Пищевые добавки заняли прочное место в современной промышленности. Одна из них – карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), ее использует фармацевтическая и косметическая индустрия, производства бытовой химии и строительных материалов, применима она при изготовлении продуктов питания. Распространена добавка КМЦ из-за своей низкой стоимости и безопасности для человека.

Карбоксиметилцеллюлоза

КМЦ ([С6Н7О2(ОН)3-x(ОСН2СООН)x]n, где х = 0,08-1,5) - это производное целлюлозы, где карбоксилметильная группа соединяется с гидроксильными группами глюкозных мономеров. Вещество является кислотой, поэтому имеет другое название – целлюлозогликолевая кислота. На практике чаще используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Синтезировал и запатентовал ее впервые в 1918 году немецкий химик Янсен.

Свойства

Carboxymethyl cellulose – международное название карбоксиметилцеллюлозы. Физико-химическое свойства КМЦ описаны в таблице:

Внешний вид	Светло-бежевый кристаллический порошок
Масса молекулы	240.208 г/моль
Химическая формула
Вязкость (1% водный раствор)
Потери после сушки
PH (1% водный раствор)
Соответствие
Натрий (Na)
Железо (Fe)
Свинец (Pb)
Мышьяк (As)

Другие физические свойства, позволяющие использовать КМЦ в промышленности:

• вещество хорошо растворяется в воде;
• с ним водные растворы хорошо загустевают;
• вязкость вещества не меняется долгое время;
• удерживает воду;
• способно образовывать прозрачную, прочную пленку;
• не растворимо в масле и жиру;
• безвредно для организма человека;
• без вкуса, запаха;
• высокополимерное вещество, устойчивое к солнечному свету;
• оказывает стабилизирующий и связывающий эффект.

Производство

Процесс изготовления проходит за несколько стадий и занимает длительное время. Сырье, используемое при производстве, дешевое. В промышленности натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы получают соединением щелочной целлюлозы и монохлоруксусной кислоты. Существует несколько схем процесса производства:

• классическая (периодическая);
• моноаппаратная.

Производство включает несколько важных стадий. На первой обрабатывают древесную или хлопковую целлюлозу раствором каустика в присутствии низших спиртов (они играют роль органических растворителей). Затем проводят обработку щелочной целлюлозы монохлоруксусной кислотой при очень высокой температуре – до 100 °С, если использовали растворитель, до 80 °С – без него. Полученный продукт:

1. сушат;
2. измельчают;
3. упаковывают.

Для получения карбоксиметилцеллюлозы используют хлопковую целлюлозу, которую доставляют из-за рубежа, и техническую целлюлозу, которую производят в России сульфатным способом. Хлопковая более предпочтительная для производства за счет:

• высокого содержания α-целлюлозы (98%);
• большой длины волокна (10 мм и более);
• высокой степени полимеризации.

К произведенной российской технической целлюлозе существуют высокие требования. В ней не должно быть примесей тяжелых металлов, хлора, нужно соответствие стандартам качества. Вместе с известными видами может использоваться другое растительное сырье для производства карбоксиметилцеллюлозы. Известны случаи использования древесной коры, сахарного тростника, шелухи риса. Выбор определяется ценовой доступностью сырья.

В настоящее время Российская федерация для производства КМЦ использует древесную целлюлозу, а Казахстан и Узбекистан – хлопковую. Основными поставщиками на российский рынок древесной целлюлозы производителям карбоксиметилцеллюлозы являются ОАО «Группа «Илим» Братск и Усть-Илимск, ОАО «Сясьский ЦБК», ЗАО «Полицелл» Санкт-Петербург. Поставки за 2016 год составили около 5,5 тыс. тонн.

Преимущество перед другими добавками заключается в более вязких свойствах получаемых растворов. Влияет отсутствие вкуса и запаха, после добавления вещества получается прозрачный раствор. Карбоксиметилцеллюлоза улучшает качество конечного продукта за счет влияния на процессы кристаллизации, удержания влаги и усвоения жиров. Средняя стоимость на рынке за 100 грамм готовой пищевой добавки составляет от 100 до 150 рублей.

Применение КМЦ

В медицине, косметологии и химической промышленности натрия карбоксиметилцеллюлоза применяется в качестве соли. Водным растворам на ее основе присуща вязкость и псевдопластичность (смеси становятся более жидкими при увеличении напряжений сдвига, а после могут возвращаться к исходной консистенции). Иногда водные растворы КМЦ тиксотропичны (смесь разжижается от механического воздействия, а в состоянии покоя приобретает первоначальную вязкость).

