Карбоксиметилцелюлоза

CMC містить гідрофобний полісахаридний каркас і багато гідрофільних карбоксильних груп, а отже, демонструє амфіфільні характеристики.

Пов’язані терміни:

Протеаза
Пектин
Ксантанова камедь
Хітозан
Ферменти
Полімери
Білки
Полісахариди
Пептидази
Целюлоза

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Целюлоза

Р. Ергун,. Б. Хюбнер-Кіз, Енциклопедія продуктів харчування та здоров'я, 2016

Карбоксиметилцелюлоза

Карбоксиметилцелюлоза (CMC) - аніонне, водорозчинне похідне целюлози. Розчинність CMC залежить від DP, а також від ступеня заміщення та рівномірності розподілу заміщення. Розчинність CMC у воді зростає із зменшенням DP та збільшенням заміщення карбоксиметилу та рівномірністю заміщення. В'язкість розчину зростає зі збільшенням DP і збільшенням концентрації.

CMC розчинний у воді при будь-якій температурі. Через свою високогігроскопічну природу CMC швидко гідратує. Швидка гідратація може спричинити агломерацію та утворення грудок при введенні порошку CMC у воду. Створення грудочок можна усунути, застосовуючи сильне перемішування під час додавання порошку у воду або попереднього змішування порошку CMC з іншими сухими інгредієнтами, такими як цукор, перед додаванням у воду.

Завдяки своїй високій розчинності та чіткості розчинів, CMC зазвичай використовується у напоях та сухих сумішах напоїв для забезпечення насиченого відчуття у роті. Він також використовується в підкислених білкових напоях для стабілізації білка та запобігання його осаду. CMC також додають у склади сиропу та соусів для збільшення в'язкості. Хлібобулочні - це ще одна програма, де CMC зазвичай використовується для поліпшення якості та консистенції кінцевого продукту. Наприклад, у хлібах з тортилії він використовується для поліпшення технологічної здатності тіста та текстурних властивостей кінцевого продукту, включаючи складність та прокатність.

Природні полімери

Аджа Аравамудхан,. Сангамеш Г. Кумбар, в Природні та синтетичні біомедичні полімери, 2014

4.6.2.2.2 Ефіри целюлози

Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) є основним ефіром целюлози. Активуючи некристалічні ділянки целюлози, селективні ділянки алкілуючих реагентів можуть атакувати целюлозу. Це називається поняттям реакційноздатних фракцій структури і широко використовується для виробництва КМЦ. Іншим шляхом проведення тієї самої реакції є дериватизація целюлози в реакційноздатних мікроструктурах, утворених індукованим поділом фаз. Цей процес включає використання NaOH у безводному стані в поєднанні з розчинниками, такими як DMA/LiCl. Ці продукти CMC мають розподіл заступників, що суттєво відхиляється від статистичного прогнозування продукту теоретично.

КМЦ використовується в декількох цілях доставки ліків та тканинної інженерії. Вивільнення апоморфіну, препарату, що використовується для регуляції рухових реакцій при хворобі Паркінсона, було успішно включено в рецептуру порошку CMC, демонструвало тривале вивільнення з носа і виконувало краще, ніж розчин для доставки на основі крохмалю [179]. КМЦ натрію успішно застосовується при доставці лікарських засобів до шлунково-кишкового тракту [180]. Отже, CMC розглядається як успішна система доставки ліків для слизової тканини [181]. Окрім доставки ліків, CMC корисний як підмостка в тканинній інженерії. Гідрогелі CMC, що мають рН-залежні характеристики набрякання, могли вивільняти захоплений лікарський засіб при потрібному рівні рН, який присутній у тканині, що представляє інтерес, і демонстрували великий потенціал як перев'язувальний матеріал [182]. Гідрогелі CMC можуть бути використані для інкапсуляції клітин пульпозного ядра і, отже, є потенційною заміною дегенерації міжхребцевих дисків [183]. CMC поєднується з хітозаном [184] та гідроксиапатитом [185] для цілей регенерації кісток та зубів.

