Potassium Alginate CAS 9005-36- 1

El alginato potásico es un polisacárido hidrosoluble derivado de algas marinas pardas (Phaeophyceae), como la Laminaria y la Macrocystis. Es una sal del ácido algínico, un copolímero lineal natural compuesto por residuos de ácido β-D-manurónico (M) y ácido α-L-gulurónico (G) enlazados (1,4). El alginato potásico se utiliza ampliamente en diversas industrias, como la alimentaria, la farmacéutica, la de cuidado personal y la industrial.

1.Estructura química y propiedades

Fórmula molecular: (C6H7KO6)n

Peso molecular: Varía según la fuente y el proceso de extracción, normalmente oscila entre 32.000 y 400.000 g/mol.

Aspecto: Polvo o gránulos de color blanco a marrón amarillento

Solubilidad: Soluble en agua, formando soluciones viscosas, Insoluble en disolventes orgánicos, como alcohol, éter y acetona.

Intervalo de pH: Neutro a ligeramente ácido (pH 5-8)

Estabilidad térmica: Estable hasta 200°C, pero puede degradarse a temperaturas más altas.

A.Estructura química

El alginato potásico es un polisacárido lineal compuesto por residuos de ácido β-D-manurónico (M) y ácido α-L-gulurónico (G) enlazados (1,4).

La estructura química puede representarse como:

[-β-D-mannuronate-(1,4)-α-L-guluronate-(1,4)-]n

La proporción y la distribución de las unidades M y G dentro de la cadena polimérica pueden variar en función de la fuente del alga y del proceso de extracción/purificación. Normalmente, la proporción M/G oscila entre 0,5 y 2,0, lo que influye en las propiedades fisicoquímicas del alginato potásico.

B.Peso molecular y polidispersidad

El alginato potásico es un polímero de alto peso molecular, con pesos moleculares típicos que oscilan entre 32.000 y 400.000 g/mol. La distribución del peso molecular es generalmente polidispersa, lo que significa que las cadenas poliméricas tienen una gama de pesos moleculares diferentes. El índice de polidispersidad (PDI) del alginato potásico puede variar entre 1,5 y 3,0, lo que indica una distribución de pesos moleculares relativamente amplia.

C.Solubilidad e ionización

El alginato de potasio es fácilmente soluble en agua, formando soluciones coloidales viscosas. La solubilidad se atribuye a la ionización de los grupos carboxilo de los residuos de ácido urónico, que se desprotonan en medios acuosos. El grado de ionización y solubilidad del alginato de potasio depende del pH de la solución, con una solubilidad máxima entre neutra y ligeramente ácida (pH 5-8). En entornos ácidos (pH < 5), los grupos carboxilo pueden protonarse, lo que provoca una disminución de la solubilidad y una posible precipitación del polímero.

D.Propiedades reológicas

Las soluciones de alginato de potasio presentan un comportamiento pseudoplástico, en el que la viscosidad disminuye al aumentar la velocidad de cizallamiento. Este comportamiento de flujo no newtoniano se atribuye a la alineación y desenredo de las cadenas poliméricas bajo el esfuerzo de cizallamiento. La viscosidad de las soluciones de alginato de potasio puede verse influida por factores como la concentración, el peso molecular y la relación entre unidades M y G. Las concentraciones más altas, los pesos moleculares más elevados y el mayor contenido de G suelen provocar un aumento de la viscosidad de la solución.

E.Estabilidad térmica

El alginato potásico es relativamente estable a temperaturas de hasta 200°C, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones de procesamiento térmico. Sin embargo, la exposición prolongada a altas temperaturas (> 200°C) puede provocar la degradación del polímero, lo que se traduce en una reducción del peso molecular y cambios en las propiedades fisicoquímicas. La estabilidad térmica del alginato potásico puede verse afectada por factores como el pH, la presencia de iones metálicos y las condiciones específicas de procesado.

2.Propiedades funcionales

Agente espesante y estabilizante: El alginato potásico puede aumentar la viscosidad y mejorar la estabilidad de los sistemas acuosos.

Formación de geles: En presencia de cationes divalentes (por ejemplo, calcio), el alginato de potasio puede formar geles firmes y elásticos mediante un proceso denominado gelificación en "caja de huevos".

Emulsificación y suspensión: El alginato potásico puede actuar como emulsionante y agente de suspensión, estabilizando las emulsiones de aceite en agua o de agua en aceite.

Capacidad de retención de agua: El alginato potásico puede absorber y retener grandes cantidades de agua, por lo que resulta útil como agente de retención de la humedad.

A.Agente espesante y estabilizador

El alginato potásico es un eficaz agente espesante y estabilizador cuando se disuelve en sistemas acuosos. Las largas cadenas poliméricas lineales del alginato potásico se enredan e interactúan entre sí, aumentando la viscosidad de la solución. Esta capacidad espesante permite al alginato potásico mejorar la textura, la sensación en boca y la estabilidad de diversos productos alimenticios, de cuidado personal e industriales.

