TỔNG QUAN VỀ ALGINATE
Định nghĩa alginate
Alginate là một polymer sinh học chiết xuất từ tảo nâu như Laminaria hyperbore, Laminaria digitata, Laminaria japonica, Asco-phyllum nodosum và Macrocystis pyrifera thông qua dung dịch kiềm như NaOH Sau khi chiết xuất, phần alginate được lọc và thêm NaCl; CaCl2 được bổ sung qua màng lọc Muối alginate được hình thành từ axit alginic bằng cách hòa tan HCl Để đạt độ tinh khiết cao, alginate được hòa tan trong nước, sau đó sấy khô, với nồng độ alginate khoảng 22-30% cho A nodosum và 25-45% cho L.
Alginate vi khuẩn, có nguồn gốc từ Azotobacter và Pseudomonas, sở hữu nhiều cấu trúc hóa học và tính chất vật lý phong phú hơn alginate từ tảo Việc tổng hợp alginate có thể được phân thành nhiều nhóm, bao gồm tổng hợp từ chất nền, trùng hợp, và chuyển đổi cũng như sửa đổi màng tế bào chất.
Alginate là muôi của acid alginic với một polymer 𝛽-1,4-D-Manuroic acid (M) và 𝛼-1,4-L-Guluronic acid (G)
Nó tồn tại dạng sợi, hạt hay bột màu trắng để nâu Được dùng chất tạo đông, chất ổn định chất tạo gel, chất nhũ hóa
Hình 1 1 Rong biển Asco-phyllum nodosum
Hình 1 2 Rong biển Laminaria digitata
Hình 1 3 Rong biển Macrocystis pyrifera Hình 1 4 Rong biển Laminaria hyperbored
Cấu trúc alginate
According to Theo Fischer and Dorfel, alginate is an anionic polysaccharide composed of linear copolymers of α-L-guluronic acid (G) and β-D-mannuronic acid (M) The structure consists of consecutive G units interspersed with M units, forming sequences such as (M-M-M-G-G-G) and (M-G-M-G-M-G).
Alginates được chiết xuất từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến sự khác biệt về tỷ lệ M/G và độ dài mỗi khối Hiện nay, có hơn 200 loại alginate đang được sản xuất Đặc biệt, nồng độ khối G của L hyperborean đạt 60%, trong khi alginate thương mại thường có nồng độ nằm trong khoảng 14-31%.
Hình 1 1 Cấu trúc hóa học của khối M, khối G và khối xen kẽ trong alginate
- Chiều dài của các Block [7]
Hình 1 2 Chiều dài của khối M và khối G
Phân loại
- Alginate được sản xuất từ rong biển: Phaeophyceae và Laminaria
- Alginate được tổng hợp từ Pseudomonas aeruginosa và Azotobacter vinelandi
Công thức phân tử: (C5H7O4COONa)n
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 401 [3]
Khối lượng phân tử của sodium alginates thương mại trong khoảng vùng
32000 và 400000 g/mol Mối quan hệ các thông số Mark – Houwink [𝜗] = 𝐾𝑀 𝑣 𝛼 cho sodium alginate trong dung dịch 0.1M NaCl ở 25 o C có hệ số K=2.10-3 và
Độ nhớt động học (𝜗) của dung dịch alginate được xác định bằng hệ số 𝛼=0.97 và độ nhớt trung bình phân tử (Mv) Khi pH giảm xuống trong khoảng 3-3.5, độ nhớt của dung dịch alginate tăng lên do sự hình thành proton hóa và liên kết hydro từ nhóm carboxylate trong cấu trúc alginate.
Tăng khối lượng phân tử của alginate có thể cải thiện tính chất vật lý, nhưng khi dung dịch alginate tạo ra các hạt có khối lượng phân tử cao, độ nhớt của chúng sẽ tăng, gây khó khăn trong quá trình xử lý.
Hình 1 3 Cấu trúc hóa học của Sodium Alginate
Công thức phân tử: (C5H7O4COOK)n
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 402 [3]
Hình 1 4 Cấu trúc hóa học của Potassium Alginate
Công thức phân tử: (C5H7O4COOCa)n
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 404 [3]
Hình 1 5 Cấu trúc hóa học của Calcium Alginate
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 403 [3]
Hình 1 6 Cấu trúc hóa học của Ammonium Alginate
- Ngoài ra còn có: Alginate Propylen glycon:
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 405 [3]
Công thức phân tử: C5H7O4COOCH2-CH-CH3
Hình 1 7 Cấu trúc hóa học của Alginate Propylen glycon
Tiêu chuẩn chất lượng của alginate
Tiêu chuẩn chất lượng của sodium alginate [3]
Theo TCVN 12101-2:2017 Tiêu chuẩn này áp dụng cho sodium alginate sử dung làm phụ gia thực phẩm
Dạng hạt, bột hoặc sợi mãnh màu trắng đến vàng nâu
Tan chậm trong nước, tạo ra dung dịch nhớt Không tan trong etanol và ete
1.5.1.3 Phép thử tạo kết tủa với CaCl 2
Thêm dung dịch canxi clorua 2.5% vào hỗn hợp mẫu thử 0.5% trong dung dịch natri hydroxit 1M, với thể tích dung dịch canxi clorua bằng 1/5 thể tích dung dịch thử, sẽ tạo ra một khối lớn dạng keo.
Chú thích: Phép thử này phân biệt sodium alginate, natri carboxymethyl cellulose, carragenan, gelatin, methyl cellulose, tinh bột, …
6H7NaO6)n, % khối lượng tính theo chất khô
2 Hao hụt khối lượng sau khi sấy,
% khối lượng, không lớn hơn
3 Hàm lượng các chất không tan trong nước, % khối lượng tính theo chất khô, không lớn hơn
4 Hàm lượng asen, mg/kg, không lớn hơn
5 Hàm lượng chì, mg/kg, không lớn hơn
5 a)Tương ứng với lượng cacbon dioxit sinh ra từ 18,0 đến 21,0 % khối lượng tính theo chất khô
Bảng 1 1 Các chỉ tiêu lý – hóa của Sodium Alginate
1.5.3 Các chỉ tiêu vi sinh
Các chỉ tiêu vi sinh của sodium alginate theo quy định Bảng 2
1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí,
2 Tổng số nấm men và nấm mốc,
3 Coliform, MPN/g Không được có
4 Salmonella, CFU/25 g Không được có
Bảng 1 2 Các chỉ tiêu vi sinh của Sodium Alginate
Tan chậm trong nước, tạo ra dung dịch nhớt Không tan trong etanol và ete
Theo TCVN 6469:2010, một chất được coi là "không tan" khi cần từ 10.000 phần dung môi trở lên để hòa tan 1 phần chất tan Ngược lại, chất được gọi là "tan được" nếu cần từ 10 đến dưới 30 phần dung môi để hòa tan 1 phần chất tan.
1.5.4.3 Phép thử tạo kết tủa với CaCl2
Thêm 2.5% dung dịch canxi clorua vào 0.5% mẫu thử trong dung dịch natri hydroxit 1M, với thể tích dung dịch canxi clorua là 1/5 thể tích dung dịch thử, sẽ tạo ra một khối lớn dạng keo.
Chú thích: Phép thử này phân biệt sodium alginate, natri carboxymethyl cellulose, carragenan, gelatin, methyl cellulose, tinh bột, …
1.5.4.4 Phép thử tao kết tủa với amoni sulfat
Thêm dung dịch amoni sulfat bão hòa vào hỗn hợp mẫu thử 0.5% trong dung dịch natri hydroxit 1M, với thể tích dung dịch amoni sulfat bằng thể tích dung dịch thử, không tạo kết tủa.
1.5.4.5 Các chỉ tiêu lý – hóa
(C6H7NaO6)n, % khối lượng tính theo chất khô
2 Hao hụt khối lượng sau khi sấy,
% khối lượng, không lớn hơn
3 Hàm lượng các chất không tan trong nước, % khối lượng tính theo chất khô, không lớn hơn
4 Hàm lượng asen, mg/kg, không lớn hơn
5 Hàm lượng chì, mg/kg, không lớn hơn
5 a)Tương ứng với lượng cacbon dioxit sinh ra từ 16,5 đến 19,5 % khối lượng tính theo chất khô
Bảng 1 3 Chỉ tiêu lý hóa của potassium alginate
1.5.4.6 Các chỉ tiêu vi sinh
1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí,
2 Tổng số nấm men và nấm mốc,
3 Coliform, MPN/g Không được có
4 Salmonella, CFU/25 g Không được có
5 Tổng số vi sinh vật hiếu khí,
Bảng 1 4 Chỉ tiêu vi sinh của potassium alginate
Dung dịch alginate không đông lại khi làm lạnh, khác với agar Khi làm lạnh đông và hòa tan trong dung dịch Na-alginate, ion Ca2+ có thể làm tăng độ nhớt của dung dịch.
Muối alginate của kim loại kiềm, amonia và amin có khối lượng phân tử thấp có khả năng tan trong nước nóng hoặc nước lạnh, trong khi các muối hóa trị II hoặc III lại không tan trong nước.
Dung dịch alginate có độ nhớt cao, phụ thuộc vào tỉ lệ M/G, khối lượng phân tử và sự hiện diện của điện phân Độ nhớt của dung dịch giảm khi nhiệt độ tăng và chỉ bị ảnh hưởng nhẹ bởi độ pH trong khoảng 4-10 Đặc biệt, dung dịch có độ pH từ 5-10 có thể duy trì ổn định lâu dài ở nhiệt độ phòng.
Tính chất của alginate với kim loại có hóa trị I:
- Dễ bị cắt bởi acid, kiềm mạnh, nhiệt độ, enzyme
- Khi tương tác với acid hữu cơ thì tách alginic tự do
- Dễ hòa tan trong nước, tạo thành dung dịch có độ keo nhớt, độ dính cao
- Khi làm lạnh không đông, khi khô trong suốt có tính đàn hồi
Tính chất của alginate với kim loại hóa trị II:
- Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại
- Không hòa tan trong nước
- Khi ẩm thì dẻo (gel alginate), khi khô có độ cứng cao và khó thấm nước, tỷ trọng thấp [10]
Alginate có khả năng tạo ra màng dẻo, đàn hồi và chịu dầu, giúp ngăn chặn sự thấm qua của oxy và chất béo, từ đó ức chế hiện tượng oxy hóa trong thực phẩm Màng này không chỉ giảm thiểu sự thất thoát ẩm mà còn tăng thời gian sử dụng và chất lượng sản phẩm Hơn nữa, màng bao ăn được có thể giảm thiểu tác hại từ quá trình chế biến, đồng thời kéo dài thời gian bảo quản và ngăn chặn mất mát ẩm cũng như các phản ứng oxy hóa.
Khi Alginate được hòa tan trong nước, chúng hấp thụ nước và tạo ra một dung dịch nhớt Độ nhớt của dung dịch này phụ thuộc vào chiều dài của các phân tử Alginate, cũng như cách sắp xếp của chúng.
Trong một số trường hợp, nồng độ thấp của các cơ chất như CaSO4 và CaCO3 có thể làm tăng ion canxi, dẫn đến sự hình thành các liên kết chéo trong phân tử Alginate Sự kết hợp này không chỉ làm tăng trọng lượng phân tử mà còn nâng cao độ nhớt của dung dịch Khi Alginate được hòa tan trong nước, nó sẽ ngậm nước và tạo ra dung dịch nhớt, với độ nhớt tỉ lệ thuận với chiều dài phân tử của Alginate.
Thấp Trung bình Cao Rất cao
Bảng 2 1 Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 20oC)
Hình 2 1 Biểu độ so sánh độ hòa tan ở giá trị p H từ 1 – 3
Sử dụng trong các loại nước sốt, syrup và kem Thêm Alginate có thể làm kem không nhớt và tạo bề mặt để bao gói với vỏ plastic
Nhũ tương trong dầu như là mayonnaise, salad gia vị thì ít có khả năng phân lớp thành dầu và nước nếu được tạo sệt với Alginate
Sodium Alginate không hiệu quả trong nhũ tương có tính axit, vì axit alginic không tan trong môi trường này Thay vào đó, Propylene Glycol Alginate (PGA) được sử dụng do tính bền vững trong điều kiện axit nhẹ.
Alginate cải thiện cấu trúc, hình dạng và độ lấp lánh trong yogurt, trong khi PGA giúp ổn định protein của sữa trong môi trường axit Đối với một số loại nước quả, cả đục và trong, sodium Alginate hoặc PGA được thêm vào để ngăn chặn sự lắng đọng của huyền phù.
Các tính chất cơ học của màng bao có thể phân hủy được cải thiện bằng cách sử dụng chất hóa dẻo để làm dẻo mạng lưới polymer, giúp tăng tính linh hoạt và giảm độ giòn Chất hóa dẻo cần có đặc tính hòa tan tương tự như polymer để ngăn ngừa sự tách rời trong quá trình ứng dụng lớp phủ, đồng thời phải có nhiệt độ sôi cao và ổn định lâu dài Việc bổ sung chất hóa dẻo vào màng alginate, như glycerine và sodium lactate, đã cho thấy sự cải thiện về tính đàn hồi so với sorbitol, và khả năng tương thích sinh học của các chất này cũng rất quan trọng Các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình hóa dẻo.
2.8 Khả năng tương thích sinh học
Alginate có khả năng tương thích sinh học, nhưng độ tinh khiết của nó đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mức độ tương thích này Nghiên cứu cho thấy, Alginate với nồng độ M cao hơn G có khả năng sinh miễn dịch mạnh gấp 10 lần so với Alginate có nồng độ G cao Do Alginate được chiết xuất từ nguồn tự nhiên, nó thường chứa tạp chất như kim loại nặng, nội độc tố và các hợp chất polyphenolic Việc đảm bảo độ tinh khiết cao trong Alginate là cần thiết để giảm thiểu phản ứng không mong muốn khi cấy ghép mô cho động vật, từ đó tránh gây viêm nhiễm và độc tính.
Vì vậy, việc alginate được tinh khiết qua nhiều bước quy trình chiết xuất để đạt đến độ tinh khiết cao
Việc sử dụng alginate dạng gel trong phân phối thuốc đang ngày càng phát triển, với nhiều dược phẩm được áp dụng Phân phối thuốc bao gồm các phương pháp, công thức, kỹ thuật sản xuất, hệ thống bảo quản và công nghệ nhằm vận chuyển hợp chất dược phẩm đến vị trí mục tiêu, đạt hiệu quả điều trị mong muốn Bài viết này sẽ mô tả những tiến bộ gần đây trong việc sử dụng alginate và các dẫn xuất của nó để kiểm soát quá trình phân phối thuốc.
3.1.1 Phân phối cho thuốc dạng có khối lượng phân tử thấp
