Stabiliseringsmedel: Natriumsalter av fettsyror, Kaliumsalter av fettsyror, Kalciumsalter av fettsyror (E470a); Magnesiumsalter av fettsyror (E470b)

Fettsyror är naturliga element i fetter och oljor. Deras salter utvinns genom att man behandlar dem med alkaliska substanser för att till exempel tillverka tvål, kakmixer och ugnsfärdig potatis. De har mycket långa kolkedjor. De används som emulgeringsmedel, stabiliseringsmedel, och klumpförebyggande.

Dessa syror är en blandning av stearin-, olje-, palmitin-, myristinsyror.

Muskotsmör är 75% trimyristin, en triglycerid av myristinsyra. Förutom i muskotnöt funns myristinsyra också i palmkärnolja, kokosolja, smörfett och det är också en mindre komponent i andra animaliska fetter. Det finns också i spermacetin (spermaceti), den kristalliserade oljefraktionen från kaskelotvalar.

Kaliumsalter är något mer lösliga i vatten än natriumsalter.

Stora mängder kan störa tarmfunktionerna. Kan vara av animaliskt ursprung.

Magnesiumsalter används som klumpförebyggande. Inte tillåtet i Australien.

Lämna en kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Enzymatiskt hydrolyserad karboximetylcellulosa (E469)

Introduktion till cellulosa i mat

Enzymatiskt hydrolyserad karboximetylcellulosa (CMC-ENZ) är ett förtjocknings- och stabiliseringsmedel som framställs syntetiskt ur natriumkarboximetylcellulosa.

Det är en vattenlöslig fiber vars relativa molekylärmassa ligger på mellan 800 till 10 000 Da, vilket i samma koncentration är lägre än natriumkarboximetylcellulosa ursprungligen – lösningar av enzymatiskt hydrolyserat material har har lägre viskositet än karboximetylcellulosa. Ämnet används främst vid framställning av produkter med låg fetthalt och mat och läsk med sänkt fetthalt.

Ämnet bereds av vanlig karboximetylcellulosa (food grade) genom partiell enzymatisk hydrolys under milt sura förhållanden med ett cellulasenzym från svamparna Trichoderma (Trychoderma) longibachiatum och Trichoderma (Trychoderma) reesei. Trichoderma finns i alla jordmåner.

T. reesei är en mesofil och fintrådig svamp. Den är en anamorf av svampen Hypocrea jecorina. Den har förmågan att utsöndra stora mängder cellulolytiska enzymer (cellulaser och hemicellulaser). Mikrobiella cellulaser har industriella tillämpningar i omvandling av cellulosa till glukos.

Förbjudet i Nya Zeeland och Australien.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Karboximetylcellulosa (E466)

Introduktion till cellulosa i mat.

Karboximetylcellulosa (CMC eller cellulosagummi) är ett cellulosaderivat med karboximetylgrupper (-CH2-COOH) bundna till några av de hydroxylgrupper hos glukopyranosmonomererna som utgör cellulosans ryggrad. Det används ofta i form av sitt natriumsalt, natriumkarboximetylcellulosa.

Beredning

Det syntetiseras genom cellulosans alkalikatalyseringsreaktion med klorättiksyra. De polära (organiskt syrliga) karboxylgrupperna gör cellulosan löslig och kemiskt reaktiv.

De funktionella egenskaperna hos CMC beror på substitutionsgraden (degree of substitution) hos cellulosastrukturen, det vill säga hur många av hydrylgrupperna som deltagit i utbytesreaktionen, samt kedjelängden hos cellulosans ryggradsstruktur och klustergraden hos karboximetylcellulosans substituenter.

