Carbossimetilcellulosa sodica (CMC) come addensante alimentare

Carbossimetilcellulosa sodica (nota anche come: carbossimetilcellulosa sodica, carbossimetilcellulosa,CMC, Carbossimetil, Cellulosa Sodica, Sale sodico della Carbossimetilcellulosa) è il tipo di cellulosa più ampiamente utilizzato e presente nella quantità maggiore al mondo oggi.

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

Proprietà di base

1. Struttura molecolare della carbossimetilcellulosa sodica (CMC)

Fu prodotto per la prima volta in Germania nel 1918, brevettato nel 1921 e diffuso in tutto il mondo. Da allora, la produzione commerciale è stata avviata in Europa. A quel tempo, era solo un prodotto grezzo, utilizzato come colloide e legante. Dal 1936 al 1941, la ricerca sulle applicazioni industriali della carbossimetilcellulosa sodica fu molto attiva e furono inventati diversi brevetti stimolanti. Durante la Seconda Guerra Mondiale, la Germania utilizzò la carbossimetilcellulosa sodica nei detergenti sintetici. La Hercules produsse la carbossimetilcellulosa sodica per la prima volta negli Stati Uniti nel 1943 e produsse carbossimetilcellulosa sodica raffinata nel 1946, che fu riconosciuta come additivo alimentare sicuro. Il mio Paese iniziò ad adottarla negli anni '70 e fu ampiamente utilizzata negli anni '90. Oggi è la cellulosa più utilizzata e prodotta in quantità maggiore al mondo.

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

Questo prodotto è il sale sodico dell'etere carbossimetilico di cellulosa, una fibra anionica

2. Aspetto della carbossimetilcellulosa sodica (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 le prestazioni sono migliori quando il pH=7. Stabile al calore, la viscosità aumenta rapidamente al di sotto di 20 °C e cambia lentamente a 45 °C. Il riscaldamento a lungo termine sopra gli 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 viene facilmente idrolizzato quando incontra un 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 vettore di farmaci nell'industria farmaceutica e come legante e agente anti-rideposizione nell'industria chimica quotidiana. Nell'industria della stampa e della tintura, viene utilizzato come colloide protettivo per agenti di collatura 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 sodica è incompatibile con soluzioni acide forti, sali di ferro solubili e alcuni altri metalli come alluminio, mercurio e zinco. A pH inferiori a 2 e in miscela con etanolo al 95%, si verifica la precipitazione.

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

mestiere

La CMC è solitamente un composto polimerico anionico ottenuto dalla reazione di cellulosa naturale con alcali caustici e acido monocloroacetico, con un peso molecolare di 6400 (±1000). I principali sottoprodotti sono cloruro di sodio e glicolato di sodio. La CMC rientra nella 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 definita "cellulosa modificata".

I principali indicatori per misurare la qualità della CMC sono il grado di sostituzione (DS) e la purezza. Generalmente, le proprietà della CMC variano a seconda del DS; maggiore è il grado di sostituzione, maggiore è la solubilità e migliori sono la trasparenza e la stabilità della soluzione. Secondo alcuni studi, la trasparenza della CMC è migliore quando il grado di sostituzione è compreso tra 0,7 e 1,2, mentre la viscosità della sua soluzione acquosa è massima quando il pH è compreso tra 6 e 9. Per garantirne la qualità, oltre alla scelta dell'agente di eterificazione, è necessario considerare anche alcuni fattori che influenzano il grado di sostituzione e la purezza, come il rapporto tra la quantità di alcali e l'agente di eterificazione, il tempo di eterificazione, il contenuto d'acqua nel sistema, la temperatura, il pH, la concentrazione della soluzione e il contenuto di sale, ecc.

status quo

Per risolvere la carenza di materie prime (cotone raffinato ottenuto da scarti di cotone), negli ultimi anni, alcune unità di ricerca scientifica nel mio Paese hanno collaborato con le aziende per utilizzare in modo completo paglia di riso, cotone macinato (cotone di scarto) e fondi di tofu per produrre con successo CMC. I costi di produzione sono notevolmente ridotti, il che apre una nuova fonte di materie prime per la produzione industriale di CMC e realizza un utilizzo completo delle risorse. Da un lato, i costi di produzione sono ridotti e, dall'altro, il CMC si sta sviluppando verso una maggiore precisione. La ricerca e lo sviluppo del CMC si concentra principalmente sulla trasformazione delle tecnologie di produzione esistenti e sull'innovazione dei processi di produzione, nonché su nuovi prodotti CMC con proprietà uniche, come il processo "solvente-slurry method" [3], sviluppato con successo all'estero e ampiamente utilizzato. Viene prodotto un nuovo tipo di CMC modificato con elevata stabilità. Grazie al maggiore grado di sostituzione e alla distribuzione più uniforme dei sostituenti, può essere utilizzato in una più ampia gamma di settori di produzione industriale e ambienti di utilizzo complessi per soddisfare i requisiti di processo più elevati. A livello internazionale, questo nuovo tipo di CMC modificata è anche chiamato “cellulosa polianionica (PAC, Poly anionic cellulose)”.

