Sodio carbossimetilcellulosa (CMC) come addensante alimentare

Carbossimetilcellulosa di sodio (nota anche come: carbossimetilcellulosa di sodio, carbossimetilcellulosa,CMC, carbossimetil, cellulosa sodica, sale sodico della cabossimetilcellulosa) è il tipo di cellulosa più utilizzato e in maggiore quantità oggi al mondo.

In breve, CMC-Na è un derivato della cellulosa con un grado di polimerizzazione del glucosio compreso tra 100 e 2000 e una massa molecolare relativa di 242,16. Polvere bianca fibrosa o granulare. Inodore, insapore, insapore, igroscopico, insolubile nei solventi organici.

Proprietà di base

1. Struttura molecolare della carbossimetilcellulosa di sodio (CMC)

Fu prodotto per la prima volta dalla Germania nel 1918, fu brevettato nel 1921 e apparve in tutto il mondo. Da allora la produzione commerciale è stata raggiunta in Europa. A quel tempo si trattava solo di un prodotto grezzo, utilizzato come colloide e legante. Dal 1936 al 1941, la ricerca sulle applicazioni industriali della sodio carbossimetilcellulosa fu piuttosto attiva e furono inventati numerosi brevetti stimolanti. Durante la seconda guerra mondiale, la Germania utilizzò la carbossimetilcellulosa di sodio nei detersivi sintetici. Hercules produsse per la prima volta la carbossimetilcellulosa di sodio negli Stati Uniti nel 1943 e nel 1946 produsse la carbossimetilcellulosa di sodio raffinata, riconosciuta come additivo alimentare sicuro. il mio paese ha iniziato ad adottarlo negli anni '70 ed è stato ampiamente utilizzato negli anni '90. Oggi è la cellulosa più utilizzata e la più grande quantità al mondo.

Formula strutturale: C6H7O2 (OH) 2OCH2COONa Formula molecolare: C8H11O7Na

Questo prodotto è il sale sodico del carbossimetil etere di cellulosa, una fibra anionica

2. Aspetto della carbossimetilcellulosa di sodio (CMC)

Questo prodotto è il sale sodico dell'etere carbossimetilico di cellulosa, un etere di cellulosa anionico, polvere o granuli fibrosi bianchi o bianco latte, densità 0,5-0,7 g/cm3, quasi inodore, insapore, igroscopico. È facile da disperdere in acqua per formare una soluzione colloidale trasparente ed è insolubile in solventi organici come l'etanolo [1]. Il pH della soluzione acquosa all'1% è 6,5-8,5, quando il pH>10 o <5, la viscosità della mucillagine diminuisce significativamente e la prestazione è migliore quando il pH=7. Stabile al calore, la viscosità sale rapidamente sotto i 20°C e cambia lentamente a 45°C. Il riscaldamento a lungo termine superiore a 80°C può denaturare il colloide e ridurre significativamente la viscosità e le prestazioni. È facilmente solubile in acqua e la soluzione è trasparente; è molto stabile in soluzione alcalina, ma si idrolizza facilmente quando incontra l'acido e precipiterà quando il valore del pH è 2-3 e reagirà anche con sali di metalli polivalenti.

Lo scopo principale

Viene utilizzato come addensante nell'industria alimentare, come trasportatore di farmaci nell'industria farmaceutica e come legante e agente antiridepositante nell'industria chimica quotidiana. Nell'industria della stampa e della tintura viene utilizzato come colloide protettivo per appretti e paste da stampa. Nell'industria petrolchimica, può essere utilizzato come componente del fluido di fratturazione per il recupero del petrolio. [2]

Incompatibilità

La carbossimetilcellulosa di sodio è incompatibile con soluzioni acide forti, sali di ferro solubili e alcuni altri metalli come alluminio, mercurio e zinco. Quando il pH è inferiore a 2 e se miscelato con etanolo al 95%, si verificherà la precipitazione.

La carbossimetilcellulosa di sodio può formare coagglomerati con gelatina e pectina e può anche formare complessi con il collagene, che può far precipitare alcune proteine ​​caricate positivamente.

mestiere

La CMC è solitamente un composto polimerico anionico preparato facendo reagire la cellulosa naturale con alcali caustici e acido monocloroacetico, con un peso molecolare di 6400 (±1 000). I principali sottoprodotti sono cloruro di sodio e glicolato di sodio. La CMC appartiene alla modificazione naturale della cellulosa. L’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’Alimentazione e l’Agricoltura (FAO) e l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) l’hanno ufficialmente chiamata “cellulosa modificata”.