Användningsområden

Mjukglassmix SIA Gräddglass

Mjukglassmix SIA Gräddglass

Alimentas vaniljhjärtan

Alimentas vaniljhjärtan

CMC används inom livsmedelsteknik som viskositetsmodifierare eller förtjockningsmedel och för att stabilisera emulsioner i diverse produkter, inklusive glass, frysta potatisprodukter och ost. Det ingår också i många produkter som inte räknas som mat, till exempel glidmedel, tandkräm, laxermedel, bantningspiller, vattenbaserade färger, tvättmedel, textilbehandlingsmedel och diverse pappersprodukter. Det används i huvudsak på grund av sin höga viskositet och att det är ogiftigt och inte framkallar allergier. I tvättmedel används det som en jordsuspensionspolymer avsedd att belägga bomull och andra cellulosa-material och därmed skapa en negativt laddad barriär mot smuts i vattenlösningen. CMC används som smörjmedel i icke-flyktiga ögondroppar (artificiella tårar). Ibland är det MC (metylcellulosa) som används, men dess icke-polära metylgrupper (-CH3) tillför ingen löslighet eller kemisk reaktivitet till cellulosabasen.

Efter den inledande reaktionen framställer blandningen ungefär 60% CMC plus 40% salter (natriumklorid och natriumglykolat). Denna produkt är det så kallade Technical CMC som används i tvättmedel. Ytterligare rening utförs för att ta bort dessa salter för att framställa ren CMC, vilken används till mat, läkemedel och tandkrämsprodukter. En mellannivå, ‘semi-purified’ grad tillverkas också och används i huvudsak till pappersprodukter.

CMC används också inom oljeindustrin som ingrediens i borrslam där det fungerar som en viskositetsmodifierare och vattenbärande medel. Polyanjonisk cellulosa eller PAC utvinns ur CMC och används också på oljefälten.

Olöslig mikrogranulär karboxymetylcellulosa används som katjonbytarmassa i jonbyteskromografi för rening av proteiner. Det antas att derivatiseringsnivån är mycket lägre så att lösbarhetsegenskaperna hos mikrogranulär cellulosa behålls medan man tillsätter tillräckligt många negativt laddade karboxylatgrupper för att binda positivt laddade proteiner.

CMC används också i isförpackningar för att bilda en eutektisk blandning, vilket resulterar i en lägre fryspunkt och därmed högre kylkapacitet än is. En eutektisk blandning är en blandning av två eller flera ämnen med en smältpunkt lägre än de enskilda ämnena. En eutektisk punkt är den temperatur som bibehålls när blandningen omvandlas från fast till flytande (eller omvänt).

2 kommentarer

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Metyletylcellulosa (E465)

Introduktion till cellulosa i mat

Också känt som etylmetylcellulosa eller MEC (Methylethyl Cellulose). En kemiskt etylerad cellulosa som har många olika användningsområden, huvudsakligen som förtjockningsmedel, men också som utfyllnad, kostfiber, klumpförebyggande och emulgeringsmedel. Liknar cellulosa, men med lite andra karaktärsdrag.

Metyletylcellulosa är inte särskilt löslig och kan jäsa i tjocktarmen. Höga koncentrationer kan därför orsaka tarmproblem, såsom uppblåsthet, förstoppning och diarré. Det sväller i vatten och ger en klar till opaliserande, viskös, kollodial lösning. Löslig i etanol men olöslig i eter.

Det är ett hygroskopiskt, ljusgult eller gråaktigt och doftfritt kornigt eller fibröst pulver som är helt utan smak.

Dess kemiska formel är [C6H7O2(OH)x(OCH3)y(OC2H5)z]n, där z = 0,57 till 0,8; y = 0,2 till 0,4; x = 3 – (x + y); (y + z = degree of substitution).

Det är ett derivat av etylcellulosa vilket förbättrar vissa egenskaper.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Hydroxipropylmetylcellulosa (E464)

Introduktion till cellulosa i mat

Hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC) är ett semisyntetiskt suspensions-, förtjocknings- och stabiliseringsmedel som används främst i färdigmat och glutenfria bageriprodukter. Det är ett alternativ till animaliskt gelatin.

Findus säger att E464, hydroxipropylmetylcellulosa, som finns i deras minirösti, som ingår i enportionsrätten 'oxjärpar' behövs för att röstin ska hålla formen.

