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羧甲基纤维素钠

羧甲基纤维素钠又称羧甲基纤维素,简称CMC或CMC-Na。羧甲基纤维素钠的来源为棉花或纸浆等纤维用水媒法或溶媒法制成。为白色或微黄色纤维状或颗粒状粉末或粗粉,无臭、无味,溶于水,有吸湿性,分为FH6特高黏度;FH6高黏度及FH6中黏度三种。当pH1~3时它可从食物中沉淀出来,在酸溶液pH>3不沉淀,但黏度随pH的增大而降低,pH 5~9时,黏度变化较小。而盐类的存在会影响CMC的黏度。加热温度应在80℃以下,超过此温度长时间加热黏度会下降,生成不溶物。在面条、速食面条、速食米粉中添加量0.1% ~ 0.5%,可使制品膨胀而组织润滑,口感良好,不易变形;在面包、饼干、糕点中添加0.1%~0.2%,可防止水分蒸发和老化,防止油脂渗出,使产品表面光滑,口感细腻;在肉类制品、禽蛋、水 果、蔬菜中则以2%~3%的水溶液喷洒在食物表面形成一种极薄的膜,可长期贮存食物,保持风味,防止发酵,食用时用水冲洗即可;CMC无营养价值,会吸水胀润,使人有饱腹感,可以用作减肥食品。

理化性质 化学结构 用途 制备方法 鉴别方法 毒理学依据 食品行业使用方法 稳定性和贮存条件 配伍禁忌 包装贮运 纤维素衍生物

理化性质
白色或微黄色粉末,无臭,无味,易溶于水成高粘度溶液,溶液为中性或微碱性,有吸湿性。不溶于乙醇等多种溶剂。相对密度1.60,薄片相对密度1.59,容积密度0.618cm3/g。折射率1.515。加热至190~205℃时呈褐色,至235~248℃时炭化。溶于水量透明状胶体,在水中的溶解度取决于取代度。在水中的分散度与醚化度和其相对分子质量有关。1%水分散液的pH为6.5~8.5。对光、热、化学品稳定。不易发酵。对油脂、蜡的乳化力大。
羧甲基纤维素钠溶液粘度受其相对分子质量、浓度、温度及pH的影响,且与羟乙基或羟丙基纤维素、明胶、黄原胶、卡拉胶、槐豆胶、瓜尔胶、琼脂、海藻酸钠、果胶、阿拉伯胶和淀粉及其衍生物等有良好的配伍性 (即协同增效作用)。
pH7时,羧甲基纤维素钠溶液的粘度最高,pH4~11时,较稳定。
以碱金属盐和铵盐形式出现的羧甲基纤维素可溶于水。二价金属离子Ca2+、Mg2+、Fe2+可影响其粘度。重金属如银、钡、铬或Fe3+等可使其从溶液中析出。如果控制离子的浓度,如加入螯合剂柠檬酸,便可形成更粘稠的溶液,以至于形成软胶或硬胶。

化学结构
天然高分子化合物,由多个2个葡萄糖分子组成的纤维二糖构成。纤维素大分子的每个葡萄糖中有3个羟基,其羟基由羧甲基醚化。如果平均一个羟基参与反应,醚化度DS=1,最大为3,平均0.4~1.5。

羧甲基纤维素钠 分子结构式
图1为羧甲基纤维素钠分子结构式。


用途
1、用作合成洗涤剂配方中的抗污垢再沉积剂,食品工业的增稠剂,牙膏膏体的粘合剂、增稠剂。在化妆品方面,本品可代替或和天然的水溶性胶质混合使用,可作为胶合剂、增稠剂、悬浮剂、乳化稳定剂等用于各种化妆品中。
2、在石油钻井、纺织、造纸、建材、医药、 化妆用品、洗涤剂和食品工业中有广泛用途。主要用作悬浮剂、印染用糊、补强剂、粘度 调节剂、粘料、乳化剂和展色剂等。
3、在水处理中用作絮凝剂,主要用于废水污泥处理,可以提高滤饼的固体含量。
4、羧甲基纤维素钠为合成胶的代用品,广泛用于口服液和局部用药物制剂,常用作混悬液助悬剂,乳化剂的稳定剂、增稠剂,片剂的黏合剂、崩解剂等。羧甲基纤维素钠能鳌合微量金属离子,能延缓某些含金属离子杂质的片剂在贮藏期间的变色。羧甲基纤维素钠无毒、无刺激性,然而动物皮下注射能产生炎症。重复注射,注射部位有时出现组织纤维化。

