آشنایی با CMC

[Mahdi Eng 22,940]

هيدروکلوئيدها، کربوهيدرات های پيچيده ای هستند که برای اصلاح بافت، کنترل کريستاليزاسيون، جلوگيری از آب انداختن محصول يا سينرسيس، پوشش دهی مواد عطری و طعمی، افزايش پايداری فيزيکی، تشکيل فيلم، توليد ساختار ژلی و افزايش قوام در مواد غذايی مايع، نيمه مايع و نيمه جامد استفاده می شوند. بسياری از آنها در بدن انسان متابوليز نمی شوند و انرژی (کالری زايي) پايينی دارند و می توان از آنها به عنوان ترکيباتی مفيد در غذاهای رژيمی استفاده کرد. معمولاً هيدروکلوئيدها بطور مستقيم بر عطر و طعم و مزه مواد غذايی تاثير ندارند اما در تشکيل ژل، نگهداری آب، امولسيون کنندگی و نگهداری عطر و بو موثر می باشند.

 

سلولز يکی از مهمترين ترکيبات آلی شناخته شده بوده و بدليل اينکه يکی از اجزاء اصلی ديواره سلولی بيشتر گياهان است, عمده ترين کربوهيدرات شناخته شده در زمين می باشد. سلولز هومو پليمری است با وزن مولکولی بالا, خطی, غير محلول در آب که واحدهای بتا-دی-گلوکوپيرانوز با باند 1و4 به هم متصل شده اند. مولکولهای سلولز می توانند به شکل های مختلف از جمله شکل پلی کريستال و فيبری وجود داشته باشند. سلولز در حلال های قطبی خصوصاً آب به ندرت حل می شود و برای اينکه بتواند بصورت محلول درآيد يا بايستی پيوندهای هيدروژنی آن باز شود و يا اينکه با اصلاح سازی سلولز با ترکيباتی خاص, آن را بصورت محلول در آورد.

 

از سلولز می توان بسياری از ترکيبات از جمله نيترات سلولز، استات سلولز، هيدروکسی اتيل سلولز و کربوکسی متيل سلولز را بدست آورد.از جمله اين مشتقات کربوکسی متيل سلولز را می توان نام برد که بدليل داشتن خواصی چون حلاليت در آب سرد و گرم، ايجاد ويسکوزيته در محلول، توانايی تشکيل فيلم، خاصيت چسبندگی، بی ضرر بودن برای بدن، تشکيل سوسپانسيون، توانايي نگهداری آب و مقاومت به روغن، چربی و حلال های آلی کاربرد وسيعی در فرمولاسيون، فرآوری و توليد مواد غذايی مختلف دارد.

 

امروزه با توجه به گسترش علم و توليد محصولات جديد، استفاده بهينه از مواد اوليه بويژه مواد اوليه ارزان قيمت جهت توليد مواد غذايی مورد توجه بسياری از کشورها قرار گرفته است. روند توليد محصولات غذايی به شکل کنونی در کشور در مواردی همراه واردات مواد مورد نياز کارخانه بوده و مشاهده می شود که بخصوص در زمينه تأمين مواد افزودنی مصرفی کارخانه ها غالباً وابستگی به خارج وجود دارد. بنابراين چنانچه بتوان برخی از اين مواد را در داخل تهيه کرد از جنبه اقتصادی کمک زيادی به کارخانه های صنايع غذايي خواهد بود. برخی از کارخانه های صنايع غذايي، محصولات جانبی و ضايعاتی دارند که چنانچه بخوبی مورد استفاده قرار گيرند، از ارزش بالايي برخوردار خواهند بود.

 

اکثر پلی ساکاريدها بدليل داشتن سه گروه هيدروکسيل در حلقه گليکوزيلی خود قابليت اين را دارند که با يک يا چند مولکول آب واکنش داده و بصورت هيدراته در آيد. بنابراين در يک محيط آبی پلی ساکاريدها تمايل به جذب آب داشته ورم کرده و به صورت جزئی يا کامل در آب حل می شوند.

 

سلولز و مشتقات اصلاح شده آن بدليل اينکه کالری زايي ندارند به عنوان فيبرهای رژيمی بکار رفته و از دستگاه گوارش انسان بدون هيچ تغييری عبور می کنند. سلولز خالص شده به عنوان يک ترکيب غذايي در فرمولاسيون غذاها بکار می رود. سلولز با کيفيت بسيار بالا معمولاً بعد از تهيه خمير از چوب و خالص سازی آن تهيه می شود. خلوص شيميايي برای سلولز بدليل اينکه بسياری از ترکيبات ديواره سلولی سلولزی گياه در همه ميوه و سبزيجات وجود دارد برای غذا لزومی ندارد همچنين استفاده از پودر سلولز در غذا بدليل تغييرات بسيار کم در رنگ, عطر و طعم و عدم ايجاد آلودگی ميکروبی, بلا مانع است. استفاده از سلولز و مشتقات آن در طيف وسيعی به عنوان فيبر, فيلم, پلاستيک, پوشش, کاغذ و محصولات چوبی, سوسپانسين کننده, در دنيا در حال افزايش می باشد.