Натриевая соль в производстве бытовой химии, средств по уходу, строительных материалов используется как ресорбент, пластификатор и загуститель. КМЦ может входить в состав:

• зубных паст;
• химических бытовых средств;
• сухих строительных смесей;
• краски;
• клея.

Пищевая добавка Е466 при изготовлении продуктов питания используется в качестве коллоидного загустителя и регулятора консистенции. Если внимательно изучить этикетки товаров, ее можно обнаружить в таких продовольственных товарах, как:

• майонез;
• томатная паста;
• кондитерские крема;
• мороженое;
• молочные продукты;
• глазированные сырки;
• гелеобразные диетические добавки;
• мясные, рыбные консервы.

На фармацевтическом производстве вещество входит в состав средств для капсулирования и таблетирования. Важную роль играет КМЦ при изготовлении разных мазей, она придает нужную консистенцию и держит форму на протяжении длительного времени. Карбоксиметилцеллюлозу можно обнаружить в разных лекарствах. Это:

• слабительные препараты;
• лечебные мази;
• капсулы;
• таблетки.

Вещество используют как загуститель для производства глазных капель. Тем самым время освобождения активного вещества удлиняется, увеличивая его эффективность. Зрение при этом не страдает. Защитные оболочки на препаратах из КМЦ обладают высокой устойчивостью к соляной кислоте желудка, пленка растворяется только щелочной средой кишечника. Так разные ингредиенты препарата сохраняются в неизменном виде, а не разрушаются под действием кислой среды.

Нефтедобывающая промышленность используют вещество как стабилизатор минерализованных суспензий из глины при бурении скважин, для регулирования фильтрации и реологических свойств буровых растворов на водной основе. Применима добавка и в текстильном производстве:

• как эмульгатор при шлихтовании нитей основы;
• загуститель печатных паст;
• заменитель крахмала для аппретирования тканей.

Пищевая добавка Е466

Е-466 (КМЦ) - производная от целлюлозы группы декстрозных (глюкозных) мономеров, она получается при реакции 1-хлоруксусной кислоты с алкил-целлюлозой. Представляет собой бесцветный порошок, состоящий из кристаллов малого размера. Свойства:

• расщепляется водой;
• без запаха;
• не боится воздействия прямых солнечных лучей;
• не токсичен;
• не растворим маслами.

Пищевое производство использует натриевую соль, смесь которой вязкая и псевдопластичная. КМЦ – это стабилизатор на натуральной основе, который сохраняет и улучшает вязкость продуктов при длительном сроке хранения. При этом товар не теряет своих свойств и сохраняет вид. Добавку КМЦ часто добавляют при изготовлении:

1. майонеза, кетчупа;
2. творожных и кондитерских изделий;
3. желе.

Влияние на организм

Клинических исследований о воздействии на организм карбоксиметилцеллюлозы на данный момент нет. Чрезмерное употребление добавки Е466 с пищей ведет к расстройству работы кишечника разной степени тяжести. Разовый прием более 5 грамм оказывает слабительное действие. Попадая в желудок, она не переваривается и не разрушается, выводится в неизменном состоянии. Некоторые эксперты считают, что КМЦ влияет на развитие онкологических заболеваний, увеличивает уровень холестерина.

Вред

Полезные и вредные свойства вещества изучены плохо. Карбоксиметилцеллюлоза нашла применение в различных промышленных отраслях как эмульгатор, стабилизатор и загуститель. КМЦ – что это такое – ученые разбираются и сегодня. Это нерастворимый полисахарид, который является пищевым волокном, участвующий в стимуляции нормальной работы желудочно-кишечного тракта. Количество добавки настолько мало, что большой пользы от нее нет.

Основным преимуществом КМЦ является ее нейтральность, безвредность. Существует ошибочное мнение, что пищевая добавка относится к генно-модифицированной продукции. При производстве натриевой соли улучшили только молекулярную формулу, чтобы появились нужные для промышленности физические свойства вещества. К генной инженерии это не имеет никакого отношения.

Многих пугает, что пищевую добавку относят к группе Е. Средства массовой информации рассказывают об опасности таких веществ, вреде для здоровья человека. Информация не всегда достоверная. Даже кислород, которым мы дышим, внесен в список под кодом Е948. Все вещества для промышленного производства продуктов питания являются пищевыми добавками. КМЦ относится к балластным веществам, она не несет ни вреда ни пользы для человека.

Добавка Е466 в косметологии

Карбоксиметилцеллюлоза используется индустрией красоты. Ее применяют при изготовлении косметических средств вместо поверхностно-активных веществ, которые плохо сказываются на клетках тела человека. Добавка полностью безопасна для человека, не вызывает аллергических реакций на коже. Встретить Е466 можно в разных видах продукции, это:

• шампуни;
• лаки, пенки для укладки волос;
• муссы, кондиционеры;
• пена, гель для бритья;
• разные крема для лица,тела;
• дезодоранты.

