Полимеры. Полимеры Морозова. Реферат альгиновая кислота и её соли. Получение, свойства, применение
 Скачать 76.23 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра фармацевтической химии и фармацевтической технологии РЕФЕРАТ Альгиновая кислота и её соли. Получение, свойства, применение. Исполнитель: студентка 4 курса 407 группы фармацевтического факультета ВО Морозова Елизавета Сергеевна Руководитель: Добрина Ю. В. ВОРОНЕЖ 2022г. Введение Альгиновая кислота - природный полисахарид, состоящий из остатков D-маннуроновой и L-гулуроновой кислот, соединенных между собой р-гликозидной связью. Известно, что альгиновая кислота и ее соли (альгинаты) нетоксичны и биоразлагаемы, обладают значительной адсорбционной активностью по отношению к тяжелым и радиоактивным металлам, что позволяет их использовать в пищевой промышленности, в медицине, фармакологии. Однако до настоящего времени использование альгиновой кислоты и ее солей не находит широкого применения, поскольку известные способы их производства дороги, трудоемки и имеют следующие недостатки: применение агрессивных химических реагентов - серной и соляной кислот, гидроксида натрия, солей хлорноватистой кислоты; многостадийность; требуют большого количества вспомогательного оборудования. Упрощение процесса производства альгиновой кислоты и альгинатов может быть осуществлено в результате применения более дешевой и относительно безопасной электрохимической технологии. Целесообразность совершенствования процесса получения альгиновой кислоты подтверждают разработанные в последние годы на ОАО «Протеин» (г. Мурманск) электрохимические технологии глубокой переработки гидробионтов (получение хитозана из панцирьсодержащего сырья, гидролизатов из рыбы, электрохимическая рафинация рыбных жиров). Актуальность получения альгинатов из бурых водорослей обусловлена также наличием в Северо-Западном регионе необходимой для этого сырьевой базы. Изучение коллоидно-химических свойств альгиновой кислоты позволит расширить области научно-обоснованного ее применения в различных отраслях промышленности. Происхождение Альгинаты широко распространены в природе в качестве структурных компонентов бурых морских водорослей. Межклеточный альгинат придает водорослям механическую прочность и гибкость и составляет 40% от сухой массы водоросли. Состав противоионов обеспечен морской водой: Na, Ca, Mg, Ba и стронций. Структура альгинатов Альгинаты представляют собой семейство неразветвленных бинарных сополимеров, образованных остатками β-D-маннуроновой кислоты (М) и α -L-гиалуроновой кислоты (Г), соединенными (1→4)-связью, сильно различающимися по составу и последовательности.  Рис. 3.4. Структурные характеристики альгинатов: α – мономеры альгината; б – конформация цепи; в – блочное распределение Промышленное производство Альгинат является самым важным полисахаридом в бурых водорослях, составляя до 40% сухого вещества. Он находится в межклеточной матрице в виде геля, содержащего ионы натрия, кальция, магния, стронция и бария. Благодаря своей водоудерживающей способности, а также гелеобразующим, вязкообразующим и стабилизирующим свойствам альгинат широко применяется в промышленности. Производство составляет около 30 000 тонн в год, что не превышает 10% ежегодно синтезируемой биомассы водорослей. Экономически выгодно промышленное культивирование этих водорослей, что и делают в Китае. Впервые альгинат был описан британским химиком Е. К. К. Стенфордом (E. С. С. Stanford) в 1881 г. Так как внутри водоросли альгинат находится в нерастворимой форме, а состав противоионов определяется ионообменным равновесием с морской водой, первым шагом в производстве альгината является обмен протонами посредством его экстрагирования из измельченной ткани водоросли с помощью неорганической кислоты (0,1-0,2 М). На втором этапе процесса альгиновую кислоту переводят в растворимую форму посредством нейтрализации, например карбонатом натрия или гидроксидом натрия, с целью образования растворимого в воде альгината натрия. Растворимый альгинат натрия осаждают спиртом, хлоридом кальция или неорганической кислотой. При необходимости его переводят в натриевую форму, затем высушивают и измельчают. Кроме альгината натрия производят также и другие растворимые альгинаты, такие как соли калия и аммония. Единственным производным альгинатов, на сегодняшний день имеющим промышленное значение, является пропиленгликольальгинат (ПГА), который получают методом этерификации альгината оксидом пропилена. Пропиленгликольальгинат используется при производстве пива и соусов для салатов, так как он обладает высокой растворимостью при низких значениях рН. Водоросль измельчают, обрабатывают соляной кислотой для получения альгиновой кислоты, фильтруют, промывают. На втором этапе нейтрализуют содой или гидроксидом натрия и получают растворимый альгинат натрия. Примеси удаляют фильтрованием, растворимый альгинат осаждают спиртом, хлоридом кальция или неорганической кислотой (полученную в этом случае кислоту опять переводят в альгинат натрия). Кроме альгината натрия производят также и другие растворимые альгинаты, такие как соли калия и аммония, а также пропиленгликольалгинат (ПГА), который получают этерификацией альгината окисью пропилена. ПГА используют при производстве пива и соусов для салатов, т.