Carboximetilcelulose de sódio (CMC) como espessante alimentar

Carboximetilcelulose de sódio (também conhecida como: carboximetilcelulose de sódio, carboximetilcelulose,CMC, Carboximetilcelulose, Sódio, Sal de sódio de Caboximetilcelulose) é o tipo de celulose mais amplamente utilizado e em maior quantidade no mundo hoje.

CMC-Na, abreviadamente, é um derivado da celulose com grau de polimerização da glicose de 100 a 2000 e massa molecular relativa de 242,16. Pó branco, fibroso ou granular. Inodoro, insípido, insípido, higroscópico e insolúvel em solventes orgânicos.

Propriedades básicas

1. Estrutura molecular da carboximetilcelulose de sódio (CMC)

Foi produzido pela primeira vez pela Alemanha em 1918 e patenteado em 1921, tornando-se mundialmente conhecido. Desde então, a produção comercial foi alcançada na Europa. Naquela época, era apenas um produto bruto, usado como colóide e aglutinante. De 1936 a 1941, a pesquisa de aplicação industrial da carboximetilcelulose de sódio foi bastante ativa, e várias patentes inspiradoras foram inventadas. Durante a Segunda Guerra Mundial, a Alemanha utilizou carboximetilcelulose de sódio em detergentes sintéticos. A Hercules produziu carboximetilcelulose de sódio pela primeira vez nos Estados Unidos em 1943 e produziu carboximetilcelulose de sódio refinada em 1946, que foi reconhecida como um aditivo alimentar seguro. Meu país começou a adotá-lo na década de 1970 e foi amplamente utilizado na década de 1990. É a celulose mais utilizada e a que contém a maior quantidade no mundo atualmente.

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

Este produto é o sal de sódio do éter carboximetílico da celulose, uma fibra aniônica

2. Aspecto da carboximetilcelulose sódica (CMC)

Este produto é o sal de sódio do éter carboximetílico de celulose, um éter de celulose aniônico, pó ou grânulo fibroso branco ou branco leitoso, densidade de 0,5-0,7 g/cm³, quase inodoro, insípido e higroscópico. É fácil de dispersar em água para formar uma solução coloidal transparente e é insolúvel em solventes orgânicos como o etanol [1]. O pH da solução aquosa a 1% é de 6,5-8,5; quando o pH> 10 ou < 5, a viscosidade da mucilagem diminui significativamente e o desempenho é melhor quando o pH = 7. Estável ao calor, a viscosidade aumenta rapidamente abaixo de 20 °C e muda lentamente a 45 °C. O aquecimento prolongado acima de 80 °C pode desnaturar o colóide e reduzir significativamente a viscosidade e o desempenho. É facilmente solúvel em água e a solução é transparente; é muito estável em solução alcalina, mas é facilmente hidrolisado quando encontra ácido e precipita quando o valor de pH é 2-3, e também reage com sais metálicos polivalentes.

O objetivo principal

É utilizado como espessante na indústria alimentícia, como carreador de fármacos na indústria farmacêutica e como aglutinante e agente antirredeposição na indústria química de uso diário. Na indústria de impressão e tingimento, é utilizado como colóide protetor para agentes de colagem e pastas de impressão. Na indústria petroquímica, pode ser utilizado como componente de fluido de fraturamento para recuperação de petróleo. [2]

Incompatibilidade

A carboximetilcelulose de sódio é incompatível com soluções ácidas fortes, sais de ferro solúveis e alguns outros metais, como alumínio, mercúrio e zinco. Quando o pH é inferior a 2 e quando misturada com etanol 95%, ocorre precipitação.

A carboximetilcelulose de sódio pode formar coaglomerados com gelatina e pectina, e também pode formar complexos com colágeno, o que pode precipitar certas proteínas carregadas positivamente.

arte

O CMC é geralmente um composto polimérico aniônico preparado pela reação de celulose natural com álcali cáustico e ácido monocloroacético, com peso molecular de 6400 (±1000). Os principais subprodutos são cloreto de sódio e glicolato de sódio. O CMC pertence à modificação da celulose natural. A Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO) e a Organização Mundial da Saúde (OMS) a denominaram oficialmente de "celulose modificada".

