модифицированные целлюлозные волокна что это
Модифицированные целлюлозные волокна что это
Волокна на основе сополимеров целлюлозы [197]
Целлюлозные волокна, обладая комплексом полезных свойств, имеют и существенные недостатки (сминаемость, малая устойчивость к действию микроорганизмов, низкая эластичность и др.). Поэтому разработаны и освоены в промышленности процессы получения химически модифицированных целлюлозных материалов. Широкое применение нашли ацетатные волокна и волокна из других производных целлюлозы. Интересными материалами являются волокна, полученные методами привитой сополимеризации, т. е. с использованием макромолекулярных реакций. Из таких волокон наиболее широкое практическое применение нашли волокна типа мтилон.
Волокно мтилон-В представляет собой сополимер целлюлозы и полиакрилонитрила, содержащий 60–70 % целлюлозы и 30–40 % полиакрилонитрила. Оно обладает повышенной устойчивостью к истиранию и фотохимической деструкции. Наличие в макромолекуле полиакрилонитрильных боковых цепей определяет устойчивость этого волокна к действию микроорганизмов — оно не гниет. Специфической особенностью волокна мтилон-В и получаемых из него изделий является шерстеподобный вид, обусловливающий возможность использования этого волокна для частичной замены шерсти в разнообразных изделиях, особенно при производстве ковров.
Освоено производство волокна мтилон-С, представляющего собой привитой сополимер целлюлозы (70–75 %) с полистиролом (25–30 %). Модифицированное таким образом вискозное штапельное волокно имеет повышенные стойкость к действию кислот и гидрофобность.
Хемосорбционные волокна [160, 198]
Хемосорбционными волокнами называются волокнистые материалы, которые способны к реакциям ионного обмена, окислительно-восстановительным реакциям или к комплексообразованию. Наибольшее распространение получили ионообменные волокна. Для получения хемосорбционных целлюлозных волокон применяют в основном метод привитой полимеризации.
В качестве анионообменных волокон используют привитые сополимеры целлюлозы и полиметилвинилпиридина, являющиеся слабоосновными анионитами. При последующем их алкилировании получают волокна с сильноосновными свойствами.
Модифицированные целлюлозные волокна что это
GOODS MATRIX
Независимый Интернет-Каталог товаров широкого спроса
Информация для покупателей и профессионалов
ЗНАЙТЕ ВСЁ О ТОМ, ЧТО ВЫ ЕДИТЕ!
www.goodsmatrix.ru
Модифицированная целлюлоза в пище
Метилцеллюлоза Е461
Метилцеллюлоза Е461 (метиловый эфир целлюлозы, methylcellulose) – модифицированная целлюлоза, пищевая добавка, применяющаяся в качестве загустителя, стабилизатора, гелеобразователя, пленкообразователя, наполнителя, носителя.
Метилцеллюлозой является светлый порошок или гранулят, не имеющий запаха и вкуса, растворимый только в холодной воде с образованием вязких растворов.
Метилцеллюлозу производят с помощью набухания в щелочной среде и взаимодействия с метилхлоридом целлюлозы, полученной непосредственно из растительных волокон.
Применение метилцеллюлозы Е461
Пищевая добавка разрешена для применения в РФ. В Международных стандартах на пищевые продукты Кодекс Алиментариус также разрешено использование Е461 в качестве гелеобразователя и загустителя.
Метилцеллюлоза применяется для производства
Пищевая добавка относится к балластным веществам, которые не усваиваются в желудочно-кишечном тракте и выводятся из организма без изменений.
Слабительное действие метилцеллюлозы отмечалось при приеме более 5г в день.
Санкт-Петербургский экологический союз не рекомендует ежедневное употребление продуктов, содержащих Е461
Метилэтилцеллюлоза Е465
Метилэтилцеллюлоза Е465 (этилметилцеллюлоза, метилэтиловый эфир целлюлозы, модифицированная целлюлоза, Ethyl methyl cellulose) – продукт модификации натуральной целлюлозы, пищевая добавка, выполняющая функции загустителя, эмульгатора, гелеобразователя, пенообразователя, стабилизатора пены, пленкообразователя.