Findus säger att E464, hydroxipropylmetylcellulosa, som finns i deras minirösti, som ingår i enportionsrätten 'oxjärpar' behövs för att röstin ska hålla formen.

Ämnet kallas ibland hypromellos. Ämnet är en inert, viskoelastisk polymer som används som lubriceringsmedel för ögonbehandlingar, samt som hjälpämne och komponent  för kontrollerad leverans av mediciner via munnen och återfinns i en mängd kommersiella produkter.

HPMC är ett solit, något benvitt pulver som kan formas till granulat. Ämnet formar kolloider när det löses i vatten. Även om det är ogiftigt är det brännbart och kan reagera våldsamt med oxiderande ämnen.

Till skillnad från metylcellulosa uppvisar HPMC i vattenlösning ingen termisk gelerande egenskap. Det är när lösningen värms upp till en kritisk temperatur som lösningen stelnar till en icke-flytande men semiflexibel massa. Denna kritiska (gelerande) temperatur är vanligtvis omvänt relaterad till både koncentrationen av HPMC och metoxigruppens koncentration inom HPMC-molekylen (som i sin tur beror på graden av utbytbarhet, degree of substitution, DS, hos metxigruppen och dess MS-värde, molar substitution). Det vill säga, ju högre koncentration hos metoxigruppen, ju lägre är den kritiska temperaturen. Inflexibiliteten/viskositeten hos den resulterande massan är dock direkt relaterad till koncentrationen hos metoxigruppen (ju högre koncentration, ju mer trögflytande eller mindre flexibel är den resulterande massan).

HPMC har många användningsområden, till exempel som kakellim, gipsprodukter, farmaceutiska produkter, färger och täckmedel, mat, kosmetika, rengöringsmedel.

Användning i fullkornsbröd

Forskare vid Agricultural Research Service undersöker användandet av vegetabiliskt HPMC som ersättning för gluten för att göra havre- och fullkornsbröd. Gluten, som finns i vete, är frånvarande i havre och korn. Precis som gluten, kan HPMC fånga luftbubblor som bildats av jästen i bröddegen och få brödet att jäsa. Även om det inte varit föremål för så många studier förutspås det att fullkornsbröd som görs med HPMC kommer att få kolesterolsänkande effekter. (M. Wood, ”Inventing New Oat and Barley Breads”, Agricultural Research Service, http://www.ars.usda.gov/is/pr/2010/100225.htm, 25 februari 2010, hämtat 2010-11-27)

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Hydroxipropylcellulosa (E463)

Introduktion till cellulosa i mat

Hydroxipropylcellulosa (HPC) bereds av cellulosa som propyleras på kemisk väg. Det är bättre lösligt i vatten än cellulosa. Det är också lösligt i organiska ämnen

Ämnet kan jäsa i tjocktarmen och stora koncentrationer kan därför orsaka tarmbesvär, till exempel uppblåsthet, diarré och förstoppning.

Det är en cellulosaeter där vissa av hydroxylgrupperna i de upprepande glukosenheterna har hydroxipropylerats och därmed bildat kemiska grupper med propylenoxid. Det genomsnittliga antalet substituerade hydroxylgrupper per glukosenhet kallas degree of substitution (DS). En fullständig substitution skulle ge ett DS-värde på 3. Eftersom hydroxipropylgruppen som lagts till innehåller en hydroxylgrupp kan den också förestras under beredningen av HPC. När detta inträffar, kan antalet mol av hydroxipropylgrupper per glukosring, moles of substitution (MS), vara högre än 3.

Eftersom cellulosa är mycket kristalliniskt måste HPC ha ett MS-värde på cirka 4 för att nå god löslighet i vatten. HPC är en kombination av hydrofoba och hydrofila grupper, så det har en lägre kritisk lösningstemperatur (LCST) på 45°C. Vid temperaturer under LCST är HPS lättlösligt i vatten och över LCST olösligt.

Användningsområden

Det används som artificiella tårar då man behandlar medicinska tillstånd som kännetecknas av otillräcklig tårproduktion och som lubricerande medel för konstgjorda ögon.

