Ppotassium ALégende CAS 9005-36- 1

L'alginate de potassium est un polysaccharide hydrosoluble dérivé d'algues brunes (Phaeophyceae), telles que Laminaria et Macrocystis. Il s'agit d'un sel d'acide alginique, un copolymère linéaire naturel composé de résidus d'acide β-D-mannuronique (M) et d'acide α-L-guluronique (G) liés entre eux (1,4). L'alginate de potassium est largement utilisé dans diverses industries, notamment dans l'alimentation, les produits pharmaceutiques, les soins personnels et les applications industrielles.

1.Structure et propriétés chimiques

Formule moléculaire : (C6H7KO6)n

Poids moléculaire : Varie en fonction de la source et du processus d'extraction, allant généralement de 32 000 à 400 000 g/mol.

Aspect : Poudre ou granulés blancs à brun jaunâtre

Solubilité : Soluble dans l'eau, formant des solutions visqueuses. Insoluble dans les solvants organiques tels que l'alcool, l'éther et l'acétone.

Plage de pH : Neutre à légèrement acide (pH 5-8)

Stabilité thermique : Stable jusqu'à 200°C, mais peut se dégrader à des températures plus élevées

A.Structure chimique

L'alginate de potassium est un polysaccharide linéaire composé de résidus d'acide β-D-mannuronique (M) et d'acide α-L-guluronique (G) liés entre eux (1,4).

La structure chimique peut être représentée comme suit :

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

Le rapport et la distribution des unités M et G dans la chaîne polymère peuvent varier en fonction de la source de l'algue et du processus d'extraction/purification. En règle générale, le rapport M/G est compris entre 0,5 et 2,0, ce qui influence les propriétés physicochimiques de l'alginate de potassium.

B.Poids moléculaire et polydispersité

L'alginate de potassium est un polymère de poids moléculaire élevé, avec des poids moléculaires typiques allant de 32 000 à 400 000 g/mol. La distribution des poids moléculaires est généralement polydisperse, ce qui signifie que les chaînes de polymère ont une gamme de poids moléculaires différents. L'indice de polydispersité (PDI) de l'alginate de potassium peut varier de 1,5 à 3,0 environ, ce qui indique une distribution relativement large des poids moléculaires.

C.Solubilité et ionisation

L'alginate de potassium est facilement soluble dans l'eau, formant des solutions colloïdales visqueuses. La solubilité est attribuée à l'ionisation des groupes carboxyle sur les résidus d'acide uronique, qui deviennent déprotonés dans les environnements aqueux. Le degré d'ionisation et de solubilité de l'alginate de potassium est influencé par le pH de la solution, la solubilité maximale se produisant dans la gamme neutre à légèrement acide (pH 5-8). Dans les environnements acides (pH < 5), les groupes carboxyles peuvent être protonés, ce qui entraîne une diminution de la solubilité et une précipitation potentielle du polymère.

D.Propriétés rhéologiques

Les solutions d'alginate de potassium présentent un comportement d'amincissement par cisaillement (pseudoplastique), où la viscosité diminue avec l'augmentation du taux de cisaillement. Ce comportement d'écoulement non newtonien est attribué à l'alignement et au désenchevêtrement des chaînes de polymères sous l'effet de la contrainte de cisaillement. La viscosité des solutions d'alginate de potassium peut être influencée par des facteurs tels que la concentration, le poids moléculaire et le rapport entre les unités M et G. Une concentration plus élevée, un poids moléculaire plus élevé et un contenu G plus important entraînent généralement une augmentation de la viscosité des solutions. Des concentrations plus élevées, des poids moléculaires plus élevés et un contenu G plus important entraînent généralement une augmentation de la viscosité de la solution.

