کربوکسی متیل سلولز CMC

کربوکسی متیل سلولز چیست؟

کربوکسی متیل سلولز پرمصرف ترین و بیشترین مقدار نوع سلولز در جهان است. این مشتقات کربوکسی متیل سلولز که به عنوان صمغ سلولز نیز شناخته می‌شود، مهم‌ترین صمغ سلولزی یونی است. این ماده در دو مقیاس خوراکی و صنعتی وجود دارد. میزان استفاده آن بین 4/0الی 5/1، و در صنایع غذایی 6/0 الی95/0 است، اخیراً قوانین اروپا اجازه داده که تا 1/5 گرم استفاده از CMC در غذا ایرادی ندارد. این ماده یک پودر فیبری یا دانه‌ای سفید، بی‌بو و بی‌مزه است که به راحتی در آب پراکنده می‌شود و یک محلول کلوئیدی شفاف تشکیل می‌دهد. کربوکسی سدیم متیل سلولز یک ماده حجم دهنده است و از ویژگی‌های خوبی برخوردار است بطوریکه در صنایع غذایی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است، و تاحدودی توسعه سریع و سالم صنایع غذایی را ارتقا داده است. 

با توجه به نقش حجم دهنده امولسیون کننده، می‌تواند حالت اسیدی شیر را پایدار کرده و همچنین می‌تواند چسبندگی ماست را افزایش دهد؛ بدلیل آب‌گریز بودن و رطوبت زدایی آن، برای افزایش کیفیت نان و پاستا استفاده می شود، عمرمفید پاستا را افزایش می‌دهد و باعث بهبود بافت آن می‌شود. بدلیل اثر ژله‌ای آن، می‌توان برای تهیه ژله و مربا استفاده کرد. همچنین این‌ماده به عنوان پوشش خوراکی، همراه با دیگر حجم دهنده‌ها، مورد استفاده قرار می گیرد، و آغشتن آن روی سطح برخی غذاها برای تازه نگه داشتن مواد بهتر است. از آنجایی که این مواد خوراکی هستند، تأثیر منفی بر سلامتی انسان ندارند. بنابراین به عنوان یک افزودنی غذایی ایده‌آل، CMC-NA در صنایع غذایی بسیار رایج است.

در مورد حجم دهندگی و پایداری امولسیون، مواد غذایی سدیم کربوکسی متیل سلولز سدیم دارای خاصیت امولسیون کننده و نگهدارنده در نوشیدنی‌های حاوی پروتئین است که بطور کلی، ویژگی‌ این نوشیدنی‌های حاوی مقادیر مختلف چربی و برخی پروتئین‌ها این است که بدلیل خاصیت امولوسیون کنندگی چربی و پروتئین از هم جدا می شود بطوریکه ظاهر محصول حفظ شود. علاوه بر این، پروتئین آسان جدا میشود، علی‌الخصوص محصولات با مقدار pH پایین، تراکم پروتئین، و CMC-Na می‌تواند یک راه حل موثر برای این مشکلات باشد. این ماده کلوئیدی شفاف و پایدار است که در آب حل می‌شود و می‌تواند پروتئین را تثبیت کند. در عین حال باعث کاهش کشش سطحی بین آب و چربی می‌شود، بنابراین می‌تواند چربی را کاملاً امولسیون کند.

کاربرد کربوکسی متیل سلولز در صنایع مختلف:

صنعت ساخت و ساز:

کربوکسی متیل سلولز در بیشتر ترکیبات سیمانی و مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا بعنوان یک تثبیت کننده و آبگریز عمل میکند، باعث افزایش پراکندگی ماسه در سیمان می‌شود و عمل چسبندگی آن را شدت می‌بخشد. همچنین از این ماده به عنوان چسب در اثاث یا لوازم داخلی استفاده می‌شود.

پاک کننده‌ها و شوینده‌ها:

صنایع شوینده بزرگ‌ترین مصرف کننده کربوکسی متیل سلولز هستند. ترکیبات CMC بیشتر در صابون‌ها و مواد شوینده مورد استفاده قرار می‌گیرند. کربوکسی متیل سلولز در مواد شوینده برای از بین برندن چربی از روی پارچه بکار می رود.

