La carboximetilcelulosa ( CMC ) o goma de celulosa [1] es un derivado de la celulosa con grupos carboximetilo (-CH2 - COOH) unidos a algunos de los grupos hidroxilo de los monómeros de glucopiranosa que forman la cadena principal de celulosa . Se suele utilizar en su forma de sal sódica , carboximetilcelulosa sódica . Solía comercializarse con el nombre de Tylose, una marca registrada de SE Tylose. [2]
La carboximetilcelulosa se sintetiza mediante la reacción catalizada por álcali de la celulosa con ácido cloroacético . [3] Los grupos carboxilo polares ( ácido orgánico ) hacen que la celulosa sea soluble y químicamente reactiva. [4] Los tejidos hechos de celulosa, por ejemplo, algodón o viscosa (rayón) , también pueden convertirse en CMC. [5]
Tras la reacción inicial, la mezcla resultante produce aproximadamente un 60% de CMC y un 40% de sales ( cloruro de sodio y glicolato de sodio ). Este producto, llamado CMC técnico, se utiliza en detergentes . [ cita requerida ] Se utiliza un proceso de purificación adicional para eliminar las sales y producir CMC puro, que se utiliza para aplicaciones alimentarias y farmacéuticas. [6] También se produce un grado intermedio "semipurificado", que se utiliza normalmente en aplicaciones de papel, como la restauración de documentos de archivo. [7]
La CMC es un derivado de la celulosa regenerada [C 6 H 10 O 5 ] n con ácido hidroxiacético ( ácido hidroxietanoico ) CH 2 (OH) COOH o monocloroacetato de sodio (Na[ClCH 2 COO]). La cadena principal de CMC consiste en residuos de D-glucosa unidos por un enlace -1,4. Tiene grupos carboximetilo (-CH 2 -COOH) unidos a algunos de los grupos hidroxilo de los monómeros de glucopiranosa que forman la cadena principal de celulosa. A menudo se utiliza como su sal sódica, carboximetilcelulosa sódica. [8]
El CMC es un polvo blanco o ligeramente amarillo sin olor, sabor ni propiedades venenosas . Es higroscópico y se disuelve bien en agua caliente o fría, formando una solución viscosa . No es soluble en disolventes orgánicos como metanol , etanol , acetona , cloroformo y benceno . Las propiedades funcionales del CMC dependen del grado de sustitución de la estructura de celulosa (es decir, cuántos de los grupos hidroxilo se han convertido en grupos carboximetileno en la reacción de sustitución), así como de la longitud de la cadena de la estructura principal de celulosa y del grado de agrupamiento de los sustituyentes carboximetilo. Se utiliza comúnmente como modificador de viscosidad o espesante y para estabilizar emulsiones en varios productos, tanto alimentarios como no alimentarios. Se utiliza principalmente porque tiene una alta viscosidad, no es tóxico y generalmente se considera hipoalergénico. [8]
La carboximetilcelulosa (CMC) se utiliza en aplicaciones que van desde la producción de alimentos hasta los tratamientos médicos. [9] Se utiliza comúnmente como modificador de viscosidad o espesante y para estabilizar emulsiones tanto en productos alimenticios como no alimenticios. Se utiliza principalmente porque tiene una alta viscosidad , no es tóxica y generalmente se considera hipoalergénica , ya que la principal fuente de fibra es pulpa de madera blanda o deshilachado de algodón . También se utiliza en productos no alimenticios que incluyen productos como pasta de dientes , laxantes , pastillas para adelgazar , pinturas a base de agua , detergentes , encolantes textiles , paquetes térmicos reutilizables , varios productos de papel , materiales de filtración, membranas sintéticas, aplicaciones de cicatrización de heridas y también en la artesanía del cuero para ayudar a pulir los bordes. [10] [11] [12] [ verificación necesaria ]
El CMC está registrado como E466 o E469 (cuando se hidroliza enzimáticamente ). Se utiliza como modificador de viscosidad o espesante y para estabilizar emulsiones en diversos productos, incluidos helados , mayonesa y bebidas. También se utiliza ampliamente en productos alimenticios sin gluten y bajos en grasa. [13]
La viscosidad variable de la CMC (alta en frío y baja en caliente) la hace útil en la preparación de alimentos fríos y texturas en bebidas y geles comestibles. Con un DS de alrededor de 1,0, puede prevenir la deshidratación y la contracción de la gelatina, al tiempo que contribuye a una estructura más aireada. En algunos alimentos, se puede utilizar para controlar el contenido de aceite y humedad. [14]
