CMC съдържа хидрофобен полизахариден скелет и много хидрофилни карбоксилни групи и следователно показва амфифилни характеристики.

Свързани термини:

  • Протеаза
  • Пектин
  • Ксантанова смола
  • Хитозан
  • Ензими
  • Полимери
  • Протеини
  • Полизахариди
  • Пептидази
  • Целулоза

Изтеглете като PDF

За тази страница

Целулоза

Р. Ергун,. B. Huebner-Keese, в Encyclopedia of Food and Health, 2016

Карбоксиметилцелулоза

Карбоксиметилцелулозата (CMC) е анионно, водоразтворимо целулозно производно. Разтворимостта на CMC зависи от DP, както и от степента на заместване и еднородността на разпределението на заместването. Водоразтворимостта на CMC би се увеличила с намален DP и повишена карбоксиметилова заместваща и еднородна заместваща субстанция. Вискозитетът на разтвора се увеличава с увеличаване на DP и увеличаване на концентрацията.

CMC е разтворим във вода при всяка температура. Поради своята силно хигроскопична природа, CMC хидратира бързо. Бързата хидратация може да причини агломерация и образуване на бучки, когато CMC прахът се въведе във вода. Създаването на бучки може да бъде елиминирано чрез прилагане на силно разбъркване, докато прахът се добавя във водата или предварително смесване на CMC праха с други сухи съставки като захар преди добавяне във вода.

Поради високата си разтворимост и яснота на своите разтвори, CMC се използва често в напитки и сухи смеси за напитки, за да осигури богато усещане за уста. Използва се и в подкиселени протеинови напитки, за да стабилизира протеина и да предотврати утаяването му. CMC също се добавя към формулировки на сироп и сос за увеличаване на вискозитета. Пекарната е друго приложение, при което CMC обикновено се използва за подобряване на качеството и консистенцията на крайния продукт. Например при тортила хлябовете се използва за подобряване на способността на тестото да се обработва и текстурните свойства на крайния продукт, включително сгъваемост и подвижност.

Естествени полимери

Аджа Аравамудхан,. Сангамеш Г. Кумбар, в Природни и синтетични биомедицински полимери, 2014

4.6.2.2.2 Целулозни етери

Карбоксиметил целулозата (CMC) е основният целулозен етер. Чрез активиране на некристалните области на целулозата, селективните области на алкилиращите реагенти могат да атакуват целулозата. Това се нарича концепция на фракциите на реактивната структура и се използва широко за производството на CMC. Друг начин за провеждане на същата реакция е чрез дериватизация на целулоза в реактивни микроструктури, образувани чрез индуцирано разделяне на фазите. Този процес включва използването на NaOH в безводно състояние в комбинация с разтворители като DMA/LiCl. Тези CMC продукти имат разпределение на заместители, които се отклоняват значително от статистическото прогнозиране на продукта теоретично.

CMC се използва в няколко доставки на лекарства и тъканно инженерство. Освобождаването на апоморфин, лекарство, използвано за регулиране на двигателните отговори при болестта на Паркинсон, беше успешно включено във формулата на CMC на прах и показа продължително освобождаване от носа и се представи по-добре от носител на базата на нишесте [179]. Натриевият CMC се използва успешно при доставката на стомашно-чревни лекарства [180]. Следователно CMC се разглежда като успешна система за доставяне на лекарства за лигавична тъкан [181]. Освен доставката на лекарства, CMC е полезен като скеле в тъканното инженерство. CMC хидрогеловете, имащи рН-зависими характеристики на набъбване, са в състояние да освободят заклещеното лекарство с правилното рН, присъстващо в интересуващата тъкан и показват голям потенциал като превръзка за рани [182]. CMC хидрогеловете могат да се използват за капсулиране на клетки от ядрото пулпоза и следователно са потенциален заместител на дегенерацията на междупрешленния диск [183]. CMC е комбиниран с хитозан [184] и хидроксиапатит [185] и за костна и зъбна регенерация.

