سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) به عنوان غلیظ کننده مواد غذایی

سدیم کربوکسی متیل سلولز (همچنین به عنوان: سدیم کربوکسی متیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز،CMC, کربوکسی متیل, سلولز سدیم, نمک سدیم کابوکسی متیل سلولز) پرمصرف ترین و بیشترین میزان مورد استفاده در جهان امروزه از انواع سلولز می باشد.

CMC-Na به طور خلاصه، یک مشتق سلولزی با درجه پلیمریزاسیون گلوکز 100-2000 و جرم مولکولی نسبی 242.16 است. پودر فیبری یا دانه ای سفید. بی بو، بی مزه، بی مزه، رطوبت سنجی، نامحلول در حلال های آلی.

خواص اساسی

1. ساختار مولکولی سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC)

اولین بار در سال 1918 توسط آلمان تولید شد و در سال 1921 ثبت اختراع شد و در جهان ظاهر شد. تولید تجاری از آن زمان در اروپا به دست آمده است. در آن زمان، این فقط محصول خام بود که به عنوان کلوئید و چسب استفاده می شد. از سال 1936 تا 1941، تحقیقات کاربردی صنعتی سدیم کربوکسی متیل سلولز کاملاً فعال بود و چندین پتنت الهام بخش اختراع شد. در طول جنگ جهانی دوم، آلمان از سدیم کربوکسی متیل سلولز در مواد شوینده مصنوعی استفاده کرد. هرکول سدیم کربوکسی متیل سلولز را برای اولین بار در سال 1943 در ایالات متحده ساخت و در سال 1946 سدیم کربوکسی متیل سلولز تصفیه شده را تولید کرد که به عنوان یک افزودنی غذایی ایمن شناخته شد. کشور من در دهه 1970 شروع به پذیرش آن کرد و در دهه 1990 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. امروزه بیشترین استفاده و بیشترین مقدار سلولز در جهان است.

فرمول ساختاری: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa فرمول مولکولی: C8H11O7Na

این محصول نمک سدیم کربوکسی متیل اتر سلولز، یک فیبر آنیونی است

2. ظاهر سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC)

این محصول نمک سدیم کربوکسی متیل اتر سلولز، یک اتر سلولز آنیونی، پودر یا گرانول فیبری سفید یا شیری، با چگالی 0.5-0.7 گرم بر سانتی متر مکعب، تقریبا بی بو، بی مزه، رطوبت گیر است. به راحتی در آب پراکنده می شود تا یک محلول کلوئیدی شفاف تشکیل شود و در حلال های آلی مانند اتانول نامحلول است [1]. pH محلول آبی 1% 6.5-8.5 است، زمانی که PH> 10 یا <5 باشد، ویسکوزیته موسیلاژ به طور قابل توجهی کاهش می یابد و بهترین عملکرد زمانی است که pH = 7 باشد. ویسکوزیته در برابر حرارت پایدار است، ویسکوزیته به سرعت به زیر 20 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و در دمای 45 درجه سانتیگراد به آرامی تغییر می کند. گرمایش طولانی مدت بالای 80 درجه سانتی گراد می تواند کلوئید را دناتوره کند و به طور قابل توجهی ویسکوزیته و عملکرد را کاهش دهد. به راحتی در آب حل می شود و محلول شفاف است. در محلول قلیایی بسیار پایدار است، اما در صورت برخورد با اسید به راحتی هیدرولیز می شود و زمانی که مقدار pH 2-3 باشد رسوب می کند و همچنین با نمک های فلزی چند ظرفیتی واکنش می دهد.

هدف اصلی

این ماده به عنوان ضخیم کننده در صنایع غذایی، به عنوان حامل دارو در صنعت داروسازی و به عنوان ماده چسبنده و ضد رسوب مجدد در صنایع شیمیایی روزانه استفاده می شود. در صنعت چاپ و رنگرزی به عنوان یک کلوئید محافظ برای مواد سایز و خمیرهای چاپ استفاده می شود. در صنعت پتروشیمی می توان از آن به عنوان جزئی از سیال شکستگی بازیافت نفت استفاده کرد. [2]

ناسازگاری

سدیم کربوکسی متیل سلولز با محلول های اسید قوی، نمک های محلول آهن و برخی فلزات دیگر مانند آلومینیوم، جیوه و روی ناسازگار است. زمانی که PH کمتر از 2 باشد و با 95 درصد اتانول مخلوط شود، بارش رخ می دهد.

