GOMA DE CELULOSA (Carboximetilcelulosa) (CMC) N SIN 466 CASO [ ]

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1 RESOLUCIÓN OIV/OENO 366/2009 MONOGRAFÍA SOBRE LA GOMA DE CELULOSA (CARBOXIMETILCELULOSA) LA ASAMBLEA GENERAL Visto el Artículo 2, párrafo 2 iv, del acuerdo del 3 de abril de 2001 por el cual se creó la Organización Internacional de la Viña y el Vino, Vista la resolución 2/2008 adoptada por la OIV en 2008 relativa a la adición de goma de celulosa a los vinos blancos y a los vinos espumosos para contribuir a su estabilización tártrica. A propuesta del Grupo de Expertos «Especificaciones de los productos enológicos» DECIDE completar el Codex Enológico International con la monografía siguiente: GOMA DE CELULOSA (Carboximetilcelulosa) (CMC) N SIN 466 CASO [ ] 1. OBJETO, ORIGEN Y ÁMBITO DE APLICACIÓN La goma de celulosa (carboximetilcelulosa) de uso enológico se prepara únicamente a partir de madera tratada con sosa y ácido monocloroacético o su sal de sodio. La goma de celulosa inhibe la precipitación tartárica por efecto "coloide protector". Su dosis de utilización es limitada. 2. SINÓNIMOS Carboximetilcelulosa CMC CMC sódica Goma celulósica. Sal de sodio del carboximetiléter de celulosa NaCMC 3. ETIQUETADO La etiqueta debe indicar que la goma de celulosa es de uso alimentario, así como las condiciones de seguridad y de conservación. 4. CARACTERÍSTICAS 4.1 Descripción Polvo granulado o fibroso, blanco o ligeramente amarillento o grisáceo, ligeramente higroscópico, inodoro e insípido. 1/12

2 La goma de celulosa puede presentarse en forma de solución para diluir en un vino antes de su utilización. Las soluciones deberán contener al menos 3,5% de gomas de celulosa. 4.2 Fórmula química Los polímeros contienen unidades de anhidroglucosas sustituidas con la fórmula general siguiente: [C 6 H 7 O 2 (OH) x (OCH 2 COONa) y ] n donde n es el nivel de polimerización x = de 1,50 a 2,80 y = de 0,2 a 1,50 x + y = 3,0 (y = nivel de sustitución) Nota: sólo son completamente solubles las gomas de celulosa cuyo nivel de sustitución está comprendido entre 0,6 y 1, Estructura química donde R = H o CH 2 COONa HO O H CH 2 OR O H OR H H OR H n OH 4.4 Nivel de sustitución Evaluar el nivel de sustitución con el método descrito a continuación. El nivel de sustitución debe estar comprendido entre 0,60 y 0, Peso molecular Comprendido entre y (nivel de polimerización de 80 a 1.500) El peso molecular puede evaluarse midiendo la viscosidad. La viscosidad de una solución al 1% debe estar comprendida entre 10 y 15 mpa.s -1, o entre 20 y 45 mpa.s -1 para una solución al 2%, o entre 200 y 500 mpa. s -1 para una solución al 4%. 4.6 Composición Medir la composición de carboximetilcelulosa según el método descrito a continuación. El contenido de carboximetilcelulosa debe ser al menos del 99,5 % de la sustancia anhidra. 5. ENSAYOS 5.1 Solubilidad Produce una solución coloidal viscosa en agua. Insoluble en el etanol. 2/12

