Производство альгиновой кислоты в мире. Польза альгиновой кислоты

Альгиновая кислота осаждается из раствора альгината натрия при подкислении его до pH 3 какой-либо органической или неорганический кислотой. При этом образуется сильно обводненный, бесцветный структурированный гель, легко подвергающийся синерезису. Он формируется уже при концентрации полимера около 2%, т. е. альгиновая кислота в этом случае способна связывать более чем 50-кратное количество воды.

Смешивание геля альгиновой кислоты с солью слабой кислоты щелочного металла или с раствором щелочи приводит к получению альгината, образующего водные растворы с высокой вязкостью при низкой концентрации полимера. При увеличении концентрации растворимого альгината натрия до 4-5% растворы переходят в пастообразное состояние. Сушка в тонком слое раствора альгината натрия или соли альгиновой кислоты другого одновалентного металла приводит к образованию эластичных пленок.

Альгиновая кислота хорошо растворяется в растворах щелочей и щелочных солей слабых кислот, а также в концентрированной серной кислоте, растворение в которой сопровождается ее деструкцией.

Альгинаты, в зависимости от способа получения, могут быть полностью замещенными, т. е. все карбоксильные группы полимера будут связаны с катионами, или не полностью - подобно кислым солям. Независимо от степени замещения альгинаты бывают монокатионными, если в их образовании участвует один катион металла, или поликати- онными - при участии нескольких катионов. Полностью замещенные альгинаты одновалентных металлов хорошо растворимы в воде и образуют вязкие, клейкие растворы. Хорошо растворяются в воде альгинаты калия, натрия, аммония и альгинаты моноаминов. Альгинаты не растворяются в спиртах, разбавленных растворах органических и минеральных кислот. Большинство альгинатов двухвалентных металлов, например альгинат кальция, являются пространственными системами и не растворяются ни в одном из растворителей. Их растворение в концентрированной серной кислоте сопровождается деструкцией полимера. Исключение составляет альгинат магния, растворимый в воде.

Такие физические свойства альгинатов, как вязкость водных растворов и способность к гелеобразованию, зависят от молекулярной массы полимера и строения альгиновой кислоты. Гелеобразование в растворах альгинатов определяется значением pH среды, присутствием двухвалентных катионов металлов и соотношением содержания уроно- вых кислот в полимерной цепи. Вязкость водных растворов альгинатов прямо пропорциональна их концентрации в растворе, молекулярной массе и соотношению уроновых кислот. Введение в раствор альгината натрия катионов кальция приводит к образованию геля альгината кальция, легко подвергающегося синерезису. Сухие, измельченные в порошок альгиновая кислота и альгинат кальция не растворяются в органических растворителях, но хорошо набухают в воде (степень набухания составляет более 200%).

Гелеобразование альгинатов с участием катиона кальция определяется ассоциацией блоков, построенных из гулуроновой кислоты. Для альгината кальция показано, что зоны ассоциации имеют надмолекулярную структуру типа «яичной коробки», где каждый катион координируется с пятью кислородными атомами двух остатков?-гулуроновой кислоты в одной из цепочек (рис. 3.2). Поэтому свойства гелей в первую очередь определяются числом и протяженностью блоков звеньев?-гулуроновой кислоты. Блоки?>-маннуроновой кислоты также реагируют с кальцием, но образуют менее жесткую линейную структуру.

Гель вообще не формируется при содержании?-гулуроновой кислоты менее 20-25%, а его прочность увеличивается с возрастанием ее содержания. Прочность геля также линейно возрастает с увеличением степени полимеризации полиуронида до 400-500 кДа. Гели самой альгиновой кислоты - мягкие и устойчивые. Гели альгината кальция - ломкие и термонеобратимые. Их прочность увеличивается с ростом концентрации ионов Са~ 2 при pH около 3,6.

Рис. 3.2.

Таким образом, физико-химические свойства солей альгиновой кислоты зависят от соотношения звеньев уроновых кислот, распределения их блоков и молекулярной массы полимера, что определяется видом водорослей, из которых получена альгиновая кислота (см. табл. 3.1).

Предлагаем Вашему вниманию ряд статей об уникальных целительных свойствах морских водорослей (по материалам одноименной книги кандидата медицинских наук Зубова Л.А.)

