ГЛАВА 1. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ 1.1. Технические характеристики Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) — это продукт химической деструкции целлюлозы, отличающийся высокой степенью чистоты и высоким содержанием упорядоченной части целлюлозы с кристаллографической ориентацией макромолекул. Исследования по получению МКЦ и изучению ее свойств ведутся с 50-х гг. прошлого века. Основным по количественному содержанию полисахаридным компонентом растительной биомассы является целлюлоза. Во многих странах организовано крупнотоннажное производство различных видов целлюлозы, что обеспечивает возможность ее применения для производства бумаги, картона и других видов продукции. В то же время целлюлоза, волокнистые целлюлозосодержащие полуфабрикаты и лигноцеллюлозные материалы (ЛЦМ) являются ценным источником сырья для получения других продуктов их глубокой переработки с высокой добавленной стоимостью, в частности порошкообразных целлюлозных материалов, к которым относят порошковую (ПЦ) и микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ), нанокристаллическую, микро- и нанофибриллярную целлюлозу. Структура и свойства МКЦ существенно зависят от исходного сырья и способов получения. Для получения МКЦ используются различные виды целлюлозы (хлопковая, а также льняная, древесная, выделенная из хвойных и лиственных пород древесины сульфатной или сульфитной варкой, древесины, целлюлоза, полученная из стеблей и листьев тростника и др.). В последние годы наблюдается тенденция к применению более дешевых видов ЛЦМ в виде вторичных ресурсов - растительных отходов сельскохозяйственного производства (соломы злаковых культур, стержней кукурузных початков и кукурузной шелухи) и отходов различных производств по переработке растительного сырья (хлопчатобумажного и переработки хлопка, хлопкоочистительной и текстильной промышленности и др.). Из различных способов получения микрокристаллической целлюлозы (механический, химический, термомеханический, высаживание целлюлозы в виде порошка из ее растворов) наиболее распространенным является кислотный гидролиз целлюлозы и лигноцеллюлозных материалов с использованием в качестве гидро-лизующих агентов водных растворов преимущественно минеральных кислот (главным образом соляной, серной, азотной и др., а также без внесения катализаторов (см. в таблице). При условиях кислотного гидролиза, необходимых для получения МКЦ, происходит деструкция химических связей преимущественно в аморфных участках волокон целлюлозы (а в ЛЦМ и гидролиз гемицеллюлоз). Эти способы являются наиболее часто применяемыми до настоящего времени. В то же время появились работы по получению МКЦ ферментативным гидролизом с использованием ферментных препаратов. МКЦ, как правило, получают гидролизом хлопковой или древесной целлюлозы минеральными кислотами. Гидролитическое действие проявляется в разрушении гликозидных связей и быстрой деполимеризации макромолекул целлюлозы за счет легкого проникновения кислоты в аморфные части полимера, которые составляют 5–10% массы целлюлозы. Целлюлоза при гидролизе распадается на мелкие фрагменты с высокой степенью кристалличности, после чего доступность гликозидных связей для гидролитического расщепления в плотно упакованных структурах кристаллитов падает и степень полимеризации целлюлозы далее меняется незначительно. Эти особенности продукта гидролиза и послужили основой названия МКЦ – микрокристаллическая целлюлоза или целлюлоза предельной степени полимеризации. Качество и выход МКЦ зависят от вида исходного сырья и условий его гидролиза - природы и концентрации кислоты, температуры и продолжительности процесса. МКЦ обладает структурой и свойствами, отличающими ее от традиционных волокнистых и порошковых целлюлоз. По сравнению со всеми известными целлюлозными материалами МКЦ имеет максимальную степень кристалличности и плотность, обладая при этом высокой удельной поверхностью и уникальной способностью образовывать устойчивые тиксотропные гидрогели. МКЦ имеет порошкообразную морфологию и состоит из частиц, являющихся агрегатами микрокристаллитов целлюлозы, деструктированной до так называемой «предельной» степени полимеризации. В зависимости от исходного целлюлозного материала и условий получения средние размеры частиц различных видов МКЦ находятся в пределах от 1 до 400 мкм. Характерной их особенностью является значительное нарушение фибриллярной структуры поверхности волокон, связанное с разрушением отдельных элементов волокон исходной целлюлозы (аморфных прослоек), играющих роль связок между фибриллами. Таблица 1.1 Физико-химические показатели микрокристаллической целлюлозы | Показатели | Результат | | Внешний вид | Белый или почти белый порошок, без запаха, без вкуса. | | Физико-химические свойства | | Запах | Без запаха | | Вкус | Безвкусный | | Молекулярный вес | Нет данных | | Цвет | Не совсем белый | | Температура кипения | Разлагается | | Температура плавления | 500°C (932°F) - 518 C | | Критическая температура | Нет данных | | Удельный вес | 1.27 - 1.61 при 0 C (32 F) (вода = 1) | | Химический состав | | Хлорид, % | ≤0.03 | | Растворимые в воде вещества, % | ≤0.25 | | Удельная проводимость, см | ≤75 | | Остаток при сжигании, % | ≤0.10 | | Потери при сушке, % | ≤7.0 | | Эфир растворенное вещество, % | ≤0.05 | | Тяжелый металл, ppm | ≤10 | | Микробиология | | Бактерии, КОЕ, г | ≤1000 | | Плесень, КОЕ, г | ≤100 | | Патогенная бактерия | Не обнаруживается | Источник: по данным открытых источников информации
1.2. Области применения МКЦ в пищепроме, сельском хозяйстве, производстве косметики. Микрокристаллическая целлюлоза используется как стабилизатор влажности, эмульгатор, наполнитель в пищепроме (пищевая добавка Е460); в сельском хозяйстве, в производстве косметики. МКЦ в пищевых продуктах не влияет на их органолептические показатели, поэтому ее добавляют в колбасные изделия, мясные полуфабрикаты, соусы, кремы, паштеты, супы-пюре, кондитерские изделия, мороженое, хлебобулочные изделия, молочные продукты пониженной калорийности. Микрокристаллическая целлюлоза помогает уменьшить калорийность продуктов, является источником полезных для работы ЖКТ пищевых волокон, позволяет увеличить срок хранения товаров. Для этих же целей добавляется в корма для сельскохозяйственных и домашних животных и птиц. Входит в состав шампуней, кремов и других косметических продуктов — как наполнитель и гелеобразующее вещество. МКЦ в фармацевтике. Очень активно применяют МКЦ в медицине и фармацевтике в качестве вспомогательных веществ жидких, сыпучих и таблетированных лекарственных средств, суспензий, мазей, кремов, зубных паст; в стоматологии — для изготовления адгезивных материалов. Использование микрокристаллической целлюлозы делает таблетки более прочными, гладкими, стабильными, однородными. Они лучше растворяются и быстрее усваиваются организмом. При этом, использование МКЦ позволяет высвобождать лекарственное вещество постепенно, с контролируемой скоростью, в течение длительного времени. Сама же микрокристаллическая целлюлоза не переваривается и не усваивается в организме. Микрокристаллическая целлюлоза применяется как самостоятельное вещество при профилактике онкологических болезней, при лечении таких заболеваний и состояний, как: · сахарный диабет; · гипертония, ишемическая болезнь сердца; · желче -и мочекаменная болезнь; · дизбактериоз; · атеросклероз; · ожирение; · нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта; · отравления, интоксикации в результате микробной инфекции. В последнее время стали очень популярны различные БАДы на основе МКЦ. Они используются как источники пищевых волокон и сорбенты. Биодобавки на основе микрокристаллической целлюлозы способны ускорять обмен веществ; уменьшать усваиваемость жиров, холестерина, углеводов; вызывать быстрое чувство насыщения, снижать аппетит, таким образом способствуя снижению веса. Препараты МКЦ адсорбируют токсины, шлаки, свободные радикалы, радионуклиды и тяжелые металлы; механически «чистят» тонкий кишечник; стимулируют моторику и улучшение микрофлоры кишечника; повышают иммунитет. Другие сферы применения МКЦ · В качестве добавки, предотвращающей комкование и слёживание сыпучих материалов и реактивов. · Как наполнитель при изготовлении пластмасс, фарфора, керамических огнеупоров, резины, битумных покрытий, пористых материалов. · Стабилизатор и эмульгатор в производстве красок и эмульсий на водной основе. · Для изготовления фильтровальных материалов; синтетической кожи; средств биологической защиты растений; сварочных электродов; сорбентов; загустителей. · Получение бумаги и нетканых материалов. · В аналитической химии в методах хроматографии. · В химической промышленности как сырье для получения материалов и веществ дальнейшей переработки целлюлозы: нанокристаллической целлюлозы, нанокомпозитов, эфиров, сополимеров.
| 