3 5.2 Prueba de la espuma Agitar vigorosamente una solución al 0,1 % de la muestra. No aparece ninguna capa de espuma (esta prueba permite distinguir la carboximetilcelulosa sódica de los demás éteres de celulosa y de los productos de los alginatos y las gomas naturales). 5.3 Formación de un precipitado Añadir 5 ml de una solución de 5 % de sulfato de cobre o de sulfato de aluminio a 5 ml de una solución de 0,5 % de la muestra. Aparecerá un precipitado (esta prueba permite distinguir la carboximetilcelulosa sódica de los demás éteres de celulosa, así como de la gelatina, la goma garrofín y la goma adragante). 5.4 Reacción cromática Añadir 0,5 g de carboximetilcelulosa sódica en polvo a 50 ml de agua, removiendo para provocar una dispersión uniforme. Seguir removiendo hasta obtener una solución transparente, y utilizarla a continuación para efectuar la prueba siguiente: añadir 5 gotas de una solución de 1-naftol a 1 mg de muestra diluida en un mismo volumen de agua en un pequeño tubo de ensayo. Inclinar el tubo de ensayo e introducir cuidadosamente a lo largo del tubo 2 ml de ácido sulfúrico de manera que forme una capa inferior. Aparecerá un color rojo púrpura entre las capas. 5.5 Humedad - Pérdida de peso por secado Medir la pérdida de peso por secado según el método descrito a continuación. La pérdida por secado debe ser inferior al 12%. 5.6 ph de una solución al 1 % No menos de 6 y no más de 8,5 unidades ph. 5.7 Arsénico Determinar el arsénico según el método descrito en el capítulo II. El contenido de arsénico debe ser inferior a 3 mg/kg 5.8 Plomo Determinar el plomo según el método descrito en el capítulo II. El contenido de plomo debe ser inferior a 2 mg/kg 5.9 Mercurio Determinar el mercurio según el método descrito en el capítulo II. El contenido de mercurio debe ser inferior a 1 mg/kg 5.10 Cadmio Determinar el cadmio según el método descrito en el capítulo II. El contenido de cadmio debe ser inferior a 1 mg/kg 5.11 Glicolato libre Determinar el glicolato según el método descrito a continuación. La goma de celulosa no debe contener más de un 0,4 % (calculado en glicolato de sodio respecto a la sustancia anhidra). 3/12

4 5.12 Sodio Determinar el sodio según el método descrito en el capítulo II. El contenido de sodio debe ser inferior al 12,4 % de la sustancia anhidra Cloruro de sodio Determinar el cloruro de sodio según el método descrito a continuación. La goma de celulosa no debe contener más de un 0,5 % de la sustancia anhidra. 4/12

5 Anexos 5.14 Pérdida de humedad por secado Objetivo Esta prueba determina la parte volátil de la carboximetilcelulosa. El resultado de este ensayo se utiliza para calcular los sólidos totales de la muestra y, por extensión, todas las sustancias volátiles a la temperatura del ensayo se consideran como humedad Interés y utilización La medición del nivel de humedad (teniendo en cuenta la pureza) se utiliza para medir la cantidad de carboximetilcelulosa en los productos comercializados Material Incubadora a 105 C ± 3 C; Frasco de pesar de 50 mm de diámetro interno y 30 mm de altura o equivalente; Balanza de precisión Ensayo Pesar entre 3 y 5 g de muestra a ± 1 mg en un frasco de pesar previamente calibrado Colocar el frasco de pesar sin la tapa en la incubadora durante cuatro horas. Dejar enfriar en un deshidratador, colocar la tapa nuevamente y pesar Continuar el proceso hasta que el peso sea constante Cálculo Calcular el porcentaje del nivel de humedad M según la fórmula: M = (A/B) 100, donde: A = pérdida de peso por secado (en g); B = peso inicial de muestra Glicolato de sodio Objetivo Esta prueba permite cuantificar el glicolato de sodio contenido en la carboximetilcelulosa purificada conteniendo un 2% de glicolato de sodio como máximo Resumen del método de ensayo La carboximetilcelulosa se disuelve en ácido acético (50%), se precipita con acetona en presencia de cloruro de sodio y la parte insoluble se elimina por filtración. El filtrado que contiene el glicolato de sodio (en forma de ácido glicólico) se procesa para eliminar la acetona y reacciona con el 2,7-dihidroxinaftaleno. El color resultante se mide a 540 nm con un espectrofotómetro calibrado utilizando soluciones de concentraciones conocidas. 5/12