Видео

КМЦ. Свойства КМЦ. Принцип действия.

Общая характеристика КМЦ

Карбоксиметилцеллюлоза – это высоко полимерный ионный электролит в нейтральном или слабом щелочном эфире целлюлозы. Чистый продукт представляет собой белые или кремовые волокнистые гранулы или порошок, которые гигроскопичны, не имеют запаха, не ядовиты, устойчивы, растворимы в воде и нерастворимы в кислоте, метиловом спирте, этаноле, бензоле, хлороформе и других органических растворителях. КМЦ не подвержена воздействию животных/растительных масел, а также воздействию яркого света.

Основным свойством карбоксиметилцеллюлозы является то, что она может образовывать очень вязкий коллоидный раствор, который не утрачивает вязкость в течение длительного времени.

Преимущества КМЦ перед другими стабилизаторами – это ее эффективность при незначительных концентрациях, способность значительно улучшить консистенцию, существенно снизить влияние термических перепадов.

Физико-химические свойства КМЦ.

Физико-химические показатели КМЦ представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Физико-химические свойства КМЦ

Внешний вид	Белые или кремовые волокнистые гранулы или порошок
Молекулярная масса
Вязкость (mPa . s 1% водный раствор)
Потери при сушке
РН (1% водный раствор)
Соответствие
Свинец
Железо
Мышьяк

Легко растворяется в воде, способствуют загустению всех водных растворов;

Вязкость не изменяется в течение длительного времени;

Удерживает воду;

Обладает устойчивыми стабилизирующими и связывающими свойствами;

Образует прозрачную и прочную пленку;

Не растворяется в органических растворителях, маслах и жирах;

Не имеет запаха и вкуса, физиологически безвредна;

КМЦ содержит соединение дегидрированной глюкозы с карбоксиметилом.

Порошкообразные эфиры целлюлозы являются основными модифицирующими добавками практически для всех видов сухих смесей.

Принцип действия КМЦ

При незначительной дозировке к массе смеси они обеспечивают значительное удержание воды в массе раствора. Водный раствор КМЦ не уходит бесконтрольно в основу и атмосферу, он служит скользящей смазкой между частицами компонентов. Благодаря этому смесь дольше сохраняет пластичную консистенцию и клеящую способность при оптимальном водогипсовом отношении (что очень важно именно для штукатурных составов). Также КМЦ обладает загущающими свойствами, тем самым, препятствуя седиментации частиц наполнителя, поэтому при отверждении смесь набирает большую прочность, как при сжатии, так и при изгибе.

Однако, одно из важнейших свойств КМЦ – водоудерживающая способность. С увеличением вязкости наблюдается эффект повышения водоудерживающей способности. Такой же эффект наблюдается при увеличении содержания КМЦ в композиции.

При введении незначительных количеств стандартных эфиров целлюлозы 0,1-0,5 масс. %, проблема быстрого обезвоживания раствора снижается (рис.5.1).

Зависимость водоудерживающей способности(1) и прочности сцепления с основанием(2) композиции от содержания метилцеллюлозы.

Рис. 5.1

Введение специальных марок эфиров целлюлозы (КМЦ) приводит к повышению фиксирующей способности составов и увеличению прочности их сцепления с бетоном. Как видно из рисунка 5.1, модифицированная таким способом сухая смесь обладает прочностью сцепления с гипсом до 0,5 МПа.

Такая степень модификации достаточна для кладочных клеевых составов, выравнивающих штукатурок для клеевых работ, клеев для укладки плитки при внутренних работах в сухих помещениях и др.

На рисунке 5.2 наглядно представлен механизм действия КМЦ на ССС.

Механизм действия КМЦ на ССС

Рис. 5.2

На рисунке 5.2 наблюдается образование скользящей смазки (плёнки) между частицами, благодаря которой смесь дольше сохраняет пластичную консистенцию и клеящую способность при оптимальном водогипсовом отношении, тем самым, увеличивая сроки схватывания.

Натрий-карбоксиметилцеллюлоза (Carboxymethyl cellulose, Sodium carboxy methyl cellulose, E466).

По своим отличительным свойствам пищевой стабилизатор Е466 Карбоксиметилцеллюлоза относится к группе схожих по строению, характеристикам и способу получения пищевых добавок. Химически активное соединение карбоксиметилцеллюлоза, входящее в состав стабилизатора Е466 является производным хорошо всем знакомого природного соединения целлюлозы.