Метилэтилцеллюлозу производят из натуральной целлюлозы с помощью набухания в щелочи и взаимодействия с метил- и этилхлоридом.
Пищевая добавка представляет собой светлый порошок или гранулят, хорошо растворимый в холодной воде, нерастворимый в горячей воде, средне растворимый в этаноле.
Применение метилэтилцеллюлозы Е465
Пищевая добавка разрешена для применения в РФ и ЕС.
Е465 используется
Не допускается совместное использование метилэтилцеллюлозы и окиси этилена, так как это приводит к образованию метилгидроксиэтилцеллюлозы, запрещенной для применения в продуктах питания.
Метилэтилцеллюлоза и здоровье
Е465 является балластным веществом, которое не расщепляется в пищеварительном тракте и не усваивается организмом.
Согласно неофициальным источникам, пищевая добавка может усугублять заболевания желудочно-кишечного тракта у людей, ими страдающих.
Санкт-Петербургский экологический союз не рекомендует ежедневно употреблять продукты, содержащие метилэтилцеллюлозу
Читайте также
Уважаемые читатели!
Нам интересно, какие темы вы хотели бы увидеть на страницах рассылки, о каких продуктах вы хотели бы узнать подробнее. ПИШИТЕ НАМ!
Модифицированные целлюлозные волокна что это
Методы физико-химической обработки бумаги не всегда позволяют менять свойства готового материала в необходимых пределах. К тому же физико-химические методы обработки бумаги-основы не обеспечивают придания композиционному целлюлозному материалу принципиально новых свойств [5, 8, 10, 11]. Методы химической модификации непосредственно целлюлозы позволяют получать на основе модифицированных волокон новые виды бумаг с заранее заданными эксплуатационными свойствами [1, 2, 3, 6, 7].
Одним из направлений развития современной химии полимеров (как синтетических, так и природных) является модификация полимеров для получения материалов с новыми, заранее заданными свойствами [4, 9]. Эта задача может решаться различными путями в зависимости от химической природы полимера, условий его переработки, свойств и областей применения получаемых изделий.
Целлюлозные волокна по сравению с синтетическими волокнами обладают как рядом преимуществ (большая гигроскопичность, более высокая термостойкость, лучшие гигиенические свойства, более низкая стоимость), так и рядом существенных недостатков (горючесть, сминаемость, малая устойчивость к действию микроорганизмов, невысокая эластичность) [1, 2].
Основными методами модификации, которые могут быть использованы для устранения указанных недостатков и придания целлюлозе новых ценных свойств, являются структурная и химическая модификации.
Методы структурной модификации целлюлозы основаны на направленном изменении взаимного расположения и степени ориентации макромолекул и особенно элементов надмолекулярной структуры в целлюлозном волокне. Такие изменения наблюдаются при обработке целлюлозных волокон растворами щелочей (процесс мерсеризации). Этими методами можно значительно улучшить механические свойства волокон и пленок, но нельзя придать им новые свойства.
Методы химической модификации основаны на направленном изменении химического состава и строения любого из трех компонентов целлюлозного волокна – целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина – за счет осуществления химических реакций [1, 10].
Для химической модификации целлюлозы используются все реакции классической химии целлюлозы, но практическое значение имеют следующие процессы:
Процессы этерификации или алкилирования сводятся к частичной замене в макромолекуле целлюлозы гидроксильных групп на ацетильные, метильные, карбоксиметильные, цианэтильные, оксиэтильные и другие. Эти реакции сыграли большую роль в получении разнообразных производных целлюлозы, а также для улучшения бумагообразующих свойств волокон.
Синтез привитых сополимеров является одним из наиболее перспективных методов химической модификации целлюлозы. Для синтеза привитых сополимеров целлюлозы могут быть использованы все методы, применяемые для синтеза других полимеров, но практически перспективным является метод радикальной полимеризации.
При модифицировании целлюлозных волокон следует учитывать следующие особенности:
– химические превращения функциональных групп в макромолекуле целлюлозы протекают, как правило, в гетерогенной среде в условиях заторможенной диффузии реагента в волокно, особенно в кристаллические области надмолекулярной структуры целлюлозы.