صنعت کاغذ:

پوشش کربوکسی متیل سلولز باعث کاهش مصرف موم در کاغذمومی و مقوا می‌شود. باعث کم‌ترشدن نفوذ موم به کاغذ می‌شود؛ در نتیجه درخشش سطحی آن موجب کاهش میزان مصرف جوهر چاپ می‌شود، زیرا سطح آن را صاف می‌کند. کربوکسی متیل سلولز باعث می‌شود که کاغذ نسبت به گریس مقاوم‌تر شود و ارتباط بین الیاف و رنگ کاغذ را بهبود بخشد. همچنین از آن بعنوان یک ماده پراکنده کننده در اکستروژن الیاف از خمیر و جلوگیری از لخته شدن آن‌ها استفاده می‌شود.

کشاورزی:

در سموم و اسپری‌های آبی برای دفع سموم، CMCبه عنوان عامل سوسپانسیون عمل می‌کند. همچنین مانند یک چسب است تا بعد از استفاده از آن حشره کش را به برگ‌های گیاهان بچسباند. گاهی اوقات، از CMC برای کمک به زوال کود هایی که بسیار آلاینده هستند استفاده می‌شود.

چسب‌ها:

کربوکسی متیل سلولز به ترکیبات مختلف چسب اضافه می‌شود که تقریباً برای هرماده استفاده می‌شود. این ماده در صنعت چرم بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. چسب‌ چوب با ترکیب کربوکسی متیل سلولز با نشاسته و فنل فرمالدئید بطور موثری ساخته شده‌اند.

محصولات آرایشی:

کربوکسی متیل سلولز در مواد دندانپزشکی و در خمیردندان و ژل‌ها استفاده می‌شود، این اتر محلول در آب بعنوان یک حجم دهنده، تثبیت کننده، عامل سوسپانسیون و شکل دهنده فیلم‌ها در کرم‌ها، لوسیون‌ها یا شامپوها استفاده می‌شود و در محصولات مراقبت از مو بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نقاشی:

رنگ:

کربوکسی متیل سلولز در رنگ‌ها و جلادهنده‌ها استفاده می‌شود. بعنوان حجم دهنده عمل می‌کند و رنگدانه را در مایعات معلق می‌کند.

روغن:

کربوکسی متیل سلولز خالص در لجن حفاری به عنوان ضخیم کننده کلوئیدی استفاده می‌شود و هنگام جداکردن مته از سوراخ برای جلوگیری از رسوب زدن استفاده می‌شود.

پلاستیک:

مهم‌ترین کاربرد کربوکسی متیل سلولز در صنعت پلاستیک کمک به افزایش چسبندگی پلاستیک مانند لاتکس است.

سرامیک‌ها:

اکثر اترهای محلول در آب برای پیوستن به قطعات چینی استفاده می‌شوند. آنها خواص پخت خوبی دارند و محلول‌های CMC خاکستر بسیار کمی ایجاد می‌کنند.

صنایع نساجی:

از کربوکسی متیل سلولز بعنوان ماده اهار زنی پارچه و همچنین در ترکیبات با نشاسته در رختشویی استفاده می‌شود. برای به پایان رساندن بهتر تولید پارچه‌ها، پارچه با کربوکسی متیل سلولز آغشته شده و سپس با اسید و گرما به عمل می‌آید. این‌ماده همچنین در چاپ پارچه و بعنوان ماده حجم کننده در رنگ‌ها و جلادهنده‌ها بسیار موثر است.

صنعت داروسازی:

کربوکسی متیل سلولز در پوشش قرص‌ها با درجه خلوص بالا و ویسکوزیته کم استفاده می‌شوند. کربوکسی متیل سلولز در محیط اسیدی معده نامحلول است اما در روده محلول است. همچنین از آن برای تشکیل ژل‌ها، انتقال دارو، جداشدن قرص‌ها و به عنوان تثبیت کننده سوسپانسیون، امولسیون، اسپری‌ها و قرص‌های چسبناک که به داخل مخاط قسمتی از بدن وصل می‌شوند.