Однако, добавка обладает и отличительными способностями. Самым важным свойством пищевого стабилизатора Е466 Карбоксиметилцеллюлоза можно считать агрегатное состояние химического соединения. Карбоксиметилцеллюлоза - это биологически активное соединение, которое получают на основе целлюлозы, представляет собой бесцветную жидкость, обладающую слабо выраженными характеристиками кислоты.

Открытие и изучение состава, а также свойств пищевого стабилизатора Е466 Карбоксиметилцеллюлоза связано с именем известного немецкого химика Янсена, который еще в начале прошлого столетия смог синтезировать пищевую добавку из целлюлозы. В настоящее время пищевой стабилизатор Е466 Карбоксиметилцеллюлоза разрешен к применению на территории Евросоюза, а также в РФ и странах постсоветского пространства.

Вред пищевого стабилизатора Е466 Карбоксиметилцеллюлоза

Однако, некоторые исследователи небезосновательно полагают, что вред пищевого стабилизатора Е466 Карбоксиметилцеллюлоза настолько высок для человеческого организма, что добавку стоит полностью запретить к применению, а также исключить опасное соединение из списка, разрешенных в пищевой промышленности химических соединений.

В силу своих органических характеристик наибольший вред пищевой стабилизатор Е466 Карбоксиметилцеллюлоза может нанести людям, страдающим некоторыми формами заболеваний желудочно-кишечного тракта. Кроме того, не следует злоупотреблять продуктами питания, содержащими в составе стабилизатор Е466, людям с нарушенным обменом веществ.

Соединение может оказывать отрицательное воздействие на пищеварительные процессы, происходящие в организме человека. В химической промышленности пищевой стабилизатор Е466 Карбоксиметилцеллюлоза получают путем взаимодействия аморфного соединения алкицеллюлозы и монохлоруксусной кислоты. Для того, чтобы получить исходное сырье для производства пищевого стабилизатора Е466 Карбоксиметилцеллюлоза на целлюлозу изначально оказывают воздейсвтие каустической содой, а затем из полученного вещества алкицеллюлозы вырабатывают пищевой стабилизатор Е466 Карбоксиметилцеллюлоза, который нашел активное применение в пищевой, а также химической промышленности.

Наиболее часто пищевой стабилизатор Е466 Карбоксиметилцеллюлоза применяют для изготовления следующих продуктов питания: майонез, салатные заправки и соусы на основе майонеза, кисло-молочные изделия, к примеру мороженое, изделия из творога, кондитерские кремы, начинки и наполнители для сладостей и кондитерских изделий, желе и пудинги. Кроме того пищевой стабилизатор Е466 Карбоксиметилцеллюлоза используют в качестве пищевой добавки в процессе нанесения на готовые продукты питания (мясные, колбасные и рыбные кулинарные изделия) защитных оболочек или пищевой упаковки.

Карбоксиметилцеллюлоза, натрийкарбоксиметилцеллюлоза (пищевая добавка E466) - бесцветное аморфное вещество, слабая кислота, по своей химической природе представляет собой высокополимерный ионный электролит. Карбоксиметилцеллюлоза получается в результате реакции монохлоруксусной кислоты с алкилцеллюлозой, которую, в свою очередь, получают из целлюлозы и каустической соды. Карбоксиметилцеллюлоза может быть генетически модифицирована. Она хорошо растворяется в воде, не имеет запаха и совсем не ядовита. Карбоксиметилцеллюлоза абсолютно не подвержена распаду при воздействии яркого света, не растворяется в растительных и животных маслах.

Доподлинно известно, что при несоблюдении технического процесса (например, при превышении дозы) карбоксиметилцеллюлоза (пищевая добавка Е466) приводит к расстройству желудка. О токсичности при использовании в косметической индустрии пока официальных научных данных нет. По непроверенным данным, карбоксиметилцеллюлоза повышает уровень холестерина, и может вызывать опухоли и способствовать развитию рака, что было доказано в результате некоторых исследований на животных.

Пищевая добавка E466 используется как стабилизатор консистенции, загуститель, средство для капсулирования. Основное свойство карбоксиметилцеллюлозы - это способность к формированию очень вязкого коллоидного раствора, который не утрачивает своих свойств в течение длительного времени.

Применяется в качестве загустителя при изготовлении мороженного, творожных масс, майонезов; как регулятор консистенции в десертах, желе, кремах и пастах; в оболочках для рыбы, мяса, кондитерских изделий.

Другие применения карбоксиметилцеллюлозы:

• в медицине, для производства слабительного;
• при производстве бытовой химии и косметики (шампуни, кремы для бритья, средства по уходу за волосами и пр.)