Применение производных целлюлозы в фармацевтической технологии. Получение простых эфиров целлюлозы Na кмц что

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).

КМЦ является эфиром целлюлозы и монохлоруксусной кислоты.

Физические свойства. КМЦ представляет собой белый или слегка желтоватый аморфный порошок или волокнистый продукт без запаха и вкуса. В воде набухает.

Доброкачественность КМЦ определяют следующие показатели: размер частиц волокнистого продукта (способность проходить через сито с отверстиями размером 8x8 мм, не менее 90%) и порошка (способность проходить через сито с отверстиями размером 2x2 мм, не менее 90%). Влажность волокнистого продукта должна составлять не более 15%, а порошка - не более 10%. Содержание основного вещества в волокнистом продукте не менее 40%, в порошке - не менее 40-45%. Растворимость - не менее 98%, степень замещения - 80-90%, степень полимеризации, вязкость 0,5% водного раствора и др.

Растворы КМЦ, также как и растворы метилцеллюлозы, физиологически индифферентны, при закапывании в глаза не вызывают слезотечения. Обладая гидрофильными свойствами, они полностью смешиваются со слезными и конъюнктивальными секретами. Противопоказаний к применению растворов не установлено. КМЦ обладает разрыхляющими свойствами и используется в производстве таблетированных лекарственных форм как вспомогательное вещество, улучшающее распадаемость таблеток при применении. В фармацевтической практике применяется также в качестве загустителя, эмульгатора, пленочного покрытия и др. КМЦ нетоксична и широко используется в парфюмерной и кондитерской промышленности .

Натрий-карбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ).

Na-КМЦ представляет собой натриевую соль простого эфира целлюлозы и гликолевой кислоты, получаемую путем взаимодействия щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой или натриевой солью монохлоруксусной кислоты. Степень замещения Na-КМЦ зависит от соотношения реагентов.

Физические свойства. Белый или слегка желтоватый порошок или волокнистый продукт без запаха и вкуса, плотностью 1,59 г/см3, слабо гигроскопичен и может храниться в течение долгого времени. Na-КМЦ устойчива к различным химическим реагентам, обладает биологической устойчивостью, нетоксична и физиологически инертна .

Доброкачественность Na-КМЦ определяют следующие показатели: потеря в весе при высушивании (не более 13%); рН 1% раствора определяют потенциометрическим методом со стеклянным электродом (рН=6,0-8,0); вязкость 2% раствора; содержание натрия в препарате 6,9-8,5% .

Na-КМЦ в холодной и горячей воде набухает с последующим растворением, а также легко растворима в 50% водном растворе этанола. Образует высоковязкие водные растворы, в которых является полиэлектролитом и обладает свойствами защищенных коллоидов. Совместима с желатином, трагакантом, водорастворимыми эфирами целлюлозы, крахмалом, глицерином, некоторыми гликолями и их производными.

При добавлении к водным растворам Na-КМЦ минеральных кислот выпадает осадок. При добавлении растворов солей тяжелых металлов осаждаются соответствующие труднорастворимые соли. Na-КМЦ, как коллоидный электролит, способна к ионным реакциям. Большинство катионных веществ, относящихся к солям, катионы которых являются органическими основаниями, способно к взаимодействию с Na-КМЦ с образованием ионной связи.

Взаимодействие Na-КМЦ с различными веществами в значительной мере зависит от степени ее замещения, а также от структуры и свойств лекарственных веществ. Если такие низкомолекулярные катионные соединения, как эфедрина гидрохлорид и новокаина гидрохлорид, не взаимодействуют с Na-КМЦ, то соединения с большой молекулярной массой (неомицина сульфат, хинина гидрохлорид, антигистаминные вещества и др.) проявляют значительную способность к комплексообразованию.

Na-КМЦ образует осадки с резерпином, хинина гидрохлоридом, аминазином, акридина гидрохлоридом, неомицина сульфатом, гиосциамина гидрохлоридом и др. Кроме образования осадков, взаимдействие между Na-КМЦ и лекарственными веществами может сопровождаться изменениями вязкости растворов полимера, повышением растворимости вещества и др.

Анионные вещества (соли с остатками органических кислот) вследствие электролитического отталкивания не взаимодействуют с Na-КМЦ или взаимодействие незначительно.

Высокоэффективными консервантами растворов Na-КМЦ являются (концентрация до 0,025%): ртути фенилнитрат, 8-оксихинолин, октахлорциклогексанон, тетрадецилпиридиний бромид, цетилтриметиламмоний брмид и др. .