E.Stabilité thermique

L'alginate de potassium est relativement stable à des températures allant jusqu'à 200°C, ce qui le rend adapté à diverses applications de traitement thermique. Cependant, une exposition prolongée à des températures élevées (> 200°C) peut entraîner la dégradation du polymère, ce qui se traduit par une réduction du poids moléculaire et des changements dans les propriétés physicochimiques. La stabilité thermique de l'alginate de potassium peut être affectée par des facteurs tels que le pH, la présence d'ions métalliques et les conditions de traitement spécifiques.

2.Propriétés fonctionnelles

Agent épaississant et stabilisant : L'alginate de potassium peut augmenter la viscosité et améliorer la stabilité des systèmes aqueux.

Formation de gels : En présence de cations divalents (par exemple, le calcium), l'alginate de potassium peut former des gels fermes et élastiques par le biais d'un processus appelé "gélification en boîte à œufs".

Emulsification et suspension : L'alginate de potassium peut agir comme émulsifiant et agent de suspension, stabilisant les émulsions huile dans l'eau ou eau dans l'huile.

Capacité de fixation de l'eau : L'alginate de potassium peut absorber et retenir de grandes quantités d'eau, ce qui le rend utile comme agent de rétention de l'humidité.

A.Agent épaississant et stabilisant

L'alginate de potassium est un agent épaississant et stabilisant efficace lorsqu'il est dissous dans des systèmes aqueux. Les longues chaînes de polymères linéaires de l'alginate de potassium s'enchevêtrent et interagissent entre elles, augmentant ainsi la viscosité de la solution. Cette capacité épaississante permet à l'alginate de potassium d'améliorer la texture, la sensation en bouche et la stabilité de divers produits alimentaires, de soins personnels et industriels.

Les propriétés d'augmentation de la viscosité de l'alginate de potassium sont influencées par des facteurs tels que la concentration, le poids moléculaire et le rapport entre les unités d'acide mannuronique (M) et guluronique (G).

B.Formation du gel

L'alginate de potassium a la capacité de former des gels fermes et élastiques en présence de cations divalents, tels que le calcium (Ca2+) et le strontium (Sr2+). Le processus de gélification est basé sur le modèle de la "boîte à œufs", où les cations divalents interagissent avec les résidus d'acide guluronique (G), formant des zones de jonction qui réticulent les chaînes de polymères. La force et les propriétés des gels d'alginate de potassium sont affectées par des facteurs tels que le rapport M/G, le type et la concentration des cations divalents et le pH du système.

Les gels d'alginate de potassium sont utilisés dans diverses applications, telles que les texturants alimentaires, les systèmes d'administration de médicaments et les pansements.

C.Emulsification et suspension

L'alginate de potassium peut agir comme un émulsifiant et un agent de suspension efficace dans les émulsions huile dans l'eau et eau dans l'huile. Les longues chaînes polymères flexibles de l'alginate de potassium peuvent s'adsorber à l'interface huile-eau, stabilisant les gouttelettes de l'émulsion et empêchant leur coalescence. En outre, l'alginate de potassium peut augmenter la viscosité de la phase continue, améliorant la suspension et la stabilité des particules dispersées ou des gouttelettes d'huile.

Cette capacité d'émulsion et de suspension de l'alginate de potassium est utile pour la formulation de divers produits alimentaires, cosmétiques et de soins personnels.

D.Capacité de fixation de l'eau

L'alginate de potassium a une forte capacité de fixation de l'eau, ce qui lui permet d'absorber et de retenir de grandes quantités d'eau. Cette propriété est attribuée à la nature hydrophile du polymère et à la formation de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau et les groupes carboxyle et hydroxyle de l'alginate. La capacité de l'alginate de potassium à se lier à l'eau peut être influencée par des facteurs tels que le poids moléculaire, le rapport M/G et le degré de réticulation. La capacité de rétention d'eau de l'alginate de potassium en fait un agent hydratant utile dans diverses applications, telles que les produits de soins personnels, les pansements et les formulations agricoles.