Целюлази

Джеймс Е. Макдональд,. Алан Дж. Маккарті, у Методи в ензимології, 2012

2.6 Карбоксиметилцелюлоза (CMC)

CMC - це похідне целюлози, що містить карбоксиметильні групи, які утворюються в результаті реакції целюлози з хлорацетатом у лузі, виробляючи заміщення в положеннях C2, C3 або C6 одиниць глюкози (Gelman, 1982). Як результат, CMC є водорозчинним і більш схильним до гідролітичної активності целюлаз. Отже, CMC є корисною добавкою як до рідкого, так і до твердого середовища для виявлення целюлазної активності, і його гідроліз згодом може бути визначений використанням барвника конго-червоний, який зв'язується з інтактними β-d -глюканами. Зони очищення навколо колоній, що ростуть на твердому середовищі, що містить CMC, згодом забарвлене конго-червоним, є корисним аналізом для виявлення гідролізу CMC і, отже, активності β-d -глюканази (Teather and Wood, 1982). Інокуляція ізолятів на мембранні фільтри, розміщені на поверхні агарових пластин CMC, є корисною модифікацією цієї техніки, оскільки фільтр згодом може бути видалений, що дозволяє візуалізувати чіткі зони в агарі під целюлолітичними колоніями.

Полісахаридні інгредієнти

Властивості та застосування: CMC

CMC - зазвичай утворює прозорий, безбарвний і несмачний розчин. Він розчиняється у холодній воді, а деякі сорти мають толерантність до високих концентрацій цукру. Він доступний у широкому діапазоні в’язкості та має хорошу термостійкість. CMC - хороший фільм.

Морозиво: CMC є загальним стабілізатором у морозиві. Він розчиняється у холодній воді, і це дає йому перевагу в сумішах для морозива, які не піддаються високим температурам. На відміну від смоли рожкового дерева, CMC не надає морозиву жодної додаткової стійкості до розплавлення. CMC частіше використовується в США, ніж у Європі, і це може бути пов'язано з тим, що більша частка європейського ринку є новинками, які отримують вищу покращену стійкість до розплавлення.

Хлібобулочні вироби: CMC зазвичай використовується в тортах, булочках і тортилях для поліпшення текстури продукту за рахунок збільшення утримання вологи.

Напої: CMC використовується як стабілізатор у фруктових напоях та концентратах напоїв. Фруктові напої зазвичай складаються з фруктового соку, розведеного водою. Для поліпшення смаку та текстури напою зазвичай додають буфер лимонної кислоти/цитрату, можна додати трохи додаткового цукру та КМЦ для поліпшення відчуття смаку напою. Низькокалорійні напої, що не мають внеску в в’язкість від доданого цукру, матимуть дуже тонкий та водянистий відчуття у роті без додавання модифікатора в’язкості. КМЦ також уповільнює осідання будь-якої м’якоті плодів (рис. 5) і, навіть осідаючи, запобігає утворенню м’якоті твердого, важко диспергованого шару.

Малюнок 5. Приклади ключових застосувань модифікованих целюлоз. CMC використовується для стабілізації фруктових напоїв, HPMC та MC використовуються для запобігання википанню наповнених пиріжків, а також широко у безглютенових хлібобулочних виробах, MCC має унікальні властивості заміщення жиру та застосовується в заправках зі зниженим вмістом жиру.

Целюлоза та гідроколоїди на основі целюлози

Карбоксиметилцелюлози

Карбоксиметилцелюлоза (CMC), натрієва сіль карбоксиметилового ефіру целюлози, 10 широко використовується як гідроколоїд. Для отримання КМЦ лужна целюлоза реагує з натрієвою сіллю хлороцтової кислоти. (Лужна целюлоза наведена нижче як 100% іонізована, але може не бути. У випадку целюлози використовується набагато сильніший розчин гідроксиду натрію, тому, безсумнівно, більше гідроксильних груп у формі алкокси (R – O‾) ніж у випадку крохмалю.

Більшість харчових продуктів натрію CMC мають ступінь заміщення (DS) у діапазоні 0,7–0,8, але деякі продукти можуть мати DS до 0,4. (Для розчинності у воді CMC повинен мати DS як мінімум 0,4.) Звичайні CMC DS 0,7–0,8 швидко гідратують, оскільки вони досить іонні. Отже, для отримання гладкого розчину (тобто такого, що не має грудок), слід дотримуватися одного із способів його розпорошення, описаного в главі 5. Зі збільшенням DS КМЦ толерантність до солі, гігроскопічність та толерантність до алкоголю зростають, а її тиксотропна природа (див. Нижче) зменшується.