صنایع غذایی:

کربوکسی متیل سلولز بعنوان ماده‌ای کمک کننده در چاشنی بستنی، کرم و لبنیات برای تشکیل ژل در ژلاتین‌ها و پودینگ‌ها و همچنین بعنوان ماده‌ای حجم دهنده در سس سالاد و فیلینگ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده همچنین به عنوان ماده سوپانسیون در آب میوه‌ها، به‌عنوان یک کلوئید محافظتی در امولسیون‌ها و سس مایونز، ماده ای محافظ برای پوشاندن سطح میوه‌ها و تثبیت کننده در محصولات پخت استفاده می‌شود. از آنجا که کربوکسی متیل سلولز توسط بدن انسان سوخت و ساز نمی‌شوند برای استفاده در غذاهایی که کالری کم دارند تأیید شده است.

پزشکی:

در حوزه‌ی پزشکی به تازگی برای تشکیل ژل‌هایی استفاده می‌شود که در جراحی قلب، قفسه سینه و قرنیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در عمل ریه، ریه ها با محلول کربوکسی متیل سلولز پوشانده می‌شوند تا از نشت هوا و ورود مایعات جلوگیری شود. در زمینه ارتوپدی، از محلول‌های کربوکسی متیل سلولز در روغن کاری مفاصل استخوان‌ها، بیشتر در مچ دست، زانو و باسن استفاده می‌شود. مایع برای جلوگیری از فرسایش، تورم و از بین رفتن احتمالی غصروف‌های متصل به استخوان‌ها در این مفاصل تزریق می‌شود.

کاربردهای دیگر:

از کربوکسی متیل سلولز همچنین در ساخت پوشک و محصولات بهداشتی استفاده می‌شود. این ماده از آنجا که آبگریز است به ژلاتینه شدن مایع کمک می‌کند و احتباس را تقویت می‌کند.

کاربرد کربوکسی متیل سلولز در صنایع غذایی:

با پیشرفت سریع صنایع غذایی، کاربردهای سدیم کربوکسی متیل سلولز در حال رشد است. نقش و کاربردهای CMC به شرح زیر است:

اثرات حجم دهندگی و پایدار کنندگی:

کربوکسی متیل سلولز خوراکی می‌تواند نقش پایداری امولسیفایر را در نوشیدنی‌های حاوی چربی و پروتئین ایفا کند. عموماً برای شیر سویا، شیرکاکائو، شیر بادام زمینی، شیرآبمیوه، شیر نارگیل، شیر بادام و سویا آبمیوه، آن‌ها را با داشتن درجه‌های مختلف چربی و مقدار مشخصی از پروتئین مشخص می‌کنند، تمایل به جداشدن و شناور شدن در طول ذخیره سازی، تشکیل یک کف ناخوشایند می‌دهد، و تا حد زیادی برظاهر محصولات تأثیر می‌گذارد. علاوه براین، پروتئین برای آسانتر کردن تراکم و جداسازی استفاده می شود. به خصوص برای محصولات با pH پایین، پروتئین متراکم می‌شود. برای حل مشکل در کیفیت، می‌توان مقدار مناسبی از سدیم کربوکسی متیل سلولز اضافه کرد، زیرا سدیم کربوکسی متیل سلولز در آب حل می‌شود تا به یک کلوئید پایدار شفاف تبدیل شود. ذرات پروتئین به ذرات با بار الکتریکی یکسان تحت حفاظت از غشاء کلوئیدی تبدیل می‌شوند و ذرات پروتئین را در حالت پایدار تشکیل می‌دهند.

ذرات پروتئین تحت حفاظت از فیلم کلوئیدی به ذرات با بار الکتریکی یکسان تبدیل می‌شوند و ذرات پروتئین را در حالت پایدار تشکیل می‌دهند. همچنین دارای خاصیت امولسیون کننده خاصی است، ضمن اینکه همزمان تنش سطحی بین چربی و آب را کاهش می‌دهد و چربی را به اندازه کافی امولسیون کند، به طوری که می‌توان مشکلات کیفیت را به طور رضایت بخش برطرف کرد. بنابراین، سدیم کربوکسی متیل سلولز اغلب در صنایع غذایی به‌عنوان یک حجم دهنده استفاده می‌شود، و باعث می‌شود مواد غذایی طعم، غلظت و بافت یکنواخت را حفظ کنند.