Драгоценные вещества – микро и макроэлементы, витамины в водорослях.
Профилактика йододефицита или питание для щитовидной железы.
Помощь имунной системе, имунные регуляторы. Профилактика аллергии.
Применение водорослевых препаратов для лечения желудка, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта.

Альгинаты. Применение альгиновой кислоты в фармакологии.

В 19 веке ученые впервые открыли что в состав некоторых морских растений входит альгиновая кислота. Через несколько лет эту кислоту назвали водорослевой. Именно благодаря этому полисахариду морская капуста обладает многими целительными свойствами. В ламинарии содержится от 15 до 30% альгиновой кислоты. Альгиновая кислота, как и другие полисахариды природного происхождения - целлюлоза, пектины, крахмал, обладает многими полезными свойствами, но в то же время ее отличают и неповторимые, присущие только ей свойства.

Что же такого в этой альгиновой кислоте?

Альгиновая кислота - это полисахарид. Широкому использованию морские полисахариды обязаны такими свойствами как способность к набуханию, как вязкость, взаимодействие с различными структурами. Альгиновая кислота это длинные цепочки полиуроновых кислот, из которых и состоят водорослевые волокна. Эти волокна состоят из двух мономерных единиц - гулуроновой и маннуроновой кислот в разных пропорциях. Волокна водорослей не перевариваются и выводятся кишечником наружу. Альгиновая кислота нерастворима в большинстве органических растворителей в том числе и в воде, как и другие природные полимеры. По другому проявляют себя альгинаты - соли альгиновой кислоты. Альгинат калия, альгинат натрия и альгинат магния очень хорошо растворяется в воде и образуют вязкие растворы. Это свойство альгинатов позволяет их применять в качестве загустителей, стабилизаторов при производстве пищевых продуктов и медицинских препаратов. Если добавить апьгинат натрия ионы кальция легко образуется гель. Альгиновая кислота так же имеет свойство адсорбировать воду массой а 300 раз больше своей.

Ионообменные свойства то же присущи апьгиновой кислоте. Выявлены ряды катионов в порядке увеличения их родства с альгиновой кислотой - если с ней крепче связывается какой либо катион, то он вытесняет из соединения другой катион. Например катионы меди, свинца, стронция, бария имеют более сродство чем катионы кальция к альгиновой кислоте, поэтому катионы кальция будут вытеснены из апьгината кальция катионами свинца и последние будут сами крепко связываться с альгиновой кислотой.

Бурые морские водоросли являются единственным источником для производства альгиновой кислоты. Каждый год на планете производится 25 тысяч тонн альгиновой кислоты. Альгиновая кислота и ее производные нашли применение в парфюмерно-косметической, медицинской, винодепьческой, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.

В последнее время резко возрос спрос на альгинаты в медицине. В медицине альгинаты применяют в качестве биологически активных веществ в медицинских препаратах или вспомогательных веществ для готовых медикаментов. Благодаря свойству альгинатов разбухать в воде и образовывать гелеподобные растворы. они используются как разрыхлители в составе таблеток, что увеличивает всасываемость таблеток в желудочно-кишечном тракте. Апьгиновая кислота используется в 20% таблетированных медикаментов. "Пентальгин" например, при хранении быстро цементируется, всвязи с чем время его растворения в желудке возрастаег до 60 минут, а мы головную боль нужно снять быстро. При добавлении в "Пентальгин" альгиновой кислоты время растворения сокращается до 6 - 10 минут.

Самая удобная форма для медикаментов - капсулы, желудочный сок не разрушает лекарство, и оно всасывается через кишечнике в полном объеме. При производстве капсул обычно используют желатин, но если в желатиновую массу добавить альгинаты, получаются капсулы с избирательной растворимостью в нужных для лекарства зонах желудочно-кишечного тракта, при этом медицинские препараты обладают выраженным действием и способствуют ослаблению действия желудочного сока на активные компоненты лекарства. При этом стоимость альгиновой кислоты и ее солей намного ниже других растительных экстрактов применяемых при изготовлении лекарственных препаратов. Водорослевые компоненты способны полностью заменить дорогие экстракты. В стоматологии альгинат натрия применяют для снятия отпечатков зубов при изготовлении протеза.