I principali indicatori per misurare la qualità della CMC sono il grado di sostituzione (DS) e la purezza. In genere, le proprietà della CMC sono diverse se il DS è diverso; maggiore è il grado di sostituzione, maggiore è la solubilità e migliore è la trasparenza e la stabilità della soluzione. Secondo i rapporti, la trasparenza della CMC è migliore quando il grado di sostituzione è 0,7-1,2 e la viscosità della sua soluzione acquosa è maggiore quando il valore del pH è 6-9. Per garantirne la qualità, oltre alla scelta dell'agente eterificante, devono essere considerati anche alcuni fattori che influiscono sul grado di sostituzione e purezza, come il rapporto tra la quantità di alcali e agente eterificante, il tempo di eterificazione, il contenuto di acqua in il sistema, la temperatura, il valore pH, la concentrazione della soluzione e il sale, ecc.

status quo

Per risolvere la carenza di materie prime (cotone raffinato ottenuto da linter di cotone), negli ultimi anni alcune unità di ricerca scientifica nel mio paese hanno collaborato con le imprese per utilizzare in modo completo paglia di riso, cotone macinato (cotone di scarto) e feccia di cagliata di fagioli per produrre CMC con successo. Il costo di produzione è notevolmente ridotto, il che apre una nuova fonte di materie prime per la produzione industriale CMC e realizza l'utilizzo completo delle risorse. Da un lato si riducono i costi di produzione e dall'altro la CMC si sviluppa verso una maggiore precisione. La ricerca e lo sviluppo di CMC si concentrano principalmente sulla trasformazione della tecnologia di produzione esistente e sull'innovazione del processo di produzione, nonché su nuovi prodotti CMC con proprietà uniche, come il processo del "metodo solvente-impasto" [3] che è stato sviluppato con successo all'estero ed è stato ampiamente utilizzato. Viene prodotto un nuovo tipo di CMC modificato con elevata stabilità. Grazie al più elevato grado di sostituzione e alla distribuzione più uniforme dei sostituenti, può essere utilizzato in una gamma più ampia di campi di produzione industriale e ambienti di utilizzo complessi per soddisfare requisiti di processo più elevati. A livello internazionale questo nuovo tipo di CMC modificata viene chiamata anche “cellulosa polianionica (PAC, Poly anionic cellulose)”.

sicurezza

Alta sicurezza, l'ADI non necessita di normative e sono stati formulati standard nazionali [4] .

applicazione

Questo prodotto ha le funzioni di legante, addensante, rinforzante, emulsionante, ritenzione idrica e sospensione.

Applicazione della CMC negli alimenti

La FAO e l'OMS hanno approvato l'uso della CMC pura negli alimenti. È stato approvato dopo ricerche e test biologici e tossicologici molto rigorosi. L'assunzione sicura (ADI) dello standard internazionale è di 25 mg/(kg·giorno), ovvero circa 1,5 g/giorno per persona. È stato riferito che alcune persone non hanno avuto alcuna reazione tossica quando l'assunzione ha raggiunto i 10 kg. La CMC non è solo un buon stabilizzante di emulsione e addensante nelle applicazioni alimentari, ma ha anche un'eccellente stabilità al congelamento e allo scioglimento e può migliorare il sapore del prodotto e prolungare il tempo di conservazione. La quantità utilizzata nel latte di soia, nel gelato, nella gelatina, nelle bevande e nelle lattine varia dall'1% all'1,5% circa. La CMC può anche formare una dispersione emulsionata stabile con aceto, salsa di soia, olio vegetale, succo di frutta, sugo, succo di verdura, ecc. e il dosaggio va dallo 0,2% allo 0,5%. In particolare, ha eccellenti prestazioni emulsionanti per oli animali e vegetali, proteine ​​e soluzioni acquose, consentendogli di formare un'emulsione omogenea con prestazioni stabili. Grazie alla sua sicurezza e affidabilità, il suo dosaggio non è limitato dallo standard nazionale di igiene alimentare ADI. La CMC è stata continuamente sviluppata nel campo alimentare e sono state condotte ricerche anche sull'applicazione della carbossimetilcellulosa di sodio nella produzione del vino.