Os principais indicadores para medir a qualidade do CMC são o grau de substituição (GS) e a pureza. Geralmente, as propriedades do CMC são diferentes se o GS for diferente; quanto maior o grau de substituição, mais forte a solubilidade e melhor a transparência e estabilidade da solução. De acordo com relatos, a transparência do CMC é melhor quando o grau de substituição é de 0,7-1,2, e a viscosidade de sua solução aquosa é maior quando o valor de pH é de 6-9. Para garantir sua qualidade, além da escolha do agente de eterificação, alguns fatores que afetam o grau de substituição e a pureza também devem ser considerados, como a relação entre a quantidade de álcali e o agente de eterificação, o tempo de eterificação, o teor de água no sistema, a temperatura, o valor de pH, a concentração da solução e o sal, etc.

status quo

Para solucionar a escassez de matérias-primas (algodão refinado feito de línteres de algodão), nos últimos anos, algumas unidades de pesquisa científica em meu país têm cooperado com empresas para utilizar de forma abrangente palha de arroz, algodão moído (algodão residual) e resíduos de tofu para produzir CMC com sucesso. O custo de produção é bastante reduzido, o que abre uma nova fonte de matérias-primas para a produção industrial de CMC e realiza a utilização abrangente de recursos. Por um lado, o custo de produção é reduzido e, por outro, o CMC está se desenvolvendo em direção a uma maior precisão. A pesquisa e o desenvolvimento de CMC concentram-se principalmente na transformação da tecnologia de produção existente e na inovação do processo de fabricação, bem como em novos produtos de CMC com propriedades únicas, como o processo "solvente-pasta" [3], que foi desenvolvido com sucesso no exterior e tem sido amplamente utilizado. Um novo tipo de CMC modificado com alta estabilidade é produzido. Devido ao maior grau de substituição e à distribuição mais uniforme de substituintes, ele pode ser usado em uma gama mais ampla de campos de produção industrial e ambientes de uso complexos para atender a requisitos de processo mais elevados. Internacionalmente, esse novo tipo de CMC modificado também é chamado de “celulose polianiônica (PAC, Poly anionic cellulose)”.

segurança

Alta segurança, o ADI não necessita de regulamentação e foram formulados padrões nacionais [4] .

aplicativo

Este produto tem as funções de ligação, espessamento, fortalecimento, emulsificação, retenção de água e suspensão.

Aplicação de CMC em alimentos

A FAO e a OMS aprovaram o uso de CMC puro em alimentos. Ele foi aprovado após pesquisas e testes biológicos e toxicológicos muito rigorosos. A ingestão segura (IDA) do padrão internacional é de 25 mg/(kg·d), ou seja, cerca de 1,5 g/d por pessoa. Foi relatado que algumas pessoas não apresentaram nenhuma reação tóxica quando a ingestão atingiu 10 kg. O CMC não é apenas um bom estabilizador de emulsificação e espessante em aplicações alimentícias, mas também possui excelente estabilidade de congelamento e derretimento, podendo melhorar o sabor do produto e prolongar o tempo de armazenamento. A quantidade usada em leite de soja, sorvete, geleia, bebidas e latas é de cerca de 1% a 1,5%. O CMC também pode formar uma dispersão emulsionada estável com vinagre, molho de soja, óleo vegetal, suco de fruta, molho, suco de vegetais, etc., e a dosagem é de 0,2% a 0,5%. Em especial, apresenta excelente desempenho emulsificante para óleos animais e vegetais, proteínas e soluções aquosas, permitindo a formação de uma emulsão homogênea com desempenho estável. Devido à sua segurança e confiabilidade, sua dosagem não é limitada pela norma nacional de higiene alimentar (ADI). O CMC tem sido continuamente desenvolvido na área alimentícia, e pesquisas sobre a aplicação da carboximetilcelulose sódica na produção de vinho também têm sido realizadas.

