Соли альгиновой кислоты. Кислота альгиновая: свойства и особенности применения

Альгиновая кислота – это вещество из класса высокомолекулярных полисахаридов. Содержится предпочтительно в клетках бурых водорослей.

Применяется в пищевой, текстильной, фармацевтической и косметической промышленностях, используют для создания сварочных электродов и кормов для животных.

Общая характеристика

Ламинария (морская капуста) обладает множеством полезных для человека свойств. И не в последнюю очередь благодаря наличию в ее составе альгиновой кислоты. Другое название кислоты – водорослевая, поскольку была найдена в морских растениях зеленого, бурого и красного цвета. И что интересно, ламинария почти на четверть состоит именно из этого вещества. Эта гелеобразная субстанция обеспечивает водорослям «желейные тела» и гибкость.

Альгиновая кислота обладает многими уникальными свойствами. Одно из них – исключительно высокая абсорбция воды. Только 1 г вещества способен втянуть в себя около 300 мл жидкости. С другой стороны, почти в 14 раз превышает клеящие способности крахмала. А гуммиарабик в этом плане в 37 раз хуже, чем альгинаты. Кислота не растворяется в воде либо других органических жидкостях. Представляет собой гетерополимерную субстанцию, созданную из остатков полиуроновых веществ.

В 1883 году британский исследователь и фармацевт Э. Стэнфорд открыл это вещество, исследуя ламинарию. Ученый сделал вывод, что уникальная структура кислоты формируется в водорослях в процессе биосинтеза. И стоит отметить, что в разных странах и на разных участках Мирового океана состав альгиновой кислоты в растениях может немного отличаться. Это объясняется природным воздействием и пропорциями D-маннуровой и L-гиалуровой кислот, входящих в состав альгинатов.

Альгинаты (соли кислоты), попадая в человеческий организм, не расщепляются и выводятся из него в непереваренном виде. Этим свойством напоминают функции клетчатки. Но эффективность альгинатов более высокая. Благодаря способности втягивать в себя жидкость, соли водорослевой кислоты выводят из организма радионуклиды и тяжелые металлы. Эксперимент показал, что водорослевая кислота может связать и вывести примерно 90 процентов цезия и стронция. Поэтому препараты, в составе которых есть кислота или ее соли, считаются лучшими средствами против радиации.

Производство

Сырьем для альгинатов служат обычно бурые водоросли, которые чрезвычайно распространенные в Мировом океане и способны вырастать до нескольких сантиметров ежедневно. Для изъятия альгиновой кислоты водоросли сначала сушат и измельчают, затем промывают и оставляют набухать в кислой среде. Следующий этап – экстракция альгинатов из набухших водорослей. Для этого в субстанцию добавляют каустическую соду. После осветления и очищения от волокна, лаборанты получают водный раствор альгината натрия. В результате последующих манипуляций ученые добиваются так называемых «кислотных осадков» и получают чистую водорослевую кислоту.

Полезные свойства

Альгиновая кислота – это эффективный антиоксидант и средство, очищающее организм от токсинов и тяжелых металлов.

Также незаменима при интоксикациях.

Для сердечно-сосудистой системы польза от кислоты состоит в снижении артериального давления и уровня плохого холестерина. Обладая антимикробными и противовирусными свойствами, защищает организм от вредоносной микрофлоры, грибков и бацилл. Помимо этого альгинаты уменьшают болевые ощущения при спазмах, снижают риски возникновения аллергий.

Зачем нужна человеку

Препараты, содержащие альгиновую кислоту, используют для лечения самых разных нарушений и расстройств. Наиболее частые причины для интенсивного потребления водорослей:

атеросклероз;
зашлакованность организма;
слабый иммунитет;
кожные заболевания;
повышенная пигментация;
целлюлит;
кардиологические болезни;
интоксикация.

Но хоть водорослевая кислота весьма полезна для человека, есть случаи, когда этим веществом лучше не злоупотреблять. Среди наиболее веских причин отказаться от нори, ламинарии или красной икры:

авитаминоз (есть мнение, что препятствует всасыванию некоторых витаминов);
беременность;
болезни печени;
дисфункция щитовидной железы;
частые расстройства пищеварения;
злокачественные образования.

