Карбоксиметилцеллюлоза натрия (КМЦ), карбоксиметилированное производное целлюлозы, также известное как целлюлозная камедь, является наиболее распространенной ионной целлюлозной камедью.

КМЦ обычно представляет собой анионное полимерное соединение, получаемое в результате реакции натуральной целлюлозы с едким натром и монохлоруксусной кислотой, а молекулярная масса этого соединения варьируется от нескольких тысяч до миллиона. Структурная единица молекулы представлена на рисунке 1.
КМЦ относится к модификации натуральной целлюлозы, и теперь Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) официально называют ее "модифицированной целлюлозой". Метод синтеза карбоксиметилцеллюлозы натрия был изобретен немцем Э. Янсеном в 1918 году, запатентован в 1921 году и с тех пор коммерчески производится в Европе.

CMC был только сырой продукт, используемый в качестве коллоида и связующего. В 1936-1941 годах исследования промышленного применения карбоксиметилцеллюлозы натрия были довольно активными, было опубликовано несколько вдохновляющих патентов, во время Второй мировой войны в Германии ее стали использовать в синтетических моющих средствах в качестве антиосадителя, а также в качестве заменителя некоторых натуральных камедей (таких как желатин, арабик), так что промышленность КМЦ получила большое развитие. Промышленность КМЦ получила значительное развитие.

Американская компания Hercules начала промышленное производство КМЦ в 1943 году, а в 1946 году выпустила очищенную карбоксиметилцеллюлозу натрия, которая была признана безопасной пищевой добавкой.

КМЦ обладает многими специальными свойствами, такими как загущение, склеивание, пленкообразование, водоудержание, эмульгирование, суспендирование и т.д., а его нетоксичность, отсутствие запаха, нелегкость брожения, хорошая термостабильность и другие характеристики широко используются в нефтяной, геологической, бытовой химии, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности, известен как "промышленный мононатрий глутамат".

Структурные характеристики КМЦ

КМЦ - белый или желтоватый порошок, гранулированное или волокнистое твердое вещество, вид макромолекулярного химического вещества, может поглощать воду и набухать, при растворении в воде образует прозрачный вязкий гель, рН водной суспензии составляет 6,5-8,5, нерастворим в органических растворителях, таких как этанол, эфир, ацетон, хлороформ и др. Твердая КМЦ обладает хорошей термической стабильностью и широко используется в нефтяной и геологической промышленности, пищевой и химической промышленности, фармацевтической промышленности.

Твердая КМЦ более устойчива к свету и комнатной температуре, и может храниться в течение длительного времени в сухом помещении. КМЦ - это своего рода эфир целлюлозы, который обычно изготавливается из короткого хлопкового линта (содержание целлюлозы до 98%) или древесной массы, а затем реагирует с монохлорацетатом натрия после обработки гидроксидом натрия, и молекулярная масса соединения составляет 6400 (±1000). Обычно существует два метода получения: метод гидроугля и метод растворителя. Для получения КМЦ используются и другие растительные волокна.

Функциональные свойства и применение

КМЦ является не только хорошим стабилизатором эмульсий и загустителем в пищевой промышленности, но и обладает отличной стабильностью при замораживании и плавлении, а также может улучшить вкус продукта и продлить срок его хранения.

В 1974 году Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) после тщательных биологических и токсикологических исследований и тестов одобрили использование чистого CMC в продуктах питания, а безопасное потребление (ADI) по международному стандарту составляет 25 мг/кг массы тела/день.

1. Стабильность загущения и эмульгирования
Употребление КМЦ может оказывать эмульсионное стабилизирующее действие на напитки, содержащие жирные белки. Это связано с тем, что КМЦ, растворенный в воде, становится прозрачным стабильным коллоидом, белковые частицы в коллоидной мембране находятся под защитой частиц с одинаковым зарядом, это может сделать белковые частицы в стабильном состоянии. Он также обладает определенным эмульгирующим эффектом, поэтому в то же время может снизить поверхностное натяжение между жиром и водой, так что жир полностью эмульгируется.

КМЦ может улучшить стабильность продукта, потому что, когда значение pH продукта отклоняется от изоэлектрической точки белка, карбоксиметилцеллюлоза натрия может образовать композитную структуру с белком, и эта структура может улучшить стабильность продукта.

2. Улучшить отёчность
CMC используется в мороженом, может улучшить расширение мороженого, улучшить скорость таяния, придать хорошую форму и вкус, а также может контролировать размер и рост кристаллов льда во время транспортировки и хранения, количество использования в соответствии с общим количеством 0,5% соотношения добавлено.

Это связано с тем, что КМЦ хорошо удерживает воду, диспергирует, белковые частицы в коллоиде, жировые шарики, молекулы воды органично соединяются, образуя однородную и стабильную систему.

3. Гидрофильность и регидратация
Это функциональное свойство КМЦ обычно используется в производстве хлеба, который может сделать соты однородными, увеличить объем, уменьшить помет, и в то же время, он также имеет функцию сохранения тепла; добавить КМЦ лапшу с хорошей водоудерживающей способностью, устойчивостью к варке и хорошим вкусом.

Это обусловлено молекулярной структурой КМЦ, которая является производной целлюлозы, в молекулярной цепи которой имеется большое количество гидрофильных групп: группа -OH, группа -COONa, поэтому КМЦ обладает лучшей гидрофильностью и водоудерживающей способностью, чем целлюлоза.

4.Гелеобразование
Тиксотропная КМЦ относится к макромолекулярным цепям с определенным количеством взаимодействий, склонна к образованию трехмерной структуры, после образования трехмерной структуры вязкостные характеристики раствора увеличиваются, после разрушения трехмерной структуры вязкостные характеристики уменьшаются, явление тиксотропности - это видимое изменение вязкости, зависящее от времени. КМЦ с тиксотропией играет важную роль в желирующей системе, может использоваться для приготовления желе, джема и других продуктов питания.

5. Может использоваться в качестве осветляющего агента, стабилизатора пены и улучшения вкуса
КМЦ можно использовать при производстве алкоголя, чтобы вкус был более мягким, насыщенным, с долгим послевкусием; при производстве пива можно использовать в качестве стабилизатора пены, чтобы пена была обильной и долговечной, улучшала вкус.

КМЦ - это своего рода полиэлектролит, который может участвовать в реакции поддержания баланса различных типов винных тел в вине, и в то же время он также соединяется с уже сформированными кристаллами и изменяет структуру кристаллов, так что условия существования кристаллов в вине изменяются и вызывают агрегацию преципитатов.