Potassium Alginate CAS 9005-36- 1

A kálium-alginát egy vízben oldódó poliszacharid, amely barna moszatokból (Phaeophyceae), például Laminaria és Macrocystis moszatokból származik. Ez az alginsav só, egy természetes lineáris kopolimer, amely (1,4)-kötött β-D-mannuronsav (M) és α-L-guluronsav (G) maradékokból áll. A kálium-alginátot széles körben használják különböző iparágakban, többek között az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban, a testápolásban és az ipari alkalmazásokban.

1.Kémiai szerkezet és tulajdonságok

Molekuláris képlet: (C6H7KO6)n

Molekulatömeg: A forrás és az extrakciós eljárás függvényében változik, jellemzően 32 000 és 400 000 g/mol között mozog.

Megjelenés: Fehér vagy sárgásbarna por vagy granulátum

Oldhatóság: Nem oldódik szerves oldószerekben, például alkoholban, éterben és acetonban.

pH-tartomány: Semleges vagy enyhén savas (pH 5-8)

Hőstabilitás: 200°C-ig stabil, de magasabb hőmérsékleten lebomolhat.

A.Kémiai szerkezet

A kálium-alginát egy lineáris poliszacharid, amely (1,4)-kötött β-D-mannuronsav (M) és α-L-guluronsav (G) maradékokból áll.

A kémiai szerkezet a következőképpen ábrázolható:

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

Az M és G egységek aránya és eloszlása a polimerláncon belül változhat az algák forrásától és a kivonási/tisztítási eljárástól függően. Az M/G arány jellemzően 0,5 és 2,0 között mozog, ami befolyásolja a kálium-alginát fizikai-kémiai tulajdonságait.

B.Molekulatömeg és polidiszperzitás

A kálium-alginát nagy molekulatömegű polimer, jellemző molekulatömege 32 000 és 400 000 g/mol között mozog. A molekulatömeg-eloszlás általában polidiszperz, ami azt jelenti, hogy a polimerláncok különböző molekulatömegűek. A kálium-alginát polidiszperzitási indexe (PDI) 1,5 és 3,0 között változhat, ami viszonylag széles molekulatömeg-eloszlásra utal.

C.Oldhatóság és ionizáció

A kálium-alginát könnyen oldódik vízben, viszkózus, kolloid oldatokat képezve.Az oldhatóságot az uronsavmaradékok karboxilcsoportjainak ionizációjának tulajdonítják, amelyek vizes környezetben deprotonálódnak. A kálium-alginát ionizációjának és oldhatóságának mértékét az oldat pH-ja befolyásolja, a maximális oldhatóság a semleges és enyhén savas tartományban (pH 5-8) jelentkezik. Savas környezetben (pH < 5) a karboxilcsoportok protonálódhatnak, ami az oldhatóság csökkenéséhez és a polimer esetleges kicsapódásához vezet.

D.Reológiai tulajdonságok

A kálium-alginát oldatok nyíróvékony (pszeudoplasztikus) viselkedést mutatnak, ahol a viszkozitás a nyírási sebesség növekedésével csökken.Ez a nem-newtoni áramlási viselkedés a polimerláncok nyírófeszültség alatti igazodásának és szétbomlásának tulajdonítható. A kálium-alginát oldatok viszkozitását olyan tényezők befolyásolhatják, mint a koncentráció, a molekulatömeg és az M és G egységek aránya. A nagyobb koncentráció, a nagyobb molekulatömeg és a nagyobb G-tartalom általában az oldat viszkozitásának növekedését eredményezi.

E.Hőstabilitás

A kálium-alginát 200 °C-ig viszonylag stabil, így alkalmas különböző hőkezelési alkalmazásokhoz. A magas hőmérsékletnek (> 200°C) való tartós kitettség azonban a polimer lebomlásához vezethet, ami a molekulatömeg csökkenését és a fizikai-kémiai tulajdonságok megváltozását eredményezi. A kálium-alginát hőstabilitását olyan tényezők befolyásolhatják, mint a pH, a fémionok jelenléte és a konkrét feldolgozási körülmények.

