Карбоксиметилцеллюлоза ( КМЦ ) или целлюлозная камедь [1] представляет собой производное целлюлозы с карбоксиметильными группами (-СН 2 -СООН), связанными с некоторыми гидроксильными группами мономеров глюкопиранозы , составляющих основную цепь целлюлозы . Его часто используют в форме натриевой соли , карбоксиметилцеллюлозы натрия . Раньше он продавался под названием Tylose, которое также является зарегистрированной торговой маркой SE Tylose. [2]
Карбоксиметилцеллюлозу синтезируют щелочной реакцией целлюлозы с хлоруксусной кислотой . [3] Полярные карбоксильные группы (органической кислоты ) делают целлюлозу растворимой и химически активной. [4] Ткани из целлюлозы, например хлопка или вискозы, также могут быть переработаны в КМЦ. [5]
После первоначальной реакции полученная смесь дает примерно 60% КМЦ и 40% солей ( хлорид натрия и гликолат натрия ). Этот продукт, называемый техническим КМЦ, используется в моющих средствах . [ нужна цитация ] Дополнительный процесс очистки используется для удаления солей для получения чистой КМЦ, которая используется в пищевых и фармацевтических целях. [6] Также производится промежуточный «полуочищенный» сорт, который обычно используется в бумажных приложениях, таких как реставрация архивных документов. [7]
КМЦ представляет собой производное регенерированной целлюлозы [C 6 H 10 O 5 ] n с гидроксиуксусной кислотой (гидроксиэтановой кислотой) CH 2 (OH)COOH или монохлорацетатом натрия ClCH 2 COONa. Основа CMC состоит из остатков D-глюкозы , связанных -1,4-связью. Он имеет карбоксиметильные группы (-CH 2 -COOH), связанные с некоторыми гидроксильными группами мономеров глюкопиранозы, составляющих основную цепь целлюлозы. Его часто используют в виде натриевой соли, карбоксиметилцеллюлозы натрия. [8]
КМЦ представляет собой белый или слегка желтоватый порошок без запаха, вкуса и ядовитых свойств. Он гигроскопичен и хорошо растворяется в горячей или холодной воде, образуя вязкий раствор. Он не растворяется в органических растворителях, таких как метанол , этанол , ацетон , хлороформ и бензол . Функциональные свойства КМЦ зависят от степени замещения структуры целлюлозы (т.е. от того, сколько гидроксильных групп было преобразовано в карбоксиметиленовые группы в реакции замещения), а также от длины цепи основной структуры целлюлозы и степени кластеризации карбоксиметильных заместителей. Его обычно используют в качестве модификатора вязкости или загустителя, а также для стабилизации эмульсий в различных продуктах, как пищевых, так и непищевых. Его используют главным образом потому, что он имеет высокую вязкость, нетоксичен и обычно считается гипоаллергенным. [8]
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) используется в самых разных областях: от производства продуктов питания до лечения. [9] Он обычно используется в качестве модификатора вязкости или загустителя , а также для стабилизации эмульсий как в пищевых, так и в непищевых продуктах. Его используют главным образом потому, что он имеет высокую вязкость , нетоксичен и обычно считается гипоаллергенным , поскольку основным источником волокна является либо целлюлоза хвойных пород, либо хлопковый пух . Он также используется в непищевых продуктах, включая такие продукты, как зубная паста , слабительные средства , таблетки для похудения , краски на водной основе , моющие средства , проклейка текстиля , многоразовые термопакеты , различные бумажные изделия, фильтрующие материалы, синтетические мембраны, средства для заживления ран и также при обработке кожи, чтобы отполировать края. [10] [11] [12] [ нужна проверка ]
КМЦ регистрируется как Е466 или Е469 (при ферментативном гидролизе ). Он используется в качестве модификатора вязкости или загустителя , а также для стабилизации эмульсий в различных продуктах, включая мороженое , майонез и напитки. Он также широко используется в пищевых продуктах без глютена и с пониженным содержанием жира. [13]
Переменная вязкость КМЦ (высокая в холодном состоянии и низкая в горячем виде) делает ее полезной при приготовлении холодных продуктов и текстур в напитках и съедобных гелях. При DS около 1,0 он может предотвратить обезвоживание и усадку желатина, а также способствует созданию более воздушной структуры. В некоторых продуктах его можно использовать для контроля содержания масла и влаги. [14]
