میکروکریستالین سلولز (آویسل)

میکروکریستالین سلولز (آویسل)

1-مقدمه

سلولز میکرو کریستالی (MCC) یا میکروکریستالین سلولز یا اویسل اصطلاحی برای پالپ چوب تصفیه شده است و به عنوان بافت‌دهنده، یک عامل ضد چسبندگی (anti-caking)، یک جایگزین چربی، امولسیفایر، افزایش دهنده و یک عامل حجیم‌کننده در تولید مواد غذایی استفاده می ‌شود. رایج‌ ترین و متداول ترین طریق مصرف آن به صورت مکمل ها یا قرص های ویتامین و همچنین در بررسی تعداد پلاک برای شمارش ویروس ها و به عنوان ماده ای جایگزین برای کربوکسی متیل سلولز استفاده می شود.
این محصول یک پلیمر طبیعی است که از واحد های گلوکز تشکیل شده است که توسط یک پیوند گلیکوزیدی 1-4 بتا به هم متصل شده اند. این زنجیره ‌های سلولزی خطی به صورت میکروفیبریل ‌هایی که در دیواره ‌های سلولی گیاه به ‌صورت مارپیچی به هم متصل می‌شوند، به یکدیگر متصل شده اند.

گلوکز یک قند با فرمول مولکولی C6H12O6 است. گلوکز فراوان ترین مونوساکارید است که زیرشاخه ای از کربوهیدرات ها است. گلوکز عمدتاً توسط گیاهان و بیشتر جلبک ها در طول فتوسنتز از آب و دی اکسید کربن، با استفاده از انرژی نور خورشید ساخته می شود، جایی که از آن برای ساخت سلولز در دیواره سلولی، فراوان ترین کربوهیدرات در جهان استفاده می شود.
در متابولیسم انرژی، گلوکز مهمترین منبع انرژی در همه موجودات است. گلوکز در فرایند متابولیسم به عنوان یک پلیمر، در گیاهان در اغلب موارد به صورت نشاسته و آمیلوپکتین و در حیوانات به عنوان گلیکوژن ذخیره  و نگهداری می شود. شکل طبیعی گلوکز -Dگلوکز است، در حالی که -Lگلوکز به صورت مصنوعی در مقادیر نسبتاً کم تولید می شود و اهمیت کمتری دارد. گلوکز به طور طبیعی وجود دارد و به صورت آزاد در میوه ها و سایر قسمت های گیاهان یافت می شود. در حیوانات، گلوکز از تجزیه گلیکوژن در فرآیندی به نام گلیکوژنولیز آزاد می شود.
گلوکز، به عنوان محلول قند داخل وریدی، در فهرست داروهای ضروری سازمان جهانی بهداشت، ایمن ترین و مؤثرترین داروهای مورد نیاز در یک سیستم بهداشتی قرار دارد. همچنین در ترکیب با کلرید سدیم در لیست قرار دارد.
هر میکروفیبریل دارای تعداد زیادی پیوند سه بعدی می باشد که در نتیجه ساختار کریستالی دارد. با این حال، بخش‌ های نسبتاً ضعیفی از میکروفیبریل با پیوند داخلی ضعیف ‌تر وجود دارد. به این مناطق آمورف می گویند. برخی استدلال می‌کنند که به دلیل ساختار تک فازی میکروفیبریل‌ ها، دقیق ‌تر آنها را دیس لوکیشن (=dislocation) می ‌نامند. ناحیه کریستالی برای تولید سلولز میکروکریستالی جدا می شود.
عامل ضد چسبندگی (anti-caking) که ترجه های متفاوتی از آن شده است, به صورت مواد پودری یا گرانولی شده مانند نمک خوراکی یا شیرینی ‌پزی‌ ها برای جلوگیری از تشکیل توده‌ ها (کلوئیدها) و برای سهولت در بسته‌بندی، حمل‌ و نقل، روان ‌پذیری مورد مصرف قرار می‌گیرد. مکانیسم caking به ماهیت مواد بستگی دارد. جامدات کریستالی اغلب با تشکیل پل مایع و متعاقب آن همجوشی ریز کریستال ها کیک می شوند. مواد آمورف می توانند با انتقال و تغییر در ویسکوزیته کیک شوند. انتقال فاز چندشکلی نیز می تواند باعث ایجاد کیک شود.
برخی از عوامل ضد انعقاد با جذب رطوبت اضافی یا با پوشاندن ذرات و ایجاد آب گریز عمل می کنند. 
عوامل ضد کیک همچنین در اقلام غیر غذایی مانند نمک جاده، کودها، لوازم آرایشی، شوینده های مصنوعی و در کاربردهای تولیدی نیز استفاده می شوند.
برخی از مطالعات نشان می دهد که عوامل ضد کیک (anti caking) ممکن است اثر منفی بر محتوای غذایی مواد غذایی داشته باشند. یکی از این مطالعات نشان داد که اکثر عوامل ضد کیک منجر به تخریب بیشتر ویتامین C اضافه شده به غذا می شوند.