Эти и многие другие свойства альгинатов с успехом используют в фармацевтике. В следующих статьях мы расскажем о том, как производные альгиновой кислоты помогают сохранить здоровье в условиях неблагоприятной экологической обстановки, уберечь от современных заболеваний - онкологических, желудочно-кишечных, сердечно-сосудистых, почечных, укрепить иммуннитет.

.
Класс Бурые водоросли (лат. Phaeophyceae),
Вид Ламинария сахаристая (лат. Laminaria saccharina).

«Альгиновая кислота» является составной частью клеточных стенок бурых водорослей.

Альгиновая кислота нерастворима в воде и в большинстве органических растворителей.

Обладает уникальной способностью связывать молекулы воды:
Одна часть альгиновой кислоты адсорбирует (впитывает) 300 массовых частей воды, что позволяет использовать альгиновую кислоту в: биодобавках в пищу (для чистки организма от токсинов и тяжёлых металлов),
в косметике (как компонент кремов и гелей по уходу за кожей лица и тела).

Структурно альгиновая кислота - это гетерополимер, образованный двумя мономерами — остатками полиуроновых кислот (D-маннуроновой и L-гулуроновой) в разных пропорциях.
Их соотношение и определяет физико-химические свойства полисахарида.

Альгинаты в организме человека не перевариваются и выводятся через кишечник.
Благодаря своему уникальному свойству сорбировать и не перевариваться, альгиновая кислота, вступив в соединение, выводит из организма тяжёлые металлы (свинец, ртуть и др.) и радионуклиды.

Многие целебные свойства «морской капусты» объясняются именно альгиновой кислотой .

«Альгиновая кислота» и альгинаты используются в качестве:

кондитерских изделиях

Другие области применения: в производстве красок и в качестве связующего агента.

Соли альгиновой кислоты — альгинаты , а именно:
- альгинат натрия (E401),
- альгинат калия (Е402),
- альгинат кальция (Е404)
используются в качестве пищевых добавок.

Гигиенические нормы:
Допустимое суточное потребление не ограничено.
«Альгиновая кислота» разрешена в качестве гелеобразователя и стабилизатора индивидуально или в смеси с другими гелеобразователями и стабилизаторами.
В РФ разрешена в пищевых продуктах индивидуально или в комбинации с другими альгинатами.

Альгинаты калия и натрия в воде образуют коллоидные растворы, в отличие от нерастворимой альгиновой кислоты.

В стоматологии соль альгиновой кислоты с добавками используется в качестве слепочной массы — для изготовления оттиска челюсти, с дальнейшей отливкой гипсовой модели.

«Альгиновая кислота» для здоровья человека

Широкое использование альгинатов обусловлено их хорошей переносимостью и безвредностью.

Изучено лечебное действие солей альгиновых кислот при иммунодефицитах, вызванных ожогом и стрессом.
Доказано, что применение их способствовало снижению токсемии, усиливало регенерацию ожоговой раны, стимулировало активность В-лимфоцитов и макрофагов.
Альгинатные препараты способствуют фагоцитозу, что обеспечивает их антимикробную, противогрибковую и противовирусную активность.

Соединения на основе альгиновой кислоты притягивают (сорбируют) и делают тем самым неактивными циркулирующие в крови иммунные комплексы, когда их образуется чрезмерное количество и организм не успевает от них очиститься.
Повреждающая роль их доказана при многих заболеваниях.

Соли на основе альгиновой кислоты также связывают лишнее количество иммуноглобулинов (Е), повинных в развитии острых аллергических реакций и заболеваний.
Они стимулируют синтез антител местной специфической защиты (иммуноглобулинов класса А), что в свою очередь делает кожу и слизистые оболочки дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта более устойчивыми к патогенному действию микробов.

С успехом соли на основе альгиновой кислоты применяются в комплексной терапии при заболеваниях сердечно-сосудистой системы.
Их лечебный эффект обусловлен антикоагулянтным, антиоксидантным и гипотензивным действием.
Альгинатные препараты снижают содержание уровня холестерина крови, обладают спазмолитическим действием.
Получены положительные результаты лечения у больных с ИБС ишемической болезнью сердца , миокардиодистрофией, у больных с нарушением ритма.

Прием солей альгиновой кислоты способствовал снижению дозы базисных препаратов при лечении данных патологий, а также обеспечивал выведение из организма аутоантител и циркулирующих иммунных комплексов, играющих одну из основных патогенетических ролей в развитии болезней сердца и сосудов.

