Carboximetilcelulosa

Carboximetilcelulosa (CMC) o goma de celulosa es un derivado de la celulosa con grupos carboximetilo (-CH₂ -COOH) unido a algunos de los grupos hidroxilo de los monómeros de glucopiranosa que forman la cadena principal de celulosa. A menudo se utiliza en su forma de sal sódica, carboximetilcelulosa sódica. Solía comercializarse con el nombre de Tylose, una marca registrada de SE Tylose.

Preparación

La carboximetilcelulosa se sintetiza mediante la reacción catalizada por álcalis de la celulosa con ácido cloroacético. Los grupos carboxilo polares (ácido orgánico) hacen que la celulosa sea soluble y químicamente reactiva. Las telas hechas de celulosa (por ejemplo, algodón o rayón viscosa) también se pueden convertir en CMC.

Después de la reacción inicial, la mezcla resultante produce aproximadamente un 60 % de CMC y un 40 % de sales (cloruro de sodio y glicolato de sodio). Este producto, denominado CMC técnico, se utiliza en detergentes. Se utiliza un proceso de purificación adicional para eliminar las sales y producir CMC pura, que se utiliza para aplicaciones alimentarias y farmacéuticas. Un producto intermedio "semipurificado" También se produce calidad, que normalmente se utiliza en aplicaciones en papel, como la restauración de documentos de archivo.

Estructura y propiedades

Estructura

CMC es un derivado de la celulosa regenerada [C₆H₁₀O₅]_n con hidroxi -ácido acético (ácido hidroxietanoico) CH₂(OH)COOH o monocloroacetato de sodio ClCH₂COONa. La columna vertebral de CMC consta de residuos de D-glucosa unidos por un enlace -1,4. Tiene grupos carboximetilo (-CH₂-COOH) unidos a algunos de los grupos hidroxilo de los monómeros de glucopiranosa que forman la cadena principal de celulosa. A menudo se utiliza como su sal sódica, la carboximetilcelulosa sódica.

Propiedades

La CMC es un polvo blanco o ligeramente amarillo sin olor, sabor ni propiedades tóxicas. Es higroscópico y se disuelve bien en agua fría o caliente, formando una solución viscosa. No es soluble en disolventes orgánicos como metanol, etanol, acetona, cloroformo, benzol, etc. Las propiedades funcionales de la CMC dependen del grado de sustitución de la estructura de la celulosa (es decir, cuántos de los grupos hidroxilo se han convertido en carboximetileno ( oxi) grupos en la reacción de sustitución), así como la longitud de la cadena de la estructura principal de celulosa y el grado de agrupación de los sustituyentes carboximetilo. Se utiliza comúnmente como modificador de viscosidad o espesante, y para estabilizar emulsiones en diversos productos, tanto alimentarios como no alimentarios. Se utiliza principalmente porque tiene una alta viscosidad, no es tóxico y generalmente se considera hipoalergénico.

Usos

Introducción

La carboximetilcelulosa (CMC) se utiliza en una gran variedad de aplicaciones que van desde la producción de alimentos hasta tratamientos médicos. Se utiliza habitualmente como modificador de la viscosidad o espesante y para estabilizar emulsiones tanto en productos alimentarios como no alimentarios. Se utiliza principalmente porque tiene alta viscosidad, no es tóxico y generalmente se considera hipoalergénico, ya que la principal fuente de fibra es pulpa de madera blanda o fibra de algodón. Los productos no alimentarios incluyen productos como pasta de dientes, laxantes, pastillas para adelgazar, pinturas a base de agua, detergentes, aprestos textiles, compresas térmicas reutilizables, diversos productos de papel, materiales de filtración, membranas sintéticas, aplicaciones para la curación de heridas y también en la elaboración de cuero para ayudar. pulir los bordes.

Ciencia de los alimentos

CMC está registrada como E466 o E469 (cuando se hidroliza enzimáticamente). CMC se utiliza como modificador de la viscosidad o espesante y para estabilizar emulsiones en diversos productos, incluidos helados, mayonesa y bebidas. La CMC también se utiliza ampliamente en productos alimenticios bajos en grasa y sin gluten.

