Axit alginic

Axit alginic, còn được gọi là algin, là một polysacarit phổ biến trong thành tế bào của tảo nâu. Nó có tính ưa nước và tạo thành chất nhầy khi kết hợp với nước. Khi kết hợp với các kim loại như natri và calci, muối của nó được gọi là alginate. Đây là thành phần quan trọng trong màng sinh học do vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa sản xuất, một mầm bệnh chính trong phổi của một số bệnh nhân xơ nang. Màng sinh học và P. aeruginosa có sức đề kháng cao với kháng sinh và khó bị tiêu diệt bởi đại thực bào. Axit alginic có màu từ trắng đến nâu vàng, được bán ở dạng sợi, dạng hạt hoặc dạng bột.

Kết cấu

Axit alginic là một đồng trùng hợp tuyến tính với các khối đồng nhất của (1-4) liên kết D-mannuronate (M) và các dư lượng C-5 epimer α-L-guluronate (G), liên kết với nhau theo các trình tự khác nhau. Các đơn phân có thể xuất hiện trong các khối đồng nhất của dư lượng G liên tiếp (khối G), dư lượng M liên tiếp (khối M) hoặc dư lượng M và G xen kẽ (khối MG).

Dạng thức

Alginate được chiết xuất từ rong biển nâu. Nhiều loại rong biển nâu thuộc lớp Phaeophyceae được thu hoạch trên khắp thế giới để tạo ra nguyên liệu thô thường gọi là natri alginate. Natri alginate được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, in dệt và dược phẩm. Vật liệu ấn tượng nha khoa sử dụng alginate như là chất trung gian. Alginate được coi là an toàn khi sử dụng trong sản xuất thực phẩm.

Rong biển có thể được phân loại theo ba nhóm chính dựa trên sắc tố: nâu, đỏ và xanh lá cây. Các nhóm này lần lượt là Phaeophyceae, Rhodophyceae và Chlorophyceae. Rong biển nâu thường lớn và có kích thước từ tảo bẹ khổng lồ Macrocystis pyrifera dài khoảng 20 m, đến các loại rong biển dày giống như da dài từ 2 đến 4 m, đến các loài nhỏ hơn chỉ khoảng 30 cm. Không có loại rong biển nào thông thường được trồng để sản xuất alginate. Chúng không thể được trồng bằng phương pháp sinh dưỡng mà phải trải qua một chu kỳ sinh sản có sự xen kẽ của các thế hệ. Điều này khiến việc trồng rong biển nâu quá tốn kém so với chi phí thu hoạch và vận chuyển rong biển hoang dã. Ngoại lệ duy nhất là Laminaria japonica, được trồng ở Trung Quốc để làm thực phẩm và phần thừa được sử dụng cho ngành công nghiệp alginate tại đây.

Alginate từ các loài rong biển nâu khác nhau thường có cấu trúc hóa học khác nhau, dẫn đến tính chất vật lý khác nhau. Ví dụ, một số loài có thể tạo ra alginate tạo gel mạnh, trong khi một số khác yếu hơn, một số loại có thể dễ dàng tạo thành kem hoặc alginate trắng, trong khi những loại khác khó tạo gel và được sử dụng tốt nhất cho các ứng dụng kỹ thuật mà màu sắc không quan trọng.

Các loại alginate thương mại được chiết xuất từ rong biển, bao gồm tảo bẹ khổng lồ Macrocystis pyrifera, Ascophyllum nodosum, và nhiều loài Laminaria khác nhau. Alginate cũng được sản xuất bởi hai chi vi khuẩn Pseudomonas và Azotobacter, đóng vai trò quan trọng trong việc làm sáng tỏ con đường sinh tổng hợp của nó. Alginate vi khuẩn rất hữu ích trong việc sản xuất các cấu trúc vi mô hoặc nano phù hợp cho các ứng dụng y tế.

Natri alginate là muối natri của axit alginic. Công thức phân tử của nó là NaC₆H₇O₆. Natri alginate là một loại gel, được chiết xuất từ thành tế bào của tảo nâu.

Kali alginate là một hợp chất hóa học, là muối kali của axit alginic. Nó được chiết xuất từ rong biển. Công thức phân tử của nó là KC₆H₇O₆.

Calci alginate, được tạo ra từ natri alginate khi ion natri bị thay thế bởi ion calci, có công thức hóa học là C₁₂H₁₄CaO₁₂.

Quy trình sản xuất

Các quy trình sản xuất natri alginate từ rong biển nâu gồm hai phương pháp: 1) Phương pháp calci alginate và 2) Phương pháp axit alginic. Hóa học của các quá trình chiết xuất natri alginate từ rong biển nâu khá đơn giản. Khó khăn chủ yếu nằm ở khâu tách vật lý, như lọc bỏ dư lượng nhớt từ dung dịch hoặc tách kết tủa gelatin chứa nhiều chất lỏng trong cấu trúc, gây khó khăn cho quá trình lọc và ly tâm.

Công dụng

Alginate hấp thụ nước rất nhanh, làm cho nó trở thành một chất phụ gia hữu ích trong các sản phẩm khử nước như chất trợ giảm béo, và trong sản xuất giấy và dệt may. Nó cũng được dùng để chống thấm và chống cháy vải, trong công nghiệp thực phẩm như một chất làm đặc cho đồ uống, kem, mỹ phẩm và làm chất tạo gel cho thạch.

Alginate được sử dụng như một thành phần trong các chế phẩm dược phẩm khác nhau, chẳng hạn như Gaviscon, nơi nó kết hợp với bicarbonat để ức chế trào ngược. Natri alginate được sử dụng như một vật liệu làm khuôn trong nha khoa, chân tay giả, đúc cơ thể sống và tạo các bản sao nhỏ.

Natri alginate được sử dụng trong in nhuộm phản ứng và làm chất làm đặc cho thuốc nhuộm hoạt tính trong in lụa. Alginate không phản ứng với các thuốc nhuộm này và dễ dàng rửa sạch, khác với các chất làm đặc chứa tinh bột.

Được sử dụng như một vật liệu cho đóng gói vi mô.

Calci alginate được sử dụng trong các sản phẩm y tế khác nhau, bao gồm băng vết thương để thúc đẩy quá trình lành, và có thể được loại bỏ với ít đau hơn so với băng thông thường.

Hydrogel Alginate

Alginate có thể được sử dụng trong hydrogel bao gồm các vi hạt hoặc gel số lượng lớn kết hợp với yếu tố tăng trưởng thần kinh trong nghiên cứu kỹ thuật sinh học để kích thích tái tạo mô não. Trong nghiên cứu về tái tạo xương, vật liệu tổng hợp alginate có các đặc tính thuận lợi như độ xốp được cải thiện, tăng sinh tế bào và độ bền cơ học, khuyến khích tái tạo.