Alginat

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Estructura química del polímer alginat.
Algues

L'alginat és un polisacàrid sintetitzat per algunes algues marines brunes. Aquestes sals corresponen a polímers orgànics derivats de l'àcid algínic.

Estructura[modifica | modifica el codi]

És un copolímer lineal homopolimèric bloqueja de (1-4)-β-D-manuronat (M) i el seu epímer de C-5 α-L-guluronat (G) units covalentment diverses seqüències. Els monòmers poden aparèixer en blocs homopolimèrics de residus G consecutius (blocs G), residus M consecutius (blocs M) o bé alternant residus M i G (blocs MG) o bé en blocs aleatoris.

Els alginats són polisacàrids d’unitats monomèriques de tipus urònic, és a dir, sucres on el grup CH2OH del C6 ha estat oxidat a un grup COOH. Aquests dos tipus de monosacàrids són l’àcid β-D-manurònic i α-L-gulurònic (que és l’epímer en C5). Encara que només difereixin en la configuració del C5, hi ha una enorme diferència entre ells, ja que les conformacions espacials són diferents, la qual cosa provoca una gran diferència estructural entre els blocs polièdrics. Encara que els àcids algínics són copolímers lineals d’ambdós àcids per formació d’enllaços α(1→4), no tots són iguals. Les algues sintetitzen l’alginat inicialment com un polímer d’àcid manurònic, que posteriorment modifiquen transformant unitats de manurònic en gulurònic mitjançant una epimerització enzimàtica. La conformació estructural és una de les característiques més importants dels alginats i de l’àcid algínic. Hi ha blocs d’homopolímers tant d’àcid gulurònic com de manurònic i també hi ha heteropolímers seqüencials alternats.

Quan dues cadenes de blocs G s’agrupen paral·lelament resulta un forat en forma de diamant que té la dimensió ideal per acomodar en el seu interior l’ió Ca2+, formant una estructura dimèrica. Aquest model d’estructura va ser proposat per Grant en 1973 per explicar les propietats gelificants dels alginats al reaccionar amb sals càlciques i es coneix com “caixa d’ous”.

I d’aquesta manera es permet la unió de dues cadenes de polímers per les regions del monòmer de gulurònic de l’alginat. La proporció, distribució i longitud d’aquests blocs determina les propietats químiques i físiques de l’alginat obtingut. Això és molt important, ja que la composició química d’un alginat varia d’acord amb l’espècie d’alga marina i fins i tot entre diferents parts de la mateixa alga. Igual que tots els productes produïts a partir de recursos naturals, les propietats de l’alginat també estan subjectes a les variacions estacionals.

Els alginats que tenen un alt percentatge de segments poligulurònics (com per exemple, alginats provinents de Laminaria hyperborea) presenten una forta capacitat gelificant, formen gels rígids, amb baixa capacitat d’unió d’aigua i tendència a la sinèresis (pèrdua d’aigua per un procés d’exsudació del gel, que produeix la seva contracció). En canvi, l’alginat extret de Macrocystis pyrifera o Ascophyllum nodosum, forma gels elàstics, amb baixa tendència a la sinèresis i alta capacitat de deformació.

Fonts naturals[modifica | modifica el codi]

Les varietats comercials d'alginat s'extreuen d'alga, incloent-hi l'alga gegant Macrocystis pyrifera, Ascophyllum nodosum i diversos tipus de Laminaria. També és produït per dos gèneres bacterians Pseudomonas i Azotobacter, que tenen un paper essencial en el desentrellar la seva ruta biosintètica. Els alginats bacterians són útils per a la producció de microordinadors o nanoestructures per aplicacions mèdiques.[1]

La coloració de l'alginat s'estén des de blanc fins a marró groguenc, i es pot presentar en formulacions filamentoses, granulars i polvoritzades.

