Производство альгиновой кислоты в мире. Альгинаты в медицине и косметологии. Альгиновая кислота е400

Альгиновые кислоты (от лат. alga - морская трава, водоросль) - это полисахариды, молекулы которых построены из остатков в-D-маннуроновой и б-L-гулуроновой кислот, находящихся в пиранозной форме и связанных в линейные цепи гликозидными связями . Блоки, построенные из полиманнуроновой кислоты, придают вязкость альгинатным растворам, блоки гулуроновой кислоты ответственны за силу геля и специфическое связывание двухвалентных ионов металлов. Альгинаты представляют собой аморфные бесцветные или слабо окрашенные вещества. Плохо растворимы в холодной воде, растворимы в горячей воде и растворах щелочей; при подкислении растворы образуют гели. Альгинаты можно получать более чем из 300 видов бурых водорослей, структурными элементами клеточных стенок которых они являются, в частности из Laminaria hyperborea, Macrocystis pyrifera и Ascophyllum nodosum, в меньшей степени из L. digitata, L. japonica, Ecklonia maxima, Lessonia nigrescens и некоторых видов Sargassum .

Применение альгинатов

Соли альгиновых кислот - загустители, стабилизаторы суспензий и паст. Гидрофобные свойства нерастворимых в воде альгинатов применяются при изготовлении водонепромокаемой пряжи, тканей, одежды из кожи. Альгинаты используют в текстильной промышленности для загущения красок. В целлюлозно-бумажной промышленности используется для отделки бумаги. В пищевой промышленности для капсулирования, благодаря чему увеличивается срок годности продуктов, влагоудерживающий агент, регулирующий активность воды в продукте и, тем самым, предохраняющий от высыхания. Добавление 0,1-0,2 % альгината натрия в соусы, майонезы и кремы улучшает их взбиваемость, однородность, препятствует расслоению. Введение 0,1-0,15 % альгината натрия в варенье и джемы предохраняет их от засахаривания. Гелеобразователи в производстве мороженого и других молочных продуктов. Используются в производстве фармацевтических препаратов и косметических средств .

Альгиновые кислоты и альгинаты обладают рядом замечательных особенностей, позволяющих использовать их в медицине:

• - ионообменные свойства, лежащие в основе защиты организма от солей тяжелых металлов;
• - способность элиминировать радионуклиды;
• - противоаллергические и иммуномодулирующие свойства, связанные с возможностью сорбировать иммунные комплексы, иммуноглобулин Е, стимулировать секрецию иммуноглобулина А;
• - способность восстанавливать функциональную активность макрофагов, что обеспечивает их антимикробную, противогрибковую и противовирусную активность;
• - выраженный регенерационный и цитопротективный эффект для поврежденных тканей;
• - антирефлюксное действие;
• - высокая сорбционная активность;
• - действие, восстанавливающее и стимулирующее перистальтику кишечника и обволакивающее действие за счет разбухания в просвете желудочно-кишечного тракта;
• - слабое осмотическое слабительное действие .

Предлагаем Вашему вниманию ряд статей об уникальных целительных свойствах морских водорослей (по материалам одноименной книги кандидата медицинских наук Зубова Л.А.)

• Драгоценные вещества – микро и макроэлементы, витамины в водорослях.
• Профилактика йододефицита или питание для щитовидной железы.
• Помощь имунной системе, имунные регуляторы. Профилактика аллергии.
• Применение водорослевых препаратов для лечения желудка, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта.

Альгинаты. Применение альгиновой кислоты в фармакологии.

В 19 веке ученые впервые открыли что в состав некоторых морских растений входит альгиновая кислота. Через несколько лет эту кислоту назвали водорослевой. Именно благодаря этому полисахариду морская капуста обладает многими целительными свойствами. В ламинарии содержится от 15 до 30% альгиновой кислоты. Альгиновая кислота, как и другие полисахариды природного происхождения - целлюлоза, пектины, крахмал, обладает многими полезными свойствами, но в то же время ее отличают и неповторимые, присущие только ей свойства.

Что же такого в этой альгиновой кислоте?

