羧甲基纤维素钠简称羧甲基纤维素(CMC)是天然纤维素通过化学改性而制得的一种高聚合纤维醚,其结构主要是D-葡萄糖单元通过β(1→4)糖苷键相连接组成。
CMC为白色或乳白色纤维状粉末或颗粒,密度0.5-0.7克/立方厘米,几乎无臭、无味,具吸湿性。易于分散在水中成透明胶状溶液,在乙醇等有机溶媒中不溶。1%水溶液pH为6.5~8.5,当pH>10或<5时,胶浆粘度显著降低,在pH=7时性能最佳。对热稳定,在20℃以下粘度迅速上升,45℃时变化较慢,80℃以上长时间加热可使其胶体变性而粘度和性能明显下降。易溶于水,溶液透明;在碱性溶液中很稳定,遇酸则易水解,PH值为2-3时会出现沉淀,遇多价金属盐也会反应出现沉。
结构式:C6H7(OH)2OCH2COONa 分子式:C8H11O5Na
其主要反应为:天然纤维素首先与NaOH发生碱化反应,随着氯乙酸的加入,其葡萄糖单元上羟基上的氢与氯乙酸中的羧甲基基团发生取代反应。从结构式中可以看出每个葡萄糖单元上共有3个羟基,即C2、C3、C6羟基,葡萄糖单元羟基上的氢被羧甲基取代的多少用取代度来表示,若每个单元上的3个羟基上的氢均被羧甲基取代,定义为取代度是3,CMC取代度的大小直接影响到CMC的溶解性、乳化性、增稠性、稳定性、耐酸性和耐盐性等性能。
一般认为取代度在0.6~0.7左右时乳化性能较好,而随着取代度的提高,其他性能相应得到改善,当取代度大于0.8时,其耐酸、耐盐性能明显增强。
另外,上面也提到每个单元上共有3个羟基,即C2、C3的仲羟基和C6伯羟基,理论上伯羟基的活性大于仲羟基,但根据C的同位效应,C2上的-OH基更显酸性,特别是在强碱的环境下其活力比C3、C6更强,所以更易发生取代反应,C6次之,C3最弱。
其实CMC的性能不仅同取代度的大小有关,也同羧甲基基团在整个纤维素分子中分布的均匀性和每个分子中羟甲基在每个单元中与C2、C3、C6取代的均匀性有关。由于CMC是高聚合线性化合物,且其羧甲基在分子中存在取代的不均匀性,故当溶液静置时分子存在不同的取向,当溶液中有剪切力存在时,其线性分子的长轴有转向流动方向的趋势,且随着剪切速率的增大这种趋势越强,直到最终完全定向排列为止,CMC的这种特性称为假塑性。CMC的假塑性有利于均质和管道化输送,在液态奶中不至于口感过腻,利于奶液香气的释放。。
使用CMC产品,主要是我们要对稳定性、粘度、耐酸、粘度等主要指标参数要有足够的了解后。知道我们怎么去选择合适的产品。
低粘CMC产品,口感清爽,粘度低,几乎没有稠厚感,主要使用在特殊的酱和饮料类,保健口服液也是很好的选择。
中粘CMC产品,主要使用在固体饮料、普通的蛋白饮料和果汁中,具体怎么选择,依据工程师个人的习惯。乳制品饮料稳定中,CMC贡献不小啊。
高粘CMC产品,应用空间比较大,比较淀粉、瓜胶、黄原胶等产品,CMC的稳定性还是比较明显,尤其在肉制品中,CMC的保水优势更为明显!冰淇淋等稳定剂中,CMC也是不错的选择。
衡量CMC质量的主要指标是取代度(DS)和纯度。一般DS不同则CMC的性质也不同;取代度增大,溶解性就增强,溶液的透明度及稳定性也越好。据报道,CMC取代度在0.7~1.2时透明度较好,其水溶液粘度在pH值为6~9时最大。
为保证其质量,除了选择醚化剂外,还必须考虑影响取代度和纯度的一些因素,例如碱与醚化剂之间的用量关系、醚化时间、体系含水量、温度、DH值、溶液浓度及盐类等。
CMC成品质量的好坏,主要看产品的溶液,如果产品的溶液清,凝胶颗粒少,游离纤维少,杂质黑点少,基本确定cmc的质量不错,如果将溶液放置几天,溶液没有出现泛白或浑浊,还是十分清澈,那是较好的产品喽!
02、CMC产品的溶解和分散
将CMC直接与水混合,配制成糊状胶液后,备用。在配置CMC糊胶时,先在带有搅拌装置的配料缸内加入一定量的干净的水,在开启搅拌装置的情况下,将CMC缓慢均匀地撒到配料缸内,不停搅拌,使CMC和水完全融合、CMC能够充分溶化。
在溶化CMC时,之所以要均匀撒放、并不断搅拌,目的是“为了防止CMC与水相遇时,发生结团、结块、降低CMC溶解量的问题”,并提高CMC的溶解速度。搅拌的时间和CMC完全溶化的时间并不一致,是两个概念,一般来说,搅拌的时间要比CMC完全溶化所需的时间短得多,二者所需的时间视具体情况而定。
确定搅拌时间的依据是:当CMC在水中均匀分散、没有明显的大的团块状物体存在时,便可以停止搅拌,让CMC和水在静置的状态下相互渗透、相互融合。搅拌的转速一般在600-1300转之间,搅拌时间一般控制在1小时左右。
确定CMC完全溶化所需时间的依据有这样几方面:
(1)CMC和水完全粘合、二者之间不存在固-液分离现象;
(2)混合糊胶呈均匀一致的状态,表面平整光滑;
(3)混合糊胶色泽接近无色透明,糊胶中没有颗粒状物体。从CMC被投入到配料缸中与水混合开始,到CMC完全溶