Η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη (CMC) και η μεθυλοκυτταρίνη (MC) είναι δύο παράγωγα κυτταρίνης που χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές βιομηχανίες. Αν και προέρχονται και τα δύο από φυσική κυτταρίνη, λόγω διαφορετικών διαδικασιών χημικής τροποποίησης, το CMC και το MC έχουν σημαντικές διαφορές στη χημική δομή, τις φυσικές και χημικές ιδιότητες και τα πεδία εφαρμογής.
1. Πηγή και βασική επισκόπηση
Η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη (CMC) παρασκευάζεται με αντίδραση φυσικής κυτταρίνης με χλωροοξικό οξύ μετά από επεξεργασία με αλκάλια. Είναι ένα ανιονικό υδατοδιαλυτό παράγωγο κυτταρίνης. Το CMC συνήθως υπάρχει με τη μορφή άλατος νατρίου, γι' αυτό ονομάζεται επίσης και καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη νατρίου (Na-CMC). Λόγω της καλής διαλυτότητας και της λειτουργίας ρύθμισης του ιξώδους, το CMC χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες τροφίμων, φαρμακευτικών προϊόντων, γεωτρήσεων πετρελαίου, κλωστοϋφαντουργίας και χαρτιού.
Η μεθυλοκυτταρίνη (MC) παρασκευάζεται με μεθυλίωση κυτταρίνης με μεθυλοχλωρίδιο (ή άλλα αντιδραστήρια μεθυλίωσης). Είναι ένα μη ιονικό παράγωγο κυτταρίνης. Το MC έχει ιδιότητες θερμικής γέλης, το διάλυμα στερεοποιείται όταν θερμαίνεται και διαλύεται όταν ψύχεται. Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του, το MC χρησιμοποιείται ευρέως σε οικοδομικά υλικά, φαρμακευτικά παρασκευάσματα, επιστρώσεις, τρόφιμα και άλλες βιομηχανίες.
2. Χημική δομή
Η βασική δομή του CMC είναι η εισαγωγή μιας καρβοξυμεθυλικής ομάδας (–CH2COOH) στη μονάδα γλυκόζης του β-1,4-γλυκοσιδικού δεσμού της κυτταρίνης. Αυτή η καρβοξυλική ομάδα την καθιστά ανιονική. Η μοριακή δομή του CMC έχει μεγάλο αριθμό ομάδων καρβοξυλικού νατρίου. Αυτές οι ομάδες διαχωρίζονται εύκολα στο νερό, καθιστώντας τα μόρια CMC αρνητικά φορτισμένα, δίνοντάς του έτσι καλή υδατοδιαλυτότητα και πυκνωτικές ιδιότητες.
Η μοριακή δομή του MC είναι η εισαγωγή μεθοξυ ομάδων (–OCH3) στα μόρια κυτταρίνης και αυτές οι μεθοξυ ομάδες αντικαθιστούν μέρος των υδροξυλομάδων στα μόρια κυτταρίνης. Δεν υπάρχουν ιονισμένες ομάδες στη δομή MC, επομένως είναι μη ιοντική, που σημαίνει ότι δεν διασπάται ούτε φορτίζεται σε διάλυμα. Οι μοναδικές του ιδιότητες θερμικής γέλης προκαλούνται από την παρουσία αυτών των μεθόξυ ομάδων.
3. Διαλυτότητα και φυσικές ιδιότητες
Το CMC έχει καλή διαλυτότητα στο νερό και μπορεί γρήγορα να διαλυθεί σε κρύο νερό για να σχηματίσει ένα διαφανές παχύρρευστο υγρό. Δεδομένου ότι είναι ένα ανιονικό πολυμερές, η διαλυτότητα του CMC επηρεάζεται από την ιοντική ισχύ και την τιμή του pH του νερού. Σε περιβάλλοντα με υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι ή συνθήκες ισχυρού οξέος, η διαλυτότητα και η σταθερότητα του CMC θα μειωθεί. Επιπλέον, το ιξώδες του CMC είναι σχετικά σταθερό σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Η διαλυτότητα του MC στο νερό εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Μπορεί να διαλυθεί σε κρύο νερό αλλά θα σχηματίσει ένα τζελ όταν θερμανθεί. Αυτή η ιδιότητα θερμικής γέλης επιτρέπει στην MC να παίζει ειδικές λειτουργίες στη βιομηχανία τροφίμων και στα οικοδομικά υλικά. Το ιξώδες του MC μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία και έχει καλή αντίσταση στην ενζυμική αποικοδόμηση και σταθερότητα.
4. Χαρακτηριστικά ιξώδους
Το ιξώδες του CMC είναι μια από τις πιο σημαντικές φυσικές του ιδιότητες. Το ιξώδες σχετίζεται στενά με το μοριακό του βάρος και τον βαθμό υποκατάστασής του. Το ιξώδες του διαλύματος CMC έχει καλή προσαρμοστικότητα, συνήθως παράγει υψηλότερο ιξώδες σε χαμηλή συγκέντρωση (1%-2%), επομένως χρησιμοποιείται συχνά ως πυκνωτικό, σταθεροποιητής και παράγοντας εναιώρησης.
