درباره سلولز و مشتقات سلولزی

○ منشاء اولیه و فرآیندتولید

سلولز یکی از فراوان ترین مواد آلی موجود در طبیعت است و جزء اصلی اکثر گیاهان بشمار می آید. این ماده اولیه برای طیف گسترده ای از محصولات غذایی مورد استفاده قرار می گیرد. مشتقات سلولزی طیفی از سلولزهای اصلاح‌شده را پوشش می‌دهند که عموماً به عنوان افزودنی‌های غذایی بکار می روند. مانند متیل سلولز E461، هیدروکسی پروپیل سلولز E463، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز E464، متیل اتیل سلولز E465 و سدیم کربوکسی متیل سلولز E466 که اغلب به عنوان صمغ سلولز نیز شناخته می شود. اختصارات مربوطه mc، hpc، hpmc، mec و cmc به طور گسترده در این موارد استفاده می شوند. خواص سلولزهای اصلاح شده ای مانند هیدروکسی اتیل سلولز که تاییدیه استفاده از افزودنی های غذایی را ندارند، در این فصل گنجانده نشده است.

ویژگی مشترک همه این افزودنی ها اینکه هیدروکلوئیدهایی هستند که از مواد اولیه سلولز با اصلاح شیمیایی به دست می آیند. از آنجایی که بسیاری از خصوصیات مشترک در این طیف از افزودنی ها وجود دارد که برای جلوگیری از تکرار، موضوعات مشترک به عنوان خواص عمومی اشاره می گردد.

○ خواص

 

خواص عمومی

سه عامل اصلی که بر خواص سلولزهای اصلاح شده تأثیر می گذارد عبارتند از :

  1. نوع جایگزینی سلولز
  2. میانگین طول زنجیره یا درجه پلیمریزاسیون مولکولهای سلولز (dp)
  3. درجه جایگزینی زنجیره

علاوه بر این، اندازه ذرات هیدروکلوئید ممکن است متفاوت باشد و این اندازه ذرات و چگالی ظاهری پودر بر ویژگی های انحلال محصول نیز تأثیر خواهد گذاشت.

ذرات بشکل گرانول کمتر مستعد جمع شدن یا گلوله شدن هستند اما زمان بیشتری برای حل شدن نیاز دارند. مواد پودری ریز می توانند به سرعت هیدراته شوند، اما به این راحتی پراکنده نمی شوند و تکنیک های خوب هم زدن یا مخلوط کردن برای آنها لازم است. درجه پلیمریزاسیون DP معیاری برای اندازه گیری طول زنجیره پلیمر است. افزایش dp ویسکوزیته سلولز اصلاح شده در محلول را بسیار سریع افزایش می دهد، اگرچه ویسکوزیته دو سلولز تغییر یافته با dp متفاوت لزوماً قابل مقایسه نخواهد بود.

به طور کلی سلولزهای اصلاح شده محلول های شفاف با طعم خنثی، بی بو و بی رنگ می دهند. لازم به ذکر است که تمام سلولزهای اصلاح شده به صورت پودری یا حتی دانه ای قابلیت جذب آب از هوا را دارند، بنابراین مطلوب است که این محصولات در بسته بندی های هوادار نگهداری شوند.

 

1- متیل سلولز MC و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC

خواص این دو هیدروکلوئید بسیار شبیه به هم است و با هم پوشش داده خواهد شد. Mc و hpmc هر دو در آب سرد محلول هستند تا محلول هایی با ویسکوزیته بالا ایجاد نمایند که هر دو به dp و ds آنها بستگی دارد. این محلول ها پایداری ویسکوزیته معقولی را در محدوده pH 3-11 نشان می دهند. با این حال، مهمتر از آن، رفتار محلول ها در هنگام گرم شدن است زیرا زمانی که دمای محلول بالاتر از نقطه ای که به عنوان دمای اولیه ژل (igt) شناخته می شود، به ژل تبدیل می شود. igt از 52 درجه سانتیگراد برای mc، تا محدوده 80-63 درجه سانتیگراد برای انواع hpmc با افزایش درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل، افزایش igt متغیر است. این ژل ها در هنگام خنک شدن برگشت پذیر هستند، اگرچه هیسترسیس مشخصی بین گرم کردن و خنک کردن وجود دارد. هر دو پلیمر لایه ساز خوبی هستند و همچنین مقداری فعالیت سطحی از خود نشان می دهند. از نظر تجاری mc و hpmc با ویسکوزیته در محلول های آبی 2٪ و همچنین توسط ds متمایز می شوند.