Альгиновая кислота - это полисахарид. Широкому использованию морские полисахариды обязаны такими свойствами как способность к набуханию, как вязкость, взаимодействие с различными структурами. Альгиновая кислота это длинные цепочки полиуроновых кислот, из которых и состоят водорослевые волокна. Эти волокна состоят из двух мономерных единиц - гулуроновой и маннуроновой кислот в разных пропорциях. Волокна водорослей не перевариваются и выводятся кишечником наружу. Альгиновая кислота нерастворима в большинстве органических растворителей в том числе и в воде, как и другие природные полимеры. По другому проявляют себя альгинаты - соли альгиновой кислоты. Альгинат калия, альгинат натрия и альгинат магния очень хорошо растворяется в воде и образуют вязкие растворы. Это свойство альгинатов позволяет их применять в качестве загустителей, стабилизаторов при производстве пищевых продуктов и медицинских препаратов. Если добавить апьгинат натрия ионы кальция легко образуется гель. Альгиновая кислота так же имеет свойство адсорбировать воду массой а 300 раз больше своей.

Ионообменные свойства то же присущи апьгиновой кислоте. Выявлены ряды катионов в порядке увеличения их родства с альгиновой кислотой - если с ней крепче связывается какой либо катион, то он вытесняет из соединения другой катион. Например катионы меди, свинца, стронция, бария имеют более сродство чем катионы кальция к альгиновой кислоте, поэтому катионы кальция будут вытеснены из апьгината кальция катионами свинца и последние будут сами крепко связываться с альгиновой кислотой.

Бурые морские водоросли являются единственным источником для производства альгиновой кислоты. Каждый год на планете производится 25 тысяч тонн альгиновой кислоты. Альгиновая кислота и ее производные нашли применение в парфюмерно-косметической, медицинской, винодепьческой, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.

В последнее время резко возрос спрос на альгинаты в медицине. В медицине альгинаты применяют в качестве биологически активных веществ в медицинских препаратах или вспомогательных веществ для готовых медикаментов. Благодаря свойству альгинатов разбухать в воде и образовывать гелеподобные растворы. они используются как разрыхлители в составе таблеток, что увеличивает всасываемость таблеток в желудочно-кишечном тракте. Апьгиновая кислота используется в 20% таблетированных медикаментов. "Пентальгин" например, при хранении быстро цементируется, всвязи с чем время его растворения в желудке возрастаег до 60 минут, а мы головную боль нужно снять быстро. При добавлении в "Пентальгин" альгиновой кислоты время растворения сокращается до 6 - 10 минут.

Самая удобная форма для медикаментов - капсулы, желудочный сок не разрушает лекарство, и оно всасывается через кишечнике в полном объеме. При производстве капсул обычно используют желатин, но если в желатиновую массу добавить альгинаты, получаются капсулы с избирательной растворимостью в нужных для лекарства зонах желудочно-кишечного тракта, при этом медицинские препараты обладают выраженным действием и способствуют ослаблению действия желудочного сока на активные компоненты лекарства. При этом стоимость альгиновой кислоты и ее солей намного ниже других растительных экстрактов применяемых при изготовлении лекарственных препаратов. Водорослевые компоненты способны полностью заменить дорогие экстракты. В стоматологии альгинат натрия применяют для снятия отпечатков зубов при изготовлении протеза.

Эти и многие другие свойства альгинатов с успехом используют в фармацевтике. В следующих статьях мы расскажем о том, как производные альгиновой кислоты помогают сохранить здоровье в условиях неблагоприятной экологической обстановки, уберечь от современных заболеваний - онкологических, желудочно-кишечных, сердечно-сосудистых, почечных, укрепить иммуннитет.

Морские водоросли, в основном бурые – ламинария, фукус, спирулина, являются источником получения веществ, используемых в различных отраслях, в том числе в медицине и косметологии. Среди веществ, которые нашли применение в составе различных лечебно-профилактических препаратов и косметических средств можно назвать агар, альгиновую кислоту и ее соли, маннит.

С момента обнаружения альгиновой кислоты в составе водорослей, многие целебные свойства морских водорослей объяснены именно наличием этой кислоты. Помимо альгиновой кислоты, морские водоросли богаты другими биологически активными веществами: микроэлементами, витаминами.