Malvaviscos: CMC no sólo previene la deshidratación y el encogimiento del producto sino que también contribuye a una estructura más aireada. Cuando se combina con gelatina, puede aumentar significativamente la viscosidad de la gelatina. Se debe seleccionar una CMC de alto peso molecular (DS alrededor de 1,0).

Helado: CMC tiene una viscosidad menor a temperaturas más altas y su viscosidad aumenta al enfriarse, lo que favorece la mejora de la tasa de expansión del producto y facilita la operación. Es aconsejable utilizar CMC en una concentración inferior al 0,4% (viscosidad: 250~260 mPa·s o DS alrededor de 0,6).

Bebidas de jugos de frutas, sopas, salsas y bebidas solubles instantáneas: Debido a sus buenas propiedades reológicas (pseudoplasticidad), CMC ofrece un sabor refrescante y su excelente estabilidad de la suspensión garantiza un sabor y una textura uniformes en todo el producto. el producto. Para jugos de frutas ácidos, se requiere una CMC con buena uniformidad en el grado de sustitución. Si se mezcla además con una cierta proporción de otras gomas solubles en agua (como la goma xantana), el efecto puede ser aún mejor. Se debe seleccionar un CMC de alta viscosidad (DS0,6~0,8).

Fideos instantáneos: La adición de 0,1% de CMC ayuda a controlar el contenido de humedad, reducir la absorción de aceite y mejorar el brillo de los fideos.

Verduras deshidratadas, piel de tofu y palitos de tofu secos y otros alimentos deshidratados: Se rehidratan bien y fácilmente, y tienen buen aspecto. Es recomendable utilizar CMC de alta viscosidad (con un grado de sustitución en torno a 0,6).

Fideos, pan y alimentos congelados: La CMC puede prevenir la retrogradación y deshidratación del almidón y controlar la viscosidad de las pastas. El efecto mejora aún más cuando se usa en combinación con harina de konjac, goma xantana, ciertos emulsionantes y fosfatos. Se debe seleccionar una CMC de viscosidad media (DS0,5 a 0,8).

Jugo de naranja, naranja pulpada, jugo de coco y té de frutas: Debido a que proporciona una excelente suspensión y soporte, es aún mejor cuando se combina con goma xantana o agar. Se debe seleccionar una CMC de viscosidad media (DS alrededor de 0,6).

Salsa de soja: La adición de CMC tolerante a la sal para ajustar su viscosidad puede hacer que la salsa de soja tenga un sabor delicado y suave.

Hamburguesas vegetarianas: La CMC se utiliza para mejorar la textura, la estabilidad y la vida útil de las hamburguesas vegetarianas, haciéndolas más apetecibles y más fáciles de manipular durante la cocción y el consumo.

Fraude alimentario

• Camarones y gambas: Las inyecciones CMC se han utilizado para aumentar fraudulentamente el peso y el atractivo visual.

Usos del detergente

La carboximetilcelulosa (CMC) de calidad detergente es un ingrediente fundamental en los productos de limpieza modernos. El CMC se utiliza por sus propiedades espesantes y estabilizantes, mejorando la textura y la eficacia de los detergentes. Desempeña un papel importante en la mejora de la suspensión de la suciedad y la prevención de la redeposición, lo que lo hace esencial para los detergentes para ropa y lavavajillas de alto rendimiento. Con un rango de viscosidad personalizado, CMC garantiza que los detergentes mantengan una consistencia óptima, crucial tanto para fórmulas líquidas como en polvo. Su compatibilidad con diversos ingredientes detergentes, incluidos tensioactivos y mejoradores, permite aplicaciones versátiles.

Detergentes para ropa: 5% de CMC incorporado para mejorar la suspensión de la suciedad y el cuidado de los tejidos. Mezclar con surfactantes, constructores y fragancias. Esta formulación garantiza una limpieza eficiente y protección de las telas, lo que hace que los detergentes para ropa sean más efectivos.

Líquidos para lavavajillas: 3% de CMC utilizado para mejorar la eliminación de grasa y la estabilidad de la espuma. Combinar con agentes de limpieza y aromas. Esta mezcla da como resultado un potente líquido lavavajillas que elimina la grasa y deja los platos impecables.

