Альгиновая кислота
| |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена
Альгиновая кислота; Е400; [ D -ManA(β1→4) L -GulA(α1→4)] n
| |
| Идентификаторы | |
| ХимическийПаук |
|
| Информационная карта ECHA | 100.029.697 |
| Номер ЕС |
|
| номер Е | Е400 (загустители, ...) |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| (C 6 H 8 O 6 ) н | |
| Молярная масса | 10,000 – 600,000 |
| Появление | Волокнистый порошок от белого до желтого цвета |
| Плотность | 1,601 г/см 3 |
| Кислотность ( pKa ) | 1.5–3.5 |
| Фармакология | |
| A02BX13 ( ВОЗ ) | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Альгиновая кислота , также называемая альгином , представляет собой природный съедобный полисахарид , содержащийся в бурых водорослях . Он гидрофильен и при гидратации образует вязкую смолу . Соли таких металлов, как натрий и кальций, известны как альгинаты . Цвет его варьируется от белого до желтовато-коричневого. Он продается в нитевидной , гранулированной или порошкообразной форме.
Он является важным компонентом биопленок, продуцируемых бактерией Pseudomonas aeruginosa , основным патогеном, обнаруживаемым в легких некоторых людей, страдающих муковисцидозом . [ 1 ] Биопленка и P. aeruginosa обладают высокой устойчивостью к антибиотикам . [ 2 ] но подвержены ингибированию макрофагами . [ 3 ]
Альгинат был открыт британским ученым-химиком ECC Stanford в 1881 году, и в том же году он запатентовал процесс его экстракции. [ 4 ] В оригинальном патенте альгинат экстрагировали путем сначала замачивания водорослей в воде или разбавленной кислоте, затем экстракции альгината путем замачивания его в карбонате натрия и, наконец, осаждения альгината из раствора. [ 5 ] [ нужен лучший источник ]
Структура
[ редактировать ]Альгиновая кислота представляет собой линейный сополимер с гомополимерными блоками (1→4)-связанных остатков β-D- маннуроната (М) и α-L- гулуроната (G) соответственно, ковалентно связанных друг с другом в различных последовательностях или блоках. Мономеры ( могут появляться в гомополимерных блоках последовательных G-остатков (G-блоки), последовательных М-остатков М-блоки) или чередующихся М и G-остатков (MG-блоки). C-5 α-L-гулуронат представляет собой эпимер β-D-маннуроната. [ нужна ссылка ]
Формы
[ редактировать ]Альгинаты получают из бурых морских водорослей . Во всем мире многие бурые водоросли класса Phaeophyceae собираются для переработки и переработки в альгинат натрия. Альгинат натрия используется во многих отраслях промышленности, включая пищевую промышленность, корм для животных, удобрения, текстильную печать и фармацевтику. В стоматологическом оттискном материале в качестве средства гелеобразования используется альгинат. Пищевой альгинат является одобренным ингредиентом в обработанных и промышленных продуктах. [ 6 ]
Размеры бурых морских водорослей варьируются от гигантских водорослей Macrocystispyrifera , длина которых может достигать 20–40 метров, до толстых, похожих на кожу водорослей длиной от 2–4 м до более мелких видов длиной 30–60 см. Большую часть бурых морских водорослей, используемых для производства альгинатов, собирают в дикой природе, за исключением Laminaria japonica , которую выращивают в Китае для употребления в пищу, а излишки ее материала направляются на производство альгината в Китае.
Альгинаты разных видов бурых морских водорослей различаются по своей химической структуре, что приводит к различным физическим свойствам альгинатов. Некоторые виды дают альгинат, дающий прочный гель , другие — более слабый гель, некоторые могут давать кремовый или белый альгинат, в то время как другие трудно гелеобразовать, и их лучше всего использовать для технических применений, где цвет не имеет значения. [ 7 ]
Коммерческий альгинат добывается из гигантских водорослей Macrocystispyrifera , Ascophyllum nodosum и видов Laminaria . Альгинаты также производятся двумя бактериальными родами Pseudomonas и Azotobacter , которые сыграли важную роль в раскрытии его биосинтеза пути . Бактериальные альгинаты полезны для производства микро- или наноструктур, пригодных для медицинского применения. [ 8 ]
Альгинат натрия (NaC 6 H 7 O 6 ) — натриевая соль альгиновой кислоты. Альгинат натрия представляет собой камедь.
