phụ gia trong thực phẩm CMC

1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
  
BK
TP HCM
TIỂU LUẬN CƠ LƯU CHẤT PHI NEWTON
PHỤ GIA TRONG THỰC PHẨM
CMC
GVHD: THẦY VŨ BÁ MINH
SINH VIÊN THỰC HIỆN :
- LÊ MINH HOÀNG 61201204
- VŨ HOÀNG NGUYÊN 61202474
- NGUYỄN THẾ HẬU 61201048
TP Hồ Chí Minh – 4/2015
1
2
MỤC LỤC
TRANG
LỜI MỞ ĐẦU 1
PHẦN 1: SƠ LƯỢC CMC 2
1.1 Tổng quát 2
1.2 Cấu tạo 2
1.3 Khối lượng phân tử 3
1.4 Tính chất CMC 4
1.5 Quy trình sản xuất 4
PHẦN 2: ỨNG DỤNG CMC 7
PHẦN 3: TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CMC 9
TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

2
3
LỜI MỞ ĐẦU

Xenlulozo là thành phần chính của các tế bào thực vật gỗ, tre, nứa… Từ xenlulozo người ta chế
tạo nhiều dẫn xuất trong đó sử dụng rộng rãi nhất là CMC.Bài tiểu luận này sẽ cung cấp một
phần nào kiến thức căn bản nhất về CMC cũng như liên hệ tính chất lưu biến của nó. Hy vọng
sau bài báo cáo này, đề tài CMC sẽ thu hút mọi người cùng quan tâm và tìm hiểu.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2015
Nhóm sinh viên thực hiện
9/9/2015 Page 3
4
PHẦN 1 : SƠ LƯỢC CMC
1.1. TỔNG QUÁT VỀ CMC
- Khái niệm :Carboxymethyl cellulose (CMC) là dẫn xuất cellulose là nguồn nguyên liệu đầu tiên được
sử dụng để tạo ra những sản phẩm biến tính (modification) ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và
các ngành khác.
- Lịch sử ra đời: Phụ gia tạo đặc CMC lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1918, bởi tập đoàn Hercules
Incorporated. Ngày nay, CMC (carboxymethyl cellulose, một dẫn xuất của cellulose với acid
chloroacetic) được sử dụng ngày càng rộng rãi bởi những chức năng quan trọng của nó như: chất làm
đặc, ổn định nhũ tương, chất kết dính,… CMC bán tinh khiết và tinh khiết đều được sử dụng trong
dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm và chất tẩy rửa,…
1.2. CẤU TẠO
- Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polymer, là dẫn xuất cellulose với các nhóm carboxymethyl (-
CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các glucopyranose monomer tạo nên khung sườn
cellulose và thường được sử dụng dưới dạng muối Natri carboxymethyl cellulose.
- Ngoài ra CMC còn được gọi với một số tên gọi khác như Carboxymethylcellulose, carmellose, Sodium
cellulose glycolat, Na CMC, cellulose gum, mã phụ gia thực phẩm INS là E466
9/9/2015 Page 4
5

-
Phụ gia làm đặc, làm dầy CMC - Carboxymethyl cellulose E466
1.3. KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ
-Dạng Natri carboxymethyl cellulose có công thức phân tử là
[C6H7O2(OH)x(OCH2COONa)y]n
-Trong đó n là mức độ trùng hợp, y là mức độ thay thế, x = 1.50-2.80, y = 0.20-1.50, x +
y = 3.0
-Đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 0.20 là 178.14 đvC.
-Đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 1.50 là 282.18 đvC.
-Phân tử kích thước lớn khoảng 17,000 đvC (n khoảng 100).
9/9/2015 Page 5
6
1.4. TÍNH CHẤT CMC
-Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi hạt hút ẩm. CMC tan trong cả nước nóng và
nước lạnh.
-CMC có khả năng tạo đông thành khối vững chắc với độ ẩm rất cao (98%). Độ chắc và tốc độ tạo đông
phụ thuộc vào nồng độ CMC, độ nhớt của dung dịch và lượng nhóm acetat thêm vào để tạo đông. Nồng
độ tối thiểu để CMC tạo đông là 0.2% và của nhóm acetat là 7% so với CMC.
-CMC không tan trong dung môi hữu cơ như ethanol, glycerol,… nếu trong công thức có các thành phần
này phải tăng cường sự phân tán CMC trước bằng cách bổ sung đường, fructose syrup hoặc syrup đường
nghịch đảo. Dầu ăn có thể được sử dụng, mặc dù khả năng hòa tan có thể chậm hơn vì dầu ăn tạo lớp vỏ
bọc bao phủ các hạt CMC.
1.5. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CMC
 Đặt vấn đề
 CMC là chất phụ gia đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và có giá trị kinh
tế vì vậy việc sản xuất CMC theo cách tối ưu nhất đang được nghiên cứu một cách
nghiêm túc.
 Có nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất CMC:
 Osamu nakahara đề nghị dùng etyl este của axit monocloacetic và dung môi là etanol.
 David Gohem đề nghị kiềm hoá trong iso-propanol.

