1. Trang chủ >
  2. Khoa Học Tự Nhiên >
  3. Sinh học >

Carboxymethylcellulose CMC a Cấu trúc và thu nhận

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.53 MB, 55 trang )


1.2 Carboxymethylcellulose CMC a Cấu trúc và thu nhận


SVTH: Đặng Thị Ngọc Tươi – Trường ĐHBK TPHCM Trang 26
Hình 20 Cấu trúc phân tử của cellulose
Sản xuất CMC bằng cách xử lý gỗ sợi hóa học hoặc bột gỗ với dung dịch Natri hydrôxit và monochloroacetic acid hay natri monochloroacetat theo cơ chế phản
ứng ete hóa của Williamson:
Cell – OH + NaOH + ClCH
2
COONa Cell – OCH
2
COONa + NaCl + H
2
O Phản ứng phụ sinh ra natri glycolate:
ClCH
2
COONa + NaOH HOCH
2
COONa + NaCl Có thể sử dụng este của monochloroacetic như là isopropyl este Taguchi và
Ohmiya, 1985. Những mảnh cellulose có thể được ngâm trong dịch kiềm và thêm natri monochloroacetic vào trước khi phản ứng ở 50- 70
o
C. Như một sự lựa chọn, một phản ứng bùn than với cellulose đã được cắt hoặc xé vụn có thể được kiểm sốt trong
một chất trơ, chất làm lỗng có thể trộn lẫn với nước như là t – butyl alcohol, isopropanol hay acetone. Kết thúc phản ứng kiềm dư được trung hòa và sản phẩm thơ
được rửa với hỗn hợp alcohol hoặc acetone và nước. Hỗn hợp này sẽ hòa tan natri clorua và natri glycolate nhưng khơng phải CMC Klug và Tinsley, 1950. Có những
kỹ thuật tinh chế sản phẩm đạt độ tinh khiết 94 – 99. Cellulose gum được sử dụng nhiều trong thực phẩm đạt độ tinh khiết tối thiểu là 99.5.
CMC thượng mại có DS từ 0.4 – 1.4, nhưng DS có thể cao hơn đối với những sản phẩm đặc biệt. CMC có DS dưới 0.4 thì khơng tan được trong nước. CMC điển
hình dùng trong thực phẩm có DS từ 0.65 – 0.95. FDA định nghĩa cellulose gum là muối natri của CMC, khơng ít hơn 99.5 trên khối lượng chất khô căn bản, với một
DS tối đa là 0.95 và tối thiểu là 2, độ nhớt là 25 mPas ở 25
o
C. HÌnh 4.9
b Tính chất  Độ nhớt
Độ nhớt của dung dịch CMC 2 là khoảng 10 mPas còn dung dịch 1 là 6000
mPas hoặc hơn nữa Aqualon Co.,1988. Độ nhớt được kiểm soát bằng cách chọn lựa
SVTH: Đặng Thị Ngọc Tươi – Trường ĐHBK TPHCM Trang 27
Hình 21 Cấu trúc đơn vị lý tưởng của carboxymethylcellulose DS 1.0
cẩn thận cellulose cung cấp hoặc bằng cách dùng hydrogen peroxide oxy hóa làm rã sản phẩm thơ để thu được những loại có độ nhớt thấp.
Dung dịch 1 độ nhớt cao trên 100 mPas có DP trên 3200 và trọng lượng phân tử trên 700 000. Dung dịch 2 có độ nhớt thấp hơn 50 mPas có DP khoảng 400
và trọng lượng phân tử dưới 100 000.
 Hoạt tính bề mặt Trái với MC, MHPC và HPC, CMC có hoạt tính bề mặt cao. Sức căng bề mặt của
dung dịch CMC 1 DS 0.7 là 710 μNcm ở 25
o
C so với nước tinh khiết là 740 μNcm. Lý do quan trọng nhất khiến CMC được sử dụng nhiều trong thực phẩm là sự
ổn định của nó khi liên kết với nước. Bằng cách đó chống lại sự tách do co sự tách tự phát chất lỏng khỏi gel hoặc thể keo lơ lửng do sự co của gel.
SVTH: Đặng Thị Ngọc Tươi – Trường ĐHBK TPHCM Trang 28
Ví dụ, một lượng nhỏ CMC thường được sử dụng trong gel alginate hoặc tạo cấu trúc cho patê dựa trên tinh bột có tác dụng giảm đến mức tối thiểu sự tiết nước khỏi gel