Inom livsmedelskemin har HTC många olika användningsområden, främst som förtjockningsmedel, men också som fyllnadsmedel, kostfibrer och emulgeringsmedel. Det förhindrar också att ämnen klumpar sig. Det fungerar också som antiskummedel, blekningsmedel, jäsningsmedel och konserveringsmedel. Används exempelvis i konditorivaror, till exempel Kanel-lyx från Jerkstrands konditori.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Etylcellulosa (E462)

Introduktion till cellulosa i mat

Etylcellulosa (EC), inom kemin kallat cellulosaetyleter, är ett cellulosaderivat där vissa av hydroxylgrupperna på de upprepande glukosenheterna konverterats till etyletergrupper. Antalet grupper kan variera litegrann beroende på tillverkare.

Det är vita korn eller ett vitt pulver som inte smakar eller doftar något. Det har god stabilitet gentemot solljus, värme, syre och väta, och är stabilt mot kemikalier. Praktiskt taget olösligt i vatten, i glycerol och i propan-1,2-diol, men lösligt i varierande proportioner i vissa organiska lösningsmedel beroende på etoxylinnehåll. Etylcellulosa innehållande högst 46–48 % etoxylgrupper är lättlösligt i tetrahydrofuran, i metylacetat, i kloroform och i blandningar av aromatiska kolväten och etanol. Etylcellulosa innehållande minst 46–48 % etoxylgrupper är lättlösligt i etanol, i metanol, i toluen, i kloroform och i etylacetat. Det har låg brännbarhet, liten hydroskopi och gott elektriskt beteende.

Man täcker medicinska tabletter med det för att de inte ska släppa ifrån sig medicinen i förtid.

Det är arombevarande och används i godis och andra produkter. Används också för att få till och bevara den rätta ‘munkänslan’ i mat och godis. Används i matlagning som stabiliseringsmedel och emulgeringsmedel.

2 kommentarer

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Metylcellulosa (E461)

En introduktion till cellulosa i mat

Kallas också MC (Methylether Cellulose). MC bereds av cellulosa och metyleras kemiskt.

I ren form är det ett hydrofilt vitt pulver som kan lösas i kallt vatten och bilda en klar, viskös lösning eller gel.

Kemi

Metylcellulosa förekommer inte naturligt, utan är syntetiskt framställt genom att man upphettar cellulosa med lut (till exempel en natriumhydroxidlösning) och behandlar det med metylklorid. I påföljande sustitutionsreaktion ersätts hydroxylgrupperna med metoxid.

Olika typer av metylcellulosa kan framställas beroende på antalet substituerade hydroxylgrupper. Cellulosa är en polymer som består av flera kopplande glukosmolekyler som var och en uppvisar tre hydroxylgrupper. Substitutionsgraden (DS) hos en viss given form av metylcellulosa definieras som det genomsnittliga antalet substituerade hydroxylgrupper per glukos. Det teoretiska maxvärdet är alltså en ett DS på 3,0, men mer typiska värden är 1,3-2,6.

Olika metylcellulosapreparat kan också skilja sig åt när det gäller medellängden på deras polymernät.

Löslighet och temperatur

Metylcellulosa har en lägre kritisk lösningstemperatur (LCST) på mellan 40°C och 50°C. Vid temperaturer under LCST är det lättlösligt i vatten; över LCST är det inte lösligt, vilket får den paradoxala effekten att uppvärmning av en mättad metylcellulosalösning gör det fast, eftsom metylcellulosa kommer att fällas ut. Vid vilken temperatur detta sker beror på DS-värdet – högre DS-värde ger lägre löslighet och mindre utfällning eftersom de polära hydroxylgrupperna är maskerade.

Att bereda en metylcellulosalösning med kallt vatten är dock svårt. När pulvret kommer i kontakt med vatten bildas ett klibbigt lager runt det och insidan förblir torr. Ett bättre sätt är att först blanda pulvret med varmt vatten så att metylcellulosapartiklarna blandas väl i vattnet och sedan kyla ner denna dispersion under omrörning, vilket leder till partiklarnas upplösning.