Las propiedades del alginato potásico para aumentar la viscosidad dependen de factores como la concentración, el peso molecular y la proporción de unidades de ácido manurónico (M) y gulurónico (G).

B.Formación de gel

El alginato potásico tiene la capacidad de formar geles firmes y elásticos en presencia de cationes divalentes, como el calcio (Ca2+) y el estroncio (Sr2+). El proceso de gelificación se basa en el modelo de "caja de huevos", en el que los cationes divalentes interactúan con los residuos de ácido gulurónico (G), formando zonas de unión que entrecruzan las cadenas poliméricas. La resistencia y las propiedades de los geles de alginato potásico se ven afectadas por factores como la relación M/G, el tipo y la concentración de los cationes divalentes y el pH del sistema.

Los geles de alginato potásico se utilizan en diversas aplicaciones, como texturizantes alimentarios, sistemas de administración de fármacos y apósitos para heridas.

C.Emulsificación y suspensión

El alginato potásico puede actuar como un eficaz emulsionante y agente de suspensión tanto en emulsiones de aceite en agua como de agua en aceite. Las largas y flexibles cadenas poliméricas del alginato potásico pueden adsorberse en la interfase agua-aceite, estabilizando las gotitas de la emulsión y evitando su coalescencia. Además, el alginato potásico puede aumentar la viscosidad de la fase continua, mejorando la suspensión y la estabilidad de las partículas dispersas o las gotitas de aceite.

Esta capacidad emulsionante y de suspensión del alginato potásico es útil en la formulación de diversos productos alimenticios, cosméticos y de cuidado personal.

D.Capacidad de retención de agua

El alginato potásico tiene una gran capacidad de retención de agua, lo que le permite absorber y retener grandes cantidades de agua. Esta propiedad se atribuye a la naturaleza hidrófila del polímero y a la formación de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua y los grupos carboxilo e hidroxilo del alginato. La capacidad de retención de agua del alginato potásico puede verse influida por factores como el peso molecular, la relación M/G y el grado de reticulación. La capacidad de retención de agua del alginato potásico lo hace útil como agente potenciador de la humedad en diversas aplicaciones, como productos de cuidado personal, apósitos para heridas y formulaciones agrícolas.

3.Aplicaciones

A.Aplicaciones en la industria alimentaria

a.Espesante y estabilizante

El alginato potásico se utiliza como agente espesante y estabilizador en una amplia gama de productos alimentarios, como productos lácteos (yogur, helado, etc.), salsas, aliños y rebozados. Ayuda a mejorar la textura, la sensación en boca y la estabilidad de la suspensión de estos productos alimentarios.

b.Gelificante

El alginato potásico puede formar geles firmes y elásticos en presencia de cationes divalentes, como el calcio. Esta propiedad gelificante se utiliza en la producción de jaleas, mermeladas y diversos productos de confitería.

c.Emulsionante y sustituto de la grasa

El alginato potásico puede actuar como emulsionante, estabilizando emulsiones de aceite en agua en productos alimenticios bajos en grasa o sin grasa. También puede utilizarse como sustituto de la grasa, proporcionando una sensación en boca y una textura similares a las del producto original que contiene grasa.

B.Aplicaciones farmacéuticas y médicas

a.Aglutinante y desintegrante de comprimidos

El alginato potásico se utiliza como aglutinante en la formulación de formas farmacéuticas sólidas, como comprimidos y cápsulas, para mejorar su resistencia mecánica y estabilidad. También puede actuar como desintegrante, facilitando la rotura del comprimido o la cápsula en el tracto gastrointestinal.

b.Apósito y absorbente para heridas

Los apósitos a base de alginato potásico se utilizan para tratar heridas exudativas, ya que el polímero puede absorber y retener grandes cantidades de líquido de la herida. La capacidad de formación de gel del alginato de potasio ayuda a mantener un entorno húmedo en la herida, lo que puede favorecer la cicatrización.

c.Matriz de liberación sostenida

El alginato potásico puede utilizarse en el desarrollo de sistemas de liberación controlada o sostenida de fármacos, en los que forma una matriz que controla la liberación del principio activo farmacéutico.

C.Cuidado personal y aplicaciones cosméticas

a.Modificador de viscosidad y estabilizador

El alginato potásico se utiliza como modificador de la viscosidad y estabilizador en diversos productos de cuidado personal, como lociones, cremas, geles y dentífricos. Ayuda a ajustar las propiedades reológicas y a mejorar la estabilidad general de estas formulaciones.

b.Emulsionante y agente de suspensión

El alginato potásico puede actuar como emulsionante y agente de suspensión en productos de cuidado personal, estabilizando emulsiones de aceite en agua o agua en aceite. Esto ayuda a dispersar y suspender ingredientes activos o partículas en el producto final.