O uso do CMC na medicina

Na indústria farmacêutica, pode ser usado como estabilizador de emulsão para injeções, aglutinante e agente formador de filme para comprimidos. Alguns pesquisadores comprovaram que o CMC é um carreador de fármacos anticancerígenos seguro e confiável por meio de experimentos básicos e em animais. Usando o CMC como material de membrana, a forma farmacêutica modificada do pó Yangyin Shengji da medicina tradicional chinesa, a membrana Yangyin Shengji, pode ser usada para feridas cirúrgicas de dermoabrasão e feridas traumáticas. Estudos em modelos animais demonstraram que o filme previne a infecção de feridas e não apresenta diferenças significativas em relação aos curativos de gaze. Em termos de controle da exsudação de fluidos teciduais da ferida e rápida cicatrização da ferida, este filme é significativamente melhor do que curativos de gaze e tem o efeito de reduzir o edema pós-operatório e a irritação da ferida. A preparação do filme feita de álcool polivinílico: carboximetilcelulose de sódio: policarboxietileno na proporção de 3:6:1 é a melhor prescrição, e a taxa de adesão e liberação são aumentadas. A adesão da preparação, o tempo de permanência da preparação na cavidade oral e a eficácia do medicamento na preparação são significativamente melhorados. A bupivacaína é um anestésico local potente, mas pode, por vezes, produzir efeitos colaterais cardiovasculares graves quando intoxicada. Portanto, embora a bupivacaína seja amplamente utilizada clinicamente, a pesquisa sobre a prevenção e o tratamento de suas reações tóxicas sempre recebeu maior atenção. Estudos farmacológicos demonstraram que o CIVIC, como substância de liberação prolongada formulada com solução de bupivacaína, pode reduzir significativamente os efeitos colaterais do medicamento. Na cirurgia PRK, o uso de tetracaína em baixa concentração e anti-inflamatórios não esteroidais combinados com CMC pode aliviar significativamente a dor pós-operatória. A prevenção de aderências peritoneais pós-operatórias e a redução da obstrução intestinal são algumas das questões mais preocupantes na cirurgia clínica. Estudos demonstraram que o CMC é significativamente melhor do que o hialuronato de sódio na redução do grau de aderências peritoneais pós-operatórias e pode ser usado como um método eficaz para prevenir a ocorrência de aderências peritoneais. O CMC é utilizado na infusão arterial hepática por cateter de medicamentos anticâncer para o tratamento do câncer de fígado, o que pode prolongar significativamente o tempo de residência dos medicamentos anticâncer em tumores, aumentar o poder antitumoral e aprimorar o efeito terapêutico. Na medicina veterinária, o CMC também possui uma ampla gama de utilizações. Foi relatado [5] que a instilação intraperitoneal de solução de CMC a 1% em ovelhas tem um efeito significativo na prevenção de distocia e aderências abdominais após cirurgia do trato reprodutivo em rebanhos.

CMC em outras aplicações industriais

Em detergentes, o CMC pode ser usado como um agente antirredeposição de sujeira, especialmente para tecidos de fibras sintéticas hidrofóbicas, o que é significativamente melhor do que a fibra carboximetil.

O CMC pode ser usado para proteger poços de petróleo como estabilizador de lama e agente de retenção de água na perfuração de petróleo. A dosagem para cada poço de petróleo é de 2,3 t para poços rasos e 5,6 t para poços profundos;

Na indústria têxtil, é usado como agente de colagem, espessante para pastas de impressão e tingimento, impressão têxtil e acabamento de endurecimento. Quando usado como agente de colagem, pode melhorar a solubilidade e a viscosidade, e é fácil de desengomar; como agente de endurecimento, sua dosagem é superior a 95%; quando usado como agente de colagem, a resistência e a flexibilidade do filme de colagem são significativamente melhoradas; com fibroína de seda regenerada A membrana composta de carboximetilcelulose é usada como matriz para imobilizar a glicose oxidase, e a glicose oxidase e o carboxilato de ferroceno são imobilizados, e o biossensor de glicose feito tem maior sensibilidade e estabilidade. Estudos demonstraram que quando o homogeneizado de sílica gel é preparado com uma solução de CMC com uma concentração de cerca de 1% (p/v), o desempenho cromatográfico da placa de camada fina preparada é o melhor. Ao mesmo tempo, a placa de camada fina revestida sob condições otimizadas tem resistência de camada apropriada, adequada para várias técnicas de amostragem e fácil de operar. O CMC possui adesão à maioria das fibras e pode melhorar a ligação entre elas. A estabilidade de sua viscosidade pode garantir a uniformidade da colagem, melhorando assim a eficiência da tecelagem. Também pode ser usado como agente de acabamento para têxteis, especialmente para acabamento antirrugas permanente, o que proporciona mudanças duradouras aos tecidos.