Det är ofta rekommenderat att man löser metylcellulosa i flytande kaustiksoda och något organiskt lösningmedel och därefter reagerar det med exempelvis halogenider eller epoxyid. Därefter återvinner man lösningsmedlen och tvättar produkten, torkar och maler den.

Användningsområden

Metylcellulosa används i många produkter, bland annat som förtjockningsmedel, men också som utfyllnadsmedel, kostfibrer, klumpförebyggande och emulgeringsmedel.

Konsumentprodukter

Förtjockningsmedel och emulgeringsmedel

Metylcellulosa tillsätts ofta till schampo, tandkräm och flytande tvål, för att skapa den karaktäristiska tjocka konsistensen. Detta gör man även för livsmedel, till exempel glass, gräddliknande produkter och potatiskroketter. Metylcellulosa är ett viktigt emulgeringsmedel som förhindrar separation av två blandade vätskor. Det skänker suspension och stabiliserar.

Behandling av förstoppning

När man ätit metylcellulosa absorberas det inte av tarmarna utan passerar ostört genom mag-tarmkanalen. Det drar till sig stora mängder vatten i tjocktarmen, vilket ger en mjukare och kraftigare avföring. Det används för behandling av förstoppning, tarmfickor, hemorrojder och irritabel tarm. Det bör tas med mycket vätska för att man ska undvika uttorkning.

Det absorberar vatten och potentiellt giftiga ämnen och ökar viskositeten, och kan därför användas i behandling av diarré.

Glidmedel

Metylcellulosa används som viskositetsgivare i glidmedel.

Konstgjorda tårar och saliv

Lösningar innehållande metylcellulosa eller liknande derivat används som substitut för tårar och saliv om den naturliga produktionen av dessa vätskor är störd.

Koststillskottskaplsar

Metylcellulosa används vid tillverkning av kosttillskottskapslar. Dess ätliga och icke-toxiska egenskaper gör att det blir ett säkert alternativ till gelatin.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Mikrokristallinisk cellulosa (i), cellulosapulver (ii) (E460)

Introduktion till cellulosa i mat

Mikrokristallinisk cellulosa (i) (MCC), eller mikrokristallinsk cellulosa, är en mekaniskt disintegrerad polymeriseringsgrad av cellulosa (DP). Det består av renade, depolymeriserade, mikrokristalliniska kolloidala partiklar i submikronstorlek. Det framställs genom att man behandlar alfacellulosa (cellulosa I) som man tagit fram ur pappersmassa från fiberrika växter med hjälp av mineralsyror.

Det är ett vitt, smaklöst, friflytande pulver som är relativt fritt from organiska och oorganiska föroreningar. Det är metaboliskt inert och har utmärkta vattenabsorberande, svällande och dispergerande egenskaper, är olösligt i vatten, utspädd syra, vanliga organiska lösningsmedel och oljor. Delvis lösligt i utspädd alkali.

Mikrokristallinisk cellulosa säljs som vanligt torkat pulver med en partikelstorlek på 20-90μm och i spraytorkade direkt kompressibla former.

En annan form är kolloidalt MCC, vilket är vattenlösligt och har egenskaper som liknar vattenlösligt gummi. Det krävs användning av mekanisk energi efter hydrolysen för att slita sönder mikrofibriller och det ger en betydande del aggregat i kolloidala storlekar (mindre än 0,2μm i diameter).

Cellulosa i mer ursprungligt skick har både amorfa och kristallina områden och de amorfa områdena angrips av lösningsmedel och kemisk reagens först. I produktionen av (i) används ytterligare ett hydrolyssteg med renad pappersmassa och saltsyra som minskar graden av polymerisation. Detta följs av ordentlig tvättning med avmineraliserat vatten. Kvar finns bara de små, syrafasta kristalliniska områdena, kristaller. Den avpatogeniserade flytande sörjan bereds för spraytorkning, blandas och packas.

