| Альгиновая кислота | |
|---|---|
| Общие | |
| Систематическое наименование |
A02BX13 |
| Сокращения | E400 |
| Хим. формула | (C 6 H 8 O 6) n |
| Физические свойства | |
| Молярная масса | 10,000 - 600,000 г/моль |
| Плотность | 1,601 г/см³ |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 9005-32-7 |
| Рег. номер EINECS | 232-680-1 |
| Кодекс Алиментариус | E400 |
| ChEBI | |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа) , если не указано иного. | |
Описание
Альгиновая кислота нерастворима в воде и в большинстве органических растворителей. Одна часть альгиновой кислоты адсорбирует 300 массовых частей воды, что обусловливает её применение как загустителя в пищевой промышленности, в частности при приготовлении мороженого, сиропов, соусов и сыров .
Альгиновая кислота - гетерополимер, образованный двумя остатками полиуроновых кислот (D-маннуроновой и L-гулуроновой) в разных пропорциях, варьирующихся в зависимости от конкретного вида водорослей. Альгинаты в организме человека не перевариваются и выводятся через кишечник.
Альгиновая кислота и альгинаты широко применяются в медицине (в качестве антацида) и как пищевые добавки (загустители).
Альгинаты
Соли альгиновой кислоты - альгинаты, в частности альгинат натрия (E401), альгинат калия (Е402) и альгинат кальция (Е404) используются в качестве пищевых добавок.
Альгинаты калия и натрия в воде образуют коллоидные растворы, в отличие от нерастворимой альгиновой кислоты. Добавление водных растворов альгината натрия в растворы, содержащие ионы кальция (например, хлорид кальция), приводит к образованию нерастворимых гелей альгината кальция. Это свойство альгинатов используется при создании микрокапсул и искусственных клеток , а также для создания некоторых пищевых продуктов (например, искусственная красная икра на основе альгинатов). Показано успешное применение капсул из альгината, содержащих живые бактерии - пробиотики , для их доставки в кишечник .
В стоматологии альгинат с добавками используется в качестве слепочной массы - для изготовления оттиска челюсти, с дальнейшей отливкой гипсовой модели. Для аналогичных целей применяют и силиконовые слепочные массы.
Для альгинатов характерны следующие виды биологической активности :
- антимикробное действие, подавление активности факультативной флоры (кандиды и стафилококков);
- поддержание естественной микрофлоры кишечника;
- гемостатическое действие (кровоостанавливающее, благодаря чему они эффективны при эрозивных и язвенных процессах в желудочно-кишечном тракте);
- улучшение моторной функции кишечника (что способствует профилактике запоров);
- обволакивающее действие;
- ослабление патологических рефлексов, в том числе болевых;
- замедление скорости всасывания глюкозы из тонкого кишечника;
- иммуномодулирующее действие;
- гиполипидемический эффект (снижение уровня атерогенных фракций крови, профилактика атеросклероза);
- антитоксическое и антирадиационное действие – эффективное и безопасное связывание тяжелых металлов (свинец, ртуть), радиоактивных соединений (цезий, стронций) и выведение их из организма.
Немало удивительных веществ подарила и до сих пор дарит человеку природа. Одно из них - кислота альгиновая, которую активно используют в составе косметических средств, в лекарственных препаратах, а так же в пищевой промышленности. Ее подарило людям море.
И снова море
Моря нашей планеты еще изучены не слишком хорошо. Даже, казалось бы, достаточно изученные дары моря преподносят подчас интересные сюрпризы. Вот, например, водоросли - бурые, красные, зеленые. Их строение, образ жизни, оказываемое влияние на морские экосистемы - все это уже достаточно хорошо изучено. Но вот в конце XIX века совершенно случайно, как побочный продукт получения йода из морских водорослей, были открыты соли альгиновой кислоты - альгинаты и непосредственно сама кислота альгиновая.
Химические процессы
Все, что происходит с нами и вокруг нас - это химия. Процессы, которые люди изучают, дают возможность постоянно получать новые вещества, необходимые в медицине, в пищевой промышленности, для синтеза полимеров. Все химические элементы, которые на сегодня известны человеку, дала природа. Получение альгиновой кислоты - биологические процессы, происходящие в морских водорослях.