Mètodes d'extracció[modifica | modifica el codi]

La tècnica d’obtenció d’alginats basada en el mètode desenvolupat per Green (1936), el qual ha estat modificat successivament d’acord amb la naturalesa de la matèria primera, ens pot ajudar a entendre el principi químic de la esferificació. El procés representat esquemàticament es pot dividir en 3 etapes:

Etapa 1: eixugat i tamisat Etapa 2: lixiviació, maceració, i separació per centrifugació Etapa 3: purificació

La primera etapa és bàsicament el tractament primari de la matèria, capolar les algues fins a 1cm de diàmetre aparent, i el tamisat per retirar tota la sorra que hi pugui haver. Tot això per aconseguir el sòlid sec i disgregat en petites partícules. La segona etapa consisteix en una (extracció) lixiviació amb HCl, que permet l’intercanvi dels cations presents, generalment Ca2+, Mg2+, K+, i Na+ per H+, transformant els alginats de la matriu sòlida en àcid algínic (insoluble) que permet una recuperació més eficient dels mateixos. La reacció d’alliberació de l’àcid algínic és:

MAlg + HCl → HAlg + MCl

A continuació, el residu sòlid se separa i es sotmet a una maceració, on l’àcid algínic obtingut es tracta amb una base per solubilitzar l’extracte com alginat de sodi. L’obtenció de l’alginat de sodi cru permet la seva separació de la matriu sòlida mitjançant processos físics (filtració, centrifugació, decantació, etc.) donat que d’alginat de sodi és soluble.

2 HAlg + Na2CO3 → 2 NaAlg + H2CO3

Una vegada transformat el compost d’interès en alginat de sodi és necessari hidratar les algues per facilitar la seva migració a la fase aquosa. Com el procés és difusiu és necessari afavorir-lo en tres direccions: grans quantitats d’aigua, augmentant la temperatura i agitació de la massa. Tot seguit es procedeix a separar la matriu sòlida centrifugant, i s’obté l’alginat de sodi cru. La tercera etapa consisteix a canviar de fase el compost d’interès per eliminar l’altra fase dels contaminants, és la purificació del producte. Es comença fent precipitar l’alginat de sodi cru amb clorur de calci al 10% en excés:

2 NaAlg + CaCl2 → CaAlg2 + 2 NaCl

Les característiques del precipitat són fortament dependents de les velocitats d’agitació del medi i de l’agregat reactiu. El sòlid obtingut, alginat de calci, és el primer producte d’interès comercial obtingut en forma purificada. A partir d’ell es poden obtenir els restants. Per acidificació amb HCl 5% s’obté l’àcid algínic.

CaAlg2 + 2 HCl → HAlg + CaCl2

A partir de l’àcid algínic obtingut i per alcalinització amb NaOH 5N, s’obté el producte cercat, l’alginat de sodi, que s’ha d’eixugar perquè com ja s’ha dit, és soluble en aigua.

HAlg + NaOH → NaAlg + H2O

Gelificació[modifica | modifica el codi]

Les principals propietats dels alginats són la viscositat i la capacitat gelificant. El catió Ca2+ s’encaixa al bloc estructural de gulurònic i aquest empaquetament de polímers és el que forma les zones d’unió, resultant la gelificació de la solució: La reactivitat amb l’ió Ca2+per la formació de gels és una funció directa de la longitud promig dels blocs G. Amb la unió de dues cadenes de polímers s’aconsegueix augmentar molt el pes molecular i el seu volum, augmentant així la seva viscositat. A dins del polímer hi coexisteixen els tres tipus de blocs que s’han mostrat anteriorment (M-M, G-G i M-G) tenint aquests darrers alternació uniforme. La viscositat de les solucions d’alginats depèn de la longitud de les cadenes; a major longitud més alta serà la viscositat per a una mateixa concentració de Ca2+. Al dissoldre’s en aigua les molècules s’hidraten i augmenta la seva viscositat. Després de la gelificació, les molècules d’aigua són físicament atrapades en la matriu de l’alginat, això és de gran importància en moltes aplicacions (per exemple, gels d’alginat per encapsular o immobilitzar cèl·lules, fàrmacs, principis actius de fàrmacs...).