Den direkt kompressibla graden av mikrokristallinisk cellulosa kan komprimeras till självbindande tabletter. Det fungerar som hjälpämne när det gäller flöde och smörjning och har bindande egenskaper.

Används även som textur- och strukturgivare, förtjockningsmedel, stabiliseringsmedel i exempelvis tomatsåser och glassar, där det också används som suspensionsmedel, klumpförebyggande medel, smakbärare i riven ost, skumstabilisator, fettersättning i exempelvis fettsnål korv och glass med lägre fetthalt, emulgeringsmedel, gelerar och förbättrar såsers och dressingars vidhäftning, används i vispade vegetabiliska ‘toppings’ (förbättrar kropp, struktur och stabilitet). Dessutom används det i BBQ-såser, flytande dietprodukter, bredbara smörgåspålägg, och majonäs med lågt kaloriinnehåll.

Cellulosapulver (ii) kommer från pappersmassa som bearbetats mekaniskt för att uppnå fiberlängder på mellan 0,4 och 4 millimeter.

(ii) används som klumpförebyggande medel i exempelvis riven ost och kryddor, som fuktbevarande, kalorifattigt fyllnadsmedel i produkter med reducerat kaloriinnehåll, texturgivare och dispergeringsmedel, emulgeringsmedel i frysta produkter för att de ska behålla konsistens genom frys-upptiningscykler, och som juicefilter.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Introduktion till cellulosa i mat

Den cellulosa man använder i mat delas in i följande grupper:

E460 Mikrokristallinisk cellulosa (i), cellulosapulver (ii)
E461 Metylcellulosa
E462 Etylcellulosa
E463 Hydroxipropylcellulosa
E464 Hydroxipropylmetylcellulosa
E465 Metyletylcellulosa
E466 Karboximetylcellulosa
E469 Enzymatiskt hydrolyserad karboximetylcellulosa

Cellulosa är en organisk förening, en polysackarid som består av en linjär kedja av många hundra till över tio tusen β(1→4)-länkade D-glukosenheter, en homopolymer. I princip, även om det inte alltid är praxis i branschen, är cellulosapolymerer förnybara resurser.

Det är den strukturella komponenten i den primära cellväggen hos gröna växter, många slag av alger, oomyceter och sjöpung. Vissa bakterier avsöndrar det och bildar biofilm.

Cellulosa är den vanligaste organiska föreningen på jorden. Ungefär 33% av all växtlighet är cellulosa (cellulosainnehållet i bomull är 90% och innehållet i trä är mellan 40 och 50%). För industriella ändamål utvinns cellulosa huvudsakligen ur pappersmassa och bomull.

Vissa djur, särskilt idisslare och termiter, kan smälta cellulosa med hjälp av symbiotiska mikroorganismer som lever i tarmarna. Människor kan också smälta cellulosa i viss mån även om vår matsmältningsapparat inte kan spjälka cellulosans β-1,4-glykosidbindningar och vi därmed inte kan tillgodogöra oss cellulosans energivärde, men ofta äts det som kostfibrer eller grovfoder och fungerar som ett hydrofilt fyllnadsmedel i avföring. I naturen bryts det ner av svampar och bakterier.

Historik

Cellulosa upptäcktes 1838 av den franske kemisten Anselme Payen, som isolerade det från växtmaterial och bestämde dess kemiska formel. Cellulosa användes av Hyatt Manufacturing Company 1870 för att producera de första framgångsrika termoplastiska polymererna, celluloider. Hermann Staudinger bestämde cellulosans polymerstruktur 1920, Shiro Kobayashi och Shin-ichiro Shoda var de första att kemiskt syntetisera cellulosa (utan användning av biologiskt framställda enzymer) år 1992.

Struktur och egenskaper

Cellulosa har ingen smak, är luktfritt, är hydrofilt med en kontaktvinkel på 20-30, är olösligt i vatten och de flesta organiska lösningsmedel, är kiralt och är biologiskt nedbrytbart. Det kan brytas ner i kemiskt i sina glukosmolekyler genom att man behandlar det med koncentrerade syror vid höga temperaturer.