羧甲基纤维素钠 参考质量指标
图2为羧甲基纤维素钠参考质量指标(质量规格 GB1904—80)。



制备方法
(1)由纤维素经氢氧化钠处理后,与氯乙酸钠反应制得羧甲基纤维素钠粗制品,再用酸和异丙醇精制而得。
(2)将棉纤维浸渍在一氯代醋酸钠溶液中,加碱精制而得。


鉴别方法
(1)取试样2g,加热水100mL使呈胶状,冷却至室温。取胶液30mL,加盐酸3mL,应产生白色沉淀;取胶液50mL,加1%硫酸铜溶液10mL,应产生绒毛状淡蓝色沉淀。
(2)应符合FCC(7)红外谱图。

毒理学依据
1.LD50 大鼠口服27g/kg(bw)。
2.GRAS FDA-21CFR 173.310,182.1745。
3.ADI 无需规定(JECFA,1989)。

食品行业使用方法
增稠剂、悬浮剂、稳定剂、保形剂、成膜剂、膨化剂和保鲜剂。
1. 使用注意事项 如遇到偏酸高盐溶液时,可选择耐酸抗盐型羧甲基纤维素钠,或与黄原胶复配,效果更佳。

2. 使用范围与使用量

(1) 我国《食品添加剂使用卫生标准》 (GB2760—1996)规定: 用于饮料 (不包括固体饮料),1.2g/kg;方便面,5.0g/kg;雪糕、冰棍、糕点、饼干、果冻和膨化食品,根据生产需要适量使用。
(2) FAD/WHO (1984) 规定:用途及限量为沙丁鱼、鲭鱼罐头,20g/kg(单用或与其它增稠剂合用);即食肉汤、羹,4000mg/kg; 酪农干酪、掼打用稀奶油,5g/kg,融化干酪,8g/kg; 增香蛋黄酱,5000mg/kg (单用或合用)。

(3) 实际使用参考:
①棉花糖: 因CMC既可防止制品脱水收缩,又可使结构膨松,当与明胶配伍时,尚能显著提高明胶粘度。应选高分子量CMC(DS 1.0左右)。
②冰淇淋: CMC在较高温度下粘度较小,而冷却时粘度升高,有利制品膨胀率的提高且方便操作。应选用粘度250~260mPa·s CMC (DS 0.6左右),参考用量0.4%以下。
③果汁饮料、汤汁、调味汁、速溶固体饮料; 由于CMC具良好流变性 (假塑性),口感爽快,同时其良好的悬浮稳定性使制品风味和口感均一。对酸性果汁要求取代度均匀性好,若再复配一定比例的其它水溶性胶(如黄原胶),则效果更好。应选高粘度CMC(DS0.6~0.8)。
④速食面: 加入0.1 %CMC,易控制水分,减少吸油量,且可增加面条光泽。
⑤脱水蔬菜、豆腐皮、腐竹等脱水食品: 复水性好,易水化,并有较好的外观。应选用高粘度CMC(DS0.6左右)。
⑥面条、面包、速冻食品: 可防止淀粉老化、脱水、控制糊状物粘度。若用魔芋粉、黄原胶和某些其它乳化剂、磷酸盐合用效果更佳。应选用中粘度CMC(DS0.5~0.8)。
⑦橘汁、粒粒橙、椰子汁和果茶: 因它有良好的悬浮承托力,若与黄原胶或琼脂等配伍更好。应选用中等粘度CMC (DS 0.6左右)。
⑧酱油: 添加耐盐性CMC调节其粘度,可使酱油口感细腻、润滑。


稳定性和贮存条件
尽管羧甲基纤维素钠具有吸湿性,却相当稳定。羧甲基纤维素钠水溶液在pH值2~10时非常稳定,当pH值<2时,会发生沉淀;当pH值>10时,溶液的黏度急剧下降;在pH值7~9时溶液黏度最大且稳定。羧甲基纤维素钠干热灭菌或溶液加热灭菌,都会使黏度下降,水溶液长期保存需加入抑菌剂。固体羧甲基纤维素钠需密闭保存于阴凉干燥处。

配伍禁忌
羧甲基纤维素钠与强酸溶液、可溶性铁盐以及一些其他金属有配伍禁忌。与95%的乙醇混合时,产生沉淀;当溶液pH值<2时,会发生沉淀。与明胶、果胶可以形成共聚物;与胶原形成复合物,能沉淀某些带正电的蛋白。