6 Interés y utilización Este método de ensayo (junto con los relativos a la humedad y al cloruro de sodio) se utiliza para medir la cantidad de polímero en la sustancia. Debe utilizarse para comprobar la pureza de las carboximetilcelulosas impuesta por las reglamentaciones de las autoridades sanitarias Material Espectrofotómetro capaz de realizar un análisis a 540 nm; Células para espectrofotómetro de 1 cm de trayecto óptico Papel de aluminio en cuadrados de unos mm; Balanza de precisión Reactivos Ácido acético glacial (pureza 99%); Acetona (pureza 99%); Solución de 2,7-dihidroxinaftaleno (0,100 g/l): disolver 100 mg ± 1 mg de 2,7- dihidroxinaftaleno (naftalenodiol) en 1 L de ácido sulfúrico. Antes de utilizarla, dejar reposar la solución hasta que desaparezca la coloración inicial amarilla. Si la solución es oscura, eliminarla y preparar otra nueva con un lote diferente de ácido sulfúrico. Esta solución es estable durante un mes almacenada en un frasco de cristal opaco; Solución patrón de ácido glicólico a 1 mg/ml: secar varios gramos de ácido glicólico en un deshidratador al menos 16 horas a temperatura ambiente. Pesar 100 mg ± 1 mg, verter en un matraz aforado de 100 ml, disolver con agua, ajustar hasta marca de aforado con agua. No conservar la solución más de 30 días; Cloruro de sodio (NaCl, pureza 99%); Ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 pureza 98%, 1,84) Elaboración de la recta de calibrado En una serie de cinco matraces aforados de 100 ml, verter 0, 1, 2, 3 y 4 mlde la solución de referencia de ácido glicólico (a 1 mg/ml). En cada matraz, añadir 5 ml de agua y a continuación 5 ml de ácido acético glacial, completar hasta la marca de aforado con acetona y mezclar. Estos matraces contienen respectivamente 0, 1, 2, 3 y 4 mg de ácido glicólico Introducir con una pipeta 2 ml de cada solución y y transferir a los cinco matraces aforados de 25 ml. Evaporar la acetona calentando los matraces sin cerrar, dispuestos verticalmente en un baño maría durante 20 min exactamente. Retirar del baño maría y dejar enfriar a temperatura ambiente Añadir 5 ml de solución de 2,7-dihidroxinaftaleno a 0,100 g/l mezclar bien, y añadir de nuevo 15 ml de solución de 2,7-dihidroxinaftaleno adicionales y mezclar. Cubrir los matraces con un trozo de papel de aluminio y mantener los matraces bien rectos en el baño maría durante 20 min. Retirar del baño maría, dejar enfriar a temperatura ambiente y completar hasta la marca de aforado con ácido sulfúrico Medir la absorbancia a 540 nm de cada muestra respecto a blanco utilizando células de 1 cm de trayecto óptico. Trazar la curva de absorbancia en función de la cantidad correspondiente de ácido glicólico (en mg) de cada matraz. 6/12

