir uniformemente el contenido sólido del recubrimiento en el disolvente, evitando así la deslaminación durante un tiempo prolongado. También se utiliza ampliamente en pinturas.

Cuando se utiliza el CMC como floculante, es más eficaz que el gluconato de sodio para eliminar iones de calcio. Cuando se utiliza como intercambiador catiónico, su capacidad de intercambio puede alcanzar 1,6 ml/g.

El CMC se utiliza como agente de encolado de papel en la industria papelera, lo que puede mejorar significativamente la resistencia en seco y en húmedo del papel, así como la resistencia al aceite, la absorción de tinta y la resistencia al agua.

El CMC se utiliza como hidrosol en cosméticos y como espesante en pasta de dientes, y su dosis es de aproximadamente el 5%.

El CMC se puede utilizar como floculante, agente quelante, emulsionante, espesante, agente de retención de agua, agente de encolado, material formador de película, etc., y también se utiliza ampliamente en electrónica, pesticidas, cuero, plásticos, impresión, cerámica, pasta de dientes, productos químicos diarios y otros campos, y debido a su excelente rendimiento y amplia gama de usos, está abriendo constantemente nuevos campos de aplicación y la perspectiva del mercado es extremadamente amplia.

Precauciones

(1) La compatibilidad de este producto con ácidos fuertes, álcalis fuertes e iones de metales pesados ​​(como aluminio, zinc, mercurio, plata, hierro, etc.) está contraindicada.

(2) La ingesta permitida de este producto es de 0 a 25 mg/kg·d.

Instrucciones

Mezcle CMC directamente con agua para hacer un pegamento pastoso para su uso posterior. Al configurar el pegamento CMC, primero agregue una cierta cantidad de agua limpia al tanque de dosificación con un dispositivo de agitación, y cuando el dispositivo de agitación esté encendido, espolvoree CMC lenta y uniformemente en el tanque de dosificación, revolviendo continuamente, para que el CMC se integre completamente con el agua, CMC puede disolverse por completo. Al disolver CMC, la razón por la que se debe rociar uniformemente y agitar continuamente es "prevenir los problemas de aglomeración, aglomeración y reducir la cantidad de CMC disuelta cuando CMC se encuentra con agua", y para aumentar la velocidad de disolución de CMC. El tiempo de agitación no es el mismo que el tiempo para que CMC se disuelva por completo. Son dos conceptos. En términos generales, el tiempo de agitación es mucho más corto que el tiempo para que CMC se disuelva por completo. El tiempo requerido para los dos depende de la situación específica.

La base para determinar el tiempo de agitación es: cuando elCMCse dispersa uniformemente en el agua y no hay grandes grumos evidentes, se puede detener la agitación, permitiendo que el CMC y el agua penetren y se fusionen entre sí en un estado de reposo.

La base para determinar el tiempo necesario para que el CMC se disuelva completamente es la siguiente:

(1) El CMC y el agua están completamente unidos y no hay separación sólido-líquido entre ambos;

(2) La pasta mezclada está en un estado uniforme y la superficie es plana y lisa;

(3) El color de la pasta mezclada es prácticamente incoloro y transparente, sin partículas granulares. El tiempo requerido desde que el CMC se introduce en el tanque de dosificación y se mezcla con agua hasta su completa disolución es de entre 10 y 20 horas.