Detergentes en polvo: 4 % de CMC añadido para evitar el apelmazamiento y garantizar una textura suave. Mezclar con agentes de limpieza, abrillantadores y fragancias. Esta formulación mantiene los detergentes en polvo fluidos y eficaces.

Lavado a mano: 2 % de CMC mezclado para una sensación lujosa e hidratante. Incluye agentes limpiadores y aceites esenciales. Esta composición crea lavados de manos que limpian eficazmente y al mismo tiempo son suaves con la piel.

Limpiadores de superficies: 1,5 % de CMC incorporado para mejorar el poder de limpieza y dejar un acabado sin rayas. Mezclar con desinfectantes y fragancias. Esta fórmula es ideal para limpiadores multisuperficies que limpian y refrescan eficazmente las superficies.

Soluciones para lavado de autos: 2% de CMC se usa para eliminar la suciedad y la mugre difíciles. Combínelo con agentes de limpieza y cera para darle brillo. Esta formulación da como resultado una solución de lavado de autos que limpia eficazmente sin dañar el acabado del vehículo.

Suavizantes de telas: 3% de CMC agregado a los suavizantes de telas para mejorar la textura y el acondicionamiento de la tela. Mezclar con agentes suavizantes y aromas. Esta fórmula hace que las telas se sientan suaves y huelan frescas.

Limpiadores de tazas de inodoro: 2 % de CMC incorporado para mejorar la adherencia a las superficies de la taza. Mezclar con desinfectantes y agentes de limpieza. Esta fórmula garantiza una limpieza profunda y un frescor duradero en los limpiadores de inodoros.

Usos textiles

La carboximetilcelulosa (CMC) de grado textil es un componente esencial en la industria textil, ampliamente utilizado por sus diversas aplicaciones. Principalmente, se emplea como agente espesante en la impresión textil y constituye alrededor del 2-3 % de las pastas de impresión, para lograr diseños nítidos y claros. En los procesos de teñido, la CMC, en una concentración del 1 al 2 %, ayuda a la dispersión y fijación uniforme del tinte, lo que garantiza colores vibrantes y uniformes. También se utiliza en el acabado de telas, aproximadamente entre un 0,5% y un 1%, para mejorar la sensación y la textura de la tela. Además, el CMC sirve como agente aglutinante en telas no tejidas, contribuyendo a la resistencia y estabilidad del material. En aplicaciones de encolado, se utiliza aproximadamente entre el 1 y el 3 % de CMC para proteger los hilos durante el tejido, lo que reduce las roturas. El papel del producto en el suavizado y acondicionamiento de telas es fundamental, ya que mejora la calidad general y la portabilidad de los textiles.

Impresión textil: Mezcle 3 % de CMC para crear pastas de impresión espesas, lo que garantiza impresiones precisas y vibrantes en las telas. Mezclar con tintes y agua para lograr la consistencia deseada. Esta aplicación da como resultado diseños textiles nítidos y claros que son visualmente atractivos.

Teñido de telas: Utilice 2 % de CMC para una distribución uniforme del tinte y una mejor fijación del color al teñir telas. Combine con tintes para telas y agua, asegurando una aplicación uniforme. Esto da como resultado tejidos de colores consistentes con tonos duraderos.

Acabado de telas: Incorpore 1% de CMC en las soluciones de acabado para mejorar la sensación y apariencia de la tela. Mezclar con agentes de acabado y aplicar sobre textiles. Esta aplicación da a las telas una textura suave y lujosa y mejora la resistencia al desgaste.

Apresto del hilo: Aplique 3 % de CMC en las mezclas de apresto para proteger el hilo durante el tejido. Mezcla con almidones y mezclas de aprestos, mejorando la resistencia del hilo y reduciendo las roturas en el telar. Esto garantiza un tejido más suave y textiles de mayor calidad.

Producción de telas no tejidas: Utilice 2 % de CMC como aglutinante en telas no tejidas para aumentar la resistencia y la estabilidad. Combínelo con materiales fibrosos, creando textiles no tejidos cohesivos y duraderos que se utilizan en diversas aplicaciones.

