Pотассий Alginate CAS 9005-36- 1

Альгинат калия - это водорастворимый полисахарид, получаемый из бурых морских водорослей (Phaeophyceae), таких как Laminaria и Macrocystis. Это соль альгиновой кислоты, природного линейного сополимера, состоящего из (1,4)-связанных остатков β-D-маннуроновой кислоты (M) и α-L-гулуроновой кислоты (G). Альгинат калия широко используется в различных отраслях промышленности, включая пищевую, фармацевтическую, личную гигиену и промышленное производство.

1.Химическая структура и свойства

Молекулярная формула: (C6H7KO6)n

Молекулярная масса: Варьируется в зависимости от источника и процесса экстракции, обычно составляет от 32 000 до 400 000 г/моль.

Внешний вид: Белый или желтовато-коричневый порошок или гранулы

Растворимость: Растворим в воде, образуя вязкие растворы, нерастворим в органических растворителях, таких как спирт, эфир и ацетон.

Диапазон pH: От нейтрального до слабокислого (pH 5-8)

Термическая стабильность: Стабилен до 200°C, но может разрушаться при более высоких температурах

A.Химическая структура

Альгинат калия представляет собой линейный полисахарид, состоящий из (1,4)-связанных остатков β-D-маннуроновой кислоты (M) и α-L-гулуроновой кислоты (G).

Химическая структура может быть представлена в виде:

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

Соотношение и распределение единиц M и G в полимерной цепи может варьироваться в зависимости от источника морских водорослей и процесса экстракции/очистки. Как правило, соотношение M/G составляет от 0,5 до 2,0, что влияет на физико-химические свойства альгината калия.

B.Молекулярная масса и полидисперсность

Альгинат калия - это высокомолекулярный полимер, с типичной молекулярной массой от 32 000 до 400 000 г/моль. Молекулярно-массовое распределение обычно полидисперсное, то есть полимерные цепи имеют различный молекулярный вес. Индекс полидисперсности (PDI) альгината калия может варьироваться от 1,5 до 3,0, что указывает на относительно широкое молекулярно-массовое распределение.

C.Растворимость и ионизация

Альгинат калия легко растворим в воде, образуя вязкие, коллоидные растворы. Растворимость объясняется ионизацией карбоксильных групп остатков уроновой кислоты, которые в водной среде депротонируются. Степень ионизации и растворимости альгината калия зависит от рН раствора, при этом максимальная растворимость наблюдается в нейтральной или слабокислой среде (рН 5-8). В кислой среде (pH < 5) карбоксильные группы могут протонироваться, что приводит к снижению растворимости и возможному выпадению полимера в осадок.

D.Реологические свойства

Растворы альгината калия демонстрируют сдвигово-утончающееся (псевдопластичное) поведение, при котором вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига. Такое неньютоновское поведение потока объясняется выравниванием и распутыванием полимерных цепей под действием сдвигового напряжения. На вязкость растворов альгината калия могут влиять такие факторы, как концентрация, молекулярная масса и соотношение единиц M и G. Более высокая концентрация, более высокая молекулярная масса и более высокое содержание G обычно приводят к увеличению вязкости раствора.

E.Термическая стабильность

Альгинат калия относительно стабилен при температурах до 200°C, что делает его пригодным для использования в различных областях термической обработки. Однако длительное воздействие высоких температур (> 200°C) может привести к деградации полимера, в результате чего уменьшается молекулярная масса и изменяются физико-химические свойства. На термическую стабильность альгината калия могут влиять такие факторы, как рН, присутствие ионов металлов и конкретные условия обработки.

2.Функциональные свойства

Загуститель и стабилизатор: Альгинат калия может повышать вязкость и улучшать стабильность водных систем.

Образование гелей: В присутствии двухвалентных катионов (например, кальция) альгинат калия может образовывать твердые, эластичные гели в результате процесса, называемого "гелеобразованием в яичной коробке".

Эмульгирование и суспендирование: Альгинат калия может выступать в качестве эмульгатора и суспендирующего агента, стабилизируя эмульсии типа "масло в воде" или "вода в масле".

Водосвязывающая способность: Альгинат калия способен поглощать и удерживать большое количество воды, что делает его полезным в качестве влагоудерживающего агента.

A.Загущающий и стабилизирующий агент

Альгинат калия является эффективным загустителем и стабилизатором при растворении в водных системах. Длинные линейные полимерные цепи альгината калия спутываются и взаимодействуют друг с другом, увеличивая вязкость раствора. Эта способность к загущению позволяет альгинату калия улучшать текстуру, вкусовые качества и стабильность различных пищевых продуктов, средств личной гигиены и промышленных товаров.