В фармацевтической практике Na-КМЦ находит применение во всех мазях и эмульсиях в качестве эмульгатора и стабилизатора. Как связывающее и разрыхляющее вещество используется в таблеточном производстве .

В статье описана пищевая добавка (загуститель, стабилизатор, эмульгатор) карбоксиметилцеллюлоза (Е466, КМЦ, карбоксиметилцеллюлозы натриевая соль), ее применение, влияние на организм, вред и польза, состав, отзывы потребителей
Другие названия добавки: sodium carboxymethyl cellulose, cellulose gum, натрийкарбоксиметилцеллюлоза, E466, Е-466, E-466

Выполняемые функции

загуститель, стабилизатор, эмульгатор

Законность использования

Украина ЕС Россия

Карбоксиметилцеллюлоза, Е466 – что это такое?

Карбоксиметилцеллюлоза – это вещество, которое является производным обычной целлюлозы и имеет химическую формулу [С 6 Н 7 О 2 (ОН) 3-x (ОСН 2 СООН) x ] n , где х = 0,08-1,5. Внешний вид карбоксиметилцеллюлозы (Е466): светлый, не имеющий запаха и вкуса лёгкий порошок из кристаллов или гранулы. Карбоксиметилцеллюлоза обладает слабыми кислотными свойствами.

Впервые данная пищевая добавка E466 была получена в 1918 году в лаборатории ученым из Германии по фамилии Янсен. Сегодня карбоксиметилцеллюлозу синтезируют химическим методом из природного не пищевого сырья.

Целлюлозу, которую получают из натуральных растительных источников, заливают концентрированным раствором щелочи и затем обрабатывают хлоруксусной кислотой. В полученной товарной карбоксиметилцеллюлозе содержатся некоторые примеси: поваренная соль, гликолят натрия, целлюлоза. Растительное сырье, из которого получают добавку Е466, может быть ГМО.

Карбоксиметилцеллюлоза, E466 – влияние на организм, вред или польза?

Наносит ли карбоксиметилцеллюлоза вред организму? При попадании КМЦ в желудок вместе с пищей она не расщепляется в нем, не усваивается организмом и является балластным веществом. При увеличенных количествах данной добавки, попавших в пищеварительную систему, она может действовать как слабительное. По некоторым данным, по результатам экспериментов с животными, карбоксиметилцеллюлоза способна наносить некоторый вред, повышая уровень холестерина, способствовать возникновению онкологических заболеваний.

ДСП (допустимое суточное потребление) карбоксиметилцеллюлозы натриевой соли не ограничено.

Пищевая добавка Е466, КМЦ – применение в продуктах питания

В производстве продуктов питания и медицине добавка Е466 наиболее часто используется в виде натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. Карбоксиметилцеллюлозы натриевая соль легко образует водные растворы, которые обладают хорошей вязкостью.

Главная особенность карбоксиметилцеллюлозы – ее способность к формированию вязкого, стабильного коллоидного раствора. Карбоксиметилцеллюлозы натриевая соль в пищевом производстве используется как загуститель и стабилизатор. Добавка Е466 используется в производстве майонезов, мороженного, десертов, творожных масс, желе, кремов, рыбных, мясных продуктов, кондитерских изделий, маргаринов, сыров, сливок, йогуртов, супов. Карбоксиметилцеллюлозу часто можно обнаружить в рецептурах шампуней, зубных паст, лака для волос, косметических средств, кремов для бритья, слабительных средств и т.д.

Натрий карбоксиметилцеллюлоза находит широкое применение в промышленности, фармацевтике и производстве пищевых продуктов. Данное соединение изготавливается на основе древесины и является биологически инертным материалом, то есть не участвует в физиологических процессах. Благодаря особым свойствам растворов с этим компонентом можно регулировать вязкость веществ и другие технические параметры.

Описание

Натрий карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - это натриевая соль целлюлозогликолевой кислоты. Химическое название соединения по номенклатуре ИЮПАК: поли-1,4-β-О-карбоксиметил-Д-пиранозил-Д-гликопираноза натрия.

Эмпирическая формула натрий карбоксиметилцеллюлозы технической: [С6Н7 O 2 (OH) 3- x (OCH 2 COONa) x ] n . В этом выражении x - это степень замещения по группам CH 2 -COOH, а n - степень полимеризации.

Структурная формула изображена на рисунке ниже.

Свойства

По внешнему виду техническая натрий карбоксиметилцеллюлоза представляет собой порошкообразный, мелкозернистый или волокнистый материал без запаха с насыпной плотностью 400-800 кг/м 3 .