Suavizado de telas: Agregue 1,5 % de CMC a las soluciones suavizantes para obtener una sensación más suave en las manos. Mezclar con suavizantes y aplicar sobre textiles, dando como resultado tejidos cómodos y agradables al tacto, ideales para ropa y textil del hogar.

Textile Coatings: Incorporar 2,5% CMC en formulaciones de revestimiento para mejorar la uniformidad del revestimiento de tela. Blend con materiales de recubrimiento, mejorando las propiedades protectoras de tejidos recubiertos utilizados en aplicaciones especiales.

Reemplazo del espesante de impresión: Utilice CMC como una alternativa ecológica a los espesantes sintéticos en las pastas de impresión. Mezcle 3% de CMC para lograr la viscosidad deseada, proporcionando una solución sostenible y eficaz para la impresión textil.

Usos cosméticos

La carboximetilcelulosa (CMC) de grado cosmético es un ingrediente versátil utilizado en más del 50 % de los productos cosméticos por sus propiedades excepcionales. Como agente espesante, es crucial en formulaciones donde la viscosidad debe controlarse con precisión, y se encuentra comúnmente en el 30-40 % de los productos para el cuidado de la piel. En el cuidado del cabello, alrededor del 25% de los champús y acondicionadores utilizan CMC por sus efectos acondicionadores y desenredantes. También es un elemento básico del maquillaje y contribuye a la textura y estabilidad de alrededor del 20 % de las bases y máscaras. En la pasta de dientes, que representa aproximadamente el 15% del mercado, la CMC mejora la textura y la consistencia. Sus propiedades de retención de humedad son vitales en el 35% de las cremas hidratantes y lociones, asegurando la hidratación de la piel. Además, la CMC actúa como agente formador de película en aproximadamente el 10% de los protectores solares, mejorando su aplicación y desgaste. Estas diversas aplicaciones subrayan el papel fundamental de CMC en la mejora de la calidad y el rendimiento de los productos cosméticos. Loción limpiadora: formulada con 1,5 % de CMC (FH9), 5 % de hidrato de betaciclodextrina, 15 % de parafina líquida y 5 % de glicerina. Agregue conservantes y fragancias adecuadas. Mezclar con agua destilada hasta completar el 100%. Esta emulsión sirve como un producto cosmético excelente y estable.

Crema de almendras: Utilice 1,3 % de CMC (FH9), 9,9 % de aceite de almendras, 0,2 % de aceite de almendras amargas, 0,8 % de aceite de geranio y 90 % de etanol. Incluya cantidades adecuadas de conservantes y fragancias. Mezclar bien y luego diluir con agua 100% destilada. Esta crema de almendras ofrece una excelente protección de la piel y beneficios antiarrugas.

Lápiz labial: CMC ayuda en la suspensión y dispersión de pigmentos, uniendo otros ingredientes para una distribución uniforme. Para obtener más información, comuníquese con los proveedores de carboximetilcelulosa. Dosis: 0,5%-1,0%, utilizando grado FH9.

Mascarilla facial de Jalea Real: La Jalea Real, un precioso nutritivo natural, estimula la actividad de las glándulas y la resistencia a las enfermedades, ofreciendo una protección especial a la piel. Agregar CMC a la mascarilla facial garantiza una distribución uniforme de los ingredientes y mejora la hidratación de la piel. También tiene excelentes propiedades formadoras de película. Fórmula: 2% CMC (FH9), 1% Alginato de sodio, 5% Polietilenglicol, 1% Carbómero 940, 1,5% Lauril éter de polioxietileno, 10% Etanol, 0,5% Trietanolamina, 5% Glicerina, 0,5% Jalea real y 73,5% Agua Refinada, con una cantidad adecuada de conservante.

Champú: CMC combinada con etanolamina de ácidos grasos o 2,2'-iminodietanol forma una fina película alrededor del cabello, proporcionando un efecto liso. Fórmula típica: 2,5 % CMC (FH9), 10 % propilenglicol (plastificante), 44,6 % agua, trietanolamina, 20 % lauril sulfato de sodio (agente de limpieza), sorbitol, 3 % polioxetileno (agente de ajuste), 2 % estearato de sodio (abrillantador) ), 0,8% de Colorante, Fragancias y una cantidad adecuada de conservante.