Альгинат калия (KC 6 H 7 O 6 ) — калиевая соль альгиновой кислоты.
Альгинат кальция (CaC 12 H 14 O 12 ) представляет собой кальциевую соль альгиновой кислоты. Его получают путем замены иона натрия в альгинате натрия ионом кальция ( ионный обмен ).
Производство
[ редактировать ]Производственный процесс, используемый для извлечения альгинатов натрия из бурых морских водорослей, делится на две категории: 1) метод с альгинатом кальция и 2) метод с альгиновой кислотой. [ нужны разъяснения ]
Химически процесс прост, но трудности возникают из-за физического разделения, необходимого между слизистыми остатками вязких растворов, и отделения студенистых осадков, которые удерживают в своей структуре большое количество жидкости и поэтому сопротивляются фильтрации и центрифугированию . [ 9 ] Обычный процесс включает в себя большое количество реагентов и растворителей, а также трудоемкие этапы. [ 4 ] Предметом исследований являются более простые и новые методы, такие как экстракция с помощью микроволнового излучения, ультразвука, высокого давления, экстракция жидкостью под давлением и экстракция с помощью ферментов. [ 4 ]
Самый распространенный традиционный процесс экстракции включает шесть этапов: предварительную обработку биомассы водорослей, кислотную обработку, щелочную экстракцию, осаждение, отбеливание и сушку. [ 4 ] Предварительная обработка в основном направлена либо на разрушение клеточной стенки для извлечения альгината, либо на удаление других соединений и загрязнений из водорослей. [ 4 ] Сушка относится к первому виду и также помогает предотвратить рост бактерий; Высушенные водоросли также обычно измельчают в порошок, чтобы обнажить большую площадь поверхности. [ 4 ] Обычные методы удаления загрязнений включают обработку этанолом и формальдегидом , последний из которых очень распространен; Растворы этанола помогают удалить соединения, связанные с альгинатом, а растворы формальдегида помогают предотвратить ферментативные или микробные реакции. [ 4 ]
Затем водоросли обрабатывают кислотным раствором, чтобы разрушить клеточные стенки, в результате чего соли альгинина превращаются в нерастворимую альгиновую кислоту; нанесенный впоследствии щелочной раствор (pH 9-10), обычно карбонат натрия , превращает его обратно в водорастворимый альгинат натрия, который затем осаждается. [ 4 ] Также возможно экстрагировать альгинат непосредственно с помощью щелочной обработки, но это встречается реже. [ 4 ]
Альгиновую кислоту обычно осаждают различными методами либо спиртом (обычно этанолом), хлоридом кальция или соляной кислотой . [ 4 ] После того как альгинин превращается в мелкую пасту, его сушат, измельчают до желаемого размера зерен и, наконец, очищают с помощью различных методов. [ 4 ] Коммерческий альгинат для биомедицинского и фармацевтического использования извлекается и очищается с помощью более строгих методов, но это коммерческая тайна. [ 4 ]
Производные
[ редактировать ]Можно производить различные материалы на основе альгината, в том числе пористый каркасный материал, альгинатный гидрогель, нетканый материал и альгинатные мембраны. [ 10 ] Для их производства используются такие методы, как ионное сшивание, микрофлюидное прядение, сублимационная сушка, мокрое прядение и иммерсивное центробежно-струйное прядение. [ 10 ]
Кальциевая соль [ нужны разъяснения ] можно добавлять каплями в раствор альгината кальция, чтобы вызвать ионную сшивку, в результате которой образуется гидрогель. В результате сублимационной сушки гидрогеля для удаления воды образуется пористый материал каркаса. [ 10 ]