包装贮运
用内有一层食品用聚乙烯塑料袋的纸桶或三层牛皮纸袋包装。贮存清洁 干燥库房中,在贮运中不得与有毒物一起堆放,避免与水接触,注意包装密封。

纤维素衍生物
造纸工业常用的纤维素衍生物是羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟乙基纤维素等,它们均可溶于水或碱性溶液中,其中最常用的是羧甲基纤维素,可用作为浆内添加剂、表面施胶剂和涂布胶粘剂等。
1. 羧甲基纤维素
羧甲基纤维素钠是羧甲基纤维素的钠盐,简称CMC-Na,但在日常生产和使用中也常简称CMC。CMC具有碱溶性和水溶性,水溶性有 粘性,能显著增加溶液的粘度。CMC不会发酵,具有抗盐的能力和一定的热稳定性,因此近代广泛应用于国民经济各部门。
决定羧甲基纤维素性质的因素:
①取代度:取代度简称“DS”,是纤维素基环上三个羟基在 醚化反应中取代的程度,所以也称为醚化度。在理论上如三个羟 基全部取代羧甲基,则称取代度为3,所以可以按照需要制成不 同醚化度的产品,但实际生产的产品其平均取代度多为0.4~1。
CMC因取代度不同,其溶解性能也随之不同,取代度为0.2~0.3的CMC只能溶于碱溶液中,而当取代度大于0.4则可很容易溶于水中,取代度越大,产品的水溶性越好。
适用于造纸工业的CMC,其取代度应在0.4~1.2之间。通 常加入浆内的,其取代度约0.4~0.7 (低取代度),应用于表面 施胶的取代度约0.7~0.8(中取代度)。
②粘度: CMC溶解于水以后形成粘性液体是其主要特点,也是产品分型号和定品级重要指标之一,使用者可根据不同使用要求选用某一粘度范围的产品。
取代度和聚合度决定聚合物的分子量,而分子量高低又决定溶液浓度的大小。
根据粘度,CMC产品又可分为三种:(1)高粘度:1%的水溶液在2Pa·s以上 (2)中粘度:2%的水溶液在0.3~0.6Pa·s (3)低粘度:2%的水溶液在0.025~0.05Pa·s。
对于用在造纸工业中的表面施胶和涂布,应选择一种适当粘度的CMC。一般说来,具有中等粘度(0.3~0.6Pa·s)或低粘度的CMC应用于纸的表面施胶是比较合适的。
CMC的水溶液,其粘度一般是较稳定的,但在实际使用过程中,使用的浓度、温度和pH值等会对CMC水溶液粘度发生影响。
③有规律的取代基:在一定的取代度和聚合度情况下,纤维素链上取代基的规律性会影响到CMC溶液的流动性。有规律取代基的CMC在聚合过程中会产生有力的结合,反之则缺乏一定的结合力。

2. 甲基纤维素
甲基纤维素简称MC,是一种不太常用的表面施胶剂。
应用于造纸工业的MC,通常含有1.7~1.9甲氧基取代度和0.01~4Pa·s (10~4000cP)的粘度。在制备甲基纤维素水溶 液时,应先将干料用热水润湿,冷却后加水搅拌,直至呈透明溶液。甲基纤维素是稳定的,可长期保存而不需加入防腐剂。
与羧甲基纤维素钠盐相同,甲基纤维素在表面施胶时,也能在纸面上产生一种强韧、不能透过油脂的覆膜,并显著减少纸张的气孔度,所以可用于防油纸和蜡纸等的表面施胶。当应用于印刷纸时,也可显著改善印刷油墨的光度。

3. 羟乙基纤维素
羟乙基纤维素简称HEC,也是一种不太常用的表面施胶剂。
羟乙基纤维素有碱溶性和水溶性两种。碱溶性羟乙基纤维素溶液的制备方法是将羟乙基纤维素溶解于3%以上的NaOH溶液中。
碱溶性的羟乙基纤维素在用作表面施胶时,也能在纸面上产生柔韧的覆膜,具有抗油脂、耐磨擦和印刷时油墨光度良好等性能。
以上信息由Chemicalbook的晓楠编辑整理。

【参考资料】
张守文主编.中华烘焙食品大辞典·原辅料及食品添加剂分册.北京:中国轻工业出版社。
王大全 主编.精细化工辞典.北京:化学工业出版社.1998.第679页。
张秀美 主编.新编兽药实用手册.济南:山东科学技术出版社.2007.第458-459页。
http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB5209844.htm
http://baike.baidu.com/view/789521.htm

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