Эти живые организмы используют альгинаты в качестве влагосбрегающего средства, позволяющего выжить им в условиях морских отливов. Люди, получая альгиновую кислоту и ее производные, научились использовать ее в медицине, в фармацевтике, в пищевой промышленности, в косметологии. Это удивительное вещество - альгиновая кислота. Формула ее, с точки зрения химии, достаточно сложна, ведь это - гетерополимер, который образуется остатком D-маннуровой и остатком L-гулуроновой кислот в разных количественных соотношениях, зависящих от вида водорослей. Выглядит формула так: (C6H8O6)n.
Полисахарид из водорослей
Любые химические вещества и их соединения, которые человечество научилось добывать и синтезировать, так или иначе, находят свое применение. С открытой в начале 19 века альгиновой кислотой произошло точно также, причем спектр ее использования достаточно широк. Это обусловлено свойствами вещества, добываемого из водорослей. Альгиновая кислота является полисахаридом - высокомолекулярным веществом, имеющим особое значение в биосфере. Таких химических соединений очень много. И особую группу составляют водорослевые полисахариды, к которым относится и кислота альгиновая.
Соли-альгинаты
Полисахариды активно используются во многих сферах жизнедеятельности человека. Вот, к примеру, одно из них - альгиновая кислота. Свойства этого вещества, добываемого из бурых, красных и зеленых водорослей очень разнообразны. Особое значение имеют соли альгиновой кислоты - альгинаты калия, кальция, магния, натрия. Они хорошо переносятся организмом человека, так как безвредны, не перевариваются и не усваиваются, а выводятся через кишечник. Еще одна особенность - растворимость альгиновой кислоты. Этот природный полимерный углевод (полисахарид) - нерастворим ни в воде, ни в большинстве органических растворителей, что активно используется в медицине и фармакологии. Но зато альгиновая кислота может адсорбировать количество воды в 300 раз больше самой себя. И это свойство так же нашло свое применение.
Медицина и альгинаты
Кислота альгиновая - Ее активно используют в фармацевтике и в медицине. Обусловлено это свойствами как самой кислоты, так и ее солей - альгинатов. Много научных исследований, проведенных учеными-медиками, химиками, фармацевтами, позволили получить уверенные результаты успешного использования альгиновой кислоты в лечении таких заболеваний, как сердечно-сосудистые болезни, посттравматические инфекции при ожогах и ранах, иммунодефицитные состояния, кишечные заболевания с нарушением моторики кишечника.
Так, соли альгиновой кислоты обладают подтвержденным антимикробным, противовирусным и противогрибковым действием. Это широко используется в современной медицине в лечении различных заболеваний. Альгинаты способствуют уменьшению проявлений различных типов аллергии за счет связывания неактивных иммунных комплексов и иммуноглобулинов типа Е. В то же время соли водорослевой кислоты активизируют выработку местных защитных иммуноглобулинов типа А, которые отвечают за устойчивость кожных покровов и слизистых к воздействию патогенных микроорганизмов.
Еще одно удивительное качество альгиновой кислоты - способность связывать и выводить из организма человека радионуклиды стронция и цезия, широко применяющиеся в борьбе со злокачественными образованиями. К тому же, альгинаты способствуют активному заживлению ран и язв, а так же обладают гемостатическими свойствами. Уникальное вещество, получаемое из морских водорослей, оказавшееся безопасным для людей, - альгиновая кислота. Препараты на ее основе становятся востребованными даже в педиатрии и в лечении беременных и кормящих грудью женщин.
Фармацевтика и водорослевая кислота
Кислота альгиновая нашла широкое применение и в фармацевтической промышленности. Так, к примеру, капсулы лекарственных препаратов, сделанные при помощи альгинатов, позволяют доставлять действующие вещества непосредственно в кишечник, где капсула разрушается, лекарственное вещество начинает свою работу, а оболочка выводится из организма.
Еще один яркий пример - повязки на раны с использованием альгинатов. Они обладают противоинфекционными и кровоостанавливающими свойствами. Такие повязки не позволяют распространяться инфекции, снимают отеки окружающих тканей, а значит и их лишний травматизм. У таких медицинских средств хорошие дренирующие свойства, что позволяет ране быстрее заживать. Эти же свойства альгиновой кислоты используются в стоматологии.
