کربوکسی متیل سلولز (CMC)

سلولز، یک پلیمر نیمه بلوری و نامحلول در آب موجود در گیاهان است. مشتقات زیادی از سلولز در امولسیون‌های غذایی و نوشیدنی یافت می‌شود که رایج‌ترین آن‌ها هیدروکسی پروپیل متیل سلولز و کربوکسی متیل سلولز است. کربوکسی متیل سلولز یکی از مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین صمغ‌های محلول در آب است. این صمغ، هیدروکلوئیدی است که از فرآیند استری شدن سلولز (اضافه شدن آلکیل به سلولز اصلاح نشده) به دست می‌آید و انواع مختلفی دارد. سدیم کربوکسی متیل سلولز نام کامل این ماده است. به طور کلی با نام‌های کوتاه‌تری مانند CMC شناخته می‌شود. کربوکسی متیل سلولز در بسیاری از صنایع مانند لبنی، تولید بستنی، چسب‌های پایه آب و صنعت حفاری استفاده می‌شود. CMC کاربردهای زیادی دارد که از آن جمله می‌توان به صنایع غذایی، آرایشی بهداشتی، رنگ و رزین، حفاری، پتروشیمی و ... اشاره کرد.

کاربرد CMC در صنایع غذایی

کربوکسی متیل سلولز می‌تواند به عنوان حجم دهنده، امولسیفایر، نگهدارنده و جاذب آب، استابلیزر (تثبیت کننده) و عامل رئولوژیکی عمل کند. به دلیل این ویژگی‌ها می‌توان از CMC به جای ژلاتین و سایر استابلایزرها استفاده کرد. نه تنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، بلکه طعم و تازگی واقعی ماده غذایی را حفظ می‌کند. کربوکسی متیل سلولز در حال حاضر یکی از ضروری‌ترین افزودنی‌های غذایی است که به طور گسترده در بستنی‌های با کیفیت بالا (برای مقاومت در برابر آب شدن)، شیرینی‌ها، بیسکویت‌ها، کیک‌ها، کلوچه‌ها، آب نبات‌ها، آب میوه‌ها، محصولات لبنی و گوشتی، غذاهای منجمد، پاستاهای فوری و کمپوت‌ها استفاده می شود. یکی از کاربردهای مهم CMC ایجاد پایداری و محافظت از پروتئین‌ها به ویژه پروتئین‌های سبوس است. علاوه بر این، از آنجایی که CMC یک پلی ساکارید کم کالری است، از آن در خوراکی‌های رژیمی و کم کالری مانند نان‌های رژیمی، نوشیدنی‌های رژیمی و سس‌های رژیمی استفاده می‌شود.

کاربرد CMC در صنایع دارویی و آرایشی

خواصی مانند تعلیق ذرات، حفظ رنگ، محافظت از پوست، پراکندگی یکنواخت، حذف کثیفی و لکه، تغلیظ کننده، تثبیت و روانکاری منجر به استفاده از کربوکسی متیل سلولز در کاربردهای آرایشی و دارویی شده است. کربوکسی متیل سلولز به دلیل عطر، جلا و خاصیت تثبیت کننده سوسپانسیون در کرم‌ها و لوسیون‌های دست و بدن استفاده می‌شود. همچنین به دلیل دارا بودن خواص امولسیونی، در فرمولاسیون خمیر دندان استفاده می‌شود. از دیگر کاربردهای این ماده می‌توان به استفاده در شامپوها به دلیل خاصیت تثبیت کنندگی کف تولید شده و افزایش قابل توجه آب دوستی ماده شوینده اشاره کرد. در فرمولاسیون قرص‌های دارویی به دلیل آب دوستی و اثر تورمی نیز به کار می‌رود.