Suero antienvejecimiento: Una fórmula que comprende 0,7 % de CMC (FH9) para una textura suave similar a un gel. Incluye 10% de ácido hialurónico para una hidratación profunda, 2% de vitamina C para iluminar la piel y 5% de colágeno para darle elasticidad. La base es una mezcla de 70% de agua y 10% de glicerina, enriquecida con antioxidantes y conservantes naturales.

Loción de protección solar: Formulada con 2% de CMC (FH9) para brindar consistencia y estabilidad. Contiene un 10% de óxido de zinc y un 5% de dióxido de titanio para una protección UV de amplio espectro. Los ingredientes adicionales incluyen un 5 % de aloe vera para calmar y un 3 % de vitamina E para reparar la piel. La base es 70% agua, con emolientes y conservantes añadidos.

Crema de manos: Esta crema utiliza 1,5% de CMC (FH9) para una textura rica. Los ingredientes clave incluyen 5 % de manteca de karité para hidratar, 2 % de glicerina para hidratar y 0,5 % de alantoína para reparar la piel. La fórmula está mejorada con un 80 % de agua, aceites esenciales para darle fragancia y conservantes para mantener la vida útil.

Gel para peinar el cabello: Una formulación con 1,2% de CMC (FH9) para una fijación fuerte y flexibilidad. Incluye un 5% de glicerina vegetal para hidratar, un 2% de provitamina B5 para fortalecer el cabello y un 0,5% de aceite de argán para darle brillo. La base se compone de un 85% de agua, junto con fragancias naturales y conservantes para un efecto duradero.

La CMC se utiliza para lograr tartrato o estabilidad en frío en el vino, una innovación que puede ahorrar megavatios de electricidad utilizados para enfriar el vino en climas cálidos. Es más estable que el ácido metatartárico y muy eficaz para inhibir la precipitación de tartrato. Se informa que los cristales de KHT, en presencia de CMC, crecen más lentamente y cambian su morfología. Su forma se vuelve más plana porque pierden 2 de las 7 caras, cambiando sus dimensiones. Las moléculas de CMC, cargadas negativamente al pH del vino, interactúan con la superficie electropositiva de los cristales, donde se acumulan los iones de potasio. El crecimiento más lento de los cristales y la modificación de su forma son causados por la competencia entre las moléculas de CMC y los iones de bitartrato por unirse a los cristales de KHT.

Usos culinarios específicos

El polvo de CMC se utiliza ampliamente en la industria del helado, para elaborar helados sin batir o a temperaturas extremadamente bajas, eliminando así la necesidad de batidoras convencionales o mezclas de hielo con sal. CMC se utiliza para hornear panes y pasteles. El uso de CMC aporta al pan una calidad mejorada a un coste reducido, al reducir la necesidad de grasa. La CMC también se utiliza como emulsionante en galletas. Al dispersar la grasa uniformemente en la masa, se mejora el desprendimiento de la masa de los moldes y cortadores, consiguiendo galletas bien formadas y sin bordes deformados. También puede ayudar a reducir la cantidad de yema de huevo o grasa utilizada para hacer las galletas. El uso de CMC en la preparación de dulces garantiza una dispersión suave en los aceites aromáticos y mejora la textura y la calidad. La CMC se utiliza en chicles, margarinas y mantequilla de maní como emulsionante.

Aplicaciones médicas

CMC también se utiliza en numerosas aplicaciones médicas.

Algunos ejemplos incluyen:

1. Dispositivo para epistaxis (sangrado nasal). Un globo de cloruro de polivinilo (PVC) está cubierto por tejido de punto CMC reforzado por nylon. El dispositivo está empapado en agua para formar un gel, que se inserta en la nariz del globo y se infla. La combinación del globo inflado y el efecto terapéutico del CMC detiene el sangrado.
2. Tejido utilizado como aderezo después de la nariz del oído y procedimientos quirúrgicos de garganta.
3. Se añade agua para formar un gel, y este gel se inserta en la cavidad sinusal después de la cirugía.

En oftalmología, la CMC se utiliza como agente lubricante en soluciones de lágrimas artificiales para el tratamiento de los ojos secos.