La CMC se utiliza para lograr estabilidad de tartrato o frío en el vino, lo que puede evitar el uso excesivo de energía al enfriar el vino en climas cálidos. Es más estable que el ácido metatartárico y es muy eficaz para inhibir la precipitación de tartrato. Se informa que los cristales de KHT , en presencia de CMC, crecen más lentamente y cambian su morfología. [15] [ fuente no primaria necesaria ] [16] [17] [ mejor fuente necesaria ] Su forma se vuelve más plana porque pierden 2 de las 7 caras, cambiando sus dimensiones. Las moléculas de CMC, cargadas negativamente al pH del vino, interactúan con la superficie electropositiva de los cristales, donde se acumulan los iones de potasio. El crecimiento más lento de los cristales y la modificación de su forma son causados por la competencia entre las moléculas de CMC y los iones de bitartrato por unirse a los cristales de KHT. [18] [17] [ cita completa necesaria ]
El CMC es un ingrediente común en los productos de limpieza debido a sus propiedades espesantes y estabilizadoras y a su composición no tóxica. En detergentes y productos de limpieza, se puede utilizar para mejorar la textura y ayudar a suspender la suciedad y la mugre en el producto de limpieza. Su viscosidad ajustable se puede utilizar para estandarizar las texturas de los productos, especialmente cuando se utiliza junto con otros productos químicos.
El CMC ayuda a eliminar la grasa y a crear pequeñas burbujas en el jabón. Esto, junto con su capacidad para suspender la suciedad en las mezclas, puede hacer que los jabones y otros productos de limpieza sean más eficaces. [20]
El CMC se utiliza en textiles como agente espesante en la impresión textil y constituye aproximadamente el 2-3% de las pastas de impresión. También se utiliza en el acabado de tejidos para afectar la textura de la tela. Además, el CMC actúa como agente aglutinante en telas no tejidas, lo que contribuye a la resistencia y estabilidad del material. En aplicaciones de encolado, se utiliza aproximadamente el 1-3% de CMC para proteger los hilos durante el tejido para reducir las roturas.
El CMC ayuda a espesar las pastas de impresión, lo que hace que las impresiones sean más precisas. También se utiliza para espesar los tintes. Además, es una alternativa a los espesantes sintéticos. [21]
El CMC es un ingrediente que se utiliza en más del 50% de los productos cosméticos. Como agente espesante, se utiliza en fórmulas en las que es necesario controlar con precisión la viscosidad. En el cuidado del cabello, aproximadamente el 25% de los champús y acondicionadores utilizan CMC por sus efectos acondicionadores y desenredantes. También se utiliza en las industrias del maquillaje y la pasta de dientes para controlar la textura de los productos. Debido a su capacidad para retener la humedad, también se utiliza en productos para el cuidado de la piel. El CMC actúa como agente formador de película en aproximadamente el 10% de los protectores solares.
La CMC ayuda a suspender y dispersar los pigmentos, uniendo otros ingredientes para lograr una distribución uniforme. La CMC, cuando se combina con etanolamina de ácidos grasos o 2,2'-iminodietanol en un producto para el cabello, puede formar una película fina alrededor del cabello. [22]
El polvo de CMC se utiliza ampliamente en la industria de los helados para elaborar helados sin batir o a temperaturas extremadamente bajas, eliminando así la necesidad de batidoras convencionales o mezclas de hielo salado. [23] El CMC se utiliza para hornear panes y pasteles. El uso de CMC proporciona al pan una calidad mejorada a un coste reducido al reducir la necesidad de grasa. El CMC también se utiliza como emulsionante en galletas. La dispersión uniforme de la grasa en la masa mejora la liberación de la masa de los moldes y cortadores, logrando galletas bien formadas sin bordes distorsionados. También puede ayudar a reducir la cantidad de yema de huevo o grasa utilizada en la elaboración de las galletas. El uso de CMC en la preparación de dulces asegura una dispersión suave en aceites aromatizantes y mejora la textura y la calidad. El CMC se utiliza en chicles, margarina y mantequilla de maní como emulsionante. [24]
El CMC también se utiliza en numerosas aplicaciones médicas. [25] [26] [27] [28]
Algunos ejemplos incluyen:
En oftalmología , el CMC se utiliza como agente lubricante en soluciones de lágrimas artificiales para el tratamiento del ojo seco. [32]