Альгиновая кислота является полисахаридом, построена из остатков уроновых кислот - маннуровой и гулуроновой. Альгиновые кислоты не растворимы в воде, но обладают высокой гигроскопичностью, то есть, способны связывать большое количество воды. Соли альгиновой кислоты (альгинаты натрия, калия, магния) растворяются в воде с образованием вязких растворов. Такое свойство позволяет использовать альгинаты в качестве загустителей, стабилизаторов, связующих веществ при производстве пищевых продуктов, в качестве вспомогательных средств, способствующих ускорению всасывания в желудочно-кишечном тракте некоторых лекарственных форм, для придания определенной консистенции косметическим средствам. Помимо этого, альгинаты являются и поставщиками активных биологических веществ в составе медицинских и косметических препаратов.

Применение альгинатов в медицине.

Альгинаты важны для медицинской практики, поскольку обладают свойством предотвращать развитие многих заболеваний – онкологических, сердечно-сосудистых, почечных, желудочно-кишечных, способны укреплять иммунную систему.

Иммуностимулирующее действие альгинатов связано с активизацией фагоцитоза (что повышает противовирусные и противомикробные реакции), с адсорбцией избыточного количества иммунных комплексов в крови (тем самым предотвращается развитие воспалительных и аллергических реакций). Альгинаты повышают барьерную функцию кожи и слизистой оболочки дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта по отношению к патогенному действию микроорганизмов за счет стимулирования синтеза антител (иммуноглобулинов А) местной специфической защиты. Стимулируя фагоцитоз, они оказывают и противоопухолевый эффект. Соли альгиновой кислоты являются сорбентами холестерина и жирных кислот, тем самым, устраняя основные возможные причины развития атеросклероза. Альгинаты способны связывать и выводить из организма ионы тяжелых металлов, обеспечивая противорадиационный эффект. Также они входят в состав препаратов для лечения язвенных заболеваний желудочно-кишечного тракта, так как способны останавливать кровотечения, обладают антацидными свойствами, стимулируют заживление язвенных поражений. Для лечение ран различного происхождения, ожогов, трофических язв выпускаются повязки с альгинатным покрытием. Такие повязки обладают дренирующими свойствами, ускоряют очищение раны, защищают рану от проникновения инфекции и от травмирования, способствуют благоприятному течению раневого процесса и заживлению.

Применение альгинатов в косметологии.

Соли альгиновой кислоты служат основными компонентами альгинатных масок, которые широко применяются в салонных программах по уходу за кожей лица и тела. Альгинаты представляют собой порошок, который непосредственно перед нанесением маски разводят водой или специальной сывороткой до получения сметанообразной консистенции. Маску наносят на область ухода, застывая, маска образует резиноподобную воздухо- и газонепроницаемую пленку, фиксирующую контуры лица и тела. Затем эту пленку аккуратно снимают однородным пластом. На лицо и шею маску наносят по массажным линиям шпателем снизу вверх, при этом маска заполняет все неровности кожи, оказывая выраженный лифтинг эффект, уменьшая морщины лба, шеи, носогубной складки.

Альгинатные маски в чистом виде оказывают положительные косметические эффекты: подтягивают кожу, улучшают кровообращение, разглаживают мимические морщинки, но введение в них дополнительных биологических компонентов (эфирных масел, экстрактов лекарственных растений, коллагена, противовоспалительных веществ и др.) позволяет добиться более высокой эффективности их применения. В зависимости от вводимых в состав активных компонентов альгинатные маски могут преимущественно обладать питательными, увлажняющими, очищающими, отбеливающими свойствами, оказывать антивозрастное, антицеллюлитное и др. действие.

Важнейшим свойством альгинатных масок является их способность усиливать действие и увеличивать поступление активных веществ в глубокие слои кожи сывороток, наносимых под альгинатную маску. Поэтому выбор сыворотки определенной направленности в большой степени будет определять финальный результат процедуры, например, увлажняющая или сыворотка против морщин соответственно увеличат эффективность увлажняющей или лифтинговой процедуры. Альгинатные маски могут являться завершающим этапом таких процедур, как мезотерапия, фотоомоложение, пилинги с целью устранения раздражения кожи.

В подготовке статьи были использованы материалы:
• 1. Богданова Т.Я., Кашкин А.П. и др. Альгиновая кислота при инфекционных болезнях // СПб.: НИИВС.
• 2. Зубов Л.А., Савельева Т.А. Целебный дар моря // Архангельск: АОВК, 1997.

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.

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.