7 Método de ensayo Pesar 0,500 g ± 0,001 g de muestra y transferir a un vaso de 100 ml. Empapar totalmente la muestra con 5 ml de ácido acético, y seguidamente con 5 ml de agua, mezclar con una barrita de vidrio hasta que la disolución sea completa (suelen precisarse unos 15 minutos). Añadir, lentamente, 50 ml de acetona removiendo, y seguidamente 1 g de sulfato de sodio, aproximadamente. Seguir removiendo durante varios minutos para precipitar completamente la carboximetilcelulosa Filtrar con filtro de papel, previamente empapado con una pequeña cantidad de acetona, y recoger el filtrado en un matraz aforado de 100 ml. Utilizar 30 ml de acetona para facilitar la transferencia de materias sólidas y para lavar el residuo de filtración. Completar hasta la marca de aforado con acetona y mezclar En otro matraz aforado de 100 ml, preparar un blanco con 5 ml de agua, 5 ml de ácido acético glacial, y seguidamente completar hasta la marca de aforado con acetona y mezclar Introducir con una pipeta 2 ml de la solución de muestra y 2 ml de la solución de blanco y verter en dos matraces aforados de 25 ml. Evaporar la acetona como anteriormente ( ) Medir la absorbancia de la muestra y extrapolar la cantidad de ácido glicólico (en mg) utilizando la curva de calibración ( ) Cálculo: calcular el contenido C (en %) de glicolato de sodio (glicolato libre) contenido según la fórmula: C(% glicolato de sodio) B W (100 M ) donde B = ácido glicólico (en mg) extrapolado de la curva de calibración; W = cantidad de carboximetilcelulosa pesada (en g); M = nivel de humedad de la muestra (en %); 0,129 = (relación del peso molecular del glicolato de sodio respecto al peso molecular del ácido glicólico) / 10. Nota: si el ensayo se realiza con una goma de celulosa previamente deshidratada, la fórmula se convierte en: B C(% glicolato de sodio) W W = cantidad de carboximetilcelulosa (seca) pesada (en g) Cloruro de sodio Objetivo Este método de ensayo permite determinar el contenido de cloruro de sodio en la carboximetilcelulosa purificada (> 98%). 7/12

8 Resumen del método de ensayo La carboximetilcelulosa de sodio se disuelve en agua y se valora por potenciometría con una solución de nitrato de plata. Se añade peróxido de hidrógeno para reducir la viscosidad de la solución Importancia y utilización Este método de ensayo (teniendo en cuenta la humedad y el contenido de glicolato de sodio) se utiliza para calcular el nivel de sustitución de la carboximetilcelulosa. Debe utilizarse para analizar las cualidades de la carboximetilcelulosa de sodio altamente purificada (>98%) Material phmetro capaz de leer los voltajes (en mv), provisto de un electrodo de plata y un electrodo de referencia de sulfato de mercurio I saturado con sulfato de potasio Bureta de 10 ml Balanza de precisión Erlenmeyer de 250 ml Reactivos Peróxido de hidrógeno concentrado (30% en m/m) (H 2 O 2 ) Ácido nítrico concentrado (HNO 3 ) ( 1,42) Nitrato de plata, solución patrón (0,1 N) - Disolver 17,0 g de nitrato de plata (AgNO 3 ) en 1 l de agua. Conservar en un frasco en vidrio ámbar. Normalizar la solución como sigue: secar el cloruro de sodio (NaCl) durante 2 h a 120 C. Pesar 0,65 g ± 0,0001 g en un vaso de 250 ml y añadir 100 ml de agua. Colocar en un agitador magnético, añadir 10 ml de HNO 3 y sumergir los electrodos del phmetro. Con una bureta, añadir por fracciones de 0,25 ml la cantidad teórica de solución de AgNO 3. Tras cada adición, esperar unos 30 segundos antes de leer los voltajes correspondientes. Al acercarse al punto final, reducir las incorporaciones a 0,05 ml. Registrar el voltaje (en milivoltios) en función del volumen (en ml) de la solución de valoración, y continuar con la valoración algunos ml más allá del punto final. Trazar los valores de potenciales obtenidos en función de los volúmenes de solución valorada correspondientes y determinar el potencial del punto equivalente según el punto singular de la curva obtenida. Calcular la normalidad, N, como sigue: N = (A 1.000) / (B 58,45) donde A = NaCI utilizado en g, B = solución añadida de AgNO 3 en ml, 58,45 = peso molecular del NaCl en g, Cloruro de sodio (NaCl, pureza 99%) Método de ensayo Pesar 5 g ± 0,0001 g de muestra en un vaso de 250 ml. Añadir 50 ml de agua y 5 ml de H 2 O 2 (30%). Colocar el vaso al baño maría, removiendo de vez en cuando hasta obtener una solución fluida. Si no logra la disolución transcurridos 20 min, añadir 5 ml de H 2 O 2 y calentar hasta que la disolución sea completa Enfriar el vaso, añadir 100 ml de agua y 10 ml de HNO 3. Colocar sobre el agitador magnético y valorar con la solución de AgNO 3 0,1 N ( ) hasta el punto de equivalencia. 8/12

