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羧甲基纖維素鈉

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羧甲基纖維素鈉無臭、無味,具吸濕性。易於分散在水中成澄明膠狀液,在乙醇等有機溶媒中不溶。根據《食品安全國家標準、食品添加劑使用標準》(GB2760-2011)規定:在食品中作用增稠劑使用。

1 羧甲基纖維素鈉 -簡介

羧甲基纖維素鈉結構式

羧甲基纖維素鈉是當今世界上使用範圍最廣、用量最大的纖維素種類。

EINECS號: 900-432-4 
相關類別: 石油鑽井化學品;食品添加劑;增稠劑;化工助劑;油田化學品;鑽井用化學品;抄紙過程中的化學品;造紙化學品;增稠劑和膠凝劑;Mud Drilling Chemicals;Food additives 
Mol文件: Mol File

縮寫:CMC

根據《食品安全國家標準、食品添加劑使用標準》(GB2760-2011)規定:
在食品中作用增稠劑使用。可在各類食品中按生產需要適量使用的食品添加劑。對動、植物油、蛋白質與水溶液的乳化性能極為優異,能使其形成性能穩定的勻質乳狀液。因其安全可靠,因此,其用量不受國家食品衛生標準ADI限制。

2 羧甲基纖維素鈉 -研製歷史

羧甲基纖維素鈉羧甲基纖維素鈉(CMC)分子結構

1918年由德國首先製得,並於1921年獲准專利而見諸於世。此後便在歐洲實現商業化生產。當時只為粗產品,用作膠體和粘結劑。

1936~1941年,羧甲基纖維素鈉的工業應用研究相當活躍,發明了幾個相當有啟發性的專利。

第二次世界大戰期間,德國將羧甲基纖維素鈉用於合成洗滌劑。Hercules公司於1943年為美國首次製成羧甲基纖維素鈉,並於1946年生產精製的羧甲基纖維素鈉產品,該產品被認可為安全的食品添加劑。

上世紀七十年代中國開始採用,九十年代開始普遍使用。是當今世界上使用範圍最廣、用量最大的纖維素種類。

3 羧甲基纖維素鈉 -性質

為白色或乳白色纖維狀粉末或顆粒,無臭、無味,具吸濕性。易於分散在水中成澄明膠狀液,在乙醇等有機溶媒中不溶。1%水溶液pH為6.5~8.5,當pH>10或<5時,膠漿粘度顯著降低,在pH7時性能最佳。對熱穩定,在20℃以下粘度迅速上升,45℃時變化較慢,80℃以上長時間加熱可使其膠體變性而粘度明顯下降。褐變溫度226~228℃,碳化溫度252~253℃。 

4 羧甲基纖維素鈉 -生產方法 

羧甲基纖維素鈉羧甲基纖維素鈉

CMC通常是由天然纖維素與苛性鹼及一氯醋酸反應后製得的一種陰離子型高分子化合物,分子量 6400(±1 000)。主要副產物是氯化鈉及乙醇酸鈉。CMC屬於天然纖維素改性。目前聯合國糧農組織(FAO)和世界衛生組織(WHO) 已正式稱它為「改性纖維素」。
(1)羧甲基纖維素的生產方法是將纖維素與氫氧化鈉反應生成鹼纖維素,然後用一氯乙酸進行羧甲基化而製得。製法可分為以水為介質進行反應的水媒法和在異丙醇、乙醇、丙酮等溶劑中進行反應的溶劑法。     
(2)將脫脂漂白的棉線按比例浸入35%的濃鹼液中,浸泡約30 min取出。液鹼可循環使用。浸泡后的棉短線稱至平板壓榨機上,以14 MPa的壓力,壓出鹼液,得鹼化棉。  將鹼化棉投入醚化釜內,加酒精15份在攪拌下緩緩加入氯醋酸酒精溶液,於30 ℃下2 h完成,加完后在40 ℃下攪拌3 h得醚化棉。加酒精(70%)120 份於醚化棉中,攪拌0.5 h,加鹽酸調pH值至7。用酒精洗兩次,濾出酒精,在80 ℃下鼓風乾燥,粉碎得成品。    
(3)用氫氧化鈉處理纖維素形成鹼纖維素,與一氯醋酸鈉混合,經熟化數日(20~30℃)得製品  
(C6H9O4OH)n+nNaOH→(C6H9O4ONa)n[ClCH2COOH]→(C6H9O4OCH2COONa)n 
中國採用的工藝有以水為介質的傳統水媒法和以有機溶劑為反應介質的溶媒法。 

