Альгиновая кислота , также называемая альгином , представляет собой природный съедобный полисахарид , обнаруженный 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 чувствительны к ингибированию макрофагами . [3]
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) . α-L-гулуронат представляет собой эпимер C-5 β-D-маннуроната.
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. [4]
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 альгинатов 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. [5]
Альгинат коммерческого качества извлекается из гигантских водорослей Macrocystispyrifera , Ascophyllum nodosum и видов Laminaria . Альгинаты также производятся двумя бактериальными родами Pseudomonas и Azotobacter , которые сыграли важную роль в раскрытии пути его биосинтеза . Бактериальные альгинаты полезны для производства микро- или наноструктур, пригодных для медицинского применения. [6]
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 ) производится из альгината натрия, из которого ион натрия удален и заменен кальцием ( ионный обмен ).
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.
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 . [7]
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.
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. [8] [9] Альгинат натрия смешивают с соевым белком, чтобы получить аналог мяса . [10]
Альгинат используется в качестве ингредиента в различных фармацевтических препаратах, таких как «Гевискон» , в которых он в сочетании с бикарбонатом подавляет желудочно-пищеводный рефлюкс .
Альгинат натрия применяется в качестве материала для изготовления оттисков в стоматологии , протезировании , гипсовании , а также для создания позитивов при мелкосерийном литье .
Альгинат натрия используется при печати реактивными красками и в качестве загустителя реактивных красителей при трафаретной печати на текстиле . [ нужна цитация ] Альгинаты не вступают в реакцию с этими красителями и легко смываются, в отличие от загустителей на основе крахмала . Он также служит материалом для микрокапсулирования . [11]
Альгинат кальция используется в различных типах медицинских изделий, в том числе в повязках на кожные раны , для ускорения заживления [12] [13] и может быть удален с меньшей болезненностью, чем обычные повязки. [ нужна цитата ]
В исследованиях по реконструкции кости альгинатные композиты обладают благоприятными свойствами, способствующими регенерации, такими как улучшение пористости , пролиферации клеток и механической прочности . [14] Альгинатный гидрогель является распространенным биоматериалом для биоизготовления каркасов и регенерации тканей. [15]
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. [16] Тиолированные альгинаты используются в качестве гелеобразующих гидрогелей in situ, [17] и находятся на стадии предварительных исследований в качестве возможных мукоадгезивных систем доставки лекарств. [18] Альгинатные гидрогели могут использоваться для доставки лекарств, проявляя реакцию на изменения pH, изменения температуры, окислительно-восстановительный потенциал и присутствие ферментов. [19]