3.Applications

A.Applications dans l'industrie alimentaire

a.Épaississant et stabilisateur

L'alginate de potassium est utilisé comme agent épaississant et stabilisant dans une large gamme de produits alimentaires, tels que les produits laitiers (par exemple, le yaourt, la crème glacée), les sauces, les vinaigrettes et les pâtes. Il contribue à améliorer la texture, la sensation en bouche et la stabilité de la suspension de ces produits alimentaires.

b.Agent gélifiant

L'alginate de potassium peut former des gels fermes et élastiques en présence de cations divalents, tels que le calcium. Cette propriété de gélification est utilisée dans la production de gelées, de confitures et de divers articles de confiserie.

c.Emulsifiant et substitut de graisse

L'alginate de potassium peut agir comme émulsifiant, stabilisant les émulsions huile dans l'eau dans les produits alimentaires à faible teneur en matières grasses ou sans matières grasses. Il peut également être utilisé comme substitut de matière grasse, offrant une sensation en bouche et une texture similaires à celles du produit original contenant de la matière grasse.

B.Applications pharmaceutiques et médicales

a.Liant et désintégrant pour comprimés

L'alginate de potassium est utilisé comme liant dans la formulation de formes de dosage solides, telles que les comprimés et les gélules, afin d'améliorer leur résistance mécanique et leur stabilité. Il peut également agir comme désintégrant, facilitant la fragmentation du comprimé ou de la gélule dans le tractus gastro-intestinal.

b.Pansements et absorbants

Les pansements à base d'alginate de potassium sont utilisés pour traiter les plaies exsudatives, car le polymère peut absorber et retenir de grandes quantités de liquide de la plaie. La capacité gélifiante de l'alginate de potassium aide à maintenir un environnement humide pour la plaie, ce qui peut favoriser la cicatrisation.

c.Matrice à libération prolongée

L'alginate de potassium peut être utilisé dans le développement de systèmes d'administration de médicaments à libération contrôlée ou à libération prolongée, où il forme une matrice qui contrôle la libération de l'ingrédient pharmaceutique actif.

C.Soins personnels et applications cosmétiques

a.Modificateur de viscosité et stabilisateur

L'alginate de potassium est utilisé comme modificateur de viscosité et stabilisateur dans divers produits de soins personnels, tels que les lotions, les crèmes, les gels et les dentifrices. Il permet d'ajuster les propriétés rhéologiques et d'améliorer la stabilité globale de ces formulations.

b.Émulsifiant et agent de suspension

L'alginate de potassium peut servir d'émulsifiant et d'agent de suspension dans les produits de soins personnels, en stabilisant les émulsions huile dans l'eau ou eau dans l'huile. Cela permet de disperser et de suspendre les ingrédients actifs ou les particules dans le produit final.

D.Applications industrielles

a.Agent liant

L'alginate de potassium est utilisé comme agent liant dans les formulations de revêtement de céramique, de peinture et de papier, améliorant la cohésion et les propriétés mécaniques des produits finaux.

b.Agent de floculation et de suspension

Dans le traitement des eaux usées, l'alginate de potassium peut être utilisé comme agent floculant, aidant à éliminer les solides en suspension et les impuretés. Il peut également agir comme agent de suspension, en maintenant la stabilité des particules dispersées dans divers processus industriels.

c.Épaississant et stabilisateur

L'alginate de potassium est utilisé comme agent épaississant et stabilisant dans les processus d'impression et de teinture des textiles, améliorant la viscosité et la stabilité des formulations.

4.Statut réglementaire et sécurité

A.Réglementation Statut

a.Industrie alimentaire

L'alginate de potassium est autorisé comme additif alimentaire (numéro E : E402) dans l'Union européenne. Il est généralement reconnu comme sûr (GRAS) par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis pour une utilisation en tant qu'additif alimentaire direct.