2.Funkcionális tulajdonságok

Sűrítő és stabilizáló szer: A kálium-alginát növelheti a viszkozitást és javíthatja a vizes rendszerek stabilitását.

Gélképződés: A kálium-alginát kétértékű kationok (pl. kalcium) jelenlétében szilárd, rugalmas gélt képezhet a "tojásdobozos" gélképződésnek nevezett folyamat révén.

Emulgeálás és szuszpenzió: A kálium-alginát emulgeáló és szuszpendáló anyagként működhet, stabilizálva az olaj-vízben vagy víz-olajban emulziókat.

Vízmegkötő kapacitás: A kálium-alginát nagy mennyiségű vizet képes felszívni és megtartani, így hasznos nedvességmegkötő anyagként.

A.Sűrítő és stabilizáló szer

A kálium-alginát vizes rendszerekben oldva hatékony sűrítő és stabilizáló szer. A kálium-alginát hosszú, lineáris polimerláncai összefonódnak és kölcsönhatásba lépnek egymással, növelve az oldat viszkozitását. Ez a sűrítő képesség lehetővé teszi, hogy a kálium-alginát javítsa a különböző élelmiszerek, testápolási és ipari termékek textúráját, szájízét és stabilitását.

A kálium-alginát viszkozitásnövelő tulajdonságait olyan tényezők befolyásolják, mint a koncentráció, a molekulatömeg és a mannuronsav (M) és guluronsav (G) egységek aránya.

B.Gélképződés

A kálium-alginát képes szilárd, rugalmas gélt képezni kétértékű kationok, például kalcium (Ca2+) és stroncium (Sr2+) jelenlétében. A gélképződés folyamata a "tojásdoboz" modellen alapul, ahol a kétértékű kationok kölcsönhatásba lépnek a guluronsav (G) maradékokkal, és csomóponti zónákat képeznek, amelyek keresztkötik a polimerláncokat. A kálium-alginát gélek szilárdságát és tulajdonságait olyan tényezők befolyásolják, mint az M/G arány, a kétértékű kationok típusa és koncentrációja, valamint a rendszer pH-ja.

A kálium-alginát géleket különböző alkalmazásokban használják, például élelmiszertextúrázóként, gyógyszeradagoló rendszerekben és sebkötszerekben.

C.Emulgeálás és szuszpenzió

A kálium-alginát hatékony emulgeáló- és szuszpendálószerként működhet mind az olaj-víz, mind a víz-olaj emulziókban. A kálium-alginát hosszú, rugalmas polimerláncai képesek adszorbeálódni az olaj-víz határfelületen, stabilizálva az emulziós cseppeket és megakadályozva azok összeolvadását. Ezenkívül a kálium-alginát növelheti a folytonos fázis viszkozitását, javítva a diszpergált részecskék vagy olajcseppek szuszpenzióját és stabilitását.

A kálium-alginátnak ez az emulgeáló és szuszpendáló képessége hasznos a különböző élelmiszer-, kozmetikai és testápolási termékek megfogalmazásában.

D.Vízmegkötő kapacitás

A kálium-alginát nagy vízmegkötő képességgel rendelkezik, így nagy mennyiségű vizet képes felszívni és megtartani. Ez a tulajdonság a polimer hidrofil jellegének, valamint a vízmolekulák és az alginát karboxil- és hidroxilcsoportjai közötti hidrogénkötések kialakulásának tulajdonítható. A kálium-alginát vízmegkötő képességét olyan tényezők befolyásolhatják, mint a molekulatömeg, az M/G arány és a térhálósodás mértéke. A kálium-alginát vízmegkötő képessége miatt hasznos nedvességtartalom-növelő szerként különböző alkalmazásokban, például testápolási termékekben, sebkötszerekben és mezőgazdasági készítményekben.

