什么是羧甲基纤维素？

羧甲基纤维素是一种重要的水溶性纤维素衍生物，常用作稳定剂和增稠剂。其在食品、制药和化妆品等领域中广泛应用，对产品的质地和稳定性起着关键作用。

简介：

羧甲基纤维素( Carboxymethyl cellulose)，简称 CMC，是天然高分子化学物纤维素的羧甲基化衍生物，又名纤维素胶，是最主要的离子型纤维素醚。CMC 是目前世界上使用范围最广、用量最大的纤维素种类，因具备很多特别性质，如增稠、粘结、成膜、保水、乳化、悬浮等，而广泛应用于食品、医药、石油、造纸和日用化工等领域。

CMC 外观白色或淡黄色，无臭、无味的颗粒粉粒或细纤维状，具吸湿性。羧甲基纤维素被称为工业味精，大量应用在工业生产中，为各种生产领域带来巨大使用价值。CMC 容易溶解在冷水或热水水中，不溶于大部分有机溶剂，溶解后会变成有粘度的液体，我们主要是利用 CMC 溶液的流变性能作为不同行业应用中的增稠剂和悬浮剂。

1. 化学结构

CMC 是纤维素衍生物纤维素醚的一种。CMC 是再生纤维素 [C6H10O5]n 与羟基乙酸 (羟基乙酸) CH2(OH)COOH 或一氯乙酸钠 ClCH2COONa 的衍生物。CMC 主链由通过 -1,4- 键连接的 D-葡萄糖残基组成。它具有羧甲基 (-CH2-COOH)，与构成纤维素主链的葡萄糖吡喃糖单体的一些羟基结合。羧甲基纤维素通常以其钠盐、羧甲基纤维素钠的形式使用。

2. 性质

CMC 是一种白色或淡黄色粉末，无臭、无味、无毒。它具有吸湿性，在热水或冷水中溶解良好，形成粘稠溶液。它不溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、苯等有机溶剂。CMC 的功能特性取决于纤维素结构的取代度（即在取代反应中有多少羟基转化为羧甲基基团），以及纤维素主链结构的链长和羧甲基取代基的聚集度。它通常用作粘度调节剂或增稠剂，并用于稳定各种产品（包括食品和非食品相关产品）中的乳液。它被使用的主要原因是它具有高粘度、无毒，并且通常被认为是低过敏性的。

3. 羧甲基纤维素如何从纤维素中提取出来的？

（1）水媒法生产工艺

水媒法是应用比较早的，也是比较成熟的 CMC 生产工艺。该工艺将碱性纤维素与醚化剂在游离碱和水的条件下进行反应。水媒法对于设备要求比较简单，具有投资少、成本低、易操作等特点。目前，水媒法主要用于制取中低档次的 CMC 产品，应用于洗涤剂、纺织上浆剂和粘结剂以及石油工业等。其工艺流程如图。

（2）溶剂法生产工艺

跟水媒法相比，溶剂法的特点是以有机溶剂为介质，反应物在碱化、醚化过程中呈浆料状态，反应过程传热、传质速度快且均匀稳定，主反应速度快，副反应少。溶剂法生产工艺见图，其醚化剂利用率比水媒法高 10%~20%，所得产品的均一性、透明度及溶解性能好，是整个羧甲基纤维素工艺发展的方向。同时，溶剂法与传统水媒法相比，工序少，生产周期短。因此，溶剂法一般用于生产高档次的 CMC 产品。

4. 与其他纤维素衍生物的比较

（1）羧甲基纤维素和羟丙基纤维素之间的区别

羧甲基纤维素 (CMC) 和羟丙基甲基纤维素 (HPMC) 都是纤维素衍生物，但它们化学结构的细微差别导致其特性截然不同。CMC 具有羧甲基基团，使其更易溶于水，并在较低浓度下提供卓越的增稠性能。另一方面，HPMC 结合了羟丙基和甲基基团，可实现更好的保水性和更广泛的 pH 稳定性。

羧甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素是纤维素的衍生物，保水率不同。羧甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素之间的主要区别在于，在相同量的情况下，羧甲基纤维素的保水率较低，而羟丙基甲基纤维素的保水率较高。

（2）CMC 和 HPMC 的比较分析

由于 CMC 具有增稠能力和控制质地的能力，因此在冰淇淋和牙膏等食品中表现出色。其粘膜粘附特性也使其成为人工泪液中的重要成分。相反，HPMC 因其缓释能力和与更宽 pH 谱的兼容性而在制药应用中受到青睐。由于其胶凝特性，它也常用于瓷砖粘合剂和油漆等建筑材料中。

（3）为什么选择 CMC 而不是其他增稠剂——优先选择 CMC 的优势和特定场景

在选择增稠剂时，CMC 具有多种优势。首先，与 HPMC 相比，其成本较低，使其成为注重预算的应用的理想选择。此外，CMC 表现出卓越的生物降解性，符合环保做法。更重要的是，CMC 有时对人体组织的刺激性较小，因此更适合某些医疗和化妆品配方。

因此，优先考虑 CMC 的强度至关重要。如果增稠能力、成本效益、生物降解性和潜在的生物相容性是首要考虑因素，那么 CMC 会脱颖而出。但是，对于需要持续释放、更广泛的 pH 耐受性或特定胶凝特性的应用，HPMC 可能更合适。最终，选择取决于所需的功能和应用细节。

5. 购买和使用羧甲基纤维素

羧甲基纤维素是一种具有增稠、稳定和保湿特性的多功能成分。您可以根据所需的数量从特色食品商店或工业供应商在线购买商业羧甲基纤维素。它通常以粉末形式出售，根据用途可提供颗粒状变体。

有效使用 CMC 取决于您的用途。CMC在食品中用作搅拌冰淇淋、奶油和乳制品的助剂，在明胶和布丁中用作形成凝胶的助剂，在沙拉酱和馅料中用作增稠剂。它还可用作果汁中的悬浮剂、乳剂和蛋黄酱中的保护胶体、覆盖水果表面的保护剂和烘烤食品中的稳定剂。由于CMC不被人体代谢，它已被批准用于低热量食品。在工业环境中，CMC 的剂量和制备可能因所需功能而异。在工业应用中使用 CMC 时，请务必参考具体说明或咨询合格的专业人士。

6. 关于羧甲基纤维素的常见问题

（1）储存

CMC 具有吸湿性，这意味着它会吸收空气中的水分。在潮湿环境中储存不当会导致材料结块和难以分散。为避免这种情况，应将 CMC 存放在阴凉干燥处的密闭容器中。

（2）混合

由于 CMC 具有增稠特性，因此很难混合。为确保正确分散，建议将 CMC 缓慢添加到充分搅拌的液体中。或者，在将 CMC 混入主混合物之前，先在少量冷液体中预分散 CMC，可以改善其掺入效果。

（3）潜在相互作用

CMC 可能与某些成分相互作用，影响其功能。例如，它可以与蛋白质相互作用，降低其增稠或胶凝特性。如果您在含有蛋白质增稠剂的配方中使用 CMC，建议调整 CMC 的用量或寻找替代增稠剂。

参考：

[1]李广林. 羧甲基纤维素钠提纯工艺优化及技术改造[D]. 广东:华南理工大学,2022.

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Carboxymethyl_cellulose

[3]https://farmasmart.com/blog/que-es-el-cmc/

[4]https://www.drugs.com/cdi/carboxymethylcellulose.html

[5]https://www.linkedin.com/pulse/what-difference-between-hydroxypropyl-methyl-cellulose-derek-song

[6]https://www.celotech.com/technology/the-various-uses-of-carboxymethylcellulose-cmc/