sicurezza

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

applicazione

Questo prodotto ha le funzioni di legante, addensante, rinforzante, emulsionante, ritentivo e sospensivo.

Applicazione della CMC negli alimenti

La FAO e l'OMS hanno approvato l'uso di CMC pura negli alimenti. L'approvazione è stata ottenuta dopo rigorosi test e ricerche biologiche e tossicologiche. La dose giornaliera raccomandata (DGA) secondo lo standard internazionale è di 25 mg/kg, ovvero circa 1,5 g/giorno a persona. È stato riportato che alcune persone non hanno manifestato alcuna reazione tossica raggiungendo i 10 kg di assunzione. La CMC non è solo un buon stabilizzante di emulsione e addensante nelle applicazioni alimentari, ma possiede anche un'eccellente stabilità al congelamento e alla fusione e può migliorare il sapore del prodotto e prolungarne la conservazione. La quantità utilizzata in latte di soia, gelato, gelatina, bevande e lattine è compresa tra l'1% e l'1,5%. 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 è compreso tra lo 0,2% e lo 0,5%. In particolare, presenta eccellenti proprietà emulsionanti per oli animali e vegetali, proteine ​​e soluzioni acquose, consentendo la formazione di un'emulsione omogenea con prestazioni stabili. Grazie alla sua sicurezza e affidabilità, il suo dosaggio non è limitato dalla norma nazionale di igiene alimentare ADI. La CMC è stata costantemente sviluppata in campo alimentare e sono state condotte ricerche anche sull'applicazione della carbossimetilcellulosa sodica nella produzione vinicola.

L'uso della CMC in medicina

Nell'industria farmaceutica, può essere utilizzato come stabilizzante di emulsione per iniezioni, legante e agente filmogeno per compresse. Alcuni hanno dimostrato che la CMC è un vettore di farmaci antitumorali sicuro e affidabile attraverso esperimenti di base e su animali. Utilizzando la CMC come materiale di membrana, la forma di dosaggio modificata della polvere di Yangyin Shengji della medicina tradizionale cinese, la membrana Yangyin Shengji, può essere utilizzata per ferite chirurgiche da 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 garze. In termini di controllo dell'essudazione fluida dei tessuti della ferita e di rapida guarigione della ferita, questa pellicola è significativamente migliore delle garze e ha l'effetto di ridurre l'edema postoperatorio e l'irritazione della ferita. La preparazione della pellicola a base di alcol polivinilico: carbossimetilcellulosa sodica: policarbossietilene in un rapporto di 3:6:1 è la migliore prescrizione, e sia l'adesione che il tasso di rilascio risultano aumentati. L'adesione del preparato, il tempo di permanenza del preparato nel cavo orale e l'efficacia del farmaco nel preparato risultano significativamente migliorati. La bupivacaina è un potente anestetico locale, ma a volte può causare gravi effetti collaterali cardiovascolari in caso di avvelenamento. Pertanto, sebbene la bupivacaina sia ampiamente utilizzata in clinica, la ricerca sulla prevenzione e il trattamento delle sue reazioni tossiche ha sempre ricevuto maggiore attenzione. Studi farmacologici hanno dimostrato che CIVIC, come sostanza a rilascio prolungato formulata con 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 (FANS) in combinazione con CMC può alleviare significativamente il dolore postoperatorio. La prevenzione delle aderenze peritoneali postoperatorie e la riduzione dell'ostruzione intestinale sono tra le questioni più importanti in chirurgia clinica. Studi hanno dimostrato che la CMC è significativamente migliore dell'ialuronato di sodio nel ridurre il grado di aderenze peritoneali postoperatorie e può essere utilizzata come metodo efficace per prevenire la comparsa di aderenze peritoneali. La CMC viene utilizzata nell'infusione arteriosa epatica catetere di farmaci antitumorali per il trattamento del cancro al fegato, che può prolungare significativamente il tempo di residenza dei farmaci antitumorali nei tumori, aumentare il potere antitumorale e migliorare l'effetto terapeutico. In medicina veterinaria, la CMC ha anche una vasta gamma di usi. È stato riportato [5] che l'instillazione intraperitoneale di una soluzione di CMC all'1% nelle pecore ha un effetto significativo nella prevenzione della distocia e delle aderenze addominali dopo interventi chirurgici all'apparato riproduttivo nel bestiame.