Мокрое прядение заключается в выдавливании раствора альгината из фильеры в раствор соли кальция для создания ионной сшивки (формирование геля), а затем вытягивании волокон из ванны с помощью вытягивающих валиков. Микрофлюидное прядение, более простая и экологически чистая реализация процесса, предполагает введение потоков солей кальция, протекающих рядом и касающихся центрального «сердцевинного» потока альгината. Эти потоки образуют «оболочку». Затем волокно выходит из основного потока. Этот метод можно использовать для изготовления фасонных и рифленых волокон. [ 10 ]
Альгинатное волокно, которое используется в тканях, обычно производится посредством микрофлюидного прядения, мокрого прядения или электропрядения для получения более тонких волокон. [ 10 ] Ткань, которую можно использовать для перевязки ран и других целей, производится путем чесания , а затем иглопробивания. [ нужны разъяснения ] волокна. [ 10 ]
Использование
[ редактировать ]По состоянию на 2022 год альгинат стал одним из наиболее предпочтительных материалов как распространенный природный биополимер. [ 10 ] Он особенно полезен в качестве биоматериала из-за своей нетоксичности, гигроскопичности и биосовместимости , а также может имитировать локальную биосреду; продукты его распада легко выводятся почками. [ 10 ]
Альгинат быстро впитывает воду, что делает его полезным в качестве добавки в обезвоженных продуктах, таких как средства для похудения , а также при производстве бумаги и текстиля. [ нужна ссылка ]
Альгинат также применяется для гидроизоляционных и огнезащитных тканей, в пищевой промышленности как загуститель для напитков, мороженого, косметики, как желирующий агент для желе, известного под кодом Е401 , и колбасных оболочек. [ 11 ] [ 12 ] Альгинат натрия смешивают с соевым белком, чтобы получить аналог мяса . [ 13 ]
Альгинат используется в качестве ингредиента в различных фармацевтических препаратах, таких как «Гевискон» , в которых он в сочетании с бикарбонатом подавляет желудочно-пищеводный рефлюкс . [ нужна ссылка ]
Альгинат натрия используется в качестве материала для изготовления оттисков в стоматологии , протезировании , гипсовании , а также для создания позитивов при мелкосерийном литье . [ нужна ссылка ]
Альгинат натрия используется при печати реактивными красками и в качестве загустителя реактивных красителей при трафаретной печати на текстиле . [ нужна ссылка ] Альгинаты не вступают в реакцию с этими красителями и легко вымываются, в отличие от загустителей на основе крахмала . Он также служит материалом для микрокапсулирования . [ 14 ]
Альгинат кальция используется в различных видах медицинских изделий, в том числе в повязках на кожу для ускорения заживления. [ 15 ] [ 16 ] и их можно удалить с меньшей болезненностью, чем обычные повязки. [ нужна ссылка ]
Альгинатные гидрогели
[ редактировать ]В исследованиях по реконструкции кости альгинатные композиты обладают благоприятными свойствами, способствующими регенерации, такими как улучшенная пористость , пролиферация клеток и механическая прочность . [ 17 ] Альгинатный гидрогель является распространенным биоматериалом для биоизготовления каркасов и регенерации тканей. [ 18 ]
Путем ковалентного присоединения тиоловых групп к альгинату можно придать высокие гелеобразующие и мукоадгезивные свойства in situ. Тиолированный полимер ( тиомер ) образует дисульфидные связи внутри своей полимерной сети и с богатыми цистеином субдоменами слоя слизи. [ 19 ] Тиолированные альгинаты используются в качестве гелеобразующих гидрогелей in situ. [ 20 ] и находятся на стадии предварительных исследований в качестве возможных мукоадгезивных систем доставки лекарств. [ 21 ] Альгинатные гидрогели могут использоваться для доставки лекарств, реагируя на изменения pH, изменения температуры, окислительно-восстановительный потенциал и присутствие ферментов. [ 22 ]
См. также
[ редактировать ]- Гиалуроновая кислота : полисахарид животных.
