La formation de gels à partir d'alginate de sodium est influencée par cinq facteurs : le type d'alginate de sodium, le type de source de calcium, le chélateur de calcium, la température et le pH [1, 2].

Type d'alginate de sodium

La teneur en acide guluronique (unité G) et la viscosité de l'alginate de sodium affectent l'effet de gélification. La teneur en unité G varie selon les types d'alginate de sodium, et le principe de la formation de gel entre l'alginate de sodium et le Ca2+ montre que l'unité G joue un rôle majeur dans la gélification, de sorte que la proportion d'unité G dans la molécule d'alginate de sodium est un facteur important qui affecte l'effet de gélification.

Les gels préparés avec de l'alginate de sodium de type G sont rigides et cassants avec une bonne stabilité thermique, tandis que les gels formés avec de l'alginate de sodium de type M ont une faible résistance mécanique mais une bonne élasticité.

La viscosité de la solution d'alginate de sodium varie en fonction du poids moléculaire de l'alginate de sodium à la même concentration. Plus le degré de polymérisation de l'alginate de sodium est élevé, plus le poids moléculaire est important et plus la viscosité est élevée à la même concentration. Le degré de polymérisation de l'alginate de sodium peut être contrôlé en contrôlant le processus d'extraction pour produire de l'alginate de sodium de différentes viscosités [3].

Plus la chaîne moléculaire des molécules d'alginate de sodium est longue, plus le gel est étroitement combiné, ce qui se traduit par une plus grande résistance mécanique du gel.

Type de source de calcium

Les gels d'alginate de calcium sont préparés de différentes manières en fonction du type de source de calcium. La première consiste à utiliser des sels de calcium ayant une bonne solubilité à pH neutre, tels que le chlorure de calcium et le lactate de calcium.

L'agent de réticulation sélectionné est généralement le chlorure de calcium, le plus grand inconvénient du chlorure de calcium est que le taux de gel est trop rapide, et le contact du Ca2+ avec la solution d'alginate de sodium forme immédiatement un gel, bloquant la réaction de gel ultérieure, ce qui entraîne un taux de conversion de l'alginate de sodium est un gradient, ne peut pas obtenir une bonne structure tridimensionnelle du gel uniforme [2].

Un autre type de sel de calcium peu soluble est le sulfate de calcium, comme le sulfate de calcium, qui est peu soluble dans l'eau. Le sulfate de calcium est insoluble dans l'eau et se dissout lentement dans l'eau, ce qui peut donner un peu de temps pour la dissolution des molécules d'alginate de sodium, mais la vitesse de dissolution du sulfate de calcium est toujours plus rapide que celle de l'alginate de sodium. En comparaison, si l'alginate de sodium et les poudres de sulfate de calcium sont dissoutes ensemble, le Ca2+ et l'alginate de sodium dissous en premier formeront un gel qui bloquera la réaction de gélification ultérieure. Le gel produit par cette méthode n'est pas uniforme et la force du gel n'est pas élevée.

En outre, la quantité de source de calcium ajoutée influe également sur l'effet du gel. Lorsque la concentration d'alginate de sodium augmente, sa capacité de rétention d'eau, sa résistance élastique et la force du gel sont progressivement améliorées. Principalement lorsque la concentration en ions calcium est certaine, à faible concentration d'alginate de sodium, l'échange entre l'alginate de sodium et les ions calcium est incomplet, la formation du corps du gel est faible, la résistance est faible ; lorsque la concentration augmente, l'échange entre l'alginate de sodium et les ions calcium est suffisant, la formation de la structure du réseau spatial de l'alginate de calcium est dense, et les macromolécules d'alginate de sodium interagissent les unes avec les autres pour renforcer la capacité de rétention de l'eau et améliorer la résistance du gel, la ténacité élastique et d'autres aspects.

Agent chélateur de l'ion calcium

Le chélateur d'ions calcium peut chélater le Ca2+ dans l'eau, de sorte qu'il ne puisse pas se combiner avec l'alginate de sodium, et contrôler le taux de formation du gel en entrant en compétition avec l'alginate de sodium pour le Ca2+, de sorte que l'alginate de sodium ait suffisamment de temps pour se dissoudre, ce qui peut améliorer efficacement la qualité du gel. L'inconvénient de cette méthode est qu'un agent chélateur doit être introduit et qu'il en résulte un gaspillage de Ca2+ , ce qui augmente le dosage des additifs et réduit l'efficacité.

Température

La température a un effet indirect sur le processus de formation du gel par l'alginate de sodium. L'augmentation de la température de réaction du système peut accélérer la vitesse de dissolution du sel de calcium et de l'alginate de sodium, augmenter l'intensité du mouvement moléculaire au sein du système et accélérer la combinaison du Ca2 + avec les molécules d'alginate de sodium, accélérant ainsi le processus de gélification. Cependant, lorsque la température du système dépasse une certaine limite, le processus de gélification ne se produit pas [2].

L'alginate a une méthode de formation de gel par refroidissement et condensation, qui consiste à dissoudre l'alginate de sodium, l'acide, le sel de calcium et l'agent chélateur utilisés pour préparer le gel dans de l'eau chaude, puis à refroidir la solution pour former un gel. Lors de la dissolution dans l'eau chaude, bien que la solution d'alginate de sodium soit entrée en contact avec le Ca2 +, elle ne peut pas être combinée avec le Ca2 + lorsqu'il y a plus d'énergie thermique sur la chaîne des molécules d'alginate de sodium, et les molécules d'alginate de sodium ne peuvent réagir avec le Ca2 + pour former un gel que lorsque la solution est refroidie jusqu'à une certaine température.

Bien que l'alginate de sodium soit incapable de former un gel à des températures élevées, lorsqu'un gel d'alginate est formé, il est thermiquement irréversible et peut conserver sa forme physique à des températures élevées.

pH

L'ajout de substances acides pour réduire la valeur du pH du système peut transformer certains sels de calcium insolubles dans des conditions neutres et alcalines en sels de calcium plus solubles, comme le mélange d'hydrogénophosphate de calcium et d'alginate de sodium dans l'eau, puis l'ajout d'acide lactique, le carbonate de calcium insoluble peut réagir pour produire du bicarbonate de calcium ou du lactate de calcium relativement soluble, libérant ainsi du Ca2 + et formant un gel avec la solution d'alginate de sodium [2].