– ацетильные связи между макромолекулами целлюлозы малоустойчивы к действию минеральных кислот, поэтому химические превращения целлюлозы необходимо осуществлять в таких условиях, в которых разрыв ацетильных связей, приводящий к снижению молекулярной массы и ухудшению механических свойств целлюлозных материалов, происходит в минимальной степени.
Целлюлоза, как многоатомный спирт, может давать сложные эфиры неорганических и органических кислот, простые эфиры, алкоголяты, продукты окисления (кислоты), галогениды, аминопроизводные, комплексные соединения и т.д. Наиболее важными производными целлюлозы являются ее сложные и простые эфиры. Образование эфиров целлюлозы теоретически возможно для всех неорганических и органических кислот, но практическое значение имеют немногие из них.
Большинство реакций целлюлозы начинается в гетерогенной среде. В ходе некоторых реакций целлюлоза переходит в раствор, и они заканчиваются в гомогенной среде.
Спиртовые гидроксильные группы целлюлозы – это полярные группы, которые могут замещаться нуклеофильными группами или соединениями в сильнокислом растворе. В каждом глюкозном звене содержатся три ОН-группы, что делает возможным образование моно-, ди- и триэфиров целлюлозы. Водородные связи между ОН-группами целлюлозы при этерификации частично или полностью разрываются. Введение сложноэфирных групп увеличивает расстояние между цепями целлюлозы, и ее надмолекулярная структура изменяется или даже разрушается.
Эфиры целлюлозы различаются по степени полимеризации (СП), степени замещения (СЗ) и растворимости в воде или органических растворителях. Исходным сырьем для получения эфиров целлюлозы являются хлопковая и древесная целлюлоза, предназначенная для химической переработки.
Нитрат целлюлозы образуется в результате взаимодействия между ОН-группами целлюлозы и азотной кислотой. Нитраты целлюлозы со СЗ 1,8-2,0, растворимые в этаноле, используют для получения целлулоидной пленки и лаков. Нитраты со СЗ 2-2,3, растворимые в метаноле, ацетоне, сложных эфирах – для производства лаков и клеев. Нитраты со СЗ 2,2-2,8, растворимые в ацетоне, – для производства взрывчатых веществ.
Для получения нитратов со СЗ до 1,5 (этерификация примерно 50 % ОН-групп) применяют 77,5 %-ную азотную кислоту. Нитраты со СЗ 2 получают при использовании безводной азотной кислоты. Для достижения более высокой степени замещения применяют нитрующие смеси из азотной и серной кислот. В зависимости от состава нитрующей смеси, температуры и продолжительности нитрования получают нитраты целлюлозы с различными показателями качества.
После нитрования нитраты целлюлозы стабилизируют с целью удаления остаточных кислот, образовавшихся в результате побочных реакций, обрабатывая водными растворами нитрата магния, азотной кислоты, органических кислот, аминами.
Сульфат целлюлозы получают обработкой целлюлозы этерифицирующими смесями: серная кислота с триоксидом серы, серная кислота в жидком диоксиде серы, смесь серной и карбоновых кислот, триоксид серы в диметилформальдегиде (ДМФ). Сульфаты целлюлозы используют в качестве загустителей для типографских красок. Также они обладают ионообменными свойствами.
Фосфат целлюлозы получают обработкой целлюлозы фосфорной кислотой и оксидом фосфора (V) в спиртовом растворе или фосфорной кислотой в карбамиде. Фосфаты целлюлозы обладают огнезащитными и ионообменными свойствами.
Ацетат целлюлозы – наиболее важный из всех сложных эфиров органических кислот. По сравнению с нитратом целлюлозы, ацетаты имеет меньшую воспламеняемость и большую светостойкость.
В промышленности ацетилирование проводят ацетилирующей смесью, состоящей из уксусного ангидрида, ледяной уксусной кислоты и катализатора – серной или хлорной кислот. Перед ацетилированием для его ускорения и получения однородного продукта, целлюлозу подвергают предварительному набуханию в воде, уксусной кислоте, растворе аммиака или разбавленной серной кислоте.