9 Cálculo Calcular el contenido de cloruro de sodio, C (en %), como sigue: C = (AN 584,5) / [G (100 - B)] donde: A = volumen de solución de AgNO 3 añadida (en ml); N = Normalidad de la solución de AgNO 3 ; G = peso de muestra utilizado (en g), B = humedad, determinada previamente (en %), de acuerdo con el párrafo 5.14 y 584,5 = peso molecular de NaCI 10 (en g) Nivel de sustitución Objetivo Este método sirve para determinar el nivel de esterificación (sustitución) de la carboximetilcelulosa utilizada Resumen del método de ensayo La carboximetilcelulosa previamente purificada se mineraliza en presencia de ácido sulfúrico. El peso de sulfato de sodio residual permite conocer el contenido de sodio y, en consecuencia, el nivel de sustitución Importancia y utilización Este método de ensayo sirve para determinar el número de grupos sustituyentes añadidos al esqueleto de celulosa de base Material Matraz cónico de 500 ml Balanza de precisión Filtro en vidrio poroso Matraz de succión Crisol de porcelana Incubadora a 110 C Deshidratador Mechero de Bunsen u horno de mufla a 600 C Reactivos Metanol o etanol (pureza 98%) Nitrato de plata (AgNO 3 ) 0,1N Acetona (pureza 99%) Ácido sulfúrico (pureza 96%) Carbonato de amonio (NH 4 HCO 3 ) Preparación de la muestra (Esta etapa no es necesaria si la muestra contiene al menos 99,5% de gomas de celulosa) Pesar 5 g de la muestra ± 0,1 mg y transferirlos a un Erlenmeyer de 500 ml. Añadir 350 ml de metanol o de etanol (80% en volumen). Agitar la suspensión durante 30 min. Con un 9/12

10 matraz vacío, filtrar sobre vidrio poroso suave. Al final del filtrado, evitar aspirar aire a través del retenido. Respetar el tratamiento hasta que el ensayo con nitrato de plata 0,1 N para los iones cloruros sea negativo para los filtrados. Normalmente, bastan tres lavados. Transferir la carboximetilcelulosa a un crisol. Eliminar los restos de alcohol lavando con acetona. Dejar que la acetona se evapore en el aire (bajo una campana) y, seguidamente, en una incubadora a 110 C hasta lograr un peso constante. Pesar por primera vez transcurridas dos horas. Enfriar el crisol cada vez en un deshidratador y, durante el pesaje, tener en cuenta que la carboximetilcelulosa sódica es ligeramente higroscópica Método de ensayo En un crisol de porcelana previamente calibrado, pesar 2 g ± 0,1 mg de sustancia secada según la preparación anterior. Carbonizar con el mechero de Bunsen, cuidadosamente al principio con una llama pequeña, y, seguidamente, durante 10 min, con llama fuerte. Enfriar y verter de 3 a 5 ml de ácido sulfúrico concentrado en el residuo. Calentar con la llama hasta que deje de liberarse humo. Tras enfriar, añadir aproximadamente 1 g de carbonato de amonio vertiendo el polvo sobre el conjunto del contenido del crisol. Calentar de nuevo, al comienzo con una llama pequeña hasta que deje de liberarse humo, y seguidamente con una llama fuerte durante 10 min. Repetir el tratamiento con ácido sulfúrico y carbonato de amonio si el sulfato de sodio residual sigue conteniendo carbono. Dejar enfriar el crisol en un deshidratador y pesar. En lugar de añadir carbonato de amonio y calentar con una llama, el crisol puede colocarse durante una hora en un horno a unos 600 C Cálculo del contenido de sodio de la muestra extraída con alcohol mediante la fórmula: % sodio a b Donde a = peso del sulfato de sodio residual b = peso de la muestra extraída con alcohol seco Cálculo del nivel de sustitución mediante la fórmula: Nivel de sustitución 162 % sodio 2300 (80 % sodio) 5.18 Composición de carboximetilcelulosa Calcular el porcentaje de carboximetilcelulosa de sodio en la muestra restando al 100% la suma de los porcentajes de sodio y de cloruro de sodio glicolato (glicolato libre), determinados por separado por les procedimientos antes descritos. Contenido de carboximetilcelulosa (en %) = 100 (% NaCl + % glicolato de sodio) 10/12