Cellulosa utvinns ur D-glukosenheter, vilka kondenserar genom β(1→4)-glykosidbindningar. Detta kopplingssätt kontrasterar mot det för α(1→4)-glykosidbindningar som finns i stärkelse, glykogen och andra kolhydrater.

Cellulosa är en rak kedjepolymer: till skillnad från stärkelse ringlar den sig inte och avgrenar sig inte, och molekylen antar en längre och ganska stel stavformad konformation, stöttad av den ekvatoriella konformationen hos glukosenheterna. De många hydroxylgrupperna på glukoset från en kedja formar vätebindningar med syremolekyler på samma eller en närliggande kedja, vilket håller kedjorna tätt samman sida vid sida och bildar mikrofibriller med hög draghållfasthet. Denna styrka är viktig i cellväggarna, där mikrofibriller sammanflätas till en kolhydratmatris som ger styvhet till växtceller.

Jämfört med stärkelse innehåller cellulosa också betydligt mer kristallin. Medan stärkelse genomgår en kristallin-till-amorf-övergång när det hettas up över 60-70°C i vatten (som i matlagning), kräver cellulosa en temperatur på 320°C och ett tryck på 25 MPa för att bli amorft i vatten.

Flera olika kristallinstrukturer av cellulosa är kända och de motsvarar platsen för vätebindningarna mellan och inom strängarna. Naturligt cellulosa är cellulosa I, med strukturerna I α and I β. Cellulosa som produceras av bakterier och alger är anrikat med I α medan cellulosa av högre stående växter består i huvudsak av I β. Cellulosa i regenererade cellulosafibrer är cellulosa II. Omvandlingen av cellulosa I till cellulosa II är inte vändbar, vilket tyder på att cellulosa I är metastabil och cellulosa II stabil. Med olika kemiska behandlingar är det dock möjligt att producera strukturerna cellulosa III och cellulosa IV.

Många av egenskaperna hos cellulosa beror på dess kedjelängd eller polymerisationsgrad, antalet glukosenheter som bildar en polymermolekyl. Cellulosa från pappersmassa har generellt sett kedjelängder på mellan 300 och 1700 enheter eller glukosringar, bomull och andra växtfibrer samt bakteriell cellulosa har kedjelängder på mellan 800 till 10.000 enheter. Molekyler med mycket små kedjelängder som är ett resultat av cellulosans nedbrytning kallas cellodextriner. I motsats till cellulosa är cellodrextrinerna vanligtvis lösliga i vatten och organiska lösningsmedel.

Vegetabiliska cellulosa brukar finnas i en blandning med hemicellulosa, ligning, pektin och andra ämnen, medan mikrobiell cellulosa är helt ren, har en mycket högre vattenhalt och består av långa kedjor.

Olika cellulosakällor används för olika ändamål, av ekonomiska skäl. Massa och papper tillverkas vanligen av trä, medan textilfibrer i allmänhet inte är isolerade från träfibrer. Bomull är en biologisk källa till nästan ren cellulosa, men detta används vanligtvis inte i livsmedelsklassade cellulosaformer utan används istället till olika cellulosaderivat, farmaceutiska eller kemiska användningsområden, såsom kromatografi, målarfärger och sprängämnen. Bakteriella källor till cellulosa har också utvecklats genom att Acetobacter xylinum jäser glukossubtrat från majssirap. Dessa producerar cellulosa med liten partikeldiameter med mer yta än pulvercellulosa utvunnen ur pappersmassa. De har hög draghållfasthet och hög vattenhållande förmåga och används för närvarande som en högt värderad specialkemikalie med applikationer som sträcker sig från akustiska högtalare till högkvalitativt papper, livsmedelsdieter och konstgjord hud.

Cellulosa från bomull behöver bara en behandling med varm natriumhydroxidlösning som tar bort protein, pektinämnen och vax, för att man ska få fram cellulosa av hög kvalitet. Trä kräver en mera omfattande behandling för att lösa hemicellulosorna och ligninget (deliginifiering). Dessutom finns det relativt små mängder cellulosa som härrör från bakterier kommersiellt tillgängligt, så de används inte till mat.