D.Aplicaciones industriales

a.Agente vinculante

El alginato potásico se utiliza como aglutinante en formulaciones de revestimientos de cerámica, pintura y papel, mejorando la cohesión y las propiedades mecánicas de los productos finales.

b.Agente floculante y de suspensión

En el tratamiento de aguas residuales, el alginato potásico puede utilizarse como agente floculante, ayudando a eliminar sólidos en suspensión e impurezas. También puede actuar como agente de suspensión, manteniendo la estabilidad de las partículas dispersas en diversos procesos industriales.

c.Espesante y estabilizante

El alginato potásico se emplea como agente espesante y estabilizador en los procesos de estampación y tintura textil, mejorando la viscosidad y estabilidad de las formulaciones.

4.Situación reglamentaria y seguridad

A.Normativa Estado

a.Industria alimentaria

El alginato potásico está aprobado para su uso como aditivo alimentario (número E: E402) en la Unión Europea. Está generalmente reconocido como seguro (GRAS) por la Food and Drug Administration (FDA) de EE.UU. para su uso como aditivo alimentario directo.

El Comité Mixto FAO/OMS de Expertos en Aditivos Alimentarios (JECFA) ha establecido una ingesta diaria admisible (IDA) de 0-30 mg/kg de peso corporal para los alginatos, incluido el alginato potásico.

b.Farmacéutico y médico

El alginato potásico está incluido en la Farmacopea de Estados Unidos (USP) y en la Farmacopea Europea (Ph. Eur.) para aplicaciones farmacéuticas. Está reconocido como un excipiente seguro y adecuado en el desarrollo de diversas formulaciones de medicamentos, incluidos comprimidos, cápsulas y apósitos para heridas.

c.Cosmética y cuidado personal

El alginato potásico está autorizado para su uso en productos cosméticos y de cuidado personal en la Unión Europea, Estados Unidos y otros mercados importantes. Figura como ingrediente seguro y aprobado en normativas y directrices sobre cosméticos, como la Revisión de Ingredientes Cosméticos (CIR) y la Nomenclatura Internacional de Ingredientes Cosméticos (INCI).

B.Seguridad y toxicología

a.Toxicidad aguda

El alginato potásico tiene un bajo orden de toxicidad aguda cuando se administra por vía oral, dérmica o por inhalación. Los valores de DL50 (dosis letal, 50%) notificados en estudios con animales son generalmente altos, lo que indica un amplio margen de seguridad.

b.Toxicidad crónica y carcinogenicidad

Estudios a largo plazo en animales no han mostrado efectos tóxicos significativos o potencial carcinogénico asociado al consumo o exposición al Alginato Potásico.

c.Alergenicidad e irritación

En general, el alginato potásico se considera no alergénico y no irritante cuando se utiliza según las pautas y dosis recomendadas. Sin embargo, en raras ocasiones, algunas personas pueden desarrollar irritación cutánea o respiratoria leve tras la exposición al alginato de potasio.

5.Fabricación

El alginato potásico suele extraerse de algas pardas mediante una serie de procesos químicos y físicos.

El proceso de fabricación implica la extracción del ácido algínico, seguida de la neutralización con hidróxido potásico para formar la sal potásica.

A.Abastecimiento de materias primas

El alginato potásico se extrae principalmente de diversas especies de algas pardas (Phaeophyceae), como Laminaria y Macrocystis.

La elección de las especies de algas puede influir en las propiedades químicas y funcionales del producto final de alginato potásico.

La recolección de algas suele realizarse a partir de fuentes naturales o de granjas de algas cultivadas, dependiendo de la disponibilidad y sostenibilidad de los recursos.

B.Extracción y purificación

a.Tratamiento previo

Las algas recolectadas suelen lavarse, trocearse o triturarse para aumentar su superficie en el proceso de extracción. Pueden incluirse etapas de secado o deshidratación para reducir el contenido de humedad de la materia prima.

b.Extracción

Las algas se tratan con una solución alcalina, normalmente carbonato sódico o hidróxido sódico, para extraer el ácido algínico del material vegetal. Este proceso implica la disolución del ácido algínico y la separación de los componentes insolubles, como la celulosa y las proteínas.

c.Precipitación y depuración

A continuación, el ácido algínico extraído se precipita añadiendo a la solución un ácido, como ácido clorhídrico o ácido sulfúrico. El ácido algínico precipitado se recoge y se purifica mediante filtración, lavado y secado.

d.Conversión en alginato de potasio

A continuación, el ácido algínico purificado se neutraliza con hidróxido potásico para formar la sal potásica del ácido algínico, conocida como alginato potásico. Esta conversión se realiza normalmente en una solución acuosa, asegurando la conversión completa y formando un precipitado de alginato potásico.

e.Tratamiento final

El precipitado de alginato de potasio se purifica, se seca y se tritura hasta obtener un polvo fino o granulado. Dependiendo de la aplicación prevista, pueden emplearse otras etapas de procesamiento, como el tamizado, la mezcla o la adición de agentes antiaglomerantes.