Свойства альгиновой кислоты определяют ее сорбционное и гемостатическое действие.
Наилучшим образом это проявляется в отношении радионуклидов и солей тяжелых металлов, что подтверждено многочисленными исследованиями российских и зарубежных ученых.
В эксперименте сорбция радионуклидов стронция и цезия составляла до 90 %, что позволило уже сейчас широко использовать препараты на основе альгиновой кислоты.

Соли альгиновой кислоты (альгинаты):
- не изменяют водно-солевой баланс,
- не поглощают в кишечнике сероводород, необходимый для перистальтики,
- не претерпевают метаболических превращений в организме,
- не токсичны и выводятся из организма в течение 24-48 ч.

Прием альгинатов способствует ослаблению интоксикации, снижает содержание токсичных продуктов пищеварения и уменьшает пищевые и инфекционные аллергические реакции.

Данные многочисленных клинических испытаний подтверждают высокую эффективность солей альгиновой кислоты при различных нарушениях микробиоценоза кишечника, что при современном уровне дисбактериозов наиболее актуально.

Даже в незначительных количествах альгинаты проявляют антимикробное действие , подавляя деятельность патогенных микроорганизмов, таких как стафилококк, грибы рода Candida и способствуют развитию нормальной микрофлоры.

С наибольшим успехом используются альгинаты для профилактики и лечения заболеваний пищеварительной системы.
Способность альгиновой кислоты и ее солей останавливать кровотечения широко используется при лечении язвенных и эрозивных поражений желудочно-кишечного тракта.
При приеме внутрь альгинаты оказывают умеренное антацидное действие, при взаимодействии с соляной кислотой желудочного сока образуют гель, который покрывает слизистую оболочку по типу «желудочной повязки», предохраняя ее от дальнейшего воздействия соляной кислоты и пепсина, останавливая кровотечение.
Альгинаты благотворно влияют на функции печени, поджелудочной железы и почек.

Выявленные противорадиационные свойства солей альгиновой кислоты при внешнем облучении и существенная антидотная способность позволяют считать альгинатные препараты одними из самых эффективных противорадиационных средств .
Эти препараты прекрасно зарекомендовали себя при лечении лиц, принимавших участие в ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС.

В обширном ассортименте перевязочных средств особое место занимают рассасывающиеся на ране лечебные повязки на основе солей альгиновой кислоты.

Опыт клинического применения альгинатных покрытий на раны и ожоги показал, что они обладают хорошими дренирующими свойствами, ускоряют очищение ран, снижают их инфицированность, заметно снижают отек окружающих тканей, обладают выраженным кровоостанавливающим действием, способствуют благоприятному течению раневого процесса.

Не менее эффективными являются мази, кремы и маска-гель на основе солей альгиновой кислоты.

Альгинатные покрытия оказались эффективными в стоматологической практике при лечении парадонтоза и других заболеваний полости рта.

Альгиновая кислота – это вещество из класса высокомолекулярных полисахаридов. Содержится предпочтительно в клетках бурых водорослей.

Применяется в пищевой, текстильной, фармацевтической и косметической промышленностях, используют для создания сварочных электродов и кормов для животных.

Общая характеристика

Ламинария (морская капуста) обладает множеством полезных для человека свойств. И не в последнюю очередь благодаря наличию в ее составе альгиновой кислоты. Другое название кислоты – водорослевая, поскольку была найдена в морских растениях зеленого, бурого и красного цвета. И что интересно, ламинария почти на четверть состоит именно из этого вещества. Эта гелеобразная субстанция обеспечивает водорослям «желейные тела» и гибкость.

Альгиновая кислота обладает многими уникальными свойствами. Одно из них – исключительно высокая абсорбция воды. Только 1 г вещества способен втянуть в себя около 300 мл жидкости. С другой стороны, почти в 14 раз превышает клеящие способности крахмала. А гуммиарабик в этом плане в 37 раз хуже, чем альгинаты. Кислота не растворяется в воде либо других органических жидкостях. Представляет собой гетерополимерную субстанцию, созданную из остатков полиуроновых веществ.