 Minoru shigenaga đề nghị dùng hỗn hợp iso-propanol và methanol ete hoá ở
70
o
C.
 Trong các phương pháp trên sản xuất CMC theo cách David Gohem ít độc và cho sản
phẩm độ thế cao, tương đối đồng đều. Chúng ta sẽ nêu quy trình của phương pháp sản
xuất này.
 Sơ đồ thí nghiệm
9/9/2015 Page 6
7
-
 Nguyên liệu
 Xenlulozo bông phế thải của các công ty dệt.
 NaOH kỹ thuật.
 MCA kỹ thuật.
 Iso-propanol 87% kỹ thuật.
 Etanol cồn 95% kỹ thuật.
 Quy trình chế CMC
- Sau nhiều lần thí nghiệm và kiểm tra ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ độ ẩm họ đã tìm được
quy trình tổng hợp như sau:
- Dùng NaOH để kiềm hoá 150 phút.
- Tỷ lệ số mol MCA( monocloacetic) và xenlulozo là 2,2/1.
- Nhiệt độ quá trình ete hoá là
75
o
C trong thời gian 3,5 giờ.
- Trong quá trình phản ứng phải ngiền trộn kỹ.
- Xenlulozo phải được cắt vụn và đánh tơi.
9/9/2015 Page 7
8

Bảng đặc trưng CMC nhập ngoại và được chế tạo
9/9/2015 Page 8
9
PHẦN 2: ỨNG DỤNG CMC
2.1. TRONG THỰC PHẨM
2.1.1 Chất tạo đặc cho thực phẩm
- Chất tạo đặc cho thực phẩm (Food thickeners) hay phụ gia tạo đặc là một hay một nhóm
chất mà khi đưa vào thực phẩm (thường ở dạng lỏng) với một lượng rất nhỏ, chúng có thể
làm cho độ nhớt của những thực phẩm này tăng lên mà không làm thay đổi tính chất đặc
trưng vốn có của sản phẩm thực phẩm như màu, mùi, vị,… Ngoài ra, một số chất tạo đặc
còn có tác dụng tạo gel, làm bền, làm ổn định và tạo cấu trúc cho các loại thực phẩm (làm
bền hệ nhũ tương hay ổn định trạng thái lơ lửng của hệ huyền phù trong nước quả).
- Chất tạo đặc có hiệu quả rất lớn vì chỉ cần được đưa vào hỗn hợp với một lượng rất nhỏ
các chất chất tạo đặc này cũng có thể tạo nên một dung dịch có độ nhớt đáng kể. Vì vậy
chúng thường được ứng dụng làm phụ gia tạo đặc cho các loại thực phẩm dạng đặc, sệt
như nước ép quả, các loại bánh pudding ăn liền, mì ăn liền, nước sốt mayonnaise, nước
sốt salad, siro, sữa,…

2.1.2 Chất ổn định - chất ổn định thực phẩm stabilizer
- Chất ổn định dùng trong thực phẩm (food stabilizer) là phụ gia thực phẩm được sử dụng
với mục đích duy trì sự phân tán của hai hay nhiều thành phần nhằm tạo nên sự đồng nhất
cho sản phẩm. Ngoài ra, một số chất ổn định còn có tác dụng tạo gel, làm bền và làm ổn
định cấu trúc của các loại thực phẩm (làm bền hệ nhũ tương hay ổn định trạng thái lơ
lửng của hệ huyền phù trong nước quả).
- Ví dụ
9/9/2015 Page 9
10
- CMC được sử dụng như một chất nhũ hóa trong sản xuất bánh quy . Nhờ CMC, chất béo
phân tán đồng đều trong hỗn hợp giúp cho chất lượng sản phẩm đạt độ ổn định. Nó có thể
giúp giảm mức tiêu thụ của lòng đỏ trứng hoặc chất béo được sử dụng trong làm bánh