Вязкостные свойства альгината калия зависят от таких факторов, как концентрация, молекулярная масса и соотношение единиц маннуроновой (М) и гулуроновой (G) кислот.

B.Образование геля

Альгинат калия обладает способностью образовывать твердые, эластичные гели в присутствии двухвалентных катионов, таких как кальций (Ca2+) и стронций (Sr2+). Процесс гелеобразования основан на модели "яйцо-ящик", когда двухвалентные катионы взаимодействуют с остатками гулуроновой кислоты (G), образуя зоны соединения, которые сшивают полимерные цепи. Прочность и свойства гелей альгината калия зависят от таких факторов, как соотношение M/G, тип и концентрация двухвалентных катионов, а также рН системы.

Гели на основе альгината калия используются в различных областях, таких как пищевые текстурирующие добавки, системы доставки лекарств и раневые повязки.

C.Эмульгирование и суспензия

Альгинат калия может выступать в качестве эффективного эмульгатора и суспендирующего агента в эмульсиях типа "масло в воде" и "вода в масле". Длинные, гибкие полимерные цепи альгината калия могут адсорбироваться на границе раздела фаз масло-вода, стабилизируя капли эмульсии и предотвращая их коалесценцию. Кроме того, альгинат калия может повышать вязкость непрерывной фазы, улучшая суспензию и стабильность дисперсных частиц или капель масла.

Эта эмульгирующая и суспендирующая способность альгината калия полезна при составлении рецептур различных пищевых продуктов, косметических средств и средств личной гигиены.

D.Емкость для связывания воды

Альгинат калия обладает высокой водосвязывающей способностью, что позволяет ему поглощать и удерживать большое количество воды. Это свойство объясняется гидрофильной природой полимера и образованием водородных связей между молекулами воды и карбоксильными и гидроксильными группами альгината. На водосвязывающую способность альгината калия могут влиять такие факторы, как молекулярная масса, соотношение M/G и степень сшивки. Влагоудерживающая способность альгината калия делает его полезным в качестве агента, повышающего влажность, в различных областях применения, таких как средства личной гигиены, повязки для ран и сельскохозяйственные составы.

3.Приложения

A.Применение в пищевой промышленности

a.Загуститель и стабилизатор

Альгинат калия используется в качестве загустителя и стабилизатора в широком спектре пищевых продуктов, таких как молочные продукты (например, йогурт, мороженое), соусы, заправки и биточки. Он помогает улучшить текстуру, вкусовые качества и стабильность суспензии этих пищевых продуктов.

b.Желирующий агент

Альгинат калия может образовывать твердые, эластичные гели в присутствии двухвалентных катионов, таких как кальций. Это свойство гелеобразования используется при производстве желе, джемов и различных кондитерских изделий.

c.Эмульгатор и заменитель жира

Альгинат калия может выступать в качестве эмульгатора, стабилизирующего эмульсии "масло в воде" в пищевых продуктах с низким содержанием жира или без него. Он также может использоваться в качестве заменителя жира, обеспечивая сходство вкуса и текстуры с исходным жиросодержащим продуктом.

B.Применение в фармацевтике и медицине

a.Связующее вещество и дезинтегрант для таблеток

Альгинат калия используется в качестве связующего вещества при изготовлении твердых лекарственных форм, таких как таблетки и капсулы, для повышения их механической прочности и стабильности. Он также может выступать в качестве дезинтегранта, облегчая расщепление таблетки или капсулы в желудочно-кишечном тракте.

b.Раневые повязки и абсорбенты

Раневые повязки на основе альгината калия используются для лечения экссудирующих ран, поскольку полимер способен впитывать и удерживать большое количество раневой жидкости. Гелеобразующая способность альгината калия помогает поддерживать влажную среду в ране, что способствует заживлению.

c.Матрица устойчивого высвобождения

Альгинат калия может использоваться при разработке систем доставки лекарственных средств с контролируемым высвобождением или устойчивым высвобождением, где он образует матрицу, контролирующую высвобождение активного фармацевтического ингредиента.

C.Применение в личной гигиене и косметике

a.Модификатор вязкости и стабилизатор

Альгинат калия используется в качестве модификатора вязкости и стабилизатора в различных средствах личной гигиены, таких как лосьоны, кремы, гели и зубные пасты. Он помогает регулировать реологические свойства и улучшает общую стабильность этих составов.

b.Эмульгатор и суспендирующий агент

Альгинат калия может выступать в качестве эмульгатора и суспендирующего агента в средствах личной гигиены, стабилизируя эмульсии типа "масло в воде" или "вода в масле". Это помогает диспергировать и суспендировать активные ингредиенты или твердые частицы в конечном продукте.