L'uso della CMC in medicina

Nell'industria farmaceutica può essere utilizzato come stabilizzante di emulsione per preparazioni iniettabili, legante e agente filmogeno per compresse. Alcune persone hanno dimostrato che la CMC è un vettore sicuro e affidabile di farmaci antitumorali attraverso esperimenti di base e su animali. Utilizzando la CMC come materiale della membrana, la forma di dosaggio modificata della polvere Yangyin Shengji della medicina tradizionale cinese, la membrana Yangyin Shengji, può essere utilizzata per ferite da operazioni di dermoabrasione e ferite traumatiche. Studi su modelli animali hanno dimostrato che la pellicola previene l'infezione della ferita e non presenta differenze significative rispetto alle medicazioni in garza. In termini di controllo dell'essudazione del fluido del tessuto della ferita e di rapida guarigione della ferita, questa pellicola è significativamente migliore delle medicazioni in garza e ha l'effetto di ridurre l'edema postoperatorio e l'irritazione della ferita. La preparazione della pellicola composta da alcol polivinilico: sodio carbossimetilcellulosa: policarbossietilene in un rapporto di 3:6:1 è la migliore prescrizione e aumenta sia la velocità di adesione che quella di rilascio. L'adesione del preparato, il tempo di permanenza del preparato nella cavità orale e l'efficacia del medicinale nel preparato risultano notevolmente migliorati. La bupivacaina è un potente anestetico locale, ma a volte può produrre gravi effetti collaterali cardiovascolari se avvelenato. Pertanto, sebbene la bupivacaina sia ampiamente utilizzata in clinica, alla ricerca sulla prevenzione e sul trattamento delle sue reazioni tossiche è sempre stata prestata maggiore attenzione. Studi farmacologici hanno dimostrato che CIVIC, come sostanza a rilascio prolungato formulata con una soluzione di bupivacaina, può ridurre significativamente gli effetti collaterali del farmaco. Nella chirurgia PRK, l’uso di tetracaina a bassa concentrazione e farmaci antinfiammatori non steroidei combinati con CMC può alleviare significativamente il dolore postoperatorio. La prevenzione delle aderenze peritoneali postoperatorie e la riduzione dell'ostruzione intestinale sono uno dei problemi più preoccupanti in chirurgia clinica. Gli studi hanno dimostrato che la CMC è significativamente migliore dello ialuronato di sodio nel ridurre il grado di aderenze peritoneali postoperatorie e può essere utilizzato come metodo efficace per prevenire la comparsa di aderenze peritoneali. La CMC viene utilizzata nell'infusione arteriosa epatica tramite catetere di farmaci antitumorali per il trattamento del cancro al fegato, che può prolungare significativamente il tempo di permanenza dei farmaci antitumorali nei tumori, aumentare il potere antitumorale e migliorare l'effetto terapeutico. Anche nella medicina animale la CMC ha un vasto campo di applicazione. È stato riportato [5] che l’instillazione intraperitoneale di una soluzione di CMC all’1% nelle pecore ha un effetto significativo sulla prevenzione della distocia e delle aderenze addominali dopo un intervento chirurgico sul tratto riproduttivo nel bestiame.

CMC in altre applicazioni industriali

Nei detergenti, la CMC può essere utilizzata come agente anti-rideposizione dello sporco, in particolare per i tessuti in fibra sintetica idrofobica, che è significativamente migliore della fibra carbossimetilica.

La CMC può essere utilizzata per proteggere i pozzi petroliferi come stabilizzatore del fango e agente di ritenzione idrica nelle trivellazioni petrolifere. Il dosaggio per ciascun pozzo petrolifero è di 2,3 t per i pozzi poco profondi e di 5,6 t per quelli profondi;

Nell'industria tessile viene utilizzato come appretto, addensante per paste da stampa e tintura, stampa tessile e finissaggio di rinforzo. Se utilizzato come agente di collatura, può migliorare la solubilità e la viscosità ed è facile da sbozzimare; come agente rinforzante il suo dosaggio è superiore al 95%; quando utilizzato come agente di collatura, la resistenza e la flessibilità della pellicola di collatura risultano significativamente migliorate; con fibroina di seta rigenerata La membrana composita composta da carbossimetilcellulosa viene utilizzata come matrice per immobilizzare la glucosio ossidasi e la glucosio ossidasi e il ferrocene carbossilato vengono immobilizzati e il biosensore di glucosio realizzato ha maggiore sensibilità e stabilità. Gli studi hanno dimostrato che quando l'omogenato di gel di silice viene preparato con una soluzione CMC con una concentrazione di circa l'1% (p/v), la prestazione cromatografica della piastra a strato sottile preparata è la migliore. Allo stesso tempo, la piastra a strato sottile rivestita in condizioni ottimizzate ha una resistenza dello strato adeguata, adatta a varie tecniche di campionamento, facile da usare. La CMC ha adesione alla maggior parte delle fibre e può migliorare il legame tra le fibre. La stabilità della sua viscosità può garantire l'uniformità del dimensionamento, migliorando così l'efficienza della tessitura. Può anche essere utilizzato come agente di finitura per i tessuti, in particolare per la finitura antirughe permanente, che apporta modifiche durevoli ai tessuti.