Το ιξώδες του MC σχετίζεται επίσης με το μοριακό του βάρος και τον βαθμό υποκατάστασής του. Το MC με διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά ιξώδους. Το MC έχει επίσης ένα καλό παχυντικό αποτέλεσμα στο διάλυμα, αλλά όταν θερμαίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία, το διάλυμα MC θα πήξει. Αυτή η ιδιότητα πηκτωματοποίησης χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευαστική βιομηχανία (όπως γύψος, τσιμέντο) και στην επεξεργασία τροφίμων (όπως πύκνωση, σχηματισμός φιλμ κ.λπ.).
5. Περιοχές εφαρμογής
Το CMC χρησιμοποιείται συνήθως ως πυκνωτικό, γαλακτωματοποιητής, σταθεροποιητής και παράγοντας εναιώρησης στη βιομηχανία τροφίμων. Για παράδειγμα, στο παγωτό, το γιαούρτι και τα ποτά φρούτων, το CMC μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά τον διαχωρισμό των συστατικών και να βελτιώσει τη γεύση και τη σταθερότητα του προϊόντος. Στη βιομηχανία πετρελαίου, το CMC χρησιμοποιείται ως παράγοντας επεξεργασίας λάσπης για να βοηθήσει στον έλεγχο της ρευστότητας και της απώλειας υγρών των υγρών γεώτρησης. Επιπλέον, το CMC χρησιμοποιείται επίσης για την τροποποίηση χαρτοπολτού στη βιομηχανία χαρτιού και ως παράγοντας κολλαρίσματος στην κλωστοϋφαντουργία.
Το MC χρησιμοποιείται ευρέως στον κατασκευαστικό κλάδο, ειδικά σε ξηρά κονιάματα, κόλλες πλακιδίων και σκόνες στόκου. Ως παχυντικός παράγοντας και παράγοντας συγκράτησης νερού, το MC μπορεί να βελτιώσει την απόδοση κατασκευής και την αντοχή συγκόλλησης. Στη φαρμακευτική βιομηχανία, το MC χρησιμοποιείται ως συνδετικά δισκίων, υλικά παρατεταμένης αποδέσμευσης και υλικά τοιχώματος κάψουλας. Οι θερμοπηκτοποιητικές του ιδιότητες επιτρέπουν την ελεγχόμενη απελευθέρωση σε ορισμένα σκευάσματα. Επιπλέον, το MC χρησιμοποιείται επίσης στη βιομηχανία τροφίμων ως πυκνωτικό, σταθεροποιητής και γαλακτωματοποιητής για τρόφιμα, όπως σάλτσες, γεμίσεις, ψωμιά κ.λπ.
6. Ασφάλεια και βιοδιασπασιμότητα
Το CMC θεωρείται ασφαλές πρόσθετο τροφίμων. Εκτεταμένες τοξικολογικές μελέτες έχουν δείξει ότι το CMC είναι αβλαβές για τον ανθρώπινο οργανισμό στη συνιστώμενη δοσολογία. Δεδομένου ότι το CMC είναι ένα παράγωγο που βασίζεται στη φυσική κυτταρίνη και έχει καλή βιοδιασπασιμότητα, είναι σχετικά φιλικό στο περιβάλλον και μπορεί να αποικοδομηθεί από μικροοργανισμούς.
Το MC θεωρείται επίσης ένα ασφαλές πρόσθετο και χρησιμοποιείται ευρέως σε φάρμακα, τρόφιμα και καλλυντικά. Η μη ιοντική του φύση το καθιστά εξαιρετικά σταθερό in vivo και in vitro. Αν και το MC δεν είναι τόσο βιοαποικοδομήσιμο όσο το CMC, μπορεί επίσης να αποικοδομηθεί από μικροοργανισμούς υπό συγκεκριμένες συνθήκες.
Αν και η καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη και η μεθυλοκυτταρίνη προέρχονται και οι δύο από φυσική κυτταρίνη, έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά σε πρακτικές εφαρμογές λόγω των διαφορετικών χημικών δομών, των φυσικών ιδιοτήτων και των πεδίων εφαρμογής τους. Το CMC χρησιμοποιείται ευρέως στα τρόφιμα, τα φαρμακευτικά και βιομηχανικά πεδία λόγω της καλής υδατοδιαλυτότητας, πάχυνσης και εναιώρησης των ιδιοτήτων του, ενώ το MC κατέχει σημαντική θέση στις κατασκευαστικές, φαρμακευτικές και βιομηχανίες τροφίμων λόγω των ιδιοτήτων θερμικής γέλης και της σταθερότητάς του. Και τα δύο έχουν μοναδικές εφαρμογές στη σύγχρονη βιομηχανία, και τα δύο είναι πράσινα και φιλικά προς το περιβάλλον υλικά.
Ώρα δημοσίευσης: Οκτ-18-2024