КМЦ используется для достижения тартратной или холодной стабильности вина, что может предотвратить избыточное потребление энергии при охлаждении вина в теплом климате. Она более стабильна, чем метавинная кислота , и очень эффективно ингибирует осаждение тартрата. Сообщается, что кристаллы КНТ в присутствии КМЦ растут медленнее и меняют свою морфологию. [15] [ необходим неосновной источник ] [16] [17] [ нужен лучший источник ] Их форма становится более плоской, потому что они теряют 2 из 7 граней, изменяя свои размеры. Молекулы КМЦ, отрицательно заряженные при pH вина, взаимодействуют с электроположительной поверхностью кристаллов, где накапливаются ионы калия. Более медленный рост кристаллов и изменение их формы обусловлены конкуренцией между молекулами КМЦ и ионами битартрата за связывание с кристаллами КНТ. [18] [17] [ нужна полная цитата ]
КМЦ является распространенным ингредиентом чистящих средств из-за ее загущающих и стабилизирующих свойств, а также нетоксичного состава. В моющих и чистящих средствах его можно использовать для улучшения текстуры и содействия взвешиванию грязи и сажи в чистящем средстве. Его регулируемую вязкость можно использовать для стандартизации текстуры продуктов, особенно при использовании вместе с другими химикатами.
КМЦ помогает удалить жир и способствует образованию маленьких пузырьков в мыле. Это, наряду с его способностью удерживать грязь в смесях, может сделать мыло и другие чистящие средства более эффективными. [20]
КМЦ используется в текстиле в качестве загустителя при текстильной печати, составляя около 2-3% печатных паст. Он также используется при отделке ткани, чтобы повлиять на текстуру ткани. Кроме того, КМЦ служит связующим веществом в нетканых материалах, способствуя прочности и стабильности материала. При калибровке около 1–3% КМЦ используется для защиты пряжи во время ткачества и уменьшения разрывов.
КМЦ помогает сгущать печатную пасту, что делает отпечатки более точными. Его также используют для загущения красителей. Кроме того, это альтернатива синтетическим загустителям. [21]
КМЦ — ингредиент, используемый более чем в 50% косметических продуктов. В качестве загустителя он используется в рецептурах, где необходимо точно контролировать вязкость. При уходе за волосами около 25% шампуней и кондиционеров используют КМЦ из-за ее кондиционирующего и распутывающего действия. Он также используется в производстве косметики и зубной пасты для контроля текстуры продуктов. Благодаря своей способности удерживать влагу его также используют в средствах по уходу за кожей. КМЦ служит пленкообразователем примерно в 10% солнцезащитных кремов.
КМЦ помогает суспендировать и диспергировать пигменты, связывая другие ингредиенты для равномерного распределения. КМЦ в сочетании с этаноламином жирных кислот или 2,2'-иминодиэтанолом в продукте для волос может образовывать тонкую пленку вокруг волос. [22]
Порошок КМЦ широко используется в производстве мороженого для приготовления мороженого без сбивания или при очень низких температурах, тем самым устраняя необходимость в обычных маслобойках или смесях для соленого льда. [23] КМЦ используется при выпечке хлеба и тортов. Использование КМЦ придает буханке улучшенное качество при меньших затратах за счет снижения потребности в жире. КМЦ также используется в качестве эмульгатора в печенье. Равномерное распределение жира в тесте улучшает выход теста из форм и формочек, обеспечивая печенье правильной формы без искаженных краев. Это также может помочь уменьшить количество яичного желтка или жира, используемого при приготовлении печенья. Использование КМЦ при приготовлении конфет обеспечивает плавное диспергирование ароматических масел и улучшает текстуру и качество. КМЦ используется в жевательных резинках, маргарине и арахисовом масле в качестве эмульгатора. [24]
КМЦ также используется во многих медицинских целях. [25] [26] [27] [28]
Вот некоторые примеры:
В офтальмологии КМЦ используется в качестве смазочного вещества в растворах искусственной слезы для лечения сухости глаз. [32]
В ветеринарии КМЦ используется при абдоминальных операциях у крупных животных, особенно лошадей, для предотвращения образования спаек кишечника. [33]