В 1883 году британский исследователь и фармацевт Э. Стэнфорд открыл это вещество, исследуя ламинарию. Ученый сделал вывод, что уникальная структура кислоты формируется в водорослях в процессе биосинтеза. И стоит отметить, что в разных странах и на разных участках Мирового океана состав альгиновой кислоты в растениях может немного отличаться. Это объясняется природным воздействием и пропорциями D-маннуровой и L-гиалуровой кислот, входящих в состав альгинатов.

Альгинаты (соли кислоты), попадая в человеческий организм, не расщепляются и выводятся из него в непереваренном виде. Этим свойством напоминают функции клетчатки. Но эффективность альгинатов более высокая. Благодаря способности втягивать в себя жидкость, соли водорослевой кислоты выводят из организма радионуклиды и тяжелые металлы. Эксперимент показал, что водорослевая кислота может связать и вывести примерно 90 процентов цезия и стронция. Поэтому препараты, в составе которых есть кислота или ее соли, считаются лучшими средствами против радиации.

Производство

Сырьем для альгинатов служат обычно бурые водоросли, которые чрезвычайно распространенные в Мировом океане и способны вырастать до нескольких сантиметров ежедневно. Для изъятия альгиновой кислоты водоросли сначала сушат и измельчают, затем промывают и оставляют набухать в кислой среде. Следующий этап – экстракция альгинатов из набухших водорослей. Для этого в субстанцию добавляют каустическую соду. После осветления и очищения от волокна, лаборанты получают водный раствор альгината натрия. В результате последующих манипуляций ученые добиваются так называемых «кислотных осадков» и получают чистую водорослевую кислоту.

Полезные свойства

Альгиновая кислота – это эффективный антиоксидант и средство, очищающее организм от токсинов и тяжелых металлов.

Также незаменима при интоксикациях.

Для сердечно-сосудистой системы польза от кислоты состоит в снижении артериального давления и уровня плохого холестерина. Обладая антимикробными и противовирусными свойствами, защищает организм от вредоносной микрофлоры, грибков и бацилл. Помимо этого альгинаты уменьшают болевые ощущения при спазмах, снижают риски возникновения аллергий.

Зачем нужна человеку

Препараты, содержащие альгиновую кислоту, используют для лечения самых разных нарушений и расстройств. Наиболее частые причины для интенсивного потребления водорослей:

атеросклероз;
зашлакованность организма;
слабый иммунитет;
кожные заболевания;
повышенная пигментация;
целлюлит;
кардиологические болезни;
интоксикация.

Но хоть водорослевая кислота весьма полезна для человека, есть случаи, когда этим веществом лучше не злоупотреблять. Среди наиболее веских причин отказаться от нори, ламинарии или красной икры:

авитаминоз (есть мнение, что препятствует всасыванию некоторых витаминов);
беременность;
болезни печени;
дисфункция щитовидной железы;
частые расстройства пищеварения;
злокачественные образования.

Недостаток или избыток: как понять

Поскольку организм не способен самостоятельно вырабатывать альгиновую кислоту, в человеческое тело вещество попадает только извне: с едой, биодобавками, медикаментами. В последнее время особую популярность приобрели препараты на основе ламинарии, спирулины и других, богатых кислотой, растений. Ослабленный иммунитет, высокая склонность к аллергиям, отравление – это именно те признаки, по которым можно понять, что организм просит «подкормки» в виде водорослевой продукции.

Натуральные средства редко вызывают побочные эффекты или передозировку. Но если на фоне потребления альгиновой кислоты появилась тошнота, нарушилась работа пищеварительной системы, кожа покраснела и начала зудеть, от препарата лучше отказаться и проконсультироваться с врачом.

Использование в пищевой промышленности

Альгиновая кислота и ее соли (альгинаты) в пищевой промышленности – ингредиенты не новые. Как минимум 5 Е-шек на этикетках продуктов питания обозначают именно ее. Собственно кислота прописалась в списке ингредиентов как Е400. Ее соли разместились под «именами» Е401, Е402 и Е404. Пищевая добавка агар-агар, созданная из водорослей, обозначается номером 406.

В продуктах «водорослевые» добавки играют роль загустителей, а также применяются для создания ложной красной икры. А вот при выпечке хлеба использование Е400 предотвращает быстрое зачерствение готового изделия.