En medicina veterinaria, la CMC se utiliza en cirugías abdominales en animales grandes, particularmente caballos, para prevenir la formación de adherencias intestinales.

Aplicaciones de investigación

La CMC insoluble (insoluble en agua) se puede utilizar en la purificación de proteínas, particularmente en forma de membranas de filtración cargadas o como gránulos en resinas de intercambio catiónico para cromatografía de intercambio iónico. Su baja solubilidad es el resultado de un valor DS (el número de grupos carboximetilo por unidad de anhidroglucosa en la cadena de celulosa) más bajo en comparación con la CMC soluble. La CMC insoluble ofrece propiedades físicas similares a las de la celulosa insoluble, mientras que los grupos carboxilato cargados negativamente le permiten unirse a proteínas cargadas positivamente. La CMC insoluble también se puede reticular químicamente para mejorar la resistencia mecánica del material.

Además, la CMC se ha utilizado ampliamente para caracterizar la actividad enzimática de las endoglucanasas (parte del complejo de celulasa); Es un sustrato altamente específico para las celulasas de acción endo, ya que su estructura ha sido diseñada para decristalizar la celulosa y crear sitios amorfos que son ideales para la acción de la endoglucanasa. La CMC es deseable porque el producto de la catálisis (glucosa) se mide fácilmente usando un ensayo de azúcar reductor, como el ácido 3,5-dinitrosalicílico. El uso de CMC en ensayos enzimáticos es especialmente importante en la detección de enzimas celulasas que son necesarias para una conversión más eficiente del etanol celulósico. La CMC se utilizó incorrectamente en los primeros trabajos con enzimas celulasas, ya que muchos habían asociado la actividad de la celulasa completa con la hidrólisis de la CMC. A medida que se comprendió mejor el mecanismo de despolimerización de la celulosa, quedó claro que las exocelulasas son dominantes en la degradación de la celulosa cristalina (p. ej., Avicel) y no soluble (p. ej., CMC).

Otros usos

En los detergentes para ropa, se utiliza como un polímero de suspensión de suciedad diseñado para depositarse sobre algodón y otros tejidos celulósicos, creando una barrera cargada negativamente contra la suciedad en la solución de lavado. La CMC también se utiliza como agente espesante, por ejemplo, en la industria de la perforación petrolera como ingrediente del lodo de perforación, donde actúa como modificador de la viscosidad y agente de retención de agua.

La CMC se utiliza a veces como aglutinante de electrodos en aplicaciones de baterías avanzadas (es decir, baterías de iones de litio), especialmente con ánodos de grafito. La solubilidad en agua de la CMC permite un procesamiento menos tóxico y costoso que con aglutinantes no solubles en agua, como el tradicional fluoruro de polivinilideno (PVDF), que requiere n-metilpirrolidona (NMP) tóxica para su procesamiento. El CMC se utiliza a menudo junto con el caucho de estireno-butadieno (SBR) para electrodos que requieren flexibilidad adicional, p. para uso con ánodos que contienen silicio.

La CMC también se utiliza en bolsas de hielo para formar una mezcla eutéctica que da como resultado un punto de congelación más bajo y, por lo tanto, una mayor capacidad de enfriamiento que el hielo.

También se han utilizado soluciones acuosas de CMC para dispersar nanotubos de carbono, donde se cree que las largas moléculas de CMC se envuelven alrededor de los nanotubos, permitiendo que se dispersen en agua.

En conservación-restauración se utiliza como adhesivo o fijador (nombre comercial Walocel, Klucel).

Reacciones adversas

Los efectos sobre la inflamación, el síndrome metabólico relacionado con la microbiota y la colitis son objeto de investigación. La carboximetilcelulosa se sugiere como una posible causa de inflamación del intestino, a través de la alteración de la microbiota gastrointestinal humana, y se ha sugerido como un factor desencadenante de enfermedades inflamatorias del intestino como la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn.

Aunque se cree que es poco común, existen informes de casos de reacciones graves a la carboximetilcelulosa. Se cree que las pruebas cutáneas son una herramienta de diagnóstico útil para este propósito. La carboximetilcelulosa era el ingrediente activo de una marca de gotas para los ojos Ezricare Artificial Tears que fue retirada del mercado debido a una posible contaminación bacteriana.