3.Alkalmazások

A.Élelmiszeripari alkalmazások

a.Sűrítő és stabilizátor

A kálium-alginátot sűrítő és stabilizáló anyagként használják az élelmiszerek széles körében, például tejtermékekben (pl. joghurt, jégkrém), szószokban, öntetekben és tésztákban. Segít javítani ezen élelmiszerek textúráját, szájízét és szuszpenziós stabilitását.

b.Zselésítőszer

A kálium-alginát kétértékű kationok, például kalcium jelenlétében szilárd, rugalmas gélt képezhet. Ezt a zselésedési tulajdonságot zselék, dzsemek és különböző cukrászati termékek előállítása során használják.

c.Emulgeálószer és zsírpótló

A kálium-alginát emulgeálószerként stabilizálhatja az olaj-víz emulziókat az alacsony zsírtartalmú vagy zsírmentes élelmiszerekben. Zsírhelyettesítőként is használható, az eredeti zsírtartalmú termékhez hasonló szájérzetet és textúrát biztosítva.

B.Gyógyszeripari és orvosi alkalmazások

a.Tabletta kötőanyag és bomlasztószer

A kálium-alginátot kötőanyagként használják szilárd gyógyszerformák, például tabletták és kapszulák készítésénél, hogy javítsák mechanikai szilárdságukat és stabilitásukat. Emellett bomlást elősegítő anyagként is működhet, megkönnyítve a tabletta vagy kapszula felbomlását a gyomor-bélrendszerben.

b.Sebkötszer és nedvszívó

A kálium-alginát alapú sebkötszereket exsudáló sebek kezelésére használják, mivel a polimer nagy mennyiségű sebfolyadékot képes felszívni és visszatartani. A kálium-alginát gélképző képessége segít fenntartani a nedves sebkörnyezetet, ami elősegítheti a gyógyulást.

c.Tartósan felszabaduló mátrix

A kálium-alginát felhasználható szabályozott hatóanyag-leadású vagy tartós hatóanyag-leadású gyógyszerhordozó rendszerek kifejlesztésében, ahol olyan mátrixot képez, amely szabályozza a hatóanyag felszabadulását.

C.Személyi ápolás és kozmetikai alkalmazások

a.Viszkozitásmódosító és stabilizátor

A kálium-alginátot viszkozitásmódosítóként és stabilizátorként használják különböző testápolási termékekben, például krémekben, krémekben, zselékben és fogkrémekben. Segít a reológiai tulajdonságok beállításában és e készítmények általános stabilitásának javításában.

b.Emulgeálószer és szuszpendálószer

A kálium-alginát emulgeáló és szuszpendáló anyagként szolgálhat a testápolási termékekben, stabilizálva az olaj-víz vagy víz-olaj emulziókat. Ez segít a hatóanyagok vagy részecskék diszpergálásában és szuszpendálásában a végtermékben.

D.Ipari alkalmazások

a.Kötelező ügynök

A kálium-alginátot kötőanyagként használják kerámia-, festék- és papírbevonat-készítményekben, javítva a végtermékek kohézióját és mechanikai tulajdonságait.

b.Flokkuláló és szuszpendáló szer

A szennyvíztisztításban a kálium-alginát flokkuláló szerként használható, segítve a lebegő szilárd anyagok és szennyeződések eltávolítását. Emellett szuszpendálószerként is működhet, fenntartva a diszpergált részecskék stabilitását különböző ipari folyamatokban.

c.Sűrítő és stabilizátor

A kálium-alginátot sűrítő és stabilizáló szerként alkalmazzák a textilnyomás és -festés folyamataiban, javítva a készítmények viszkozitását és stabilitását.

4.Szabályozási státusz és biztonság

A.Szabályozás Állapot

a.Élelmiszeripar

A kálium-alginátot az Európai Unióban élelmiszer-adalékanyagként való felhasználásra engedélyezték (E-szám: E402). Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) általánosan biztonságosnak (GRAS) elismert közvetlen élelmiszer-adalékanyagként történő felhasználásra.