傳統水媒法

用18%~19%的鹼液噴人捏合機中,在30~35℃下使精製棉鹼化生成鹼纖維素,然後用固體氯乙酸鈉進行捏合醚化。前1~2h溫度控制在35℃以下;后1h溫度控制在45~55℃。再經一段時間熟化(使醚化完全)后乾燥、粉碎得成品。 

溶媒法

精製棉於捏合機中,鹼液按一定的流量噴入捏合機中,使纖維素充分膨化,同時加入適量的乙醇,鹼化溫度控制在30~40℃,時間15~25min。鹼化完全后噴入氯乙酸乙醇溶液,在50~60℃下醚化2h。再用鹽酸乙醇溶液中和、洗滌以除去氯化鈉,用離心機脫醇去水,最後經乾燥和粉碎得成品。  

5 羧甲基纖維素鈉 -含量分析

羧甲基纖維素鈉的百分含量按100減去雜質氯化鈉和乙醇酸鈉的百分含量而得。  

6 羧甲基纖維素鈉 -毒性

小白鼠經口LD5027g/kg,ADI不作特殊規定(FAO/WHO,1994)。   GRAS(FDA,§182.1745,2000)。

7 羧甲基纖維素鈉 -使用方法

 將CMC直接與水混合,配製成糊狀膠液后,備用。在配置CMC糊膠時,先在帶有攪拌裝置的配料缸內加入一定量的乾淨的水,在開啟攪拌裝置的情況下,將CMC緩慢均勻地撒到配料缸內,不停攪拌,使CMC和水完全融合、CMC能夠充分溶化。在溶化CMC時,之所以要均勻撒放、並不斷攪拌,目的是「為了防止CMC與水相遇時,發生結團、結塊、降低CMC溶解量的問題」,並提高CMC的溶解速度。攪拌的時間和CMC完全溶化的時間並不一致,是兩個概念,一般來說,攪拌的時間要比CMC完全溶化所需的時間短得多,二者所需的時間視具體情況而定。 

確定CMC完全溶化所需時間的依據有這樣幾方面:   
(1)CMC和水完全粘合、二者之間不存在固-液分離現象;   
(2)混合糊膠呈均勻一致的狀態,表面平整光滑;   
(3)混合糊膠色澤接近無色透明,糊膠中沒有顆粒狀物體。從CMC被投入到配料缸中與水混合開始,到CMC完全溶解,所需的時間在10~20小時之間。 

使用限量

GB 2760-96(g/kg):速食麵5;非固體飲料1.2;冰棍、雪糕、冰淇淋、糕點、餅乾、果凍、膨化食品,均GMP。
FAO/WHO(1984,g/kg):沙丁魚、鯖魚罐頭20;即食肉湯、羹4000 mg/kg;酪農乾酪、摜打用稀奶油5,融化乾酪8,增香蛋黃醬5000rag/kg。 

最大允許使用量

  添加劑中文名稱  允許使用該種添加劑的食品中文名稱 添加劑功能 最大允許使用量(g/kg) 
  羧甲基纖維素納  食品  增稠劑  按生產需要適量使用(有特別規定的除外)
  羧甲基纖維素納  飲料類(除外包裝飲用水)  增稠劑  5.0

8 羧甲基纖維素鈉 -質量

衡量CMC質量的主要指標是取代度(DS)和純度。一般DS不同則CMC的性質也不同;取代度增大,溶解性就增強,溶液的透明度及穩定性也越好。據報道,CMC取代度在0.7~1.2時透明度較好,其水溶液粘度在pH值為6~9時最大。為保證其質量,除了選擇醚化劑外,還必須考慮影響取代度和純度的一些因素,例如鹼與醚化劑之間的用量關係、醚化時間、體系含水量、溫度、DH值、溶液濃度及鹽類等。

9 羧甲基纖維素鈉 -應用

羧甲基纖維素鈉(CMC) 具有乳化分散劑、固體分散性、不易腐敗、生理上無害等不同尋常的和極有價值的綜合物理、化學性質,是纖維素醚類中產量最大的、用途最廣、使用最為方便的產品,俗稱「工業味精」重要特性是形成高粘度的膠體、溶液、有粘著、增稠、流動、乳化分散、賦形、保水、保護膠體、薄膜成型、耐酸、耐鹽、懸濁等特性,且生理無害,因此在食品、醫藥、日化、石油、造紙、紡織、建築等領域得到廣泛應用。

食品工業 FAO和WHO已批准將純CMC用於食品,它是經過很嚴格的生物學、毒理學研究和試驗后才獲得批准的,國際標準的安全攝入量(ADI)是25mg/(kg·d),即大約每人1.5 g/a。