Применение в медицине

Благодаря свойству втягивать в себя воду, водорослевая кислота является важным компонентом лекарственных гелей и некоторых других медпрепаратов, в частности капсульных. Почти пятая часть всех современных лекарств содержит в себе альгиновое вещество. А в области стоматологии альгинаты помогают создавать слепки зубов.

Лечебные свойства солей водорослевой кислоты позволяют применять их в качестве средства против ожогов. Исследования доказали эффективность вещества в процессе регенерации кожи на месте ожоговых ран.

Альгинаты активно применяются при аллергиях и для повышения иммунитета. Соли кислоты назначают пациентам с сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также в качестве спазмолитического препарата. Результаты исследований показывают эффективность альгинатов в лечении ишемической болезни сердца, аритмии, миокардиодистрофии.

Но на этом использование альгинатов в здравоохранении не ограничивается. Эти вещества применяют в таких целях:

для производства медпрепаратов разных форм;
в качестве компонента биологически активных добавок;
для создания салфеток, марли, ваты и других средств для остановки крови.

Польза для пищеварительной системы

Чаще всего способность альгиновой кислоты втягивать жидкость медики применяют для остановки внутренних кровотечений, в том числе при язвенных болезнях. Помимо этого альгинаты снижают агрессивность желудочного сока, ускоряют заживление ран на слизистых покровах желудочно-кишечного тракта. Попадая в органы пищеварения, соли водорослевой кислоты приобретают желеобразную консистенцию и создают дополнительный защитный покров.

Обладая сорбирующим эффектом, альгинаты удаляют из ЖКТ продукты распада протеинов, углеводов, липидов, радионуклеиды и другие вредные вещества, нейтрализуют элементы, препятствующие развитию правильной микрофлоры кишечника.

Исследователи утверждают, что альгиновая кислота способна вытеснить из организма Кандиду, стафилококк и другие патогенные грибки и вирусы. Даже в небольших дозах альгинаты действуют на организм как антимикробное средство.

Популярность применения солей водорослевой кислоты объясняется их свойствами. Они не токсичны и быстро выходят из организма (до 48 часов), не нарушают солевой баланс тела, а также не влияют на сероводород, содержащийся в кишечнике для нормальной перистальтики.

В индустрии красоты

Маски на основе альгинатов благотворно влияют на кожу любого типа. Регулярное использование таких косметических средств позволяет восстановить структуру эпидермиса, разгладить мелкие морщины. Кремы и маски с ламинарией являются действенным средством против целлюлита. Богатые альгиновой кислотой вещества применяют также для обертываний против «апельсиновой корки».

Пищевые источники

Исходя из названия кислоты, становится понятно, что наивысшая концентрация натурального вещества представлена в водорослях. В частности, желая побаловать свой организм, важно в первую очередь обратить внимание на морскую капусту, водоросли нори, спирулину, а также красную икру.

Но не только дары моря содержат в себе альгиновую кислоту. Сладкоежки могут обеспечить себя веществом из мармелада, зефира, мороженого, желейных конфет, «птичьего молока», йогуртов. Также это вещество есть в детских молочных смесях, суфле, блюдах молекулярной кухни.

О том, что водоросли – отличный источник йода и калия, известно многим. А о наличии в этом полезном продукте альгиновой кислоты, знает не так много людей. Меж тем, водорослевая кислота и ее соли не менее полезны для человека. Впрочем, вы об этом уже знаете. Теперь у вас появилась еще одна веская причина вспомнить о морской капусте и приготовить к обеду, например, салат из нее. И вкусно, и полезно.

Альгиновые кислоты – главный структурный компонент клеточных стенок бурых морских водорослейLaminaria ,Macrocystis pyrifera ,Fucus ,Phaeophyta и др. Содержание альгиновых кислот в бурых водорослях может составлять 20 - 40% от массы воздушно-сухого сырья. Альгиновые кислоты продуцируют также некоторые виды бактерий, главным образом представители родовAzotobacter vinelandii иPseudomonas .

Историческая справка. Альгиновые кислоты впервые были выделены более 100 лет назад из нескольких бурых водорослей.Позже эти полисахариды были найдены во всех без исключения видах бурых водорослей, где они являются компонентами клеточной стенки и межклеточного вещества.