Красота и кислота
В последние десятилетия кислота альгиновая нашла еще одну область применения - косметология. Маски на основе этого природного вещества становятся все более популярными, так как обладают уникальными свойствами омоложения и оздоровления кожи. Еще не так давно женщина могла получить такую маску лишь в салоне. Сегодня порошки для приготовления маски с альгинатами в домашних условиях можно приобрести в косметических магазинах. Порошок разводится определенным количеством воды, и полученный гель наносится на лицо. Эффект, по отзывам огромного числа женщин, - просто удивителен!
Благодаря свойствам альгиновой кислоты и ее солей, кожа становится чище, исчезают мелкие морщинки и покраснения, улучшается не только внешний вид, но и снимаются отеки и припухлости, а благодаря антибактериальным свойствам альгинатов проходят воспалительные процессы. Альгинатные маски позволяют в домашних условиях получить сеанс оздоровления кожи лица и зоны декольте без вреда для здоровья. Такие косметические средства часто имеют сложный состав, то есть сожержат в себе не только альгиновую кислоту или альгинаты, но и другие полезные для кожи вещества, например, коллаген или же хитозан, также в подобных масках часто включены растительные компоненты - ромашка, имбирь, зеленый чай. Все это делает домашнюю косметику весьма эффективной. Косметической промышленностью выпускаются не только маски, но и кремы с альгинатами, помогающими восстановить кожные покровы, улучшить их состояние.
Пищевая добавка Е400
Кислота альгиновая нашла свое широкое применение в пищевой промышленности. Если посмотреть на упаковку многих продуктов, то там можно найти ссылку на пищевые добавки, включенные в состав, и среди них часто встречаются Е400, Е401, Е402, Е403, Е404, Е405. Так вот эти пищевые добавки являются альгиновой кислотой и альгинатами, разрешенными к применению в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленностях. Альгиновая кислота и альгинаты - загустители и стабилизаторы, помогающие веществам сохранять свою форму и объем, препятствуют их усыханию и порче. Причем, сама альгиновая кислота и альгинаты выводятся из организма человека в неизменном виде, не усваиваясь им, а значит, не нанося никакого вреда и не оказывая побочных эффектов.
Природа и человек
Еще один дар природы, оказавшийся удивительной находкой - кислота альгиновая. Ее подарило людям море, позволив получить полезное вещество, использующееся в медицине и при производстве пищевых продуктов, в фармацевтике и в косметологии. Альгинаты оказались теми веществами, которых так не хватало человечеству. Они безвредны, выводятся из организма человека в неизменном виде, но оказывают на него удивительно благоприятное воздействие, способствуя оздоровлению, борьбе с вирусами, бактериями и грибками, выводя вредные токсины и тяжелые металлы, заживляя раны, ожоги, останавливая кровотечения, снимая отеки, нормализуя кровяное давление и активируя защитные функции организма. Думается, что дары моря, и водоросли в том числе, подарят человечеству еще немало удивительных и полезных открытий.
Альгиновая кислота (Alginic acid, E400) — полисахарид, вязкое резиноподобное вещество, извлекаемое из бурых водорослей (Phaeophyceae) ламинария японская (Laminaria japonica Aresch). Содержание альгиновой кислоты в ламинарии колеблется от 15 до 30%.
Альгиновая кислота нерастворима в воде и в большинстве органических растворителей. 1 часть альгиновой кислоты адсорбирует 300 весовых частей воды, что обуславливает её применение как загустителя.
Альгиновая кислота представляет собой полимерную цепь, состоящую из двух мономеров — остатков полиуроновых кислот (D-маннуроновой и L-гулуроновой) в разных пропорциях, варьирующихся в зависимости от конкретного вида водорослей. Альгинаты в организме человека не перевариваются и выводятся через кишечник.
Альгиновая кислота и альгинаты широко применяются в медицине (в качестве антацида) и как пищевые добавки (загустители). Альгиновая кислота выводит из организма тяжёлые металлы (свинец, ртуть и др.) и радионуклиды. Многие целебные свойства морской капусты объясняются именно альгиновой кислотой.