В процессе ацетилирования целлюлоза набухает и постепенно растворяется. Далее проводят регенерацию целлюлозы из раствора. В процессе регенерации можно получать ацетатные волокна или пленки (процесс формования волокна). Для формования волокон триацетат целлюлозы растворяют в смеси дихлорметана с метанолом (9:1). Растворы продавливают через фильеры. Отверждение нитей осуществляют испарением растворителя потоком нагретого воздуха [2, 8].
Ацетилированию можно подвергать и бумажные полотна. Частично ацетилированная бумага обладает повышенной прочностью во влажном состоянии за счет образования поперечных связей между карбонильными и гидроксильными группами.
Простые эфиры целлюлозы используют в качестве эмульгаторов, диспергаторов, стабилизаторов в косметической, фармацевтической, пищевой, химической промышленности, в производстве пластмасс, текстильных изделий, цемента и бетона, в качестве загустителей типографских красок и лаков, для изготовления клеев и клеевых красок, в качестве защитных покрытий и пленок.
Предварительно целлюлозу превращают в щелочную целлюлозу или подвергают предварительному набуханию. Введение простых эфирных групп в молекулы целлюлозы придает ей способность к набуханию или даже растворению в холодной воде. Эти свойства зависят от степени и однородности замещения. Замена ОН-групп группами простого эфира вызывает увеличение молекулярной массы в зависимости от СЗ (степени замещения) и размера эфирной группы. В случае гидрофильных заместителей растворимость в воде достигается при относительно низкой степени замещения и сохраняется вплоть до полностью замещенных продуктов. Карбоксиметилцеллюлоза из всех эфиров целлюлозы производится в наибольших количествах. Наиболее распространена натриевая соль Na-КМЦ. Слабое карбоксиметилирование целлюлозы и вискозных волокон улучшает прочностные свойства.
Метилцеллюлозу в промышленности получают обработкой щелочной целлюлозы газообразным или жидким метилхлоридом. Получают метилцеллюлозу со степенью замещения вплоть до 3,0.
Гидроксиэтилцеллюлозу получают действием окиси этилена на щелочную целлюлозу. В промышленности получают три типа гидроксиэтилцеллюлозы: растворимую в водном растворе гидроксида натрия с СЗ 0,3-0,4; растворимую в воде с СЗ 0,5-2,5; высокозамещенную с СЗ > 2,5. Гидроксиэтилцеллюлоза обладает термопластичными и пленкообразующими свойствами. Слабое гидроксиэтилирование целлюлозы улучшает ее прочностные свойства (разрывную длину, сопротивление излому, прочность на растяжение) и термостабильность, но снижает светонепроницаемость.
В последние годы все большее значение приобретают смешанные простые эфиры целлюлозы. Их получают из щелочной целлюлозы одновременной обработкой метилхлоридом и окисью этилена. В зависимости от соотношения реагентов можно получить целлюлозные композиционные материалы с заданными эксплуатационными свойствами.
Таким образом, для новых целлюлозных композиционных материалов, обладающих высокими прочностными характеристиками, а так же с заданным балансом сорбционных свойств поверхности готового материала, целесообразно применять методы химической модификации непосредственно целлюлозы. Это позволит значительно расширить спектр материалов на основе целлюлозного сырья.
Стабилизатор Е461 Метилцеллюлоза
Модифицированная целлюлоза ( Е461, Е463. 465, Е467) используется в качестве загустителя (в холодной воде), при нагревании происходит обратимое гелеобразование. Все виды модифицированной целлюлозы, особенно метилцеллюлоза, являются хорошими наполнителями в таблетках. Они позволяют уменьшить добавку жира в продукт, а в сдобных хлебобулочных изделиях (в количестве 1. 5 г/кг) обеспечивают увеличение удельного объема за счет усиления газообразования. Модифицированные целлюлозы (5. 10 г/кг) загущают при холодном и горячем способе производства кетчупы и соусы, стабилизируют пену, улучшают структуру, уменьшают синерезис в мороженом и других взбитых десертах. Очень малое количество модифицированной целлюлозы (0,1. 0,5 г/кг), добавленное в газированные напитки, способствует замедлению выделения из них газа.