A FAO/WHO élelmiszer-adalékanyagokkal foglalkozó közös szakértői bizottsága (JECFA) 0-30 mg/testtömegkilogramm elfogadható napi bevitelt (ADI) állapított meg az alginátokra, beleértve a kálium-alginátot is.

b.Gyógyszeripari és orvosi

A kálium-alginát szerepel az Egyesült Államok Gyógyszerkönyvében (USP) és az Európai Gyógyszerkönyvben (Ph. Eur.) a gyógyszerészeti alkalmazásokhoz. Biztonságos és megfelelő segédanyagként ismerik el különböző gyógyszerformulák, többek között tabletták, kapszulák és sebkötszerek kifejlesztésében.

c.Kozmetikumok és testápolás

A kálium-alginát használata kozmetikai és testápolási termékekben engedélyezett az Európai Unióban, az Egyesült Államokban és más jelentős piacokon. Biztonságos és jóváhagyott összetevőként szerepel a kozmetikai előírásokban és irányelvekben, például a Cosmetic Ingredient Review (CIR) és a kozmetikai összetevők nemzetközi nómenklatúrája (INCI) szerint.

B.Biztonság és toxikológia

a.Akut toxicitás

A kálium-alginát szájon át, bőrön át vagy belégzéssel történő beadáskor alacsony rendű akut toxicitással rendelkezik. Az állatkísérletek során jelentett LD50 (halálos dózis, 50%) értékek általában magasak, ami széles biztonsági tartalékot jelez.

b.Krónikus toxicitás és rákkeltő hatás

Az állatokon végzett hosszú távú vizsgálatok nem mutattak ki jelentős toxikus hatást vagy rákkeltő potenciált a kálium-alginát fogyasztásával vagy expozíciójával kapcsolatban.

c.Allergén hatás és irritáció

A kálium-alginát általában nem tekinthető allergénnek és nem irritál, ha az ajánlott irányelvek és adagok szerint használják. Ritkán azonban előfordulhat, hogy a kálium-alginátnak való kitettség hatására egyeseknél enyhe bőr- vagy légúti irritáció alakulhat ki.

5.Gyártás

A kálium-alginátot jellemzően barna tengeri moszatokból nyerik ki kémiai és fizikai folyamatok segítségével.

A gyártási folyamat során az alginsavat kivonják, majd kálium-hidroxiddal semlegesítik a káliumsót.

A.Nyersanyag-beszerzés

A kálium-alginátot elsősorban a barna moszatok (Phaeophyceae) különböző fajaiból, például a Laminaria és a Macrocystis fajokból nyerik.

Az algafajok kiválasztása befolyásolhatja a kálium-alginát végtermék kémiai és funkcionális tulajdonságait.

A tengeri moszat betakarítása jellemzően természetes forrásokból, vagy termesztett tengeri moszatfarmokról történik, az erőforrások elérhetőségétől és fenntarthatóságától függően.

B.Kivonás és tisztítás

a.Előkezelés

A betakarított hínárt általában megmossák, feldarabolják vagy ledarálják, hogy növeljék a kivonási folyamathoz szükséges felületet. A nyersanyag nedvességtartalmának csökkentése érdekében szárítási vagy dehidratálási lépéseket is be lehet iktatni.

b.Kivonás

Az algát lúgos oldattal, általában nátrium-karbonáttal vagy nátrium-hidroxiddal kezelik, hogy kivonják az alginsavat a növényi anyagból. Ez a folyamat magában foglalja az alginsav feloldását és az oldhatatlan összetevők, például a cellulóz és a fehérjék leválasztását.

c.Kicsapatás és tisztítás

Az extrahált alginsavat ezután kicsapják, ha az oldathoz egy savat, például sósavat vagy kénsavat adnak. A kicsapott alginsavat összegyűjtik és szűréssel, mosással és szárítással tovább tisztítják.

d.Átalakítás kálium-algináttá

A tisztított alginsavat ezután kálium-hidroxiddal semlegesítik, hogy az alginsav káliumsóját, az úgynevezett kálium-alginátot kapják. Ezt az átalakítást általában vizes oldatban végzik, biztosítva a teljes átalakulást és kálium-alginát csapadékot képezve.

e.Végső feldolgozás

A kálium-alginát csapadékot tovább tisztítják, szárítják és finom porrá vagy szemcséssé őrlik. A tervezett alkalmazástól függően további feldolgozási lépések alkalmazhatók, mint például szitálás, keverés vagy csomósodásgátló anyagok hozzáadása.