O CMC pode ser usado como agente antissedimentação, emulsificante, dispersante, nivelador e adesivo para revestimentos. Ele pode fazer com que o conteúdo sólido do revestimento seja distribuído uniformemente no solvente, evitando a delaminação do revestimento por um longo período. Também é amplamente utilizado em tintas.

Quando usado como floculante, o CMC é mais eficaz que o gluconato de sódio na remoção de íons de cálcio. Quando usado como trocador de cátions, sua capacidade de troca pode chegar a 1,6 ml/g.

O CMC é usado como agente de colagem de papel na indústria de papel, o que pode melhorar significativamente a resistência a seco e a úmido do papel, bem como a resistência ao óleo, a absorção de tinta e a resistência à água.

O CMC é usado como hidrossol em cosméticos e como espessante em pasta de dente, e sua dosagem é de cerca de 5%.

O CMC pode ser usado como floculante, agente quelante, emulsificante, espessante, agente de retenção de água, agente de colagem, material formador de filme, etc., e também é amplamente utilizado em eletrônicos, pesticidas, couro, plásticos, impressão, cerâmica, pasta de dente, produtos químicos diários e outros campos, e devido ao seu excelente desempenho e ampla gama de usos, está constantemente abrindo novos campos de aplicação, e a perspectiva de mercado é extremamente ampla.

Precauções

(1) A compatibilidade deste produto com ácidos fortes, álcalis fortes e íons de metais pesados ​​(como alumínio, zinco, mercúrio, prata, ferro, etc.) é contra-indicada.

(2) A ingestão permitida deste produto é de 0-25mg/kg·d.

Instruções

Misture o CMC diretamente com água para fazer uma cola pastosa para uso posterior. Ao configurar a cola CMC, primeiro adicione uma certa quantidade de água limpa no tanque de dosagem com um dispositivo de agitação e, quando o dispositivo de agitação estiver ligado, polvilhe o CMC lenta e uniformemente no tanque de dosagem, mexendo continuamente, para que o CMC totalmente integrado com água, o CMC pode se dissolver completamente. Ao dissolver o CMC, a razão pela qual ele deve ser polvilhado uniformemente e agitado continuamente é para "prevenir os problemas de aglomeração, aglomeração e reduzir a quantidade de CMC dissolvida quando o CMC encontra a água" e para aumentar a taxa de dissolução do CMC. O tempo de agitação não é o mesmo que o tempo para o CMC se dissolver completamente. São dois conceitos. De modo geral, o tempo de agitação é muito menor do que o tempo para o CMC se dissolver completamente. O tempo necessário para os dois depende da situação específica.

A base para determinar o tempo de agitação é: quando oCMCestiver uniformemente disperso na água e não houver grandes grumos óbvios, a agitação pode ser interrompida, permitindo que o CMC e a água penetrem e se fundam em um estado estacionário.

A base para determinar o tempo necessário para a dissolução completa do CMC é a seguinte:

(1) CMC e água estão completamente ligados, e não há separação sólido-líquido entre os dois;

(2) A pasta misturada está em um estado uniforme e a superfície é plana e lisa;

(3) A cor da pasta misturada é quase incolor e transparente, e não há objetos granulares na pasta. O tempo necessário para a dissolução completa do CMC é de 10 a 20 horas, desde o momento em que o CMC é colocado no tanque de dosagem e misturado com água até o momento em que o CMC é completamente dissolvido.