На сегодняшний день роль пищевых стабилизаторов сложно переоценить, ведь они отвечают за сохранение необходимой консистенции готовых продуктов питания. Что касается свойств пищевого стабилизатора Е400 Альгиновая кислота, они полностью повторяют характерные остальным подобным веществам качества. Кроме того, эта добавка способна увеличивать вязкость изделий.
Физические свойства пищевого стабилизатора Е400 Альгиновая кислота обусловлены способом получения данной добавки - производят ее из морских водорослей (крупных подвидов ламинарии и фукусов). Именно поэтому внешне альгиновая кислота представляет собой вязкую тягучую субстанцию.
Как известно, в составе ламинарии содержится около 30 процентов альгиновой кислоты, которая не способна к растворению как в воде, так и в большинстве растворителей. Кстати, широкое применение пищевого стабилизатора Е400 Альгиновая кислота в качестве загустителя обусловлено его свойством отлично адсорбировать воду.
Альгиновая кислота - это полимерная цепочка, состоящая из мономеров в разных пропорциях, а также зависящая от вида морских водорослей, из которых она выделяется. Примечательно то, что организмом человека данное вещество не переваривается.
В основном пищевой стабилизатор Е400 Альгиновая кислота используется в процессе изготовления мармелада, различных джемов и желейных продуктов. Помимо этого, его нередко добавляют в ягодные и плодовые пасты, а также применяют в качестве стабилизирующего вещества при производстве коктейлей молочных и мороженого.
Пищевая промышленность - не единственная отрасль использования Е400. В печатном и текстильном производстве альгиновую кислоту применяют в виде загустителя для печати и как уплотнитель нитей. Другими функциями пищевой добавки являются обеспечение глянца печатной продукции и склеивание бумаги. Помимо этого Е400 участвует в процессе изготовления красок и чернил для принтеров, косметических препаратов и средств по уходу, инсектицидных препаратов и некоторых лекарственных составов.
Польза пищевого стабилизатора Е400 Альгиновая кислота
Польза пищевого стабилизатора Е400 Альгиновая кислота заключается, прежде всего, в том, что он присутствует в составе морской ламинарии. Кстати сказать, полезные свойства этого растения обусловлены именно наличием данной кислоты. Для человека альгиновая кислота играет роль связывающего вещества, которое способно впитывать в себя и впоследствии выводить из организма различные тяжелые металлы и радионуклиды.
Аллергенными свойствами пищевой стабилизатор Е400 Альгиновая кислота не обладает и к тому же он не вызывает раздражения слизистых оболочек и кожных покровов. Именно поэтому использование данной добавки разрешено во многих странах мира. К примеру, на территории Российской Федерации Е400 не запрещен к применению в производстве лечебного и детского питания.
Однако, не смотря на существенную пользу пищевого стабилизатора Е400 Альгиновая кислота, стоит учитывать тот факт, что перевариваться организмом человека он не способен. Именно поэтому людям с заболеваниями ЖКТ рекомендуется проявлять осторожность при употреблении продуктов, в составе которых присутствует альгиновая кислота.
Альгиновые кислоты – главный структурный компонент клеточных стенок бурых морских водорослейLaminaria ,Macrocystis pyrifera ,Fucus ,Phaeophyta и др. Содержание альгиновых кислот в бурых водорослях может составлять 20 - 40% от массы воздушно-сухого сырья. Альгиновые кислоты продуцируют также некоторые виды бактерий, главным образом представители родовAzotobacter vinelandii иPseudomonas .
Историческая справка. Альгиновые кислоты впервые были выделены более 100 лет назад из нескольких бурых водорослей.Позже эти полисахариды были найдены во всех без исключения видах бурых водорослей, где они являются компонентами клеточной стенки и межклеточного вещества.
В 1982 г. довольно неожиданно альгиновые кислоты были обнаружены в одном из видов известковых красных водорослей, принадлежащем к семейству Со r а llina сеае . В работах Усова А.И. с сотруд. показано, что наличие альгинатов действительно является отличительным признаком представителей этого семейства. В прочих растениях эти полисахариды не найдены.