خواص کارکردی CMC در صنایع غذایی

CMC یکی از پر کاربردترین استابلایزرهای استفاده شده در صنایع غذایی است. در ادامه به شکل موردی به خواص کارکردی این استابلایزر اشاره شده است:

• عامل استابلایزر، تغلیظ کننده و امولسیفایر

سدیم کربوکسی متیل سلولز خوراکی می‌تواند کارکرد تثبیت کنندگی امولسیون کنندگی در نوشیدنی‌های حاوی چربی و پروتئین داشته باشد؛ برای نمونه، شیر سویا، شیر کاکائو، شیر بادام زمینی و شیر نارگیل دارای مقادیر مختلف چربی و پروتئین هستند که در طول ذخیره سازی جدا شده و شناور می‌شوند. همین مسئله باعث ایجاد ظاهر ناخوشایند در محصولات می‌شود. برای رفع این مشکلات، می توان مقدار مناسبی سدیم کربوکسی متیل سلولز اضافه کرد، زیرا سدیم کربوکسی متیل سلولز پس از حل شدن در آب به یک کلوئید پایدار شفاف تبدیل می‌شود. ذرات پروتئین تحت حفاظت فیلم کلوئیدی پایدار می‌شوند. CMC همچنین دارای اثر امولسیون کنندگی خاصی است؛ کشش سطحی بین چربی و آب را کاهش می‌دهد و چربی را به اندازه کافی امولسیون می‌کند. بنابراین، سدیم کربوکسی متیل سلولز اغلب در صنایع غذایی با عمل به عنوان استابلایزر، تغلیظ کننده و امولسیفایر باعث ایجاد غلظت و بافت یکنواخت در محصولات می‌شود.

• ترکیب یا جایگزینی با پروتئین

هنگامی که مقدار pH بزرگتر یا کمتر از نقطه ایزوالکتریک پروتئین باشد، CMC می‌تواند با پروتئین ترکیب شود و به بهبود پایداری امولسیون و قوام بافت بستنی کمک کند. علاوه بر این، CMC در ترکیب با WPC می‌تواند جایگزین پروتئین تخم مرغ و شیر خشک بدون چربی شود، که برای فرآوری انواع کیک‌ها مناسب است. پس از افزودن CMC، حجم کیک افزایش یافته و کیفیت آن بهبود می‌یابد. سدیم کربوکسی متیل سلولز همچنین جایگزینی مناسب برای پروتئین تخم مرغ در محصولات دیگر، مانند پودینگ، سس و سوپ است.

• آبدوستی و آبرسانی

با توجه به فرمول ساختاری، مولکولی سدیم کربوکسی متیل سلولز، تعداد زیادی گروه آبدوست (مانند OH و COONa) در زنجیره مولکولی دارد؛ بنابراین سدیم کربوکسی متیل سلولز آبدوست بهتری نسبت به سلولز است و ظرفیت نگهداری آب بالاتری دارد. بنابراین، CMC در محصولات پخت و نان کاربرد دارد و باعث می‌شود رطوبت این محصولات حفظ شود. علاوه بر حفظ رطوبت از آب اندازی محصولات غذایی جلوگیری کرده و باعث حفظ ظاهر و شکل ماده غذایی می‌شود. به عنوان مثال، افزودن سدیم کربوکسی متیل سلولز به آرد برای تهیه بیسکویت و کیک می‌تواند از تبخیر آب و افت تازگی این محصولات جلوگیری کند.

• کارکرد سوسپانسیون کنندگی

سدیم کربوکسی متیل سلولز خوراکی دارای قدرت سوسپانسیون کنندگی عالی است. در فرمولاسیون نوشیدنی‌ها می‌تواند پالپ‌ها، ریز جامدات و سایر ترکیبات غوطه ور را به شکل یکنواخت و چشم نواز معلق نگه دارد. اگر در ترکیب با سایر پکتین‌های خوراکی استفاده شود، تأثیر بهتری خواهد داشت. به طور گسترده در دمنوش‌های گیاهی، آب پرتقال، آب نارگیل و آب سبزیجات استفاده می‌شود.

• بهبود ساختار خمیر

از آنجایی که CMC دارای ویژگی‌های متفاوت و اثرات تثبیت کننده ژل است؛ از یک طرف می‌تواند از سینرزیس (آب اندازی محصول) جلوگیری کند و از طرف دیگر می‌تواند میزان خمیر شدن را افزایش دهد. به عنوان مثال، هنگام استفاده در ترکیب رشته فرنگی فوری، زمان ورز دادن آرد را کوتاه می‌کند، محصول را یکنواخت می‌کند و ساختار را بهبود می‌بخشد؛ علاوه بر این‌ها، به راحتی آب را کنترل می‌کند و می‌تواند مقدار آب و فشار مورد نیاز را کاهش دهد.