Недостаток или избыток: как понять

Поскольку организм не способен самостоятельно вырабатывать альгиновую кислоту, в человеческое тело вещество попадает только извне: с едой, биодобавками, медикаментами. В последнее время особую популярность приобрели препараты на основе ламинарии, спирулины и других, богатых кислотой, растений. Ослабленный иммунитет, высокая склонность к аллергиям, отравление – это именно те признаки, по которым можно понять, что организм просит «подкормки» в виде водорослевой продукции.

Натуральные средства редко вызывают побочные эффекты или передозировку. Но если на фоне потребления альгиновой кислоты появилась тошнота, нарушилась работа пищеварительной системы, кожа покраснела и начала зудеть, от препарата лучше отказаться и проконсультироваться с врачом.

Использование в пищевой промышленности

Альгиновая кислота и ее соли (альгинаты) в пищевой промышленности – ингредиенты не новые. Как минимум 5 Е-шек на этикетках продуктов питания обозначают именно ее. Собственно кислота прописалась в списке ингредиентов как Е400. Ее соли разместились под «именами» Е401, Е402 и Е404. Пищевая добавка агар-агар, созданная из водорослей, обозначается номером 406.

В продуктах «водорослевые» добавки играют роль загустителей, а также применяются для создания ложной красной икры. А вот при выпечке хлеба использование Е400 предотвращает быстрое зачерствение готового изделия.

Применение в медицине

Благодаря свойству втягивать в себя воду, водорослевая кислота является важным компонентом лекарственных гелей и некоторых других медпрепаратов, в частности капсульных. Почти пятая часть всех современных лекарств содержит в себе альгиновое вещество. А в области стоматологии альгинаты помогают создавать слепки зубов.

Лечебные свойства солей водорослевой кислоты позволяют применять их в качестве средства против ожогов. Исследования доказали эффективность вещества в процессе регенерации кожи на месте ожоговых ран.

Альгинаты активно применяются при аллергиях и для повышения иммунитета. Соли кислоты назначают пациентам с сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также в качестве спазмолитического препарата. Результаты исследований показывают эффективность альгинатов в лечении ишемической болезни сердца, аритмии, миокардиодистрофии.

Но на этом использование альгинатов в здравоохранении не ограничивается. Эти вещества применяют в таких целях:

для производства медпрепаратов разных форм;
в качестве компонента биологически активных добавок;
для создания салфеток, марли, ваты и других средств для остановки крови.

Польза для пищеварительной системы

Чаще всего способность альгиновой кислоты втягивать жидкость медики применяют для остановки внутренних кровотечений, в том числе при язвенных болезнях. Помимо этого альгинаты снижают агрессивность желудочного сока, ускоряют заживление ран на слизистых покровах желудочно-кишечного тракта. Попадая в органы пищеварения, соли водорослевой кислоты приобретают желеобразную консистенцию и создают дополнительный защитный покров.

Обладая сорбирующим эффектом, альгинаты удаляют из ЖКТ продукты распада протеинов, углеводов, липидов, радионуклеиды и другие вредные вещества, нейтрализуют элементы, препятствующие развитию правильной микрофлоры кишечника.

Исследователи утверждают, что альгиновая кислота способна вытеснить из организма Кандиду, стафилококк и другие патогенные грибки и вирусы. Даже в небольших дозах альгинаты действуют на организм как антимикробное средство.

Популярность применения солей водорослевой кислоты объясняется их свойствами. Они не токсичны и быстро выходят из организма (до 48 часов), не нарушают солевой баланс тела, а также не влияют на сероводород, содержащийся в кишечнике для нормальной перистальтики.

В индустрии красоты

Маски на основе альгинатов благотворно влияют на кожу любого типа. Регулярное использование таких косметических средств позволяет восстановить структуру эпидермиса, разгладить мелкие морщины. Кремы и маски с ламинарией являются действенным средством против целлюлита. Богатые альгиновой кислотой вещества применяют также для обертываний против «апельсиновой корки».

Пищевые источники

Исходя из названия кислоты, становится понятно, что наивысшая концентрация натурального вещества представлена в водорослях. В частности, желая побаловать свой организм, важно в первую очередь обратить внимание на морскую капусту, водоросли нори, спирулину, а также красную икру.

Но не только дары моря содержат в себе альгиновую кислоту. Сладкоежки могут обеспечить себя веществом из мармелада, зефира, мороженого, желейных конфет, «птичьего молока», йогуртов. Также это вещество есть в детских молочных смесях, суфле, блюдах молекулярной кухни.