- Так что
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дэвис, Дж. К. (2002). «Pseudomonas aeruginosa при муковисцидозе: патогенез и персистенция». Обзоры детских респираторных заболеваний . 3 (2): 128–34. дои : 10.1016/S1526-0550(02)00003-3 . ISSN 1526-0542 . ПМИД 12297059 .
- ^ Бойд, А; Чакрабарти, AM (1995). «Биопленки Pseudomonas aeruginosa: роль альгинатного экзополисахарида» . Журнал промышленной микробиологии . 15 (3): 162–8. дои : 10.1007/BF01569821 . ISSN 0169-4146 . ПМИД 8519473 . S2CID 42880806 .
- ^ Лейд, Дж.Г.; Уилсон, CJ; Ширтлифф, Мэн; Хассетт, диджей; Парсек, MR; Джефферс, АК (1 ноября 2005 г.). «Альгинат экзополисахарида защищает бактерии биопленки Pseudomonas aeruginosa от IFN-гамма-опосредованного уничтожения макрофагов» (PDF) . Журнал иммунологии . 175 (11): 7512–8. дои : 10.4049/jimmunol.175.11.7512 . ISSN 0022-1767 . ПМИД 16301659 . S2CID 1011606 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Бохорхес, Хиленн; Лопес-Рубио, Ампаро; Мартинес-Абад, Антонио; Фабра, Мария Хосе (01 октября 2023 г.). «Обзор процессов экстракции альгината: влияние на молекулярную структуру и технико-функциональные свойства альгината» . Тенденции в пищевой науке и технологиях . 140 : 104142. doi : 10.1016/j.tifs.2023.104142 . hdl : 10261/336757 . ISSN 0924-2244 .
- ^ Перейра, Леонель; Котас, Жуан (05 февраля 2020 г.), «Вводная глава: Альгинаты — общий обзор» , Альгинаты — недавнее использование этого природного полимера , IntechOpen, ISBN 978-1-78985-642-2 , получено 6 августа 2024 г.
- ^ «Альгинаты» (PDF) . Служба сельскохозяйственного маркетинга Министерства сельского хозяйства США. 5 февраля 2015 года . Проверено 1 марта 2018 г.
- ^ Технический документ ФАО по рыболовству 441, Тевита Байнилога-младший, Школа химии, Университетский колледж, Университет Нового Южного Уэльса и Академия Сил обороны Австралии, Канберра, Австралия
- ^ Реммингхорст и Рем (2009). «Микробное производство альгината: биосинтез и применение». Микробное производство биополимеров и полимерных предшественников . Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-36-3 .
- ^ Технический документ ФАО по рыболовству, 2003 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Чжан, Сяолинь; Ван, Синьрань; Фань, Вэй; Лю, Йи; Ван, Ци; Вен, Линь (08 августа 2022 г.). «Изготовление, свойства и применение волокна из альгината кальция: обзор» . Полимеры . 14 (15): 3227. doi : 10.3390/polym14153227 . ISSN 2073-4360 . ПМЦ 9371111 . ПМИД 35956740 .
- ^ «Что такое альгинат натрия (E401) в продуктах питания? Свойства, применение, безопасность» . ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ . 14 мая 2020 г.
- ^ Цинь, Иминь (17 июля 2018 г.). Биоактивные морские водоросли для пищевых целей . дои : 10.1016/C2016-0-04566-7 . ISBN 978-0-12-813312-5 . Архивировано из оригинала 09.11.2023.
- ^ Арасаки, Сейбин; Арасаки, Теруко (январь 1983 г.). Низкокалорийные и питательные морские овощи (1-е изд.). Токио, Япония: Japan Publications, Inc., с. 35. ISBN 0-87040-475-Х .