سدیم کربوکسی متیل سلولز می‌تواند با ژلاتین و پکتین همآگلومراهایی ایجاد کند و همچنین می‌تواند با کلاژن کمپلکس‌هایی ایجاد کند که می‌تواند پروتئین‌های دارای بار مثبت خاصی را رسوب دهد.

صنایع دستی

CMC معمولاً یک ترکیب پلیمری آنیونی است که از واکنش سلولز طبیعی با قلیایی سوزاننده و اسید مونوکلرواستیک با وزن مولکولی 6400 (1000±) تهیه می شود. محصولات جانبی اصلی سدیم کلرید و سدیم گلیکولات هستند. CMC متعلق به اصلاح سلولز طبیعی است. سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (فائو) و سازمان بهداشت جهانی (WHO) رسما آن را "سلولز اصلاح شده" نامیده اند.

شاخص های اصلی برای اندازه گیری کیفیت CMC درجه جایگزینی (DS) و خلوص هستند. به طور کلی، اگر DS متفاوت باشد، خواص CMC متفاوت است. هر چه درجه جانشینی بالاتر باشد، حلالیت قوی تر و شفافیت و پایداری محلول بهتر است. طبق گزارشات، شفافیت CMC زمانی بهتر است که درجه جانشینی 0.7-1.2 باشد و ویسکوزیته محلول آبی آن در زمانی که مقدار pH 6-9 باشد بیشترین مقدار را دارد. برای اطمینان از کیفیت آن، علاوه بر انتخاب عامل اتریفیکاسیون، باید عواملی را نیز در نظر گرفت که بر میزان جانشینی و خلوص تأثیر می‌گذارند، مانند رابطه بین مقدار قلیایی و عامل اتریفیکاسیون، زمان اتریفیکاسیون، محتوای آب در سیستم، دما، مقدار pH، غلظت محلول و نمک و غیره

وضعیت موجود

به منظور رفع کمبود مواد اولیه (پنبه تصفیه شده از لنگه پنبه)، در سال‌های اخیر، برخی از واحدهای علمی تحقیقاتی کشورم با شرکت‌هایی همکاری کرده‌اند تا از کاه برنج، پنبه آسیاب شده (پنبه ضایعاتی) و ته‌کش لوبیا استفاده کنند. برای تولید موفق CMC. هزینه تولید تا حد زیادی کاهش می یابد، که منبع جدیدی از مواد خام را برای تولید صنعتی CMC باز می کند و استفاده جامع از منابع را تحقق می بخشد. از یک طرف هزینه تولید کاهش می یابد و از طرف دیگر CMC به سمت دقت بالاتر در حال توسعه است. تحقیق و توسعه CMC عمدتاً بر تغییر فناوری تولید موجود و نوآوری در فرآیند تولید و همچنین محصولات جدید CMC با خواص منحصر به فرد مانند فرآیند "روش حلال - دوغاب" [3] که با موفقیت توسعه یافته است، متمرکز است. در خارج از کشور و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. نوع جدیدی از CMC اصلاح شده با پایداری بالا تولید می شود. با توجه به درجه جایگزینی بالاتر و توزیع یکنواخت تر جانشین ها، می توان از آن در طیف وسیع تری از زمینه های تولید صنعتی و محیط های کاربری پیچیده برای برآوردن نیازهای فرآیند بالاتر استفاده کرد. در سطح بین‌المللی، این نوع جدید از CMC اصلاح‌شده «سلولز پلی یونی (PAC، پلی آنیونی سلولز)» نیز نامیده می‌شود.

ایمنی

امنیت بالا، ADI نیازی به مقررات ندارد و استانداردهای ملی تدوین شده است [4] .

کاربرد

این محصول دارای عملکردهای اتصال، غلیظ کننده، تقویت کننده، امولسیون کننده، حفظ آب و تعلیق می باشد.