Почти все загустители и гелеобразователи, за исключением крахмалов и желатина, являются растворимыми балластными веществами. Они не всасываются и не перевариваются. В количестве 4. 5 г на один прием для человека они, как правило, являются легким слабительным. В соответствии с рекомендациями JECFA, ДСД подавляющего большинства загустителей и гелеобразователей не ограничена. Срок годности сухих загустителей и гелеобразователей, в соответствии с требованиями Госсанэпиднадзора РФ, от полугода до двух лет. Они обязательно должны храниться в сухом месте и быть защищены от прямых солнечных лучей и длительного воздействия тепла. Емкости, в которых хранят добавку, обязательно следует плотно закрывать после отбора каждой порции. Все гидроколлоиды являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому при работе с ними следует особенно тщательно соблюдать правила производственной санитарии и гигиены.
[Пищевые и биологически активные добавки : учебное пособие Л.А. Маюрникова, М.С. Куракин 2006.]
В группу пищевых добавок целлюлозной природы (Е460—Е467) входят продукты механической и химической модификации и деполимеризации натуральной целлюлозы, представляющей собой линейный полимер, который состоит из соединенных β-1,4-гликозидными связями ос-татков D-глюкопиранозы. Наличие β-гликозидной связи приводит на уровне вторичных и тре-тичных структур (конформации полимерных цепей, упаковки цепей в фибриллы) к формированию линейных молекул с з онами кристаллич-ности (высокоориентированными участками), включающими отдельные аморфные (неориентированные) участки. Такое строение обусловливает большую механическую прочность волокон целлюлозы и их инертность по отношению к большинству растворителей и реагентов.
Собственно целлюлоза используется в качестве пищевой добавки Е460 в двух модификац иях:
Химическая модификация молекул целлюлозы приводит к изменению свойств и, как следствие, к изменению функций в пищевых системах. В образовании производных целлюлозы большую роль играет дос-тупность и реакцио нная способность гидроксильных групп β-D-глюкопиранозных остатков.
Статус пищевых добавок имеют семь химических модификаций целлюлозы, представляющих собой моно- или дипроизводные с простой эфирной связью (простые эфиры). В общем виде м одифицированные целлюлозы могут быть описаны следующей формулой (строение и технологические функции пищевых эфиров целлюлозы представлены в табл. 8).
Модифицированные целлюлозы и их технологические фун кции
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
ВНИМАНИЕ: Уважаемые клиенты и дистрибьюторы!
ГЛАВА 2. ГИДРОКОЛЛОИДЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2.1. ЦЕЛЛЮЛОЗА
В пищевой технологии находят применение целлюлоза и ее производные: микрокристаллическая целлюлоза (Е 460), метил целлюлоз а (Е 461), карбоксиметилцеллюлоза (Е 466), гидроксипропилцеллюлоза (Е 463), гидроксипропилметилцеллюлоза (Е 464), метилэтилцеллюлоза (Е 465). Эти гидроколлоиды используют в производстве мороженого, кондитерских изделий и соусов в качестве эффективных загустителей, стабилизаторов и эмульгаторов.
Производные целлюлозы применяют также в качестве диетических волокон при создании сбалансированных продуктов питания. Среди них наибольшее значение имеют метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза, которые получают, воздействуя алкилирующими реактивами, например галоидными алкилами или диалкилсульфатами, на алкалицеллюлозу.
Метилцеллюлоза представляет собой волокнистый порошок белого или серо-белого цвета. В зависимости от химического строения она имеет различную растворимость. Так, при содержании менее двух метильных остатков на один остаток глюкозы метилцеллюлоза в холодной воде растворима, а в теплой – переходит в гель. С повышением температуры растворимость метил целлюлозы уменьшается. При температуре, близкой к температуре кипения, она практически не растворяется в воде
Гелеобразование в растворах метилцеллюлозы вызвано главным образом гидрофобным взаимодействием неполярных группировок макромолекул.
Карбоксиметилцеллюлоза имеет вид белого волокнистого порошка, растворимого в воде. Ее получают из чистой целлюлозы хлопка. Она адсорбирует воду в 50-кратном количестве, образуя коллоидные системы.