11 5.19 Medición de la viscosidad Objetivo Se trata de un método de ensayo que permite determinar la viscosidad de soluciones acuosas de carboximetilcelulosa en el límite de 10 a mpa.s -1 a 25 C La concentración utilizada para el ensayo debe ser tal que la determinación de la viscosidad de la solución sea posible en los límites de la prueba Los resultados de la medición de la viscosidad de la carboximetilcelulosa por el presente método de ensayo no son necesariamente idénticos a los resultados obtenidos con otros tipos de instrumentos utilizados para las mediciones de viscosidad Las determinaciones se calculan con un peso seco, lo que obliga a conocer el nivel de humedad de la carboximetilcelulosa (véase 5.14) Se recomienda utilizar los viscosímetros Brookfield con el spin y velocidad indicados en el cuadro 1, pero pueden adaptarse para más comodidad. CUADRO 1: Móviles y velocidades requeridos por el viscosímetro Rango de viscosidad, (en mpa/s) Spin Velocidad (en rpm) Escala Factor 10 a a a a Interés y utilización Este método de ensayo permite estimar el peso molecular de la carboximetilcelulosa Material Viscosímetro de tipo Brookfield Recipiente en vidrio, de unos 64 mm (2,5 pulgadas) de diámetro y 152 mm (6 pulgadas) de altura, borde recto, capacidad de 340 g (12 oz) Balanza de precisión Agitadores mecánicos con una pala de acero inoxidable fijada a un motor de velocidad variable capaz de funcionar a 900 ± 100 rpm en diferentes condiciones de carga Baño maría, a 25 C ± 0,5 C Termómetro de precisión capaz de leer temperaturas en el rango de 20 a 30 C ± 0,1 C Método de ensayo Determinación de la humedad según el Calcular el peso seco de la muestra, M, en gramos necesarios para preparar 240 g de la solución de ensayo como sigue: M = 100 A / (100 - B) 11/12

12 donde: A = masa seca de la muestra en g, y B = nivel de humedad de la muestra en % Calcular la cantidad de agua destilada como sigue: V = S donde: V = volumen de agua destilada en ml, y S = peso de la muestra en g Añadir la cantidad de agua calculada en el recipiente. La posición del agitador debe permitir un movimiento mínimo entre las palas y el fondo del recipiente Iniciar lentamente la agitación y añadir la carboximetilcelulosa. Ajustar la velocidad removiendo a unas 900 ± 100 r/m y mezclar durante 2 h. Evitar que la agitación supere las r/m ya que las velocidades más elevadas tienden a afectar a la viscosidad de algunas carboximetilcelulosas. OBSERVACIÓN: Si se añade la muestra demasiado rápido se producirá una aglomeración que podría impedir la disolución completa de la muestra en el tiempo indicado Detener la agitación y transferir el recipiente que contiene la muestra al baño maría hasta temperatura constante (en torno a una hora). Comprobar la temperatura de la muestra con un termómetro al cabo de una hora y procurar que se alcance la temperatura de ensayo Retirar el recipiente que contiene la muestra del baño maría y agitar vigorosamente durante 10 s. Medir la viscosidad con el viscosímetro Brookfield, seleccionando el spin y la velocidad según el cuadro 1. Dejar girar el spin durante tres minutos antes de efectuar la lectura Cálculo 28.1 Calcular la viscosidad, V, en milipascales por segundo (mpa/s) como sigue: V = lectura factor Expresión del resultado Exprese el resultado de la viscosidad Brookfield a 25 C, indicando la concentración de la solución, el spin y la velocidad de spin utilizados. 12/12