Введение

Полисахарид, содержащийся в бурых водорослях

Алгиновая кислота, также называемая альгином, – это природный, съедобный полисахарид, встречающийся в бурых водорослях. Она гидрофильна и образует вязкий гель при гидратации. Ее соли с металлами, такими как натрий и кальций, известны как альгинаты. Цвет варьируется от белого до желтовато-коричневого. Продается в виде волокнистой, гранулированной или порошкообразной формы. Это важный компонент биопленок, производимых бактерией Pseudomonas aeruginosa, основным патогеном, обнаруживаемым в легких некоторых людей с муковисцидозом. Биопленка и P. aeruginosa обладают высокой устойчивостью к антибиотикам, но подавляются макрофагами.

Структура

Алгиновая кислота — это линейный сополимер, состоящий из гомополимерных блоков β-D-маннуроната (M) и α-L-гулуроната (G), соединенных (1→4)-гликозидной связью, ковалентно связанных между собой в различных последовательностях или блоках. Мономеры могут встречаться в виде гомополимерных блоков последовательных остатков G (G-блоки), последовательных остатков M (M-блоки) или чередующихся остатков M и G (MG-блоки). α-L-гулуронат является C5-эпимером β-D-маннуроната.

Формы

Алгинаты извлекают из бурых водорослей. По всему миру многие бурые водоросли класса Phaeophyceae собирают для переработки и получения альгината натрия. Альгинат натрия используется в различных отраслях промышленности, включая пищевую, кормовую, производство удобрений, текстильную печать и фармацевтику. Альгинат используется в материалах для снятия зубных оттисков в качестве гелеобразователя. Пищевой альгинат является одобренным ингредиентом в переработанных и произведенных пищевых продуктах. Размеры бурых водорослей варьируются от гигантской ламинарии *Macrocystis pyrifera*, достигающей 20–40 метров в длину, до толстых, кожистых водорослей длиной 2–4 м и более мелких видов длиной 30–60 см. Большинство бурых водорослей, используемых для производства альгината, собирают в дикой природе, за исключением *Laminaria japonica*, которая культивируется в Китае в качестве пищевого продукта, а излишки сырья направляются на производство альгината в Китае. Алгинаты, полученные из разных видов бурых водорослей, различаются по химической структуре, что влияет на их физические свойства. Некоторые виды дают альгинат, образующий прочный гель, другие – более слабый, некоторые производят кремовый или белый альгинат, а другие трудно поддаются гелеобразованию и лучше подходят для технических применений, где цвет не имеет значения. Коммерческий альгинат извлекается из гигантской ламинарии *Macrocystis pyrifera*, *Ascophyllum nodosum* и видов *Laminaria*. Алгинаты также производятся двумя родами бактерий – *Pseudomonas* и *Azotobacter*, которые сыграли важную роль в выяснении пути их биосинтеза. Бактериальные альгинаты полезны для создания микро- или наноструктур, пригодных для медицинских целей. Альгинат натрия (NaC6H7O6) – это натриевая соль альгиновой кислоты. Альгинат натрия является загустителем. Альгинат калия (KC6H7O6) – это калийная соль альгиновой кислоты. Альгинат кальция (CaC12H14O12) – это кальциевая соль альгиновой кислоты. Он получается путем замещения иона натрия в альгинате натрия ионом кальция (ионный обмен).

Производство

Производственный процесс извлечения натриевых альгинатов из бурых водорослей подразделяется на две категории: 1) метод получения кальциевого альгината и 2) метод получения альгиновой кислоты. Химически процесс прост, однако трудности возникают из-за необходимости физического разделения скользких остатков из вязких растворов и отделения желатинообразных осадков, удерживающих большое количество жидкости в своей структуре, что затрудняет их фильтрацию и центрифугирование.

Применение

Алгинаты быстро поглощают воду, что делает их полезными в качестве добавки в обезвоженных продуктах, таких как средства для похудения, а также в производстве бумаги и текстиля. Алгинаты также используются для водонепроницаемости и огнезащиты тканей, в пищевой промышленности в качестве загустителя для напитков, мороженого, косметики, в качестве желирующего агента для желе, известного под кодом E401, и для колбасных оболочек. Алгинат натрия смешивается с соевым белком для получения мясных аналогов. Алгинат используется в качестве ингредиента в различных фармацевтических препаратах, таких как Gaviscon, где он в сочетании с бикарбонатом подавляет гастроэзофагеальный рефлюкс. Алгинат натрия используется как материал для снятия оттисков в стоматологии, протезировании, создании слепков и для изготовления моделей для литья небольших деталей. Алгинат натрия применяется в реактивной печати красителями и в качестве загустителя для реактивных красителей при трафаретной печати на ткани. Алгинаты не вступают в реакцию с этими красителями и легко вымываются, в отличие от загустителей на основе крахмала. Он также используется в качестве материала для микрокапсулирования. Алгинат кальция применяется в различных медицинских изделиях, включая повязки для ран, способствующие заживлению, которые можно удалять с меньшей болезненностью, чем традиционные повязки.

Алгинат гидрогели

В исследованиях по реконструкции костной ткани альгинатные композиты обладают благоприятными свойствами, стимулирующими регенерацию, такими как повышенная пористость, пролиферация клеток и механическая прочность. Алгинатный гидрогель – распространенный биоматериал для биофабрикации каркасов и регенерации тканей. Ковалентное присоединение тиольных групп к альгинату позволяет придать ему высокие гелеобразующие и мукоадгезивные свойства in situ. Тиолированный полимер (тиомер) формирует дисульфидные связи внутри своей полимерной сети, а также с цистеин-содержащими участками слизистого слоя. Тиолированные альгинаты используются как гелеобразующие гидрогели in situ и изучаются на предварительном этапе в качестве потенциальных систем доставки лекарственных средств с мукоадгезивными свойствами. Алгинатные гидрогели могут применяться для доставки лекарств, демонстрируя чувствительность к изменениям pH, температуры, окислительно-восстановительному потенциалу и присутствию ферментов.