 

 

 

تعريف کربوکسی متيل سلولز :

 

کربوکسی متيل سلولز بيشتر به فرم نمک سديمی آن توليد مي گردد و از دو واحد β-D-glucose و β-D-glucopyranose 2-O-(carboxymethyl)-monosodium salt تشکيل شده که توسط باند گلوکوزيدی بتا 1و4 به هم متصل گشته و بصورت غير تصادفی در کل ماکرومولکول پخش شده است. کربوکسی متيل سلولز مولکولی خطی، يونی، سنتتيک، بی بو و بی مزه بوده و بسته به درجه خلوص، رنگ آن از سفيد تا کرم رنگ قابل تغيير می باشد.

خصوصيات فيزيکی و شيميايي مشتقات سلولز متاثر از نوع و ماهيت ترکيب جانشين شده(استخلافی), درجه استخلاف, ميزان پخش شدگی اين ترکيب در کل مولکول, وزن مولکولی است.

 

درجه استخلاف يک مشتق سلولزی عبارتست از ميانگين تعداد گروه های هيدروکسيل واکنش داده به يک واحد گلوکز بی آب يا به عبارتی ديگر تعداد مکان های جانشين شده در يک واحد گلوکز بي آب توسط يک ترکيب جانشين شونده, درجه استخلاف يک پليمر اصلاح شده گفته می شود. همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود هر واحد گلوکز بی آب دارای سه گروه هيدروکسيل بوده بنابراين بيشترين درجه استخلاف 3 خواهد بود. خواص شيميايي و فيزيکی يک مشتق سلولزی بستگی فراوانی به درجه استخلاف آن ترکيب دارد.

 

مواد اوليه مصرفی برای توليد کربوکسی متيل سلولز :

 

هر مادهای که به نحوی دارای سلولز باشد می توان از آن به عنوان منبع توليد کربوکسی متيل سلولزمورد استفاده قرار گيرد. امروزه در بعد تجاری برای توليد آکربوکسی متيل سلولز از چوب و پنبه استفاده می شود. اما ازز آنجا که استفاده از چوب بدليل کمبود آن محدود شده است، محققين بسياری در جستجوی آن هستند تا سلولز را از منابع مختلفی استخراج کرده و با تبديل آن به کربوکسی متيل سلولز محصولی جديد با خواص بهتر توليد کنند. از جمله شناخته شده ترين منابع جديد سلولز می توان به تفاله چغندرقند و باگاس اشاره کرد.

 

 

ساختار مولکولی و خصوصيات کربوکسی متيل سلولز:

کربوکسی متيل سلولز از جمله مواد هيدروکلوئيد و مشتقات اتری سلولز می باشد که بدليل داشتن خواص متعدد ذکر شده دارای کاربرد وسيعی در فرمولاسيون، فرآوری و توليد مواد غذايی مختلف است. در صنايع غذايی از آن به عنوان پايدارکننده، غليظ کننده، سوسپانسيون کننده و نگهدارنده آب استفاده می شود و در انواع بيسکويت، کيک، بستني، نوشابه های ميوه ای، سس ها، سوپ های خشک و غذاهای رژيمی کاربرد دارد. کربوکسی متيل سلولز گذشته از صنايع غذايي کاربردهای فراوانی در ساير صنايع از جمله آرايشی، دارويی، مواد شوينده و پاک کننده، منسوجات، کاغذ سازی، آفت کش ها، سراميک، چسب ها، مواد چرب کننده و صنعت سيمان دارد.

در شکل 2 ساختار مولکولی کربوکسی متيل سلولز نشان داده شده است. کربوکسی متيل سلولز مولکولی خطی، آنيونی، سنتتيک، بی بو و بی مزه بوده و بسته به درجه خلوص، رنگ آن از سفيد تا کرم رنگ قابل تغيير می باشد.

 

کربوکسی متيل سلولز از واکنش سلولز قليايي با سديم کلرو استات تهيه شده و جهت مصارف صنعتی درجه استخلافی در حدود 4/0 تا 8/0 دارد اما برای استفاده در مواد غذايي کربوکسی متيل سلولز مناسبی است که درجه استخلاف آن 7/0 باشد.

 

برخی از کاربرد کربوکسی متيل سلولز

 

ميزان توليد کربوکسی متيل سلولز در جهان در حدود 105 × 3 تن بوده و بالغ بر 300 نوع مختلف از آن با درجه استخلاف و خلوص و خواص رئولوژيک مختلف توليد و استفاده مي گردد. يکی از مهمترين خواص کربوکسی متيل سلولز قوام دهندگی و تغيير ويسکوزيته می باشد و در ميان تمام پلي ساکاريدها کربوکسی متيل سلولز بيشتر از همه در دسترس بوده و بسيار ارزانتر می باشد و پايداری زيادی به تنش از خود نشان می دهد. ازجمله خواص مهم پليمرهای کربوکسی متيل سلولز، آسانی حمل و نقل، عدم تاثير بر pH سوسپانسيون ها و ظرفيت تشکيل توده های بزرگ می باشد .علاوه بر کاربرد های ذکر شده محققين از کربوکسی متيل سلولز به عنوان يک منبع مهم در صنايع مختلف استفاده کرده اند در يکی از جديدترين اين تحقيقات کربوکسی متيل سلولز در پوشش دهی ميوه هايی مانند هلو وگلابی استفاده شده است