Целулази

Джеймс Е. Макдоналд,. Алън Дж. Маккарти, в Методи в ензимологията, 2012

2.6 Карбоксиметил целулоза (CMC)

CMC е производно на целулозата, съдържащо карбоксиметилови групи, които се генерират чрез реакция на целулоза с хлорацетат в алкали, за да се получат замествания в позициите C2, C3 или C6 на глюкозните единици (Gelman, 1982). В резултат CMC е водоразтворим и по-податлив на хидролитичната активност на целулазите. Следователно CMC е полезна добавка както към течна, така и към твърда среда за откриване на целулазна активност и нейната хидролиза впоследствие може да бъде определена чрез използването на багрилото Конго червено, което се свързва с непокътнати β-d -глюкани. Зоните на изчистване около колонии, растящи върху твърда среда, съдържаща CMC, впоследствие оцветени с конго червено, предлага полезен тест за откриване на хидролиза на CMC и следователно, активност на β-d-глюканазата (Teather and Wood, 1982). Инокулирането на изолати върху мембранни филтри, поставени на повърхността на CMC агарните плочи, е полезна модификация на тази техника, тъй като филтърът може впоследствие да бъде отстранен, което позволява визуализиране на чисти зони в агара под целулолитичните колонии.

Полизахаридни съставки

Свойства и приложение: CMC

CMC - обикновено образува бистър, безцветен и безвкусен разтвор. Той е студено разтворим във вода и някои сортове имат толерантност към високи концентрации на захар. Предлага се в широк диапазон вискозитети и има добра топлинна стабилност. CMC е добър филм.

Сладолед: CMC е често срещан стабилизатор в сладоледа. Той е студено разтворим във вода и това му дава предимство в смеси за сладолед, които не са подложени на високи температури. За разлика от смолата на рожкови CMC не придава на сладоледа допълнителна устойчивост на стопяване. CMC се използва по-често в САЩ, отколкото в Европа и това може да е свързано с това, че по-голям дял от европейския пазар са новости, които се възползват от подобрена устойчивост на стопяване.

Пекарни: CMC се използва често в сладкиши, кифли и тортили за подобряване на текстурата на продукта чрез увеличаване на задържането на влага.

Напитки: CMC се използва като стабилизатор в плодови напитки и в концентрати за напитки. Плодовите напитки обикновено се състоят от плодов сок, който се разрежда с вода. За подобряване на вкуса и текстурата на напитката обикновено се добавя буфер с лимонена киселина/цитрат, може да се добави допълнителна захар и CMC, за да се подобри усещането за вкус на напитката. Нискокалоричните напитки, които нямат принос за вискозитет от добавената захар, ще имат много тънък и воднист усет за уста без добавяне на модификатор на вискозитета. CMC също забавя утаяването на каквато и да е плодова пулпа (фиг. 5) и дори когато е утаен, предотвратява образуването на каша от твърд, трудно диспергиращ се слой.

преглед ScienceDirect

Фигура 5. Примери за ключови приложения за модифицирани целулози. CMC се използва за стабилизиране на плодови напитки, HPMC и MC се използват за предотвратяване на кипене в пълнени тарти, а също така и в безглутенови пекарни, MCC има уникални свойства за заместване на мазнините и се използва в превръзки с намалено съдържание на мазнини.

Целулоза и хидроколоиди на основата на целулоза

Карбоксиметилцелулози

Карбоксиметилцелулоза (CMC), натриевата сол на карбоксиметил етера на целулозата, 10 се използва широко като хидроколоид. За производството на CMC алкалната целулоза реагира с натриевата сол на хлороцетната киселина. (Алкалната целулоза е показана по-долу като 100% йонизирана, но може да не е. В случая на целулоза се използва много по-силен разтвор на натриев хидроксид, така че несъмнено има повече хидроксилни групи в алкокси (R – O‾) формата отколкото в случая на нишесте.

Повечето хранителни натриеви CMC продукти имат стойности на степен на заместване (DS) в диапазона 0,7–0,8, но някои продукти могат да имат DS до 0,4. (За разтворимост във вода CMC трябва да има DS най-малко 0,4.) Обичайните CMC на DS 0,7–0,8 хидратират бързо, защото са доста йонни. Следователно, за да се получи гладко решение (т.е. такова без бучки), трябва да се следва едно от средствата за разпръскването му, описано в глава 5. Тъй като DS на CMC се увеличава, толерантността към солта, хигроскопичността и толерантността към алкохол се увеличават и нейната тиксотропна природа (виж по-долу) намалява.

Фигура 8.4. Диаграмно обяснение защо разтвор на неравномерно заместена карбоксиметилцелулоза е слаб гел в покой и претърпява срязващо изтъняване при разбъркване, изпомпване или поглъщане (т.е. е тиксотропен). Диаграмата изобразява ситуация, при която се прилага достатъчно срязване за (A) прекъсване на всички асоциации и (B) за подравняване на дисоциираните молекули в напълно разширена, линейна подредба. Нито едно от двете няма да се случи напълно при ниски нива на срязване.