D.Промышленное применение

a.Связующий агент

Альгинат калия используется в качестве связующего вещества в составах для керамики, красок и бумажных покрытий, улучшая когезию и механические свойства конечных продуктов.

b.Флокулирующий и суспендирующий агент

При очистке сточных вод альгинат калия может использоваться в качестве флокулирующего агента, способствующего удалению взвешенных твердых частиц и примесей. Он также может выступать в качестве суспендирующего агента, поддерживая стабильность дисперсных частиц в различных промышленных процессах.

c.Загуститель и стабилизатор

Альгинат калия используется в качестве загустителя и стабилизатора в процессах печати и окрашивания текстиля, улучшая вязкость и стабильность составов.

4.Нормативный статус и безопасность

A.Нормативные документы Статус

a.Пищевая промышленность

Альгинат калия одобрен для использования в качестве пищевой добавки (номер E: E402) в Европейском Союзе. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) признало его безопасным (GRAS) для использования в качестве прямой пищевой добавки.

Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) установил допустимое суточное потребление (ADI) 0-30 мг/кг массы тела для альгинатов, включая альгинат калия.

b.Фармацевтика и медицина

Альгинат калия включен в Фармакопею США (USP) и Европейскую фармакопею (Ph. Eur.) для применения в фармацевтике. Он признан безопасным и подходящим эксипиентом при разработке различных лекарственных форм, включая таблетки, капсулы и раневые повязки.

c.Косметика и личный уход

Альгинат калия разрешен для использования в косметических средствах и средствах личной гигиены в Европейском союзе, США и на других основных рынках. Он включен в список безопасных и одобренных ингредиентов в косметических правилах и руководствах, таких как Cosmetic Ingredient Review (CIR) и International Nomenclature of Cosmetic Ingredients (INCI).

B.Безопасность и токсикология

a.Острая токсичность

Альгинат калия обладает низкой степенью острой токсичности при пероральном, дермальном или ингаляционном введении. Зарегистрированные значения LD50 (летальная доза, 50%) в исследованиях на животных, как правило, высоки, что указывает на большой запас прочности.

b.Хроническая токсичность и канцерогенность

Долгосрочные исследования на животных не выявили каких-либо значительных токсических эффектов или канцерогенного потенциала, связанных с потреблением или воздействием альгината калия.

c.Аллергенность и раздражение

Альгинат калия, как правило, считается неаллергенным и не вызывает раздражения при использовании в соответствии с рекомендованными рекомендациями и дозировками. Однако в редких случаях у некоторых людей при контакте с альгинатом калия может развиться легкое раздражение кожи или дыхательных путей.

5.Производство

Альгинат калия обычно извлекается из бурых морских водорослей с помощью ряда химических и физических процессов.

Процесс производства включает в себя экстракцию альгиновой кислоты с последующей нейтрализацией гидроксидом калия для получения калийной соли.

A.Поиск сырья

Альгинат калия в основном добывают из различных видов бурых морских водорослей (Phaeophyceae), таких как ламинария и макроцистис.

Выбор вида морских водорослей может повлиять на химические и функциональные свойства конечного продукта из альгината калия.

Сбор морских водорослей обычно осуществляется из природных источников или с ферм по выращиванию морских водорослей, в зависимости от доступности и устойчивости ресурсов.

B.Экстракция и очистка

a.Предварительная обработка

Собранные морские водоросли обычно промывают, измельчают или нарезают, чтобы увеличить площадь поверхности для процесса экстракции. Для снижения содержания влаги в сырье могут быть предусмотрены этапы сушки или дегидратации.

b.Добыча

Морские водоросли обрабатываются щелочным раствором, обычно карбонатом натрия или гидроксидом натрия, для извлечения альгиновой кислоты из растительного материала. Этот процесс включает в себя растворение альгиновой кислоты и отделение нерастворимых компонентов, таких как целлюлоза и белки.

c.Осаждение и очистка

Затем экстрагированная альгиновая кислота осаждается путем добавления к раствору кислоты, например соляной или серной. Осажденную альгиновую кислоту собирают и далее очищают путем фильтрации, промывки и сушки.

d.Превращение в альгинат калия

Очищенную альгиновую кислоту затем нейтрализуют гидроксидом калия с получением калийной соли альгиновой кислоты, известной как альгинат калия. Это превращение обычно проводится в водном растворе, что обеспечивает полное превращение и образование осадка альгината калия.

e.Окончательная обработка

Осадок альгината калия дополнительно очищают, сушат и измельчают в мелкий порошок или гранулы. В зависимости от цели применения могут быть использованы дополнительные этапы обработки, такие как просеивание, смешивание или добавление антислеживающих агентов.