Получение
Для промышленного получения альгиновых кислот используют бурые морские водоросли, главным образом родов ламинария (Laminaria ) и макроцистис (Macrocystis ). Биомассу водорослей предварительно обрабатывают разбавленным водным раствором минеральной кислоты для удаления низкомолекулярных соединений, двухвалентных катионов и сопутствующих водорастворимых полисахаридов (ламинарина, фукоидина). Альгиновые кислоты из очищенной биомассы экстрагируют раствором соды или щелочи и осаждают из экстракта этиловым спиртом, подкислением или переводом в нерастворимую Са 2+ -соль.
Препаративный выход альгиновых кислот используют для оценки их содержания в биомассе водоросли.
Химическое строение и молекулярная структура
Альгиновые кислоты являются полиуронидами , т.е. полисахаридами, молекулы которых построены из остатковуроновых кислот . В составе альгиновых кислот были найдены вначалеD -маннуроновая (рис.1 а), а затемL -гулуроновая (рис.1 б)кислоты .
С помощью частичного гидролиза и выделения соответствующего дисахарида было установлено, что остатки обеих уроновых кислот входят в состав одной и той же молекулы полимера. Согласно современным представлениям, основанным на многочисленных результатах метилирования, периодатного окисления и ряда физико-химических методов структурного анализа (главным образом спектроскопии ЯМР), макромолекулы альгиновых кислот линейны и построены из звеньев остатков - D -маннуроновой (М ) и - L -гулуроновой кислот (G ), находящихся впиранозной форме и связанных -(1→4)-гликозидными связями (рис.2).
Бактериальные альгиновые кислоты отличаются от водорослевых тем, что часть их гидроксильных групп обычно ацетилирована , причем ацетильные группы занимают положения С 2 или С 3 (иногда сразу оба) в остатках-D -маннуроновой кислоты.
Альгиновые кислоты из разных источников могут различаться соотношением маннуроновой и гулуроновой кислот (величиной M / G ), а также распределением мономерных звеньев вдоль цепи полимера. С помощью частичного гидролиза и фракционирования олигомерных продуктов было установлено, что распределение мономерных звеньев в макромолекулах альгиновых кислот носитблочный характер , т.е. имеются участки, построенные практически только из остатков какой-либо одной уроновой кислоты (М-блоки иG -блоки ). Эти блоки разделены участками, которые содержат приблизительно равные количества обоих моносахаридов, расположенных в виде более или менее строго чередующейся последовательности (MG -блоки ). Такое своеобразное строение является результатом ступенчатого биосинтеза молекул полисахарида, при котором вначале образуются линейные полиманнуронаны, а затем в этих полимерных предшественниках происходит эпимеризация при атоме С 5 части остатков-D -маннуроновой кислоты под действием специфического фермента – полиманнуронан-С(5)-эпимеразы, что приводит к появлению в составе полимера остатков-L -гулуроновой кислоты.
Размер и взаимное расположение отдельных блоков оказывают решающее влияние на свойства альгиновых кислот и их солей – альгинатов . Остатки-D -маннуроновой и-L -гулуроновой кислот при всей их структурной близости (эти остатки различаются только конфигурацией при одном из асимметрических центров, а именно при атоме С 5 (см. рис.1)) имеют противоположную конформацию пиранозного цикла (соответственно 4 С 1 и 1 С4), что приводит к совершенно различной форме полимерных молекул в участкахполи-М иполи- G (рис.3).
Кроме того, гидроксильные группы -D -маннуроновой кислоты располагаются диэкваториально, что обуславливает объединение звеньев остатков моносахарида в вытянутую цепь, структура которой получила название«ленточной» . Гидроксильные группы остатков-L -гулуроновой кислоты располагаются диаксиально. При их объединении в цепь также формируется «ленточная» структура, но складчатого типа. Поскольку соседние звеньяG-блоков оказываются расположенными достаточно близко друг к другу, между ОН-группами образуются водородные связи. Они стабилизируют цепь, что делаетG-блоки более жесткми в сравнении с М-блоками, у которых внутримолекулярные Н-связи отсутствуют.
Загрузка...