Massaprocessen

Trä innehåller ungefär 50% cellulosa, 30% hemicellulosa och 20% lignin. Massaprocessen skiljer cellulosa från lignin och hemicellulosa (strukturellt obesläktade polysackarider), ger det en fibrös form som renas, torkas och levereras i stora rullar.

Under pappersmassabehandlingen barkas timmer och huggs till flis. Det mals mekaniskt och rötas (kokas) därefter kemiskt med hjälp av antingen sulfit eller alkaliska processer vid förhöjd temperatur i tryckkärl eller kokare. Båda processerna kan modifieras så att de framställer cellulosa med högre renhet som inte bara är fritt från ligniner och hemicellulosa, men ock ytterligare degraderad så att resultatet blir produkter med reducerad molekylärvikt och derivat. Diverse sulfitprocesser används för delignifiering av massa, inklusive bisulfitprocessen – vilken använder kalciumbisulfit i närvaro av svaveldioxid med pH på mellan 2 och 6 på olika träslag. Alkaliska processer använder antingen natriumhydroxid (utspädd natriumhydroxid) eller natriumsulfat (Kraftprocess) som alkalikälla. Kraftprocessvätska innehåller kaustiksoda och natriumsulfid, och ökar delignifiering samt även massans styrka. Kemikalier som används i massaprocessen är potentiella föroreningar som kan återvinnas, vilket ökar kostnaderna för investeringarna i pappersbruket. Nya fabriker utformas med energieffektivitet, kemisk återhämtning och vattenföroreningar i åtanke. Nyare syrealkalisystem undviker användning av svavelföreningar, men fibrerna har lägre rivstyrka.

En annan metod för att bryta ner lignocellulosa (annat än Kraft eller sulfitprocesserna) är ångexplosion. Här används fuktmättad flis under högt tryck och höga temperaturer vilket betyder mildare villkor för papperstillverkare och gjutna byggmaterial.

Efter massatillverkning krävs flera åtgärder, inklusive blekning och alkaliutvinning, för att man ska kunna utveckla produkter med önskad molekylärvikt och fysisk fiberlängd. Blekning kan inbegripa upp emot 12 steg, som klorering, hypokloritblekning, klordioxidblekning och extraktion med koncentrerad natriumhydroxid tillsammans med mellanliggande extraktion (tvätt) efter varje oxidativt stadium. Det måste vara renat och blekt för att klara lagstiftningskraven när det gäller matkemikalier. Rening kan innebära tillsats av ytaktiva ämnen i ett ytterligare varmt svagt alkaliskt avskiljningssteg efter klorering. Ett annat alternativ är att behandla massan med ytterligare ett bad i 6-10% natriumhydroxid efter blekningen. De slutliga stegen i de flesta reningsverken inkluderar användningen av svavelsyra och möjligtvis kelatbildare.

Derivat

Cellulosans hydroxylgrupper (-OH) kan helt eller partiellt reageras med diverse reagenser för att framställa derivat med användbara egenskaper som främst cellulosa estrar eller cellulosaetrar (-OR). I princip, även om det inte alltid är praxis i branschen, är cellulosapolymerer förnybara resurser.

Exempel på estrar är cellulosaacetat, cellulosatriacetat, cellulosapropoionat, cellulosaacetatpropionat, cellulosabutyrat, nitrocellulosa (cellulosanitrat), cellulosasulfat.

Cellulosaacetat och cellulosatriacetat är film-och-fiberbildande material med en mängd användningsområden.

Exempel på eterderivat är de former av cellulosa som vi också känner som E460 mikrokristallinisk cellulosa (i) cellulosapulver (ii), E461 metylcellulosa, E462 etylcellulosa, E463 hydroxipropylcellulosa, E464 hydroxipropylmetylcellulosa, E465 metyletylcellulosa, E466 karboximetylcellulosa, E469 enzymatiskt hydrolyserad karboximetylcellulosa.

8 kommentarer

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel