Микроцеллюлоза и микрокристаллическая целлюлоза¶

Микроцеллюлоза — обобщённое название группы продуктов переработки целлюлозы, состоящих из микроскопических частиц растительного волокна. Чаще всего под этим термином подразумевают микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ) — порошок из агрегированных кристаллитов целлюлозы, получаемый гидролизом природного волокна. К этой же группе относят микрокристаллическую целлюлозу коллоидного типа (диспергируемую), порошковую целлюлозу и нанофибриллированную целлюлозу. Вещество нерастворимо в воде и большинстве органических растворителей, химически инертно, не имеет вкуса и запаха.

¶Химическая природа и строение

Целлюлоза — линейный полисахарид, построенный из остатков β-D-глюкозы, соединённых β-1,4-гликозидными связями. В природном растительном волокне длинные цепи образуют упорядоченные (кристаллические) и разупорядоченные (аморфные) участки. При контролируемом кислотном гидролизе аморфные зоны разрушаются, а кристаллические сохраняются в виде микрочастиц размером обычно от единиц до десятков микрометров. Такие частицы получили название микрокристаллической целлюлозы; их степень полимеризации заметно ниже, чем у исходного волокна.

Молекулярная формула элементарного звена — C₆H₁₀O₅. Число гидроксильных групп на поверхности частиц определяет способность МКЦ связывать воду и образовывать гели при механическом диспергировании.

¶История

Микрокристаллическую целлюлозу впервые получили в 1955 году американские исследователи Орландо Баттиста и Роберт Смит, работавшие в компании Rayonier. Они обнаружили, что при гидролизе очищенной целлюлозы разбавленной минеральной кислотой образуется стабильная суспензия кристаллитов. В 1961 году технология была запатентована, а с 1962 года началось промышленное производство под торговым наименованием Avicel. Первоначально продукт применяли в фармацевтике как наполнитель для таблеток, позднее — в пищевой промышленности как стабилизатор и загуститель.

¶Способы получения

Основной промышленный метод — гидролиз очищенной целлюлозы (например, древесной или хлопковой) разбавленными растворами соляной или серной кислоты при нагревании. После гидролиза массу нейтрализуют, промывают, фильтруют и сушат, получая порошок. Различают несколько товарных форм:

• Порошковая МКЦ — сыпучий белый порошок, нерастворимый в воде, применяется как наполнитель и сорбент.
• Коллоидная МКЦ (КМКЦ) — порошок, который при интенсивном перемешивании в воде образует гель; используется как загуститель и стабилизатор эмульсий.
• Нанофибриллированная и нанокристаллическая целлюлоза — продукты более глубокого измельчения, получаемые механическим или химико-механическим способом; частицы имеют нанометровые поперечные размеры.

¶Свойства

Микроцеллюлоза представляет собой белый кристаллический порошок без запаха. Ключевые характеристики:

МКЦ не усваивается организмом человека и относится к нерастворимым пищевым волокнам.

¶Применение

¶Фармацевтика

Микрокристаллическая целлюлоза — один из наиболее распространённых вспомогательных компонентов в производстве таблеток. Её используют как наполнитель, разрыхлитель и связующее вещество: она придаёт таблеточной массе пластичность при прессовании и обеспечивает распадаемость готовой таблетки в желудочно-кишечном тракте. Входит в состав многих лекарственных форм, в том числе в виде гелеобразующего агента в суспензиях.

¶Пищевая промышленность

В качестве пищевой добавки микроцеллюлоза зарегистрирована под индексом E460 (включая E460(i) — микрокристаллическая целлюлоза и E460(ii) — порошковая целлюлоза). Применяется как стабилизатор, загуститель, эмульгатор и носитель для ароматизаторов. Её добавляют в молочные продукты, соусы, кондитерские изделия, мороженое, напитки, диетические продукты для повышения содержания пищевых волокон и улучшения текстуры. Коллоидная форма используется для стабилизации эмульсий и пен.

¶Другие области

• Косметика и средства гигиены — как абразив, загуститель и наполнитель в зубных пастах, кремах, скрабах.
• Технические материалы — как армирующий наполнитель в композитах, добавка в буровые растворы, сорбент.
• Биотехнология и химия — как носитель для иммобилизации ферментов, хроматографический сорбент.
• Строительство и лакокрасочная промышленность — как реологическая добавка и наполнитель.

¶Безопасность и регулирование

Микроцеллюлоза считается безопасным веществом при использовании по назначению. В пищевой промышленности она разрешена в большинстве стран, включая Россию и государства Европейского союза, в рамках регламентов о пищевых добавках. Как нерастворимое волокно она не всасывается в желудочно-кишечном тракте и выводится с калом. При промышленном обращении с мелкодисперсным порошком рекомендуется защита дыхательных путей, поскольку вдыхание пыли может раздражать слизистые оболочки.

В фармакопеях ведущих стран (в том числе в Европейской фармакопее и Государственной фармакопее РФ) микрокристаллическая целлюлоза включена в перечень вспомогательных веществ с установленными показателями качества: идентификация, степень полимеризации, содержание воды, остаточных растворителей, тяжёлых металлов.

¶Родственные материалы

Помимо МКЦ, к микроцеллюлозным продуктам относят порошковую целлюлозу (получаемую механическим измельчением без глубокого гидролиза) и наноцеллюлозу. Последняя вызывает растущий интерес в материаловедении благодаря высокой прочности, малой плотности и возобновляемому происхождению сырья; её рассматривают как перспективный компонент биокомпозитов, упаковки и функциональных покрытий.