Объединенным комитетом ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам установлены ДСД производных целлюлозы для человека в количестве до 30 мг на 1 кг массы тела.
В России дозировка производных целлюлозы согласно СанПиН 2.3.2.1293–03 при производстве пищевых продуктов регламентируется соответствующими технологическими инструкциями.
Общей чертой всех этих добавок является то, что они представляют собой гидроколлоиды, получаемые из сырой целлюлозы путем химической модификации.
2.1.1. СЫРЬЕ ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗ
Сырьем для модифицированных целлюлоз является целлюлозная
пульпа, которую, в свою очередь, получают из древесины определенных видов растений или хлопкового линта. Хлопковый линт представляет собой короткие волокна из коробочек хлопчатника, длина которых недостаточна для их использования в нитках и пряже. Длина полимерной цепи целлюлозы варьирует в зависимости от сырья, поэтому выбор сырья будет определяться требуемой в конечном продукте вязкостью, а также требованиями к длине полимерных цепей.
2.1.2. КРАТКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Принципиальная схема переработки целлюлозной пульпы заключается в ее диспергировании в щелочном растворе с образованием так называемой алкалицеллюлозы. Затем в зависимости от целевых продуктов пульпа обрабатывается в строго контролируемых условиях соответствующими реагентами для замещения мономеров ангидроглюкозы в целлюлозной цепи. Замещение происходит по гидроксильным группам, а реагентами являются следующие:
Две стадии реакции можно кратко охарактеризовать следующим образом:
целлюлоза + щелочь + вода → алкалицеллюлоза;
алкалицеллюлоза + R-X → алкилцеллюлоза;
алкалицеллюлоза + R-CH(0)CH2 → гидроксиалкилцеллюлоза;
алкалицеллюлоза + X-R-COOH → карбоксиалкилцеллюлоза.
За реакцией замещения следуют стадии очистки и промывки с целью удаления побочных продуктов и достижения уровней чистоты, определенных для пищевых добавок.
2.1.3. СТРУКТУРА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Структура молекулы целлюлозы показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структура целлюлозы
Из рис. 2.1 очевидно, что молекула целлюлозы представляет собой полимерную цепь, состоящую из двух повторяющихся остатков ангидроглюкозы (β-глюкопиранозных остатков), соединенных (1→4)-гликозидными связями. При этом n обозначает число остатков ангидроглюкозы, или степень полимеризации.
Каждый остаток ангидроглюкозы содержит три гидроксильные группы, которые теоретически могут быть замещены. Среднее число гидроксильных групп, замещенных в каждом остатке ангидроглюкозы, называется степенью замещения. Однако степень замещения, необходимая для получения желаемых свойств, намного ниже теоретического максимума.
В качестве примера на рис. 2.2 приведена структура карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), где степень замещения составляет 1,0.
Рис. 2.2. Структура звена КМЦ со степенью замещения 1,0
2.1.4. СВОЙСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
На свойства модифицированных целлюлоз оказывают влияние три фактора:
Кроме этого, может быть различным размер частиц гидроколлоида. Размер частиц и насыпная плотность порошкообразного материала влияют на растворимость продукта.
Гранулированный материал менее склонен к комкованию или образованию клубков, но растворяется дольше. Мелкоизмельченный порошок может очень быстро гидратировать, однако он не так легко диспергируется. Поэтому процесс растворения следует осуществлять при эффективном перемешивании.
Степень полимеризации является мерой оценки длины полимерной цепи. Увеличение степени полимеризации проявляется в увеличении вязкости раствора модифицированной целлюлозы, хотя в случае модифицированных целлюлоз с различным типом замещения вязкость их растворов не всегда будет сопоставима даже при одинаковой степени полимеризации.
Как правило, модифицированные целлюлозы образуют прозрачные растворы без запаха, вкуса и цвета. Следует отметить, что все модифицированные целлюлозы в порошкообразной и даже гранулированной формах способны к поглощению атмосферной влаги. Поэтому лучше хранить эти продукты в воздухонепроницаемой упаковке.