О том, что водоросли – отличный источник йода и калия, известно многим. А о наличии в этом полезном продукте альгиновой кислоты, знает не так много людей. Меж тем, водорослевая кислота и ее соли не менее полезны для человека. Впрочем, вы об этом уже знаете. Теперь у вас появилась еще одна веская причина вспомнить о морской капусте и приготовить к обеду, например, салат из нее. И вкусно, и полезно.

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.

Альгиновая кислота осаждается из раствора альгината натрия при подкислении его до pH 3 какой-либо органической или неорганический кислотой. При этом образуется сильно обводненный, бесцветный структурированный гель, легко подвергающийся синерезису. Он формируется уже при концентрации полимера около 2%, т. е. альгиновая кислота в этом случае способна связывать более чем 50-кратное количество воды.

Смешивание геля альгиновой кислоты с солью слабой кислоты щелочного металла или с раствором щелочи приводит к получению альгината, образующего водные растворы с высокой вязкостью при низкой концентрации полимера. При увеличении концентрации растворимого альгината натрия до 4-5% растворы переходят в пастообразное состояние. Сушка в тонком слое раствора альгината натрия или соли альгиновой кислоты другого одновалентного металла приводит к образованию эластичных пленок.

Альгиновая кислота хорошо растворяется в растворах щелочей и щелочных солей слабых кислот, а также в концентрированной серной кислоте, растворение в которой сопровождается ее деструкцией.

Альгинаты, в зависимости от способа получения, могут быть полностью замещенными, т. е. все карбоксильные группы полимера будут связаны с катионами, или не полностью - подобно кислым солям. Независимо от степени замещения альгинаты бывают монокатионными, если в их образовании участвует один катион металла, или поликати- онными - при участии нескольких катионов. Полностью замещенные альгинаты одновалентных металлов хорошо растворимы в воде и образуют вязкие, клейкие растворы. Хорошо растворяются в воде альгинаты калия, натрия, аммония и альгинаты моноаминов. Альгинаты не растворяются в спиртах, разбавленных растворах органических и минеральных кислот. Большинство альгинатов двухвалентных металлов, например альгинат кальция, являются пространственными системами и не растворяются ни в одном из растворителей. Их растворение в концентрированной серной кислоте сопровождается деструкцией полимера. Исключение составляет альгинат магния, растворимый в воде.

Такие физические свойства альгинатов, как вязкость водных растворов и способность к гелеобразованию, зависят от молекулярной массы полимера и строения альгиновой кислоты. Гелеобразование в растворах альгинатов определяется значением pH среды, присутствием двухвалентных катионов металлов и соотношением содержания уроно- вых кислот в полимерной цепи. Вязкость водных растворов альгинатов прямо пропорциональна их концентрации в растворе, молекулярной массе и соотношению уроновых кислот. Введение в раствор альгината натрия катионов кальция приводит к образованию геля альгината кальция, легко подвергающегося синерезису. Сухие, измельченные в порошок альгиновая кислота и альгинат кальция не растворяются в органических растворителях, но хорошо набухают в воде (степень набухания составляет более 200%).

Гелеобразование альгинатов с участием катиона кальция определяется ассоциацией блоков, построенных из гулуроновой кислоты. Для альгината кальция показано, что зоны ассоциации имеют надмолекулярную структуру типа «яичной коробки», где каждый катион координируется с пятью кислородными атомами двух остатков?-гулуроновой кислоты в одной из цепочек (рис. 3.2). Поэтому свойства гелей в первую очередь определяются числом и протяженностью блоков звеньев?-гулуроновой кислоты. Блоки?>-маннуроновой кислоты также реагируют с кальцием, но образуют менее жесткую линейную структуру.

Гель вообще не формируется при содержании?-гулуроновой кислоты менее 20-25%, а его прочность увеличивается с возрастанием ее содержания. Прочность геля также линейно возрастает с увеличением степени полимеризации полиуронида до 400-500 кДа. Гели самой альгиновой кислоты - мягкие и устойчивые. Гели альгината кальция - ломкие и термонеобратимые. Их прочность увеличивается с ростом концентрации ионов Са~ 2 при pH около 3,6.

Рис. 3.2.

Таким образом, физико-химические свойства солей альгиновой кислоты зависят от соотношения звеньев уроновых кислот, распределения их блоков и молекулярной массы полимера, что определяется видом водорослей, из которых получена альгиновая кислота (см. табл. 3.1).

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.

Laminaria japonica ) колеблется от 15 до 30 %.

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.