quy, do đó đạt được lợi ích kinh tế. Ngoài ra CMC còn đảm bảo phân tán mịn trong các
loại dầu hương vị, cải thiện kết cấu và chất lượng. Chúng được sử dụng trong kẹo cao su,
bơ thực vật và bơ đậu phộng như chất nhũ hóa.
-
2.2TRONG PHI THỰC PHẨM
2.2.1Trong sản phẩm tẩy rữa
CMC được sử dụng trong chất tẩy rửa như là một chất chống đóng lắng, keo dán,
cao su và các loại sơn đánh bóng
9/9/2015 Page 10
11
-
- Trong công nghiệp khoan dầu, xây dựng
- CMC cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp khoan dầu như là một thành phần của
bùn khoan, nó thay đổi độ nhớt và là tác nhân giữ nước.
- Trong xây dựng, CMC được thêm vào vữa khô
2.2.2Trong công nghệ nano
- Dung dịch nước CMC cũng đã được sử dụng để phân tán các ống nano carbon. Các phân
tử CMC dài quấn quanh các ống nano, cho phép chúng được phân tán trong nước.
9/9/2015 Page 11
12
PHẦN 3: TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CMC
3.1 ẢNH HƯỞNG BỞI NHIỆT ĐỘ VÀ pH
- Ảnh hưởng bởi pH
- CMC hoặt động ở độ nhớt ổn định khi pH =6-9
- ở pH<4
- các phân tử liên kết chặt chẽ với nhau hơn, nên độ nhớt lớn
- ở pH>9
- các phân tử CMC được tích điện âm, gặp thêm điện tích âm, tạo lực đẩy tĩnh điện, phá vỡ
cấu trúc của hệ
- Ảnh hưởng bởi nhiệt độ

9/9/2015 Page 12
13
- Nguyên nhân có thể là do khi nhiệt độ tăng, các phân tử CMC chuyển động nhanh dần,
va chạm vào nhau làm đứt liên kết và phá vỡ cấu trúc của hệ , làm giảm độ nhớt
3.2. ẢNH HƯỞNG BỞI NỒNG ĐỘ
- Trong phần này, sẽ trình bày về sự ảnh hưởng của nồng độ độ đến tính chất của CMC
cũng như nồng độ quan trọng của natri carboxymethyl cellulose (CMC) – nồng độ là
điểm để biến đối các tính chất lưu biến của CMC bằng thí nghiệm với nhớt kế quay.
- Phương pháp thí nghiệm
- Dùng CMC với trọng lượng phân tử danh nghĩa của 700.000 g.mol-1 và bậc thay thế là
0,65-0,85
9/9/2015 Page 13
14
- Các đường cong lưu biến thu được bằng cách tăng liên tục một ứng suất không đổi với
giá trị là 0.03 Pa s-1. Tuy nhiên, đối với các nồng độ CMC thấp (<1%), các giá trị ứng
suất được thiết lập tại một giá trị thấp hơn (ít hơn 0.03 Pa s-1) để có được những đường
cong chi tiết hơn trong khoảng ứng suất cắt thấp.
- Kết quả
 Hình 1- Đường cong lưu biến của CMC ở các nồng độ khác nhau.
- Từ hình 1 chúng ta có thể thấy rằng ở vùng nồng độ nhỏ hơn 0.2 các đường cong lưu biến
rất gần với tuyến tính (thể hiện cho tính chất Newton). Còn ở vùng nồng độ cao hơn các
đường cong lưu biến là những đường cong phi tuyến( thể hiện tính chất phi Newton) và
tính chất phi Newton càng biểu hiện rõ ở nồng độ càng cao.
9/9/2015 Page 14
15
- Với cùng số liệu ở biểu đồ trước nhưng đồ thị dưới đây nhưng độ nhớt được thể hiện là
một hàm số của suất biến dạng.
 Hình 2 - Độ nhớt theo suất biến dạng
- Ta nhận thấy ở vùng nồng độ thấp (0.2, 0.4, 0.8) độ nhớt giảm dần theo suất biến dạng ,
đó chính là tính chất shear-thinning của chất lỏng giả dẻo( pseudoplastic). Ở nổng độ cao

9/9/2015 Page 15
16
hơn trên 1% sự thay đổi của độ nhớt là hoàn toàn khác. Ban đầu, độ nhớt tăng theo suất
biến dạng đó là tính chất shear-thickening của chất lỏng Dilatant nhưng ngay sau đó độ
nhớt lại giảm như là một chất lỏng giả dẻo
- Dung dịch CMC được biết đến là một chất phụ thuộc thời gian rất mạnh, nghĩa là có mối
quan hệ giữa độ nhớt-thời gian, trong đó độ nhớt giảm với thời gian tác động . Sự phụ
thuộc thời gian của độ nhớt là do những thay đổi xảy ra trong cấu trúc bên trong của chất
lỏng do hạt lực tương tác như Van de Waals, lưc liên kết giữa các phân tử thay đổi theo
thời gian. Để xác định tính chất thixotropy được xác định bằng cách cho trước tiên cho
suất biến dạng tăng lên sau đó cho suất biến dạng giảm theo tỉ lệ không đổi : đường cong
lưu biến sẽ tạo nên một vòng kín.
• Hình 3 – Tính chất thixotropy của CMC
9/9/2015 Page 16
17
Hình 4 – Cấu trúc Thixotropy của CMC
9/9/2015 Page 17
18
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. E.I. Yaseen, T.J. Herald*, F.M. Aramouni, S. Alavi “Rheological
properties of selected gum solutions” 19 Jan 2014
2. Adel Benchabane&Karim Bekkour “Rheological properties of
carboxymethyl cellulose (CMC) solutions” 29 Fer 2008

9/9/2015 Page 18