Малюнок 8.4. Схематичне пояснення, чому розчин неоднорідно заміщеної карбоксиметилцелюлози є слабким гелем у стані спокою і піддається перемішуванню розрідженням при перемішуванні, накачуванні або ковтанні (тобто є тиксотропним). Діаграма зображує ситуацію, коли достатній зсув застосовується для (A) розриву всіх асоціацій та (B) для вирівнювання дисоційованих молекул у повністю розширеному, лінійному розташуванні. І те, і інше не відбудеться повністю при низьких показниках зсуву.

КМЦ доступний у широкому діапазоні типів в’язкості, і, як уже обговорювалося, в’язкість розчину в основному залежить від середніх МВ МВ розчинного у воді полісахариду (Глава 5). Розчини з вищими МВ (продуктами з більшою в'язкістю) також виявляють більшу псевдопластичність або тиксотропію. Оскільки це високоіонний гідроколоїд, на розчинність КМЦ та в’язкість його розчинів впливають солі. Як пояснюється в главі 5 (рис. 5.13), CMC слід розчинити у воді перед тим, як додавати інші розчинені речовини (не дисперговані в розчині солі), щоб повною мірою використати його властивості. Вплив солей на розчини CMC залежить від типу (DS і типу в'язкості) CMC, типу та концентрації солі та рН. Загалом одновалентні катіони утворюють розчинні солі КМЦ; двовалентні катіони утворюють туманні дисперсії; і солі тривалентних катіонів нерозчинні (тобто іони алюмінію дадуть осад, але іони алюмінію не зустрічаються в продуктах харчування).

Оскільки CMC складається з довгих, досить жорстких молекул, що несуть негативні заряди, його молекули в розчині розтягуються внаслідок електростатичного відштовхування сегментів ланцюга (тобто згортання ланцюга обмежується, оскільки будь-яке згортання зближує групи карбоксилатів, де їх негативні заряди відбивати одне одного). Крім того, оскільки молекули відштовхуються одна від одної, в результаті виникають монодисперсні 11 високов’язких, стабільних розчинів. Зниження рН до менш ніж 4 пригнічує іонізацію карбоксильних груп, так що деякі втрачають заряд (-COO - → -COOH). Потім відбувається молекулярна асоціація, і в’язкість збільшується на деякий час, але в’язкість не може підтримуватися довго на рівні pH менше 4 через гідроліз (деполімеризація). При рН 3 інсулібізація (осадження) відбувається внаслідок значної втрати негативного заряду, змінюючи аніонний полімер на нейтральний полімер, що дозволяє ланцюговим асоціаціям. КМЦ піддається гідролізу із втратою в'язкості при кисневих розчинах його.

CMC широко використовується в харчових продуктах для поглинання та утримання води, для контролю росту кристалів, загущення, як сполучна речовина, збільшення терміну зберігання та забезпечення бажаної текстури або тіла. Найбільший його обсяг використовують у приготуванні сухого корму для домашніх тварин, який утворює власну підливу при додаванні теплої води. Друге за величиною застосування воно готує морозиво, шербети та інші заморожені десерти. Це основний стабілізатор у більшості продуктів з морозивом, де він використовується для запобігання росту кристалів льоду (див. Розділ 13). Тримаючи кришталіки льоду дрібними, підтримується гладка кремова консистенція продукту. CMC також контролює розмір кристалів цукру в помадках.

CMC використовується, коли білки повинні бути стабілізовані, наприклад, в йогуртах, фруктах, сої та інших кислих напоях, що містять білок. CMC, полівалентний аніон, може стабілізувати білкові дисперсії, особливо поблизу їх ізоелектричного значення рН там, де вони найменш розчинні, оскільки молекули білка матимуть кілька позитивних зарядів і можуть зв'язуватися з молекулами CMC. Використовуючи КМЦ, молочні продукти можна стабілізувати проти опадів казеїну, коли молоко підкислюється, оскільки КМЦ утворює стійкі розчинні комплекси з казеїном при значеннях рН в діапазоні 3–6, де казеїн нерозчинний.

Завдяки швидкій гідратації, він впливає на гідратацію інших сухих компонентів суміші. Це одночасно сполучна речовина та екструзійний засіб при приготуванні кормів для домашніх тварин та інших екструдованих продуктів. У хлібобулочні вироби, як торти, додають CMC для регулювання консистенції кляру, збільшення обсягу продукту, поліпшення якості готового продукту, забезпечення збереження вологи та продовження свіжості. Деякі з багатьох застосувань CMC наведені в таблицях 8.2 та 8.4 .

Таблиця 8.4. Типові застосування карбоксиметилцелюлози