- ^ Айзпуруа-Олайсола, Ойер; Наварро, Патрисия; Вальехо, Азиер; Оливарес, Майтане; Эчебаррия, Нестор; Усобиага, Аресац (1 января 2016 г.). «Микрокапсулирование и стабильность при хранении полифенолов из отходов винограда Vitis vinifera» . Пищевая химия . 190 : 614–621. doi : 10.1016/j.foodchem.2015.05.117 . ПМИД 26213018 .
- ^ Лансдаун AB (2002). «Кальций: потенциальный центральный регулятор заживления ран на коже». Регенерация восстановления ран . 10 (5): 271–85. дои : 10.1046/j.1524-475x.2002.10502.x . ПМИД 12406163 . S2CID 10092676 .
- ^ Стуббе, Биргит; Миньон, Арн; Деклерк, Хайди; Влиерберге, Сандра Ван; Дубрюэль, Питер (2019). «Разработка желатин-альгинатных гидрогелей для лечения ожоговых ран» . Макромолекулярная биология . 19 (8): 1900123. дои : 10.1002/mabi.201900123 . ISSN 1616-5195 . ПМИД 31237746 . S2CID 195355185 .
- ^ Венкатесан, Дж; Бхатнагар, я; Манивасаган, П; Канг, К.Х.; Ким, СК (2015). «Альгинатные композиты для инженерии костной ткани: обзор». Международный журнал биологических макромолекул . 72 : 269–81. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2014.07.008 . ПМИД 25020082 .
- ^ Растоги, Прасанша; Кандасубраманян, Баласубраманян (10 сентября 2019 г.). «Обзор гидрогелевой биопечати на основе альгината для применения в тканевой инженерии» . Биофабрикация . 11 (4): 042001. Бибкод : 2019BioFa..11d2001R . дои : 10.1088/1758-5090/ab331e . ISSN 1758-5090 . ПМИД 31315105 . S2CID 197543168 .
- ^ Лейхнер, К; Йелькманн, М; Бернкоп-Шнурх, А (2019). «Тиолированные полимеры: биоинспирированные полимеры, использующие одну из наиболее важных мостиковых структур в природе». Adv Drug Deliv Rev. 151–152: 191–221. doi : 10.1016/j.addr.2019.04.007 . ПМИД 31028759 . S2CID 135464452 .
- ^ Сюй, Г; Ченг, Л; Чжан, Вопрос; Солнце, Ю; Чен, К; Сюй, Х; Чай, Ю; Ланг, М (2016). «Тиолированный альгинатный гидрогель in situ: мгновенное образование и его применение в гемостазе». J Biomater Appl . 31 (5): 721–729. дои : 10.1177/0885328216661557 . ПМИД 27485953 . S2CID 4267830 .
- ^ Кассем, А.А.; Исса, Д.А.; Котри, Г.С.; Фарид, РМ (2017). «Многослойные мукоадгезивные пленки метформина на основе тиолированного альгината для местной доставки в карман: характеристика in vitro и клиническая оценка». Разработчик лекарств. Индийская Фарм . 43 (1): 120–131. дои : 10.1080/03639045.2016.1224895 . ПМИД 27589817 . S2CID 25076932 .
- ^ Абасализаде, Фархад; Могаддам, Севиль; Ализаде, Эффат; Фазлю, Мохаммед; Торбати, Мохаммадали; Акбарзаде, Абольфазл (13 марта 2020 г.). «Гидрогели на основе альгината как средство доставки лекарств при лечении рака и их применение при перевязке ран и 3D-биопечати» . Журнал биологической инженерии . 14 (8): 8. дои : 10.1186/s13036-020-0227-7 . ПМК 7069202 . ПМИД 32190110 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Источники альгината из морских водорослей. Архивировано 17 сентября 2013 г. на Wayback Machine.
- Свойства альгината. Архивировано 17 сентября 2013 г. на Wayback Machine.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|