اثرات بر پروتئین:

هنگامی که مقدار pH از حد ایزوالکتیک پروتئین بیشتر یا کمتر باشد، سدیم کربوکسی متیل سلولز می‌تواند یک ساختار ترکیبی با پروتئین را تشکیل دهد، به بهبود پایداری امولسیون کمک کند و از طرف دیگر برای حفظ شکل یخ نیز مفید است. این اثر باعث می‌شود که محلول پروتئین‌ها در محدوده مشخصی از pH افزایش یابد. علاوه براین، سدیم کربوکسی متیل سلولز با کنسانتره پروتئین آب پنیر مخلوط می‌شود و می‌تواند جایگزین مناسبی برای پروتئین تخم مرغ و پودر شیر چربی برای ساخت انواع کیک باشد. پس از اضافه کردن سدیم کربوکسی متیل سلولز حجم کیک و کیفیت آن افزایش می‌یابد. سدیم کربوکسی متیل سلولز همچنین می‌تواند جایگزین پروتئین تخم مرغ در دیگر محصولات شود مانند جایگزین پروتئین تخم مرغ در پودینگ، سس‌ها، سوپ‌ها و کیک‌های خمیری.

آبگریز و ریهیدراته شدن:

از فرمول ساختاری مولکول سدیم کربوکسی متیل سلولز می‌توان فهمید که این ماده از مشتقات سلولز است و تعداد زیادی از گروه‌های آبگریز در زنجیره مولکولی مانند گروه‌های –OH و –COONa وجود دارد. بنابراین سدیم کربوکسی متیل سلولز دارای آبگریزی بهتری است و ظرفیت نگهداری آب بهتری از سلولز دارد. بنابراین، در مواد غذایی پخته شده، کربوکسی متیل سلولز سدیم باعث می‌شود تا مواد غذایی از رطوبت خاصی برخوردار باشند، که باعث می‌شوند غذا شکل و ظاهر خاصی را حفظ کند. به عنوان مثال، افزودن سدیم کربوکسی متیل سلولز به آرد برای تهیه بیسکویت و کیک می‌تواند از تبخیر آب و بیات شدن آن جلوگیری کند.

اثرات سوسپانسیون:

کربوکسی متیل سدیم سلولز خوراکی سوسپانسون کننده قوی است. در نوشیدنی‌های مایع استفاده می‌شود. می‌تواند پالپ، مواد جامد مختلف یا سایر مواد معلق در ظرف را به صورت یکنواخت و کامل، روشن و چشم نواز کند و باعث بهبود طعم شود. اگر در ترکیب با دیگر ژلاتین‌های خوراکی با یک مقدار مشخص استفاده شود تا مواد افزودنی برای نوشیدنی‌های خاص تهیه شود، اثر بهتری خواهد داشت. بنابراین به طور گسترده در چای‌های میوه‌ای مانند شهد گل زالزالک، نوشیدنی‌های میوه‌ای مانند آب پرتقال و آب نارگیل و آب سبزیجات مانند آب کدو تنبل مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقدار اضافی سدیم کربوکسی متیل سلولز به طور کلی بین 1/0 تا 4/0 درصد مناسب است.

اثر ژلاتینه شدن:

سدیم کربوکسی متیل سلولز thixotropic نقش مهمی در ژلاتینه شدن ایفا می‌کند و می‌توان با آن ژله، پاناکوتا، مربا و دیگر غذاهارا تهیه کرد. این اصطلاح سدیم کربوکسی متیل سلولز به این معناست که مقدار خاصی کنش واکنش برروی زنجیره‌های ماکرومولکولی وجود دارد و تمایل به ایجاد یک ساختار سه بعدی دارد.

پس از تشکیل ساختار سه بعدی، ویسکوزیته محلول افزایش می‌یابد. در حالی که پس از شکستن ساختار سه بعدی، ویسکوزیته کاهش می‌یابد.