В 1982 г. довольно неожиданно альгиновые кислоты были обнаружены в одном из видов известковых красных водорослей, принадлежащем к семейству Со r а llina сеае . В работах Усова А.И. с сотруд. показано, что наличие альгинатов действительно является отличительным признаком представителей этого семейства. В прочих растениях эти полисахариды не найдены.

Получение

Для промышленного получения альгиновых кислот используют бурые морские водоросли, главным образом родов ламинария (Laminaria ) и макроцистис (Macrocystis ). Биомассу водорослей предварительно обрабатывают разбавленным водным раствором минеральной кислоты для удаления низкомолекулярных соединений, двухвалентных катионов и сопутствующих водорастворимых полисахаридов (ламинарина, фукоидина). Альгиновые кислоты из очищенной биомассы экстрагируют раствором соды или щелочи и осаждают из экстракта этиловым спиртом, подкислением или переводом в нерастворимую Са 2+ -соль.

Препаративный выход альгиновых кислот используют для оценки их содержания в биомассе водоросли.

Химическое строение и молекулярная структура

Альгиновые кислоты являются полиуронидами , т.е. полисахаридами, молекулы которых построены из остатковуроновых кислот . В составе альгиновых кислот были найдены вначалеD -маннуроновая (рис.1 а), а затемL -гулуроновая (рис.1 б)кислоты .

С помощью частичного гидролиза и выделения соответствующего дисахарида было установлено, что остатки обеих уроновых кислот входят в состав одной и той же молекулы полимера. Согласно современным представлениям, основанным на многочисленных результатах метилирования, периодатного окисления и ряда физико-химических методов структурного анализа (главным образом спектроскопии ЯМР), макромолекулы альгиновых кислот линейны и построены из звеньев остатков  - D -маннуроновой (М ) и - L -гулуроновой кислот (G ), находящихся впиранозной форме и связанных -(1→4)-гликозидными связями (рис.2).

Бактериальные альгиновые кислоты отличаются от водорослевых тем, что часть их гидроксильных групп обычно ацетилирована , причем ацетильные группы занимают положения С 2 или С 3 (иногда сразу оба) в остатках-D -маннуроновой кислоты.

Альгиновые кислоты из разных источников могут различаться соотношением маннуроновой и гулуроновой кислот (величиной M / G ), а также распределением мономерных звеньев вдоль цепи полимера. С помощью частичного гидролиза и фракционирования олигомерных продуктов было установлено, что распределение мономерных звеньев в макромолекулах альгиновых кислот носитблочный характер , т.е. имеются участки, построенные практически только из остатков какой-либо одной уроновой кислоты (М-блоки иG -блоки ). Эти блоки разделены участками, которые содержат приблизительно равные количества обоих моносахаридов, расположенных в виде более или менее строго чередующейся последовательности (MG -блоки ). Такое своеобразное строение является результатом ступенчатого биосинтеза молекул полисахарида, при котором вначале образуются линейные полиманнуронаны, а затем в этих полимерных предшественниках происходит эпимеризация при атоме С 5 части остатков-D -маннуроновой кислоты под действием специфического фермента – полиманнуронан-С(5)-эпимеразы, что приводит к появлению в составе полимера остатков-L -гулуроновой кислоты.

Размер и взаимное расположение отдельных блоков оказывают решающее влияние на свойства альгиновых кислот и их солей – альгинатов . Остатки-D -маннуроновой и-L -гулуроновой кислот при всей их структурной близости (эти остатки различаются только конфигурацией при одном из асимметрических центров, а именно при атоме С 5 (см. рис.1)) имеют противоположную конформацию пиранозного цикла (соответственно 4 С 1 и 1 С4), что приводит к совершенно различной форме полимерных молекул в участкахполи-М иполи- G (рис.3).

Кроме того, гидроксильные группы -D -маннуроновой кислоты располагаются диэкваториально, что обуславливает объединение звеньев остатков моносахарида в вытянутую цепь, структура которой получила название«ленточной» . Гидроксильные группы остатков-L -гулуроновой кислоты располагаются диаксиально. При их объединении в цепь также формируется «ленточная» структура, но складчатого типа. Поскольку соседние звеньяG-блоков оказываются расположенными достаточно близко друг к другу, между ОН-группами образуются водородные связи. Они стабилизируют цепь, что делаетG-блоки более жесткми в сравнении с М-блоками, у которых внутримолекулярные Н-связи отсутствуют.