CIVIC在食品應用中不僅是良好的乳化穩定劑、增稠劑,而且具有優異的凍結、熔化穩定性,並能提高產品的風味,延長貯藏時間。在豆奶、冰淇淋、雪糕、果凍、飲料、罐頭中的用量約為1% ~1.5%。

CMC還可與醋、醬油、植物油、果汁、肉汁、蔬菜汁等形成性能穩定的乳化分散液,其用量為0.2% ~ 0.5%。特別是對動、植物油、蛋白質與水溶液的乳化性能極為優異,能使其形成性能穩定的勻質乳狀液。因其安全可靠,因此,其用量不受國家食品衛生標準 ADI限制。CMC 在食品領域不斷被開發,近年來,在葡萄酒生產中應用羧甲基纖維素鈉的研究也已開展。

醫藥行業 在醫藥工業中可作針劑的乳化穩定劑,片劑的粘結劑和成膜劑。有人經基礎及動物實驗證明CMC是安全可靠的抗癌藥載體。用CMC作膜材料,研製的中
羧甲基纖維素鈉高粘度羧甲基纖維素鈉(CMC)的水溶液

葯養陰生肌散的改造劑型— —養陰生肌膜,能用於皮膚磨削手術創面和外傷性創面。該膜防止創面感染,與紗布敷料無明顯差異,在控制創面組織液滲出與創面快速癒合上。

用聚乙烯醇:羧甲基纖維素鈉:聚羧乙烯按3:6:1的比例製成的膜劑為最佳處方,粘附性及釋放速率均增加,在增加粘膜粘附緩釋膜劑的粘附力,延長製劑在口腔內的滯留時間及製劑中藥物的藥效都有明顯提高 。

丁哌卡因為強效局部麻醉藥,但它中毒時有時可產生較為嚴重的心血管副反應,故臨床上在廣泛應用丁哌卡因的同時,對其毒性反應的防治研究一直較為重視。藥劑研究顯示,CIVIC作為緩釋物質與丁哌卡因溶液進行配製可顯著降低藥物的副作用。在PRK手術中,採用低濃度地卡因與非甾體類抗炎葯聯合CMC可明顯緩解術后疼痛。預防腹部手術后腹膜粘連、減少腸梗阻的發生是臨床外科最關注的問題之一。

其它工業 在洗滌劑中,CMC可用作抗污垢再沉積劑,尤其是對疏水性的合成纖維織物的抗污垢再沉積效果,明顯優於羧甲基纖維。

CMC在石油鑽探中可用於保護油井作為泥漿穩定劑、保水劑,每口油井的用量為淺井2.3t,深井5.6t;

在紡織工業中用作上漿劑、印染漿的增稠劑、紡織品印花及硬挺整理。用於上漿劑能提高溶解性及粘變;作為硬挺整理劑;用於上漿劑;用再生絲心蛋白和羧甲基纖維素構成的複合膜作為固定葡萄糖氧化酶的基質,固定葡萄糖氧化酶和羧酸二茂鐵,製成的葡萄糖生物感測器具有較高的靈敏度與穩定性。

CMC可用作塗料的防沉劑、乳化劑、分散劑、流平劑、粘合劑,能使塗料的固體份均勻地分佈於溶劑中,使塗料長期不分層,還大量應用於油漆中。

CMC用作絮凝劑在除去鈣離子方面比葡萄糖酸鈉更有效,用作陽離子交換時,其交換容量可達 1.6 ml/g 。

CMC在造紙行業用作紙張施膠劑,可明顯提高紙張的干強度和濕強度及耐油性、吸墨性和抗水性。

CMC在化妝品中作為水溶膠,在牙膏中用作增稠劑,其用量在5%左右。

CMC可作為絮凝劑、螯合劑、乳化劑、增稠劑、保水劑、上漿劑、成膜材料等,還廣泛應用於電子、農藥、皮革、塑料、印刷、陶瓷、日用化工等領域。

CMC的最大用途是配製肥皂及合成洗滌劑,在重級清潔劑中大約添加1%的CMC,用以防止洗出的污物再沉澱於織物上。其次是用作石油工業鑽井泥漿的懸浮穩定劑。

注意

(1)本品與強酸、強鹼、重金屬離子(如鋁、鋅、汞、銀、鐵等)配伍均屬禁忌。
(2)本品允許攝入量為0~25mg/kg/d。

10 羧甲基纖維素鈉 -危險性概述

毒性類別:有毒物品 

毒性分級:低毒 

可燃性:可燃, 火場排出含氧化鈉辛辣刺激煙霧 

滅火劑:水、二氧化碳、乾粉、砂土  

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