к. он обладает высокой растворимостью при низких значениях рН. Поведение в водных системах Альгиновая кислота (Е 400) набухает при комнатной температуре, растворяется при нагревании, гели образует при подкислении. Альгинаты (Е 401 - 404) растворимы в воде комнатной температуры, образуют гели при рН<4 или в присутствии ионов Са2+. Свойства 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 полиуретановых 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. В разных странах и на разных участках Мирового океана состав альгиновой кислоты в растениях может немного отличаться. Это объясняется природным воздействием и пропорциями D-маннуроновой и L-гиалуроновой кислот, входящих в состав альгинатов. Альгинаты (соли кислоты), попадая в человеческий организм, не расщепляются и выводятся из него в непереваренном виде. Этим свойством они 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 альгиновая кислота может связать и вывести примерно 90% цезия и стронция. Поэтому препараты, в составе которых есть кислота или ее соли, считаются лучшими средствами против радиации. Влияние на иммунитет Исследования, проведенные в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте вакцин и сывороток, показали, что применение альгинатов повышает эффективность противовирусных вакцин и позволяет снизить дозу антибактериальных препаратов при их совместном использовании. Там же было 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. Они 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. Альгинаты 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. Альгинат натрияки слота Способен к избирательному связыванию и выведению из организма ионов тяжелых металлов и радионуклидов. В основе противорадиационной активности лежит специфическое действие альгината натрия на мембраны клеток крови, слизистые оболочки желудка и кишечника, в результате чего резко возрастает их устойчивость к повреждающим факторам. Альгинат натрия не токсичен, не обладает аллергизирующим, эмбриотоксическим и мутагенным действием, может использоваться в лечебных и профилактических целях в течение длительного времени. Альгинат кальция Альгинат кальция является сильным сорбентом радионуклидов и солей тяжелых металлов. При пероральном применении препарат способен связывать радионуклиды стронция, цезия, бария, радия, плутония, а также тяжелые металлы (свинец, кадмий) в желудочно-кишечном тракте и выводить их из организма. Использование альгиновой кислоты в форме кальциевой соли повышает сорбционные свойства препарата в отношении тяжелых металлов и радиоизотопов и позволяет избежать отрицательного влияния на баланс кальциевых солей в организме. Альгинат кальция - эффективное средство введения в организм кальция при повышенных потребностях в нем или при нарушениях его обмена (особенно нуждаются в нем беременные и кормящие женщины, растущие дети; при остеопорозе различного генеза, пре- и постменопау-зальной деминерализации костей, сращении переломов и др.). Ионы кальция обладают хорошими гипоаллергеными свойствами. Альгинат калия Альгинат калия обладает высокой сорбционной активностью, что способствует выведению из организма радионуклидов, солей тяжелых металлов, жирных кислот и холестерина. Оказывает гипоаллергенное, регенерирующее, противовоспалительное и гемостатическое действия. Оказывает благоприятное действие на функции сердечнососудистой системы: способствует нормализации нарушений сердечного ритма, благоприятно влияет на течение стенокардии у больных с ишемической болезнью сердца, позволяет оптимизировать процесс лечения миокардиодистрофий различного генеза. Альгинат магния Препарат обладает высокой сорбционной активностью, способствует выведению радионуклидов, солей тяжелых металлов, жирных кислот, холестерина, циркулирующих иммунных комплексов. Оказывает регенерирующее и противовоспалительное действие. Магний-альгалан стабилизирует артериальное давление, снимает синдром дискинезии желчевыводящих путей, нормализует моторную функцию кишечника, поддерживает лучший баланс калия, снижает риск развития остеопороза. Усиливает иммунную реактивность за счет активации хемотаксиса, фагоцитоза, клеточных контактов, системы комплимента. Кальций-натриевая соль альгиновой кислоты Канальгат получают из бурых морских водорослей семейства Laminaria, представляет собой кальций-натриевую соль альгиновой кислоты. Препарат обладает кровоостанавливающим и репаративным действием, умеренными антацидными свойствами, подавляет факторы агрессии желудочного сока и дуоденального содержимого, нормализует моторную функцию органов желудочно-кишечного тракта и гепатобилиарной системы, уменьшает процессы брожения, улучшает