Свойства метилцеллюлозы (МЦ) и гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ) очень близки. Поэтому они могут быть рассмотрены вместе. И МЦ, и ГПМЦ растворимы в холодной воде и образуют растворы с широким диапазоном вязкости, которая зависит как от степени полимеризации, так и от степени замещения. Эти растворы обладают относительно стабильной вязкостью в диапазоне рН 3-11. При нагревании раствор превращается в гель, когда его температура превысит так называемую температуру гелеобразования. Эта температура изменяется от 52°С для МЦ до 63-80°С для ГПМЦ. Причем увеличение степени замещения гидроксильных групп на гидроксипропильные повышает температуру гелеобразования. Гели обратимы при охлаждении, хотя между нагреванием и охлаждением проявляется заметный гистерезис.
Оба полимера являются хорошими пленкообразователями и также проявляют некоторую поверхностную активность. В промышленности МЦ и ГПМЦ различают по вязкости 2%-ных водных растворов, а также по степени замещения.
Гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ) также растворима в холодной воде, и для нее тоже может быть получена различная вязкость раствора в зависимости от степени полимеризации. ГПЦ не растворима при температурах выше приблизительно 45°С, но в отличие от МЦ и ГПМЦ геля не образует. Среди пищевых гидроколлоидов ГПЦ отличается способностью растворяться в этиловом спирте и в его смесях с водой. Однако наиболее интересными свойствами ГПЦ являются ее хорошая пленкообразующая способность и высокая поверхностная активность по сравнению с большинством других гидроколлоидов.
В промышленности различные сорта ГПЦ, предназначенные для применения в пищевых продуктах, дифференцируют по вязкости.
Метилэтилцеллюлоза (МЭЦ) как и МЦ, а также ГПМЦ, растворима в холодной воде и образует гели, хотя и слабые, при нагревании выше температуры гелеобразования. Однако способность к гелеобразованию МЭЦ не используется широко в пищевом производстве. Значительно большее внимание привлекает ее поверхностная активность и, как следствие, эффективность в качестве технологического средства, способствующего взбиванию, особенно в присутствии белка, с чем и связано применение МЭЦ в промышленности.
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) растворима как в холодной, так и в горячей воде и образует прозрачные бесцветные растворы без запаха и вкуса. Так же как и у других видов модифицированной целлюлозы, вязкость раствора КМЦ зависит от степени полимеризации. Однако при комнатной температуре возможно получить 1%-ный водный раствор с вязкостью 5000 мПа • с.
Эти растворы проявляют обратимое снижение вязкости при нагревании, но в пищевых системах не желируют ни в сочетании с другими гидроколлоидами, ни отдельно от них.
Скорость загущения зависит от степени полимеризации, размера частиц и в меньшей мере от степени замещения. Используя правильно подобранные мелкоизмельченные порошкообразные сорта КМЦ, можно достичь исключительно быстрого загущения.
Последняя поправка в законодательстве ЕС допускает максимальную степень замещения в КМЦ, равную 1,5, но более распространенной в сортах КМЦ для пищевых продуктов является степень замещения 0,60-0,95.
Степень замещения в совокупности с равномерностью распределения замещающих групп оказывает влияние на реологические свойства раствора. Так, растворы с более низкой степенью замещения тиксотропны. Высокая степень замещения приводит к их псевдопластичности, которая обусловливает особенно мягкое «ощущение во рту».
В промышленности КМЦ дифференцируют по вязкости, размеру частиц, а также, более ограниченно, по степени замещения и особым характеристикам раствора.
КМЦ является ионным полимером, что обусловливает его комплексообразование с растворимыми белками, такими как казеин и соевый белок, в диапазоне изоэлектрической точки белков. Несмотря на то что на данный процесс влияет значение рН системы, определяющими факторами являются также состав и концентрация белка, температура, концентрация и тип КМЦ. Так, при рН ниже 3,0 или выше 6,0 КМЦ взаимодействует без нагревания с белками молока с образованием комплекса, который может быть удален в виде осадка. При рН 3,0-3,5 образуется стабильный комплекс.