2- هیدروکسی پروپیل سلولز HPC

Hpc نیز در آب سرد محلول است و باز هم طیف وسیعی از ویسکوزیته را می توان وابسته به dp بدست آورد. Hpc در دماهای بالای 45 درجه سانتیگراد نامحلول می شود، اما برخلاف mc و hpmc، هیچ ژلی تشکیل نمی شود. Hpc در تهیه هیدروکلوئیدهای غذایی معمول نمیباشد زیرا در اتانول و مخلوط اتانول و آب محلول است.با این حال، جالب ترین خواص hpc احتمالا تشکیل فیلم خوب و فعالیت سطحی بالای آن در مقایسه با اکثر هیدروکلوئیدهای دیگر است.

3- متیل اتیل سلولز MEC

مشابه با mc یا hpmc، mec نیز در آب سرد محلول است و با گرم شدن، ژل های ضعیفی در بالای igp تشکیل می دهد. البته این خاصیت به تنهایی تمایل زیاد به مصرف mec به عنوان یک افزودنی غذایی توجیه نمی کند، بلکه فعالیت سطحی آن و در نتیجه عملکرد عالی به عنوان یک عامل ویپ کننده ، به ویژه در حضور پروتئین، عامل محبوبیت آن بشمار می آید .

4- کربوکسی متیل سلولز CMC

خواص عمومی

کربوکسی متیل سلولز هم در آب سرد و هم در آب گرم حل می شود و محلول های شفاف و بی رنگ با طعم خنثی ایجاد می کند. مانند سایر مشتقات سلولزی اصلاح شده، ویسکوزیته محلول به dp بستگی داشته ، اما می توان محلول های آبی 1٪ با ویسکوزیته حدود 5000 mPas در دمای محیط تولید کرد.

این محلول‌ها کاهش برگشت‌پذیر ویسکوزیته را در حرارت نشان می‌دهند، اما در سیستم‌های غذایی نه به تنهایی و نه با سایر هیدروکلوئیدها ژل نمی‌شوند. سرعت ایجاد ویسکوزیته به وضوح به dp، اندازه ذرات و تا حدی به ds بستگی دارد. با پودرهای با مش بالا افزایش ویسکوزیته بسیار سریع به دست می آید.

حداکثر درجه جایگزینی 1.5 در اصلاحیه اخیر قانون اتحادیه اروپا مجاز است، اما معمولاً ds در محدوده 0.6-0.95 برای برنامه های صنایع غذایی است. ds، همراه با یکنواختی جایگزینی، بر رئولوژی محلول تأثیر می گذارد. محلول های ds پایین تر تیکسوتروپیک هستند، در حالی که ds بالاتر به شبه پلاستیسیته تمایل دارد. یکنواختی جایگزینی به نفع رئولوژی کاذب پلاستیکی است، و محلول‌هایی از این نوع به خصوص احساس “صاف” دهان می‌دهند.

از نظر تجاری، انواع cmc از نظر ویسکوزیته، اندازه ذرات و به میزان محدودتر توسط ds و ویژگی های محلول خاص متمایز می شوند. بررسی غلظت محلول هایی که ویسکوزیته برای آنها مشخص شده است ضروری است، زیرا یک مقدار استاندارد واحد برای غلظت وجود ندارد.

منابع:

Source: General Overview of Food Hydrocolloids