пристеночное пищеварение (рис.). Механизм действия связан с влиянием на состояние клеточных мембранных структур: обеспечение их сохранности при радиационном воздействии и активная репарация поврежденных мембран клеток кишечника и костного мозга. Применение 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 умеренном 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. Препараты Препараты, содержащие альгиновую кислоту, используют для лечения разных нарушений и расстройств. Наиболее частые причины для введения в рацион водорослей: атеросклероз; зашлакованность организма; слабый иммунитет; кожные заболевания; повышенная пигментация; 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; аллергия на водоросли; частые расстройства пищеварения; злокачественные образования. С осторожностью продукт употребляется при аллергии на морепродукты. 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 помощи 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. Собственно кислота прописана в списке ингредиентов как Е400. Ее соли разместились под названиями Е401, Е402 и Е404. Пищевая добавка агар-агар, созданная из водорослей, обозначается номером 406. В продуктах добавки на основе водорослей играют роль загустителей, а также применяются для создания ложной красной икры. При выпечке хлеба использование Е400 предотвращает быстрое черствение готового изделия. Также альгиновая кислота и ее соли (альгинаты) используются в качестве загустителей и гелеобразователей в плавленом сыре, твороге, мясо- и рыбопродуктах, майонезах, соусах, мороженом и других десертах в количестве 5 - 10 г./кг. Пропиленгликольальгинат применяется в качестве загустителя и эмульгатора в производстве десертов, начинок, мороженого, сахарных кондитерских изделий, сдобы, соусов, жевательной резинки в количестве нескольких г на 1 кг. В количестве нескольких десятых грамма на литр напитка пропиленгликольальгинат не только загущает, но и стабилизирует пену. Например, добавление пропиленгликольальгината в пиво за 2 - 3 дня до фильтрации в количестве 50…50 мг/л резко улучшает пенообразующую способность пива. 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 при ранах на фоне ожога. 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 пищеварительный тракт, 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 микроорганизмы. Даже в небольших дозах альгинаты действуют на организм как антимикробное средство. Популярность применения солей водорослевой кислоты объясняется их свойствами. Они не токсичны и быстро выводятся из организма (до 48 часов), не нарушают солевой баланс тела, а также не влияют на сероводород, содержащийся в кишечнике, необходимый 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». Заключение В заключение нужно отметить, что полисахариды водорослей имеют очень большое практическое применение. Агар, альгиновая кислота и их аналоги необходимы в пищевой и текстильной промышленности и в ряде других производств. Что касается химического исследования этих полисахаридов, то даже вещества, доступные практически в неограниченных количествах, изучены пока недостаточно. Можно предположить, что дальнейший анализ углеводного состава морских водорослей позволит обнаружить новые типы полисахаридов, а с развитием методов установления строения этих полимеров удастся с большим успехом выяснять детали их структуры Литература Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Пищевая химия, Изд. 4-е, испр. и доп. - СПб: ГИОРД, 200 - 640 с. Справочник по гидроколлоидам/ Г.О. Филипс. П.А. Вильямс (ред.) Пер. с англ. Под ред А.А. Кочетковой и Л.А. Сарафановой. - СПб. ГИОРД, 2006. - 536 с. Итоги науки химические науки химия и технология синтетических высокомолекулярных соединений том 6 (1961) - [ c.33 ] Альгиновая кислота. Польза и применение. – URL: https://foodandhealth.ru/komponenty-pitaniya/alginovaya-kislota/ Н.А. Криштанова, М.Ю. Сафонова, В.Ц. Болотова, Е.Д. Павлова, Е.И. Саканян. Перспективы использование полисахаридов в качестве лечебных и лечебно-профилактических средств // ВЕСТНИК ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия. — 2005. — № 1. — С. 212—221. Справочник химика 2021. – URL: https://www.chem21.info/info/547997/ Научно-производственное объединение "АЛЬТЕРНАТИВА". – URL: https://alternativa-sar.ru/tehnologu/pishchevye-dobavki-i-ingredienty/donchenko-pishchevaya-khimiya/2700-3-3-alginaty Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. JL: Химия, 1975. 158 с. Барашков Г.К. Сравнительная биохимия водорослей. М.: Пищевая промышленность, 1972. 336 с. ГОСТ 26185-84 Водоросли, морские травы и продукты их переработки. Методы анализа. М., 1984. 84 с. Семенова Е.В., Чеботок В.В., Борисовская И.В. К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АЛЬГИНАТОВ ИЗ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ В МЕДИЦИНЕ И ФАРМАЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2019. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29235 (дата обращения: 16.09.2022). |