کاربرد CMC در مواد غذایی

FAO و WHO استفاده از CMC خالص در غذا را تایید کرده اند. پس از تحقیقات و آزمایشات بسیار دقیق بیولوژیکی و سم شناسی تایید شد. میزان مصرف ایمن (ADI) استاندارد بین‌المللی 25 میلی‌گرم بر (کیلوگرم در روز) است که حدود 1.5 گرم در روز برای هر نفر است. گزارش شده است که برخی از افراد با رسیدن به 10 کیلوگرم هیچ واکنش سمی نداشته اند. CMC نه تنها یک تثبیت کننده و غلیظ کننده خوب در کاربردهای غذایی است، بلکه دارای پایداری عالی در انجماد و ذوب است و می تواند طعم محصول را بهبود بخشد و زمان نگهداری را طولانی تر کند. میزان مصرف در شیر سویا، بستنی، بستنی، ژله، نوشیدنی ها و قوطی ها حدود 1 تا 1.5 درصد است. CMC همچنین می تواند با سرکه، سس سویا، روغن نباتی، آب میوه، آب میوه، آب سبزیجات و غیره یک پراکندگی امولسیون شده پایدار تشکیل دهد و دوز 0.2٪ تا 0.5٪ است. به خصوص، دارای عملکرد امولسیون کنندگی عالی برای روغن های حیوانی و گیاهی، پروتئین ها و محلول های آبی است که آن را قادر می سازد امولسیون همگن با عملکرد پایدار تشکیل دهد. به دلیل ایمنی و قابلیت اطمینان آن، دوز آن توسط استاندارد ملی بهداشت مواد غذایی ADI محدود نمی شود. CMC به طور مداوم در زمینه مواد غذایی توسعه یافته است و تحقیقات در مورد کاربرد سدیم کربوکسی متیل سلولز در تولید شراب نیز انجام شده است.

استفاده از CMC در پزشکی

در صنعت داروسازی می توان از آن به عنوان تثبیت کننده امولسیون برای تزریق، بایندر و عامل تشکیل فیلم برای قرص ها استفاده کرد. برخی افراد با آزمایشات اولیه و حیوانی ثابت کرده اند که CMC یک حامل داروی ضد سرطان ایمن و قابل اعتماد است. با استفاده از CMC به عنوان ماده غشایی، فرم دوز اصلاح شده طب سنتی چینی پودر Yangyin Shengji، Yangyin Shengji Membrane، می تواند برای زخم های عمل درم ابریژن و زخم های تروماتیک استفاده شود. مطالعات مدل حیوانی نشان داده است که فیلم از عفونت زخم جلوگیری می کند و تفاوت قابل توجهی با پانسمان های گازی ندارد. از نظر کنترل ترشح مایع بافت زخم و بهبود سریع زخم، این فیلم به طور قابل توجهی بهتر از پانسمان های گازی است و در کاهش ادم و تحریک زخم پس از عمل موثر است. تهیه فیلم ساخته شده از پلی وینیل الکل: سدیم کربوکسی متیل سلولز: پلی کربوکسی اتیلن با نسبت 3:6:1 بهترین نسخه است و میزان چسبندگی و انتشار هر دو افزایش می یابد. چسبندگی فرآورده، زمان ماندن فرآورده در حفره دهان و اثربخشی دارو در آماده سازی همگی به طور قابل توجهی بهبود یافته است. بوپیواکائین یک بی حس کننده موضعی قوی است، اما گاهی اوقات در صورت مسموم شدن می تواند عوارض جانبی جدی قلبی عروقی ایجاد کند. بنابراین، در حالی که بوپیواکائین به طور گسترده از نظر بالینی استفاده می شود، تحقیقات در مورد پیشگیری و درمان واکنش های سمی آن همواره مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. مطالعات فارماکولوژیک نشان داده است که CIVIC به عنوان یک ماده با رهش پایدار فرموله شده با محلول بوپیواکائین می تواند عوارض جانبی دارو را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در جراحی PRK، استفاده از تتراکائین با غلظت کم و داروهای ضد التهابی غیر استروئیدی همراه با CMC می تواند درد بعد از عمل را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. پیشگیری از چسبندگی صفاق بعد از عمل و کاهش انسداد روده یکی از دغدغه‌های مهم در جراحی بالینی است. مطالعات نشان داده است که CMC به طور قابل توجهی بهتر از هیالورونات سدیم در کاهش میزان چسبندگی صفاقی بعد از عمل جراحی است و می تواند به عنوان روشی موثر برای جلوگیری از بروز چسبندگی صفاقی استفاده شود. CMC در انفوزیون شریانی کبدی کاتتر داروهای ضد سرطان برای درمان سرطان کبد استفاده می شود، که می تواند به طور قابل توجهی زمان اقامت داروهای ضد سرطان را در تومورها افزایش دهد، قدرت ضد تومور را افزایش دهد و اثر درمانی را بهبود بخشد. در پزشکی حیوانات نیز CMC کاربردهای وسیعی دارد. گزارش شده است [5] که القای داخل صفاقی محلول CMC 1% به میش تأثیر قابل توجهی در جلوگیری از دیستوشی و چسبندگی شکمی پس از جراحی دستگاه تناسلی در دام دارد.