CMC in altre applicazioni industriali

Nei detergenti, la CMC può essere utilizzata come agente anti-rideposizione dello sporco, in particolare per tessuti in fibre sintetiche idrofobiche, con risultati significativamente migliori rispetto alle fibre carbossimetiliche.

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

Nell'industria tessile, viene utilizzato come agente di collatura, addensante per paste da stampa e tintura, stampa tessile e finitura irrigidente. Quando utilizzato come agente di collatura, può migliorare la solubilità e la viscosità ed è facile da sbozzimare; come agente irrigidente, il suo dosaggio è superiore al 95%; quando utilizzato come agente di collatura, la resistenza e la flessibilità del film di collatura sono 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 del glucosio realizzato presenta una maggiore sensibilità e stabilità. Studi hanno dimostrato che quando l'omogeneizzato di gel di silice viene preparato con una soluzione di CMC con una concentrazione di circa l'1% (p/v), le prestazioni cromatografiche della piastra a strato sottile preparata sono le migliori. Allo stesso tempo, la piastra a strato sottile rivestita in condizioni ottimizzate ha un'adeguata resistenza dello strato, adatta a varie tecniche di campionamento e facile da usare. La CMC aderisce alla maggior parte delle fibre e può migliorarne l'adesione. La stabilità della sua viscosità può garantire l'uniformità dell'appretto, migliorando così l'efficienza della tessitura. Può anche essere utilizzata come agente di finissaggio per tessuti, in particolare per la finitura antirughe permanente, che apporta modifiche durature ai tessuti.

La CMC può essere utilizzata come agente antisedimentante, emulsionante, disperdente, livellante e adesivo per rivestimenti. Permette di distribuire uniformemente il contenuto solido del rivestimento nel solvente, impedendone la delaminazione per lungo tempo. È anche ampiamente utilizzata nelle vernici.

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

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

La CMC è utilizzata come idrolato nei cosmetici e come addensante nei dentifrici; il suo dosaggio è di circa il 5%.

Il CMC può essere utilizzato come flocculante, agente chelante, emulsionante, addensante, agente di ritenzione idrica, agente collante, materiale filmogeno, ecc. ed è inoltre ampiamente utilizzato in elettronica, pesticidi, pelle, plastica, stampa, ceramica, dentifricio, prodotti chimici di uso quotidiano e altri campi. Grazie alle sue eccellenti prestazioni e all'ampia gamma di utilizzi, 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'assunzione consentita di questo prodotto è 0-25 mg/kg·d.

Istruzioni

Mescolare la CMC direttamente con l'acqua per ottenere una colla pastosa da utilizzare in seguito. Quando si configura la colla CMC, aggiungere prima una certa quantità di acqua pulita nel serbatoio di dosaggio con un agitatore e, quando l'agitatore è acceso, cospargere lentamente e uniformemente la CMC nel serbatoio di dosaggio, mescolando continuamente, in modo che la CMC si sciolga completamente. Una volta che la CMC si è completamente sciolta con l'acqua, la CMC può essere completamente sciolta. Quando si scioglie la CMC, il motivo per cui è necessario cospargerla uniformemente e mescolarla continuamente è per "prevenire i problemi di agglomerazione e ridurre la quantità di CMC disciolta quando la CMC entra in contatto con l'acqua", e per aumentare la velocità di dissoluzione della CMC. Il tempo di agitazione non è lo stesso del tempo necessario alla completa dissoluzione della CMC. Sono due concetti. In generale, il tempo di agitazione è molto più breve del tempo necessario alla completa dissoluzione della CMC. Il tempo necessario per entrambi dipende dalla situazione specifica.

La base per determinare il tempo di agitazione è: quando ilCMCè uniformemente disperso nell'acqua e non ci sono grossi grumi evidenti, è possibile interrompere l'agitazione, 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 c'è separazione solido-liquido tra i due;

(2) La pasta mescolata è in uno stato uniforme e la superficie è piana e liscia;

(3) Il colore della pasta miscelata è quasi incolore e trasparente, e non presenta corpi granulari. Dal momento in cui la CMC viene inserita nel serbatoio di dosaggio e miscelata con acqua fino al momento in cui la CMC è completamente disciolta, il tempo necessario è compreso tra 10 e 20 ore.