2-تاریخچه

گلوکز برای اولین بار در سال 1747 توسط شیمیدان آلمانی آندریاس مارگگراف از کشمش جدا شد و تمام موادی که از گلوکز ساخته شده اند بعد از این سال شناسایی شدند. گلوکز در انگور توسط یوهان توبیاس لوویتز در سال 1792 کشف شد و متمایز از قند نیشکر (ساکارز) بود. گلوکز اصطلاحی است که ژان باپتیست دوما در سال 1838 ابداع کرد و در ادبیات شیمی رایج شده است. سلولز در سال 1838 توسط شیمیدان فرانسوی Anselme Payen کشف شد که آن را از مواد گیاهی جدا کرد و فرمول شیمیایی آن را تعیین کرد. به نظر می رسد محصول میکروکریستالین سلولز بعد از این سالها سنتز شده است.

3-کاربردها

MCC یک افزودنی ارزشمند در صنایع دارویی، غذایی، آرایشی و بهداشتی و سایر صنایع است. خواص مختلف MCC برای واجد شرایط بودن و مناسب بودن آن برای چنین استفاده ای اندازه گیری می شود، یعنی اندازه ذرات، چگالی، شاخص تراکم پذیری، زاویه ی سکون، تخلخل پودر، ظرفیت تورم هیدراتاسیون، ظرفیت جذب رطوبت، محتوای رطوبت، شاخص بلورینگی، اندازه کریستالیت، و خواص مکانیکی , سختی و استحکام کششی از جمله ی این خواص هستند.

1-3- صنعت غذایی

سلولز میکروکریستالی که در اتحادیه اروپا به عنوان غلظت دهنده, تثبیت کننده یا امولسیفایر تأیید شده است، با شماره E460 یا سلولز بازی با شماره E460 مشخص شده است.

2-3-لوازم آرایش

MCC در لوازم آرایشی به عنوان یک عامل ساینده، جاذب، ضد چسبندگی، عامل افزایش ویسکوزیته آبی، بایندر، عامل حجیم کننده، تثبیت کننده امولسیون، اصلاح کننده لغزش، و بافت دهنده استفاده می شود، که در انواع محصولات مراقبتی و همچنین آرایش مو و پوست یافت می شود. 

4-واکنش ها

تبدیل سلولز میکروکریستالی به کمک مایکروویو به 5-هیدروکسی متیل فورفورال که توسط مایعات یونی کاتالیز می شود. این فرایند به شکل زیر می باشد.

5-روش تولید

MCC سلولز خالص تا حدی سنتز شده از پیش ساز α سلولز است. MCC را می توان با روش ها و مسیرهای مختلفی مانند اکستروژن واکنشی، با واسطه آنزیم، آسیاب مکانیکی، فراصوت و هیدرولیز اسیدی بدست آورد. فرآیند های دیگری را می توان با استفاده از اسید های معدنی مانند H2SO4، HCl و HBr و همچنین مایعات یونی انجام داد. نقش این معرف ها تخریب نواحی آمورف خارج از حوزه کریستالی است.
درجه پلیمریزاسیون معمولاً کمتر از 400 است. ذرات MCC با اندازه کمتر از 5 میکرومتر نباید بیش از 10 درصد باشند.
آنالیز ترموگراویمتری  (TGA) و آنالیز حرارتی تفاضلی DTA) ) یا کالریمتری اسکن تفاضلی ( DSC)  نیز برای پیش‌ بینی رفتار حرارتی MCC بر تنش ‌های گرمایی مهم هستند.

6-تحقیقات جدید

همانطور که در بالاتر اشاره شد, این ماده دارای کاربردهایی در صنایع غذایی است, لذا تحقیقاتی در این زمینه اما در محصولات جزئی تر صورت گرفته است. یکی از این مطالعات با عنوان " بهینه سازی فرمولاسیون کره کدو حلوایی حاوی میکروکریستالین سلولز و نشاسته اصلاح شده بر اساس ویژگی های بافتی و رنگی به روش سطح پاسخ" در نشریه علوم و صنایع غذایی ایران به چاپ رسیده است.

7-روش نگهداری

این ماده بایستی در جای خشک و خنک و به دور از رطوبت و مواد شیمایی مانند اسید ها و باز ها نگهداری شود.

8-ایمنی

مواردی از واکنش آلرژیک به سلولز میکروکریستالی ثبت شده است. همچنین با اینکه این ماده دارای مصرف خوراکی است, اما در دوزهای بالا سبب نفخ و اسهال می شود.