hoặc sự tách do co.
Hơn nữa, CMC là vật liệu hút ẩm và sẽ hút ẩm từ khơng khí. Lượng ẩm được hấp thụ phụ thuộc vào hàm lượng ẩm ban đầu của CMC, độ ẩm tương đối, nhiệt độ
và DS. Những loại CMC DS cao thì liên kết với ẩm hiệu quả hơn. Bởi vì khả năng liên kết với nước rất cao nên CMC có thể được sử dụng như phần chính trong những
thực phẩm dinh dưỡng Sanderson, 1981.
 Khả năng tương hợp CMC thì tương hợp với nhiều thành phần thực phẩm khác bao gồm protein,
đường, tinh bột và hầu hết những polymer phi ion hòa tan trong nước khác trên một phạm vi nồng độ rộng. Trong vài trường hợp, việc pha trộn CMC với những polymer
khác gây ra tác dụng hiệp đồng đến độ nhớt. Ví dụ, khi CMC được trộn với HPC, độ nhớt của dung dịch hỗn hợp cao hơn tổng độ
nhớt của mỗi dung dịch thành phần. Aqualon Co., 1988. Tương tự như vậy, hỗn hợp CMC và guar gum biểu thị tác dụng hiệp đồng đến độ nhớt trong nước đã được ngăn
ion hóa nhưng kết quả sẽ khơng như vậy trong dung dịch NaCl 1 – 3 Kloow, 1985.
CMC phản ứng với protein và sẽ tương tác với casein hoặc protein đậu nành. Trong vùng pH đẳng điện của casein khoảng 4.5, CMC tồn tại ở dạng phức hợp tan
trong nước, casein sẽ kết tủa ở điểm đẳng điện của nó. Sự tương tác này là căn bản cho việc pha chế những thức uống từ sữa ổn định với acid Keller, 1984.
c Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của CMC  Sự thay thế
Mức độ của sự thay thế và tính đồng đều của sự thay thế có ảnh hưởng sâu sắc
đến tính chất dung dịch. Khi tăng DS polymer này trở nên tan nhiều. Điều này được chứng minh bởi tốc độ hydrat hóa nhanh hơn. Đặc trưng lưu lượng thay đổi từ dòng
có kết cấu hoặc sol-gel thuận nghịch thành một dòng đặc chảy êm.
Tương tự, CMC được thay thế đồng đều dẫn đến một dung dịch chảy êm hơn CMC được thay thế ngẫu nhiên. Khi mạch này được thay thế đồng đều thì những
phân tử có khuynh hướng sắp cho thẳng hàng dưới sự dịch chuyển và chảy một cách êm ả.
Với những CMC thay thế ngẫu nhiên, những đơn vị glucose khan không được thay thế bởi liên kết hydro trội hơn một cách vừa vặn và có xu hướng kết hợp tạo
mạng lưới không gian ba chiều mà hiện ra bởi dòng sol-gel thuận nghịch hoặc có cấu trúc. Hiện tượng sol-gel thuận nghịch xảy ra khi không được thay thế hoặc là những
vùng kết tinh trong mạch polymer không được kết hợp bởi sự dịch chuyển, tái kết hợp thành mạng không gian ba chiều.
SVTH: Đặng Thị Ngọc Tươi – Trường ĐHBK TPHCM Trang 29
Những loại CMC độ nhớt cao và DS thấp 0.4 – 0.7 nhìn chung đều xảy ra hiện tượng sol-gel thuận nghịch vì những loại này ít được thay thế đồng đều dọc theo
mạch polymer. Những loại CMC chảy êm được sử dụng nhiều trong thực phẩm như là syrup, những chất phủ bề mặt. CMC sol-gel được sử dụng nhiều trong những thực
phẩm có nhiều hạt như là nước xốt hoặc puree.
 Sự phân bố kích thước phân tử Sự phân bố kích thước phân tử cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất CMC. CMC
xay nghiền tốt sẽ hydrat hóa nhanh chóng và sự tăng độ nhớt là quan trọng, như trong thức uống trộn khô. Khi sự phân tán nghèo nàn hoặc trộn cùng lúc như là kem thì