CMC در سایر کاربردهای صنعتی

در مواد شوینده، CMC را می توان به عنوان یک عامل ضد رسوب مجدد خاک، به ویژه برای پارچه های الیاف مصنوعی آبگریز، که به طور قابل توجهی بهتر از فیبر کربوکسی متیل است، استفاده کرد.

CMC را می توان برای محافظت از چاه های نفت به عنوان تثبیت کننده گل و عامل حفظ آب در حفاری نفت استفاده کرد. دوز برای هر چاه نفت 2.3 تن برای چاه های کم عمق و 5.6 تن برای چاه های عمیق است.

در صنعت نساجی، از آن به عنوان عامل سایز، ضخیم کننده برای چاپ و رنگرزی خمیر، چاپ پارچه و تکمیل سفت کننده استفاده می شود. هنگامی که به عنوان یک عامل اندازه استفاده می شود، می تواند حلالیت و ویسکوزیته را بهبود بخشد، و به راحتی قابل اندازه گیری است. به عنوان یک عامل سفت کننده، دوز آن بالای 95٪ است. هنگامی که به عنوان یک عامل اندازه استفاده می شود، استحکام و انعطاف پذیری فیلم اندازه به طور قابل توجهی بهبود می یابد. با فیبروین ابریشم بازسازی شده غشای کامپوزیتی متشکل از کربوکسی متیل سلولز به عنوان ماتریکس برای بی حرکت کردن گلوکز اکسیداز استفاده می شود و گلوکز اکسیداز و فروسن کربوکسیلات بی حرکت می شوند و بیوسنسور گلوکز ساخته شده دارای حساسیت و پایداری بالاتری است. مطالعات نشان داده است که وقتی هموژنه سیلیکاژل با محلول CMC با غلظت حدود 1% (w/v) تهیه می شود، عملکرد کروماتوگرافی صفحه لایه نازک تهیه شده بهترین است. در عین حال، صفحه لایه نازک پوشش داده شده تحت شرایط بهینه دارای استحکام لایه مناسب، مناسب برای تکنیک های مختلف نمونه برداری، آسان برای کار است. CMC به اکثر الیاف چسبندگی دارد و می تواند پیوند بین الیاف را بهبود بخشد. پایداری ویسکوزیته آن می تواند یکنواختی اندازه را تضمین کند و در نتیجه کارایی بافت را بهبود بخشد. همچنین می تواند به عنوان یک ماده تکمیل کننده برای منسوجات استفاده شود، به ویژه برای تکمیل دائمی ضد چروک، که تغییرات بادوامی را در پارچه ها به ارمغان می آورد.

CMC را می توان به عنوان یک عامل ضد رسوب، امولسیفایر، پخش کننده، عامل تراز کننده و چسب برای پوشش ها استفاده کرد. این می تواند محتوای جامد پوشش را به طور مساوی در حلال توزیع کند، به طوری که پوشش برای مدت طولانی لایه لایه نمی شود. همچنین به طور گسترده در رنگ استفاده می شود. .