Le Comité mixte FAO/OMS d'experts des additifs alimentaires (JECFA) a établi une dose journalière admissible (DJA) de 0 à 30 mg/kg de poids corporel pour les alginates, y compris l'alginate de potassium.

b.Pharmaceutique et médical

L'alginate de potassium est inclus dans la pharmacopée des États-Unis (USP) et la pharmacopée européenne (Ph. Eur.) pour les applications pharmaceutiques. Il est reconnu comme un excipient sûr et approprié pour le développement de diverses formulations de médicaments, y compris les comprimés, les capsules et les pansements.

c.Cosmétiques et soins personnels

L'utilisation de l'alginate de potassium dans les produits cosmétiques et de soins personnels est autorisée dans l'Union européenne, aux États-Unis et sur d'autres marchés importants. Il est répertorié comme un ingrédient sûr et approuvé dans les réglementations et lignes directrices relatives aux cosmétiques, telles que le Cosmetic Ingredient Review (CIR) et l'International Nomenclature of Cosmetic Ingredients (INCI).

B.Sécurité et toxicologie

a.Toxicité aiguë

L'alginate de potassium présente une faible toxicité aiguë lorsqu'il est administré par voie orale, cutanée ou par inhalation. Les valeurs de DL50 (dose létale, 50%) rapportées dans les études animales sont généralement élevées, ce qui indique une large marge de sécurité.

b.Toxicité chronique et cancérogénicité

Des études à long terme sur des animaux n'ont pas montré d'effets toxiques significatifs ou de potentiel cancérigène associés à la consommation ou à l'exposition à l'alginate de potassium.

c.Allergénicité et irritation

L'alginate de potassium est généralement considéré comme non allergène et non irritant lorsqu'il est utilisé conformément aux directives et aux dosages recommandés. Toutefois, dans de rares cas, certaines personnes peuvent développer une légère irritation de la peau ou des voies respiratoires en cas d'exposition à l'alginate de potassium.

5.Fabrication

L'alginate de potassium est généralement extrait d'algues brunes par une série de procédés chimiques et physiques.

Le processus de fabrication comprend l'extraction de l'acide alginique, suivie d'une neutralisation avec de l'hydroxyde de potassium pour former le sel de potassium.

A.Approvisionnement en matières premières

L'alginate de potassium est principalement extrait de diverses espèces d'algues brunes (Phaeophyceae), telles que Laminaria et Macrocystis.

Le choix des espèces d'algues peut influencer les propriétés chimiques et fonctionnelles du produit final d'alginate de potassium.

La récolte d'algues se fait généralement à partir de sources naturelles ou de fermes d'algues cultivées, en fonction de la disponibilité et de la durabilité des ressources.

B.Extraction et purification

a.Prétraitement

Les algues récoltées sont généralement lavées, hachées ou broyées afin d'augmenter la surface nécessaire au processus d'extraction. Des étapes de séchage ou de déshydratation peuvent être prévues pour réduire le taux d'humidité de la matière première.

b.Extraction

Les algues sont traitées avec une solution alcaline, généralement du carbonate de sodium ou de l'hydroxyde de sodium, afin d'extraire l'acide alginique du matériel végétal. Ce processus implique la dissolution de l'acide alginique et la séparation des composants insolubles, tels que la cellulose et les protéines.

c.Précipitation et purification

L'acide alginique extrait est ensuite précipité en ajoutant un acide, tel que l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique, à la solution. L'acide alginique précipité est recueilli et purifié par filtration, lavage et séchage.

d.Conversion en alginate de potassium

L'acide alginique purifié est ensuite neutralisé avec de l'hydroxyde de potassium pour former le sel de potassium de l'acide alginique, connu sous le nom d'alginate de potassium. Cette conversion est généralement effectuée dans une solution aqueuse, ce qui garantit une conversion complète et la formation d'un précipité d'alginate de potassium.

e.Traitement final

Le précipité d'alginate de potassium est ensuite purifié, séché et broyé sous forme de poudre fine ou de granulés. En fonction de l'application envisagée, des étapes de traitement supplémentaires peuvent être employées, telles que le tamisage, le mélange ou l'ajout d'agents anti-agglomérants.