پدیده thixotropic نشان می‌دهد که ویسکوزیته بسته به زمان تغییر می‌کند. هنگامی که سرعت برشی (D) ثابت باشد، یعنی D=K، به مرور زمان ویسکوزیته کربوکسی متیل سلولز کاهش می‌یابد. در حالیکه سرعت برشی تخلیه می‌شود، یعنی D=0،  ویسکوزیته با گذشت زمان افزایش می‌یابد. این رفتار thixotropic یک خاصیت مهم ژله‌ای شدن ( یعنی سیستم‌های رئولوژیکی غیرعادی) و در مواد غذایی مانند ژله، پاناکوتا و مربا بسیار مفید است. از ژل CMC و MCC-CMC می‌توان استفاده کرد و یا در رابطه با صمغ‌های طبیعی مورد استفاده قرار داد.

اثرات ترک ساختار:

از آنجایی که این‌ماده دارای خصوصیات مختلف و اثرات تثبیت کننده ژل است، از یک طرف می‌تواند از تخریب بافت جلوگیری کند، و از طرف دیگر می‌تواند باعث افزایش ترک شود. برای مثال، هنگامی که در نودل‌های فوری به کار برده می‌شود، درحین کار می‌تواند زمان خمیر شدن آرد را کوتاه کند، محصول را یکنواخت کند و ساختار آن بهبود یابد، علاوه بر این، آب را به راحتی کنترل می‌کند، می‌تواند مقدار آب و فشار مورد نیاز توسط آرد را کاهش دهد، به گونه‌ای که ماکارونی شکسته نمی‌شود و از مقاومت خوبی هنگام شکل گیری برخوردار است. پس از پختن ماکارونی، بدنه آن روشن و سطح آن بدون چسبندگی و انحناء می باشد. از آنجا که از وسکوزیته بالاتری برخوردار است، در فرایند سرخ کردن می‌تواند مقدار روغن رشته فرنگی فوری را 3 تا 5 درصد کاهش دهد.

نقش بهبود خواص فیزیکی مواد غذایی:

اگر سدیم کربوکسی متیل سلولز به مربا و خامه اضافه شود، خواص قوام آن بهبود می‌یابد. علاوه براین، سدیم کربوکسی متیل سلولز نیز می‌تواند برای حفظ میوه‌ها، سبزیجات و تخم مرغ استفاده شود. 2 الی 3 درصد سدیم کربوکسی متیل سلولز محلول حاوی کربوکسی بنزوات می‌تواند در آغشتن یا خشک کردن میوه‌ها استفاده شود. سبزیجات و تخم مرغ ها در رابطه با حفظ طعم و مقاومت در برابر کپک، حفظ می‌شوند. این ماده پس از جذب آب متورم می‌شود، اما هضم آن آسان نیست، بنابراین می‌توان در بیسکوییت‌ها و به عنوان غذای رژیمی استفاده کرد. این ماده خاصیت تثبیت کننده دارد، بنابراین می‌توان از آن برای پایدارکننده کف در آبجو استفاده کرد. همچنین از خاصیت ویسکوزیته، پایداری و محافظ کلوئیدی و... این ماده می‌توان در بستنی برای بهبود احتباس آب و بافت مورد استفاده قرار گیرد، اما در ترکیب با حجم دهنده‌هایی مانند سدیم آلژینات، عملکرد بهتری خواهد داشت. به علاوه، از این ماده جامد مانند چربی پودر می‌توان در ترشی جات استفاده کرد.

کاربردهای ترکیبی:

سدیم کربوکسی متیل سلولز می‌تواند با پایدارکننده‌های دیگر استفاده شود (صمغ زانتان، گوارگام، کاراگینان، نشاسته، مالتودکسترین و غیره)، و تعامل هم‌افزایی دارد. به طور کلی، اگر می‌خواهید احتباس آب و جلوگیر از تبلور را افزایش دهید، سدیم آلژینات یا ژلاتین را می‌توان انتخاب کرد تا کیک‌ها ظریف، صاف، خوشمزه و مقاوم در برابر ذوب شدن باشند و می‌توان آن‌ها را با کاراگینان یا گوارگام ترکیب کرد.

امنیت:

سدیم کربوکسی متیل سلولز اصلاح شده توسط FAO و WHO (بامیزان روزانه 30mg/kg برای هرفرد) به‌عنوان یک ماده ایمن شناخته شده است.