CMC được xay nghiền khơng mịn.
 pH pH của dung dịch CMC 1 từ 7.0 – 8.5. pH từ 5 – 9 thì ảnh hưởng khơng đáng kể
đến độ nhớt của CMC. pH nhỏ hơn 3, độ nhớt có thể tăng, và thậm chí có thể làm kết tủa các acid tự do trong CMC. Vì vậy cellulose gum không nên sử dụng trong những
thực phẩm có tính acid cao. Ở pH trên 10 độ nhớt có thể giảm nhẹ Ingram và Jerrard, 1962: Batdorf và Rossman, 1973
 Nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt của CMC giảm.
Ví dụ, một loại CMC có độ nhớt 1000 mPas ở 20
o
C có thể giảm độ nhớt còn khoảng 100 mPas ở 70
o
C. Bình thường ảnh hưởng này là thuận nghịch, nhưng khi đốt nóng kéo dài ở
nhiệt độ cao sẽ gây ra suy thối CMC khơng thuận nghịch, tức là độ nhớt sẽ không hồi phục lại như ban đầu khi làm nguội.
SVTH: Đặng Thị Ngọc Tươi – Trường ĐHBK TPHCM Trang 30
 Muối Nếu trong dung dịch có muối sẽ ngăn chặn sự tan rã của CMC và vì vậy làm ảnh
hưởng đến độ nhớt. Những cation hóa trị I, ngoại trừ Ag
+
, có ảnh hưởng nhỏ khi thêm vào với nồng độ vừa phải. Những ion kim loại có hóa trị II như Ca
2+
và Mg
2+
có thể làm giảm độ nhớt. Trong khi đó những ion kim loại hóa trị III như Al
3+
, Cr
3+
và Fe
3+
có thể làm cho CMC khơng hòa tan được hoặc tạo gel bằng cách tạo phức với những nhóm
carboxylic tích điện âm Aqualon Co., 1988. Ảnh hưởng của muối đến độ nhớt của CMC cũng tùy thuộc vào mục đích thêm
muối vào. Nếu CMC hồn tồn hòa tan trong nước và muối được thêm vào sau đó thì nó chỉ gây ra ảnh hưởng nhỏ đến độ nhớt. Nếu muối được hòa tan trước khi thêm
SVTH: Đặng Thị Ngọc Tươi – Trường ĐHBK TPHCM Trang 31
CMC vào thì muối sẽ ức chế sự tan rã phá vỡ những vùng kết tinh trong polymer và kết quả là làm giảm độ nhớt.
 Vi sinh vật và enzyme Dung dịch CMC có thể bị thối hóa do sự tấn công của vi sinh vật hoặc enzyme
kết quả là làm giảm độ nhớt. Đốt nóng đến 80
o
C trong 30 phút hoặc 100
o
C trong 1 phút thì có thể tiêu diệt hầu hết vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến CMC.
Để bảo quản có thể sử dụng chất bảo quản là natri benzoate, natri propionate hoặc natri sorbate. Thêm vào đó để ổn định sản phẩm trong suốt quá trình bảo quản, pH
của dung dịch nên giữ ở 7 – 9, giữ ở nhiệt độ cao vừa phải, tránh oxy và ánh sang.
d Pha chế SVTH: Đặng Thị Ngọc Tươi – Trường ĐHBK TPHCM Trang 32
Dung môi phổ biến nhất cho CMC là nước, nước nóng hoặc lạnh đều được. CMC là một polymer anion mạch thẳng không thuộc lý thuyết của Newton. Hầu hết những
dung dịch giả dẻo này đều sol-gel thuận nghịch dưới DS 1.0. Dung dịch CMC tốt nhất được chuẩn bị bằng cách thêm trực tiếp vào nước đang
được khuấy mạnh, bằng cách trộn khô với dung dịch phi trùng hợp như đường, bằng cách hòa CMC trong một chất lỏng như là glycerin hoặc là propylene glycol hoặc sử
dụng một thiết bị trộn đặc biệt mà CMC được cho vào một cái phễu sau đó được phân tán thơng qua một bộ phận vòi phun nước với vận tốc cao Batdorf và Rossman,
1973.

2. Phụ gia tạo vị


Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.doc) (55 trang)

×