En medicina veterinaria, la CMC se utiliza en cirugías abdominales en animales grandes, particularmente caballos, para prevenir la formación de adherencias intestinales. [33]
La CMC insoluble (insoluble en agua) se puede utilizar en la purificación de proteínas, particularmente en forma de membranas de filtración cargadas o como gránulos en resinas de intercambio catiónico para cromatografía de intercambio iónico . [34] Su baja solubilidad es el resultado de un valor DS más bajo (el número de grupos carboximetilo por unidad de anhidroglucosa en la cadena de celulosa) en comparación con la CMC soluble. [35] La CMC insoluble ofrece propiedades físicas similares a la celulosa insoluble, mientras que los grupos carboxilato cargados negativamente le permiten unirse a proteínas cargadas positivamente. [36] La CMC insoluble también se puede reticular químicamente para mejorar la resistencia mecánica del material. [37]
Además, la CMC se ha utilizado ampliamente para caracterizar la actividad enzimática de las endoglucanasas (parte del complejo de celulasa ); es un sustrato altamente específico para las celulasas que actúan endo, ya que su estructura ha sido diseñada para descristalizar la celulosa y crear sitios amorfos que son ideales para la acción de la endoglucanasa. [ cita requerida ] La CMC es deseable porque el producto de catálisis ( glucosa ) se mide fácilmente utilizando un ensayo de azúcar reductor , como el ácido 3,5-dinitrosalicílico . [ cita requerida ] El uso de CMC en ensayos enzimáticos es especialmente importante en la detección de enzimas de celulasa que son necesarias para una conversión más eficiente del etanol celulósico . [ cita requerida ] La CMC se usó incorrectamente en los primeros trabajos con enzimas de celulasa, ya que muchos habían asociado toda la actividad de la celulasa con la hidrólisis de la CMC. [ ¿ según quién? ] A medida que se comprendió mejor el mecanismo de despolimerización de la celulosa, se hizo evidente que las exocelulasas son dominantes en la degradación de la celulosa cristalina (por ejemplo, Avicel) y no soluble (por ejemplo, CMC). [ cita requerida ]
En los detergentes para ropa, se utiliza como un polímero de suspensión de suciedad diseñado para depositarse sobre el algodón y otras telas celulósicas, creando una barrera con carga negativa contra la suciedad en la solución de lavado. [ cita requerida ] El CMC también se utiliza como agente espesante, por ejemplo, en la industria de perforación petrolera como ingrediente del lodo de perforación , donde actúa como modificador de viscosidad y agente de retención de agua. [ cita requerida ]
El CMC se utiliza a veces como aglutinante de electrodos en aplicaciones de baterías avanzadas (es decir, baterías de iones de litio ), especialmente con ánodos de grafito . [38] La solubilidad en agua del CMC permite un procesamiento menos tóxico y costoso que con aglutinantes no solubles en agua, como el fluoruro de polivinilideno (PVDF) tradicional, que requiere n-metilpirrolidona (NMP) tóxica para su procesamiento. [ cita requerida ] El CMC se utiliza a menudo junto con caucho de estireno-butadieno (SBR) para electrodos que requieren flexibilidad adicional, por ejemplo, para su uso con ánodos que contienen silicio. [39]
El CMC también se utiliza en paquetes de hielo para formar una mezcla eutéctica que da como resultado un punto de congelación más bajo y, por lo tanto, una mayor capacidad de enfriamiento que el hielo. [40]
También se han utilizado soluciones acuosas de CMC para dispersar nanotubos de carbono, donde se cree que las largas moléculas de CMC envuelven los nanotubos, lo que les permite dispersarse en agua. [ cita requerida ]
En conservación-restauración se utiliza como adhesivo o fijador (nombre comercial Walocel, Klucel). [ cita requerida ]
Los efectos sobre la inflamación , el síndrome metabólico relacionado con la microbiota y la colitis son un tema de investigación. [41] La carboximetilcelulosa, junto con otros emulsionantes, se sugiere como una posible causa de la inflamación del intestino [2], a través de la alteración de la microbiota gastrointestinal humana , y se ha sugerido como un factor desencadenante de enfermedades inflamatorias del intestino como la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn . [42] [43] [ fuente no primaria necesaria ]
Si bien se cree que es poco común, existen informes de casos de reacciones graves al CMC. [44] Se cree que las pruebas cutáneas son una herramienta de diagnóstico útil para este propósito. [45]