2.1.5. ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Метицеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза используются для связывания и поддержания формы, формирования пленки и барьерных свойств, предотвращения выкипания и разбрызгивания при высоких температурах.
Свойства термогелеобразования МЦ и ГПМЦ можно использовать для связывания и сохранения формы в тех продуктах, где содержащиеся компоненты не обладают достаточной связующей способностью. К ним относятся такие категории, как картофельные крокеты, соевые гамбургеры, термостабильные начинки.
Хорошая поверхностная активность ГПЦ используется при применении ее низковязких сортов в топпингах (украшениях для верхней поверхности кондитерских изделий), для взбивания или распыления из аэрозольных баллончиков.
ГПЦ растворима в этиловом спирте и образует прозрачные растворы в водно-спиртовых растворах с концентрацией этанола до 50%. Это дает возможность придавать различную вязкость и соответствующее «ощущение во рту» различным алкогольным напиткам. ГПЦ является также хорошим пленкообразователем и формирует гибкие неклейкие пленки с хорошими барьерными свойствами по отношению к жиру и воздуху. Эти свойства были подтверждены в фармацевтической промышленности и могут найти применение в кондитерских изделиях.
Основное применение МЭЦ связано с пенообразованием и стабилизацией. При взбивании растворов МЭЦ получают тонкую пену, взбитость которой сравнима с яичным белком. Растворы можно взбивать повторно, даже если пена, постояв, снова перешла в жидкое состояние. Следует особо отметить, что пены на основе МЭЦ совместимы со многими обычными пищевыми ингредиентами, включая яичный белок и жир. Благодаря этому она подходит для применения в топпингах, муссах и т.п.
Карбоксиметилцеллюлоза применяется в производстве быстрорастворимых продуктов, таких как напитки в автоматах и сухие смеси для напитков. Если требуется значительное загущение, то, соответственно, используются более высокие концентрации КМЦ. В результате этого возможно появление «резинового» ощущения во рту, которое можно устранить или сделать менее заметным, используя сорта КМЦ с равномерным замещением, например КМЦ марки Blanose® 7H3SXF.
Вязкость, придаваемая КМЦ, способствует стабилизации замороженных продуктов, таких как мороженое, в том числе многослойное, шербет. Преимущества ее использования определяются сохранением текстуры и ингибированием образования кристаллов льда, медленным таянием и повышенной устойчивостью к отделению капель (капанию). В продуктах с низким рН, например в шербетах, использование КМЦ предпочтительно, поскольку в кислой среде ее вязкость не уменьшается.
КМЦ можно также использовать в качестве основного стабилизатора в мороженом с целью регулирования размера и роста кристаллов льда в процессе созревания и хранения, а также для придания однородной текстуры и сопротивляемости тепловому шоку.
Свойства КМЦ как загустителя благодаря ее быстрой растворимости в горячей и холодной воде, хорошему связыванию воды и устойчивости к низким значениям рН хорошо подходят для использования в таких продуктах, как, например, салатные заправки и томатные соусы.
Томатные кетчупы – еще одно возможное применение КМЦ, особенно интересное, поскольку для получения разной структуры можно применять разные сорта КМЦ.
Некоторые особые виды КМЦ способны очень хорошо связывать воду, хотя их растворимость может быть относительно слабой. Такие высокие водосвязывающие свойства в выпечных изделиях, включая хлеб и хлебобулочные изделия, способствуют большему выходу продукта, а также замедляют процесс черствения. Это делает изделия более привлекательными для потребителя и позволяет продлить срок хранения. Этот эффект совместим с действием других улучшителей хлеба. Для такого применения можно рекомендовать, например, КМЦ марки Aquasorb® А500 в количестве 0,5-1,5% (обычно 0,5-1,0%) к массе муки.
Благодаря своей ионной природе КМЦ реагирует с растворимыми белками с образованием комплексов в диапазоне рН около изоэлектрической точки белка. В кисломолочной среде при рН 3,8–5,0 КМЦ взаимодействует с казеином и образует растворимый комплекс, устойчивый к нагреванию и при хранении. На практике это свойство лучше использовать в верхних значениях указанного диапазона рН, так как при рН 4,2 и ниже вязкость может очень сильно меняться.