CMC се предлага в широк спектър от вискозитетни типове и както вече беше обсъдено, вискозитетът на разтвора зависи главно от средните MW на водоразтворимия полизахарид (Глава 5). Разтворите с по-високи MW (по-висок вискозитет) продукти също показват по-голяма псевдопластичност или тиксотропия. Тъй като това е високойонен хидроколоид, разтворимостта на CMC и вискозитетът на неговите разтвори се влияят от солите. Както е обяснено в глава 5 (фиг. 5.13), CMC трябва да се разтвори във вода, преди да се добавят други разтворени вещества (не диспергирани в солен разтвор), за да се възползват в пълна степен от неговите свойства. Ефектите на солите върху разтвори на CMC са функция от вида (DS и вискозитет) на CMC, вида и концентрацията на солта и pH. По принцип моновалентните катиони образуват разтворими CMC соли; двувалентните катиони произвеждат мъгляви дисперсии; и солите на тривалентните катиони са неразтворими (т.е. алуминиевите йони ще доведат до утаяване, но алуминиевите йони не се срещат в храните).

Тъй като CMC се състои от дълги, доста твърди молекули, носещи отрицателни заряди, неговите молекули в разтвор се разтягат поради електростатично отблъскване на верижните сегменти (т.е. сгъването на веригата е ограничено, тъй като всяко сгъване ще сближи карбоксилатните групи, където техните отрицателни заряди отблъскват се взаимно). Освен това, тъй като молекулите се отблъскват, се получават монодисперсни, 11 силно вискозни, стабилни разтвори. Намаляването на рН до по-малко от 4 потиска йонизацията на карбоксилните групи, така че някои губят своя заряд (-COO - → -COOH). След това възниква молекулярна асоциация и вискозитетът се увеличава за известно време, но вискозитетът не може да се поддържа дългосрочно при стойности на рН по-малко от 4 поради хидролиза (деполимеризация). При рН 3 се получава неразтворимост (утаяване) поради значителна загуба на отрицателния заряд, променяща анионния полимер до неутрален полимер, което позволява да възникнат верижни асоциации. CMC претърпява хидролиза със загуба на вискозитет, когато киселинните разтвори от него се реторират.

CMC се използва широко в хранителните продукти за абсорбиране и задържане на вода, за контрол на растежа на кристалите, за уплътняване като свързващо вещество, за увеличаване на срока на годност и за осигуряване на желаната текстура или тяло. Най-големият му обем се използва при приготвянето на сухи храни за домашни любимци, които образуват собствена сос, когато се добавя топла вода. Втората му по големина употреба е при приготвянето на сладолед, шербети и други замразени десерти. Той е основният стабилизатор в повечето продукти за сладолед, където се използва за предотвратяване на растежа на ледени кристали (виж глава 13). Поддържането на малки кристали лед поддържа гладката, кремообразна консистенция на продукта. CMC също така контролира размера на захарните кристали във фондани.

CMC се използва, когато протеините трябва да бъдат стабилизирани, като например кисело мляко, плодове, соя и други кисели напитки, съдържащи протеин. CMC, поливалентен анион, може да стабилизира протеиновите дисперсии, особено близо до тяхната изоелектрична стойност на pH, където те са най-малко разтворими, тъй като протеиновите молекули ще имат множество положителни заряди и могат да се свържат с CMC молекулите. Използвайки CMC, млечните продукти могат да се стабилизират срещу утаяване на казеин, когато млякото се подкиселява, тъй като CMC образува стабилни разтворими комплекси с казеин при стойности на pH в диапазона 3-6, където казеинът е неразтворим.

Поради бързата си хидратация, тя влияе върху хидратацията на други компоненти на сухата смес. Той е едновременно свързващо средство и помощ за екструзия при приготвянето на храни за домашни любимци и други екструдирани продукти. В печени продукти, като торти, се добавя CMC, за да се регулира консистенцията на тестото, да се увеличи обемът на продукта, да се подобри качеството на крайния продукт, да се осигури задържане на влага и да се удължи свежестта. Някои от многото приложения на CMC са дадени в таблици 8.2 и 8.4 .

Таблица 8.4. Типични приложения на карбоксиметилцелулози