Нерастворимая КМЦ (нерастворимая в воде) может использоваться при очистке белков, в частности, в виде заряженных фильтрующих мембран или в виде гранул в катионообменных смолах для ионообменной хроматографии . [34] Его низкая растворимость является результатом более низкого значения DS (количества карбоксиметильных групп на единицу ангидроглюкозы в целлюлозной цепи) по сравнению с растворимой КМЦ. [35] Нерастворимая КМЦ обладает физическими свойствами, аналогичными нерастворимой целлюлозе, а отрицательно заряженные карбоксилатные группы позволяют ей связываться с положительно заряженными белками. [36] Нерастворимая КМЦ также может быть химически сшита для повышения механической прочности материала. [37]
Более того, КМЦ широко используется для характеристики активности ферментов эндоглюканаз (часть целлюлазного комплекса); это высокоспецифичный субстрат для эндодействующих целлюлаз, поскольку его структура была разработана для декристаллизации целлюлозы и создания аморфных участков, которые идеально подходят для действия эндоглюканазы. [ нужна цитация ] КМЦ желательна, потому что продукт катализа ( глюкоза ) легко измеряется с помощью анализа восстанавливающего сахара , такого как 3,5-динитросалициловая кислота . [ нужна ссылка ] Использование CMC в ферментных анализах особенно важно при скрининге ферментов целлюлазы, которые необходимы для более эффективного превращения целлюлозного этанола . [ нужна цитация ] КМЦ неправильно использовалась в ранних работах с ферментами целлюлазы, так как многие из них связывали активность целлюлазы с гидролизом КМЦ. [ по мнению кого? ] Поскольку механизм деполимеризации целлюлозы стал лучше понятен, стало ясно, что экзоцеллюлазы доминируют в деградации кристаллической (например, Avicel) и нерастворимой (например, CMC) целлюлозы. [ нужна цитата ]
В стиральных порошках он используется в качестве суспензионного полимера, предназначенного для осаждения на хлопчатобумажные и другие целлюлозные ткани, создавая отрицательно заряженный барьер для загрязнений в моющем растворе. [ нужна цитация ] КМЦ также используется в качестве загустителя, например, в нефтедобывающей промышленности в качестве ингредиента бурового раствора , где он действует как модификатор вязкости и агент, удерживающий воду. [ нужна цитата ]
КМЦ иногда используется в качестве связующего электрода в современных батареях (например, литий-ионных батареях ), особенно с графитовыми анодами. [38] Водорастворимость КМЦ позволяет осуществлять менее токсичную и дорогостоящую обработку, чем при использовании нерастворимых в воде связующих, таких как традиционный поливинилиденфторид (ПВДФ), для обработки которого требуется токсичный н-метилпирролидон (НМП). [ нужна цитация ] CMC часто используется в сочетании с бутадиен-стирольным каучуком (SBR) для электродов, требующих дополнительной гибкости, например, для использования с кремнийсодержащими анодами. [39]
КМЦ также используется в пакетах со льдом для образования эвтектической смеси , что приводит к более низкой температуре замерзания и, следовательно, большей охлаждающей способности, чем у льда. [40]
Водные растворы КМЦ также использовались для диспергирования углеродных нанотрубок, при этом считается, что длинные молекулы КМЦ обволакивают нанотрубки, позволяя им диспергироваться в воде. [ нужна цитата ]
При консервации-реставрации применяется в качестве клея или фиксатора (торговое название Walocel, Klucel). [ нужна цитата ]
Влияние на воспаление , метаболический синдром , связанный с микробиотой , и колит являются предметом исследований. [41] Карбоксиметилцеллюлоза считается возможной причиной воспаления кишечника [[2]] вследствие изменения микробиоты желудочно-кишечного тракта человека и считается пусковым фактором воспалительных заболеваний кишечника , таких как язвенный колит и болезнь Крона . [42] [ нужен неосновной источник ]
Хотя это считается редкостью, существуют сообщения о случаях тяжелых реакций на КМЦ. [43] Считается, что кожные пробы являются полезным диагностическим инструментом для этой цели. [44] КМЦ была активным ингредиентом глазных капель Ezricare Artificial Tears, которые были отозваны из-за потенциального бактериального загрязнения. [45]
{{cite journal}}
: CS1 maint: date and year (link)