هنگامی که از CMC به عنوان فلوکولانت استفاده می شود، نسبت به گلوکونات سدیم در حذف یون های کلسیم موثرتر است. هنگامی که به عنوان تبادل کاتیونی استفاده می شود، ظرفیت تبادل آن می تواند به 1.6 میلی لیتر در گرم برسد.

از CMC به عنوان یک عامل اندازه‌گیری کاغذ در صنعت کاغذ استفاده می‌شود که می‌تواند به طور قابل توجهی استحکام خشک و استحکام کاغذ را بهبود بخشد، همچنین مقاومت در برابر روغن، جذب جوهر و مقاومت در برابر آب را بهبود بخشد.

از CMC به عنوان هیدروسول در لوازم آرایشی و به عنوان قوام دهنده در خمیر دندان استفاده می شود و دوز آن حدود 5 درصد است.

CMC را می توان به عنوان فلوکولانت، عامل کیلیت، امولسیفایر، غلیظ کننده، عامل نگهدارنده آب، عامل اندازه، مواد تشکیل دهنده فیلم و غیره استفاده کرد و همچنین به طور گسترده در الکترونیک، آفت کش ها، چرم، پلاستیک، چاپ، سرامیک، خمیر دندان، روزانه استفاده می شود. مواد شیمیایی و سایر زمینه ها، و به دلیل عملکرد عالی و طیف گسترده ای از کاربردها، به طور مداوم زمینه های کاربردی جدید و چشم انداز بازار را باز می کند. بسیار گسترده است.

موارد احتیاط

(1) سازگاری این محصول با یونهای اسید قوی، قلیایی قوی و فلزات سنگین (مانند آلومینیوم، روی، جیوه، نقره، آهن و غیره) منع مصرف دارد.

(2) مصرف مجاز این محصول 0-25mg/kg·d است.

دستورالعمل ها

CMC را مستقیماً با آب مخلوط کنید تا چسب خمیری برای استفاده بعدی درست شود. هنگام پیکربندی چسب CMC، ابتدا مقدار مشخصی آب تمیز را با یک دستگاه همزن به مخزن بچینگ اضافه کنید و هنگامی که دستگاه همزن روشن شد، به آرامی و به طور یکنواخت CMC را داخل بچینگ تانک بپاشید و مدام هم بزنید تا CMC کاملاً یکپارچه شود. با آب، CMC می تواند به طور کامل حل شود. هنگام انحلال CMC، دلیل اینکه چرا باید به طور یکنواخت پاشیده شود و پیوسته هم زده شود این است که "جلوگیری از مشکلات انباشتگی، تجمع و کاهش مقدار CMC محلول در هنگام ملاقات CMC با آب" و افزایش سرعت انحلال CMC است. زمان هم زدن با زمان حل شدن کامل CMC یکسان نیست. آنها دو مفهوم هستند. به طور کلی، زمان هم زدن بسیار کمتر از زمان حل شدن کامل CMC است. زمان مورد نیاز برای این دو بستگی به شرایط خاص دارد.

مبنای تعیین زمان هم زدن این است: وقتی کهCMCبه طور یکنواخت در آب پراکنده می شود و هیچ توده بزرگ آشکاری وجود ندارد، هم زدن را می توان متوقف کرد و اجازه می دهد CMC و آب در حالت ایستاده به یکدیگر نفوذ کرده و با یکدیگر ترکیب شوند.

مبنای تعیین زمان لازم برای انحلال کامل CMC به شرح زیر است:

(1) CMC و آب کاملاً به هم متصل هستند و هیچ جدایی جامد-مایع بین این دو وجود ندارد.

(2) خمیر مخلوط در حالت یکنواخت است و سطح صاف و صاف است.

(3) رنگ خمیر مخلوط نزدیک به بی رنگ و شفاف است و هیچ چیز دانه ای در خمیر وجود ندارد. از زمانی که CMC وارد مخزن بچینگ می شود و با آب مخلوط می شود تا زمانی که CMC کاملا حل می شود، زمان مورد نیاز بین 10 تا 20 ساعت است.