La CMC può essere utilizzata come agente antisedimentazione, emulsionante, disperdente, agente livellante e adesivo per rivestimenti. Può distribuire uniformemente il contenuto solido del rivestimento nel solvente, in modo che il rivestimento non si delamini per un lungo periodo. È ampiamente utilizzato anche nelle vernici. .

Quando la CMC viene utilizzata come flocculante, è più efficace del gluconato di sodio nella rimozione degli ioni calcio. Se utilizzato come scambiatore cationico, la sua capacità di scambio può raggiungere 1,6 ml/g.

La CMC viene utilizzata come agente collante della carta nell'industria della carta, che può migliorare significativamente la resistenza a secco e a umido della carta, nonché la resistenza all'olio, l'assorbimento dell'inchiostro e la resistenza all'acqua.

La CMC viene utilizzata come idrolato nei cosmetici e come addensante nel dentifricio e il suo dosaggio è di circa il 5%.

La CMC può essere utilizzata come flocculante, agente chelante, emulsionante, addensante, agente di ritenzione idrica, agente di collatura, materiale filmogeno, ecc. Ed è anche ampiamente utilizzata in elettronica, pesticidi, cuoio, plastica, stampa, ceramica, dentifricio, uso quotidiano prodotti chimici e altri campi e, grazie alle sue eccellenti prestazioni e all'ampia gamma di usi, apre costantemente nuovi campi di applicazione e le prospettive di mercato sono estremamente ampie.

Precauzioni

(1) La compatibilità di questo prodotto con acidi forti, alcali forti e ioni di metalli pesanti (come alluminio, zinco, mercurio, argento, ferro, ecc.) è controindicata.

(2) L'apporto consentito di questo prodotto è 0-25 mg/kg·d.

Istruzioni

Mescolare la CMC direttamente con acqua per ottenere una colla pastosa da utilizzare successivamente. Quando si configura la colla CMC, aggiungere prima una certa quantità di acqua pulita nel serbatoio di dosaggio con un dispositivo di agitazione e, quando il dispositivo di agitazione è acceso, cospargere lentamente e uniformemente CMC nel serbatoio di dosaggio, mescolando continuamente, in modo che il CMC sia completamente integrato con acqua, la CMC può dissolversi completamente. Quando si scioglie la CMC, il motivo per cui dovrebbe essere spruzzato uniformemente e mescolato continuamente è "prevenire i problemi di agglomerazione, agglomerazione e ridurre la quantità di CMC disciolta quando la CMC incontra l'acqua" e aumentare il tasso di dissoluzione della CMC. Il tempo di agitazione non è lo stesso tempo impiegato dalla CMC per dissolversi completamente. Sono due concetti. In generale, il tempo di agitazione è molto più breve del tempo impiegato dalla CMC per dissolversi completamente. Il tempo richiesto per i due dipende dalla situazione specifica.

La base per determinare il tempo di agitazione è: quando ilCMCè uniformemente disperso nell'acqua e non sono presenti grossi grumi evidenti, l'agitazione può essere interrotta, consentendo alla CMC e all'acqua di penetrare e fondersi tra loro in uno stato stazionario.

La base per determinare il tempo necessario affinché la CMC si dissolva completamente è la seguente:

(1) CMC e acqua sono completamente legati e non esiste separazione solido-liquido tra i due;

(2) La pasta mista è in uno stato uniforme e la superficie è piatta e liscia;

(3) Il colore della pasta mista è quasi incolore e trasparente e nella pasta non sono presenti oggetti granulari. Dal momento in cui la CMC viene messa nel serbatoio di dosaggio e miscelata con acqua fino al momento in cui la CMC è completamente disciolta, il tempo richiesto è compreso tra 10 e 20 ore.