Usos[modifica | modifica el codi]

L'alginat absorbeix ràpidament l'aigua, la qual cosa el fa útil com a additiu en productes deshidratats com ajudes en dietes d'aprimament i en la fabricació de paper i teixits. També s'utilitza per impermeabilitzar i estructures de tallafoc, com a agent gelificant, per a espessidor de begudes, gelats i cosmètica, i com un detoxificant, ja que pot absorbir metalls verinosos de la sang. També s'usa al món del maquillatge d'efectes especials per fer "buidats".

L'alginat s'utilitza en diverses preparacions farmacèutiques com Gaviscon™, Bisodol™, Asilone™. L'alginat s'utilitza extensament com a material de fabricació de motlles en odontologia, pròtesis, lifecasting i teixits. També s'utilitza en el sector alimentari, per a espessidors de sopes i gelees. L'alginat de calci s'utilitza en diferents tipus de productes mèdics, incloent-hi embenats per a cremades que promouen la curació i que treuen el dolor millor que els embenats convencionals.

També, a causa de la biocompatibilitat de l'alginat i la gelificació simple amb cations divalents com Ca2+, s'utilitza àmpliament per a immobilització de cèl·lules i encapsulació.

L'àcid algínic (alginat) també s'utilitza en les arts culinàries, més notablement a l'"esferificació" tècnica desenvolupada per Ferran Adrià copropietari del restaurant el Bulli a cala Montjoi prop de Roses, en el qual els sucs naturals de fruites i hortalissa estan recollits en bombolles que "esclaten" a la llengua quan és consumit. Un dels exemples més famosos d'aquest ús de l'àcid algínic és on utilitzava Ferran Adria àcid alginic per fer la poma caviar.[2]

A causa de la seva habilitat per absorbir aigua de pressa, l'alginat es pot canviar durant un procés de liofilització a una estructura nova que té l'habilitat per expandir-se. S'utilitza en la indústria de pèrdua de pes com a supressor de la gana. Un tipus nou de règim que utilitza alginat és el règim d'alginat-CM3.

Odontologia[modifica | modifica el codi]

L'alginat és un material àmpliament utilitzat en odontologia per obtenir impressions dentals i els teixits tous adjacents. Són compostos de sals de calci i algues marines, en contacte amb la ferida, absorbeixen el sodi d'aquesta i alliberen ions de calci.

Presentació comercial[modifica | modifica el codi]

La seva presentació comercial és una pols, que en ser barrejat amb aigua en les proporcions correctes, i mitjançant una reacció química, produeix una massa que és capaç de reproduir en negatiu una arcada dentària completa del pacient.

Component principal[modifica | modifica el codi]

El component principal de l'alginat és la sal sòdica de l'àcid algínic (alginat monosòdic). A més, la pols conté sulfat de calci, fosfat trisòdic, material de farcit i un indicador de reacció. El fosfat trisòdic permet un maneig més prolongat de la preparació, per tant es diu que retarda l'enduriment.

Producte de la reacció química, de caràcter irreversible, i mitjançant una tècnica adequada de barreja, s'obté una pasta que en pocs segons (60 a 90 s) gelifica, és a dir, endureix, però el temps de treball i el temps de gelidificació no haurà de ser menor a 3 minuts ni major a 6 minuts. Això permet carregar una cubeta amb el material encara viscós per portar-lo a la boca del pacient, impressionar l'arc dentari i esperar a què gelifiqui allí. Així s'obté una impressió d'alginat que posteriorment és buidada en guix, per aconseguir un model de la dentadura del pacient.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Remminghorst and Rehm. «Microbial Production of Alginate: Biosynthesis and Applications». A: Microbial Production of Biopolymers and Polymer Precursors. Caister Academic Press, 2009. ISBN 978-1-904455-36-3. 
  2. «Lo Mejor de la Gastronomia». StarChefs.com. [Consulta: 27 des. 2008].

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]