Na-КМЦ обладает следующими характеристиками:

молекулярная масса соединения - n ;

быстро растворяется как в горячей, так и в холодной воде, не растворима в минеральных маслах и органических жидкостях;

формирует пленки, устойчивые к воздействию масел, смазок и органических растворителей;

увеличивает вязкость растворов и придает им тиксотропность - при росте механического воздействия происходит снижение сопротивления потоку;

хорошо поглощает водяные пары из воздуха, поэтому вещество необходимо хранить в сухих помещениях (в обычных условиях содержит 9-11 % влаги);

соединение нетоксично, не взрывоопасно, но в пылевидном состоянии способно воспламеняться (температура самовоспламенения +212 °C);

в растворах проявляет свойства анионного полиэлектролита.

При изменении температуры лабораторная вязкость натрий карбоксиметилцеллюлозы в растворах сильно варьирует. Это является одной из важнейших характеристик данного соединения, которая предопределяет области его применения. Высокая степень полимеризации обеспечивает большую вязкость и наоборот. При pH<6 или более 9 снижение сопротивления потоку значительно падает. Поэтому данную соль целесообразно применять в нейтральных и слабощелочных средах. Изменения вязкости при нормальных условиях являются обратимыми.

Натрий карбоксиметилцеллюлоза также обладает химической совместимостью со многими другими веществами (крахмал, желатин, глицерин, водорастворимые смолы, латексы). При нагревании до температуры свыше 200 °C происходит разложение соли до карбоната натрия.

Основным фактором, влияющим на характеристики этого соединения, является степень полимеризации. От молекулярного веса зависят растворимость, стабильность, механические свойства и гигроскопичность. Вещество выпускают семи марок по степени полимеризации и двух сортов по содержанию основного вещества.

Получение

В промышленных масштабах натрий карбоксиметилцеллюлоза изготавливается с 1946 г. Производство КМЦ в настоящее время составляет не менее 47 % от общего объема эфиров целлюлозы.

Основным сырьем для синтеза данного соединения является древесная целлюлоза - самый распространенный органический полимер. Его преимуществами являются невысокая цена, биологическая разлагаемость, отсутствие токсичности и простота технологического процесса переработки.

Натрий карбоксиметилцеллюлозу получают при реакции щелочной целлюлозы с C₂H₃ClO₂ (монохлоруксусная кислота) или ее натриевой солью. В последние годы ведутся работы по изысканию новых источников для добычи сырья (лен, солома, злаки, джут, сизаль и другие), так как потребности в этом материале постоянно растут. Для улучшения качества вещества применяют отмывку готовой соли от примеси, производят активацию целлюлозы или воздействуют на нее микроволновым излучением.

Натрий карбоксиметилцеллюлоза: применение в промышленности

Благодаря своим особенным свойствам КМЦ применяется в следующих целях:

загущение различных составов, желатинирование;

связывание мелкодисперсных частиц в лакокрасочных пленках (пленкообразование);

использование в качестве водоудерживающего агента;

стабилизация физических и химических свойств;

увеличение вязкости растворов для равномерного распределения их ингредиентов;

модификация реологических характеристик;

предохранение от коагуляции (слипания взвешенных частиц).

Одним из крупнейших потребителей натрий карбоксиметилцеллюлозы является нефтегазодобывающая промышленность, в которой это соединение используется для улучшения характеристик буровых растворов.

Вещество также применяется при изготовлении следующих технических продуктов:

моющие средства;

полиграфическая продукция;

растворы для строительных отделочных работ;

клеевые составы, шлихтовальные материалы;

сухие строительные смеси, цемент (для предупреждения образования трещин);

лакокрасочные материалы;

смазочно-охлаждающие жидкости;

среды для закалки рельсов;

обмазка сварочных электродов и другие.

Для стабилизации пены натрий карбоксиметилцеллюлоза применяется в пожаротушении, пищевой промышленности, при изготовлении парфюмерных средств и керамических изделий. По оценкам технических специалистов, это соединение используется более чем в 200 областях техники и медицины.

Защитные покрытия

Одним из перспективных направлений является введение наночастиц, синтезированных из суспензий КМЦ, в качестве добавок-стабилизаторов в коррозионностойкие покрытия. Это позволяет изменить повысить адгезию с основным материалом, улучшить физико-механические свойства покрытия без существенного удорожания состава. Наночастицы формируют микрокластеры, позволяя получить композиты с ценными техническими свойствами.

Преимуществом такой добавки также является то, что она экологически безвредна и биоразлагаема. Для ее производства не требуется применения органических растворителей, поэтому уменьшается риск загрязнения сточных вод и атмосферы, не нужно использовать специализированное оборудование и высокий диапазон температур.

Пищевая добавка

Натрий карбоксиметилцеллюлоза применяется в качестве пищевой добавки (E-466) в концентрации не более 8 г/кг. Вещество выполняет в продуктах несколько функций:

загущение;

стабилизация свойств;

удержание влаги;

продление срока хранения;

сохранение пищевых волокон после размораживания.

Чаще всего это соединение добавляют в фастфуд, мороженое, кондитерские изделия, мармелад, желе, плавленые сыры, маргарин, йогурты, рыбные консервы.

Медицина и косметология

В фармацевтической промышленности натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы используют в таких группах препаратов, как:

глазные капли, растворы для инъекций - для пролонгирования терапевтического действия;

оболочки таблеток - для регулирования высвобождения активного вещества;

эмульсии, гели и мази - для стабилизации формообразующих веществ;

антацидные препараты - в качестве ионнообменных и комплексообразующих компонентов.

В производстве гигиенических и косметических средств это соединение применяют в составе зубных паст, шампуней, гелей для бритья и душа, кремов. Основная функция - стабилизация свойств и улучшение текстуры.

Влияние на организм человека и животных

Натрий карбоксиметилцеллюлоза гипоаллергенна, биологически неактивна, не обладает канцерогенным действием и не ухудшает репродуктивную функцию живых организмов. Употребление в качестве пищевых добавок в безопасной концентрации не приводит к негативным последствиям. Пыль соединения может вызвать раздражение при попадании в глаза и верхние дыхательные пути (ПДК аэрозоля составляет 10 мг/м 3).

Химическая формула: [С 6 Н 7 О2(ОН) 3-x (ОСН 2 СООН) x ] n , где х = 0,08-1,5.

Получают карбоксиметилцеллюлозу следующим образом: α-Целлюлозу (клеточное вещество), полученную непосредственно из растительных волокон, замачивают в сильно щелочном р-ре и обрабатывают хлоруксусной кислотой, образующиеся гликолят и хлорид натрия отмывают.

Наибольшее практическое значение имеет натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-карбоксиметилцеллюлоза, Na-КМЦ) - аморфное бесцветное вещество с насыпной массой 400-800 кг/м³ и плотностью 1,59 г/см³. Является анионным полиэлектролитом. Хорошо растворяется в воде. Вязкость растворов Na-КМЦ практически не зависит от рН. Хорошо связывает воду, растворы устойчивы по отношению к одновалентным солям.
Сухая Na-карбоксиметилцеллюлоза оказывает слабое коррозионное действие. Она биологически неактивна и устойчива к биодеструкции, однако водные растворы ее при длительном хранении на воздухе подвергаются ферментному гидролизу.

Основное свойство карбоксиметилцеллюлозы - это способность к формированию очень вязкого коллоидного раствора, который не утрачивает своих свойств в течение длительного времени.

Применение карбоксиметилцеллюлозы.
Na-карбоксиметилцеллюлоза широко применяется в качестве пластификатора, загустителя и ресорбента в различных отраслях промышленности.
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза используются в нефтедобывающей, газовой промышленности, геологии для регулирования свойств буровых растворов работающих в агрессивных средах, в горнохимической промышленности при флотационном обогащении сильвинитовых руд.
Na-КМЦ используется в строительстве как клей для приклеивания обоев, керамической плитки и как добавка в бетон, а также как пластификатор обмазочных масс сварных электродов.
Он используется как шлихтующий, аппретирующий и загущающий агент в текстильных производствах и при производстве синтетических моющих средств, а также в лакокрасочной промышленности как загуститель для шпаклевочных смесей и красок.
Широко используется в рецептурах зубных паст, диспергатор и стабилизатор в декоративной косметике, желирующая добавка в кремах для массажа и бритья.

Na-карбоксиметилцеллюлоза используется в нескольких отраслях пищевой промышленности. Пищевая добавка Е466 - эмульгатор, стабилизатор и загуститель, применяется при производстве мороженого, кондитерских изделий (желе, мусов, мармеладов, джемов, фруктово-ягодных начинок, кремов, паст, выпечки, макаронных изделий), соусов и мясных продуктов, входит в состав средств для капсулирования и таблетирования, является носителем пищевых добавок, входит в состав пищевых клеев. Товарные формы карбоксиметилцеллюлозы Е466 сильно различаются по вязкости растворов и влагоудерживающей способности.

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.)