กรดอัลจินิก

ชื่อ
ชื่ออื่นๆ กรดแอลจินิก E400; [ D -ManA(β1→4) L -GulA(α1→4)] n
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	9005-32-7 วาย
เคมสไปเดอร์	ไม่มี
บัตรข้อมูล ECHA	100.029.697
หมายเลข EC	232-680-1
หมายเลข E	E400 (สารเพิ่มความข้น, ...)
มหาวิทยาลัย	8C3Z4148WZ เอ็น
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID601010868
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	(C 6 H 8 O 6 ) n
มวลโมลาร์	10,000 – 600,000
รูปร่าง	ผงเส้นใยสีขาวถึงเหลือง
ความหนาแน่น	1.601  กรัม/ซม³
ความ เป็น กรด ( pKa )	1.5–3.5
เภสัชวิทยา
รหัส ATC	A02BX13 ( องค์การอนามัยโลก )
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) เอ็น ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

กรดอัลจินิกหรือที่เรียกว่าอัลจินเป็นพอลิแซ็กคา ไรด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและรับประทาน ได้ พบในสาหร่ายสีน้ำตาลมีคุณสมบัติชอบน้ำและจะก่อตัวเป็นยาง เหนียว เมื่อดูดซับน้ำ เมื่อกรดอัลจินิกจับกับไอออนโซเดียมและแคลเซียม เกลือที่เกิดขึ้นจะเรียกว่าอัลจิเนตสีของมันมีตั้งแต่สีขาวไปจนถึงสีน้ำตาลอมเหลือง มีจำหน่ายใน รูปแบบ เส้นใยเม็ด หรือผง

เป็นส่วนประกอบสำคัญของไบโอฟิล์มที่สร้างโดยแบคทีเรียPseudomonas aeruginosaซึ่งเป็นเชื้อก่อโรคสำคัญที่พบในปอดของผู้ป่วยโรคซิสติกไฟโบรซิสบาง ราย ^{[ 1 ]}ไบโอฟิล์มและP. aeruginosaมีความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะสูง^{[ 2 ]}แต่ไวต่อการยับยั้งโดยแมโครฟาจ^{[ 3 ]}

อัลจิเนตถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์เคมีชาวอังกฤษ ECC Stanford ในปี 1881 และเขาได้จดสิทธิบัตรกระบวนการสกัดในปีเดียวกัน^{[ 4 ]}ในสิทธิบัตรดั้งเดิม อัลจิเนตถูกสกัดโดยการแช่สาหร่ายในน้ำหรือกรดเจือจางก่อน จากนั้นกรดอัลจินิกที่ไม่ละลายน้ำที่ได้จะถูกบำบัดด้วยสารละลายด่าง เช่นโซเดียมคาร์บอเนตทำให้เกิดโซเดียมอัลจิเนต ก่อนที่จะตกตะกอนและทำให้บริสุทธิ์อัลจิเนตจากสารละลายในที่สุด^{[ 5 ] [ 6 ]}

กรดอัลจินิกเป็นโคพอลิเมอร์ เชิงเส้น ที่มี บล็อก โฮโมพอลิเมอร์ของหน่วยย่อย β-D- แมนนูโรเนต (M) และ α-L- กูลูโรเนต (G) ที่เชื่อมต่อกัน ด้วย พันธะโควาเลนต์ ในลำดับหรือบล็อกที่แตกต่างกันโมโนเมอร์อาจปรากฏในบล็อกโฮโมพอลิ เมอร์ของ หน่วยย่อย G ที่ต่อเนื่องกัน (บล็อก G) หน่วยย่อย M ที่ต่อ เนื่องกัน (บล็อก M) หรือหน่วยย่อย M และ G สลับกัน (บล็อก MG) α-L-กูลูโรเนตเป็น อีพิเมอร์ C-5 ของ β-D-แมนนูโรเนต^{[ 7 ]}

อัลจิเนตได้รับการกลั่นจากสาหร่าย สีน้ำตาล ทั่วโลกมีการเก็บเกี่ยวสาหร่ายสีน้ำตาลใน กลุ่ม Phaeophyceae จำนวนมาก เพื่อนำไปแปรรูปและเปลี่ยนเป็นโซเดียมอัลจิเนต โซเดียมอัลจิเนตถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงอาหาร อาหารสัตว์ ปุ๋ย การพิมพ์สิ่งทอ และยา วัสดุพิมพ์ฟันใช้อัลจิเนตเป็นสารก่อเจล อัลจิเนตเกรดอาหารเป็นส่วนผสมที่ได้รับการอนุมัติในอาหารแปรรูปและอาหารสำเร็จรูป^{[ 8 ]}

สาหร่ายสีน้ำตาลมีขนาดตั้งแต่สาหร่ายเคลป์ ยักษ์ Macrocystis pyrifera ซึ่งมีความยาว 20–40 เมตร ไปจนถึงสาหร่ายที่มีลักษณะหนาคล้ายหนังซึ่งมีความยาว 2–4 เมตร และสายพันธุ์ขนาดเล็กที่มีความยาว 30–60 เซนติเมตร สาหร่ายสีน้ำตาลส่วนใหญ่ที่ใช้สำหรับทำอัลจิเนตนั้นเก็บเกี่ยวจากธรรมชาติ ยกเว้นLaminaria japonicaซึ่งปลูกในประเทศจีนเพื่อเป็นอาหาร และวัสดุส่วนเกินจะถูกส่งไปยังอุตสาหกรรมอัลจิเนตในประเทศจีน^{[ 9 ]}

อัลจิเนตจากสาหร่ายสีน้ำตาลชนิดต่างๆ มีโครงสร้างทางเคมีที่แตกต่างกัน ส่งผลให้อัลจิเนตมีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน บางชนิดให้ผลเป็นอัลจิเนตที่แข็งตัวเป็นเจล ได้ ดี บางชนิดให้ผลเป็นเจลที่อ่อนกว่า บางชนิดอาจให้ผลเป็นอัลจิเนตสีครีมหรือสีขาว ในขณะที่บางชนิดแข็งตัวเป็นเจลได้ยากและเหมาะสำหรับการใช้งานทางเทคนิคที่สีไม่สำคัญ^{[ 10 ]}

อัลจิเนตเกรดเชิงพาณิชย์สกัดจากสาหร่าย ยักษ์ Macrocystis pyrifera , Ascophyllum nodosumและLaminaria บางชนิด นอกจากนี้ อัลจิเนตยังผลิตโดยแบคทีเรีย สอง สกุลคือPseudomonasและAzotobacterซึ่งมีบทบาทสำคัญในการไขปริศนาเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพ อัลจิเนตจากแบคทีเรียมีประโยชน์สำหรับการผลิตโครงสร้างขนาดไมโครหรือนาโนที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานทางการแพทย์^{[ 11 ]}

โซเดียมอัลจิเนต (NaC ₆ H ₇ O ₆ ) คือเกลือโซเดียมของกรดอัลจินิก โซเดียมอัลจิเนตเป็นสารที่มีลักษณะคล้ายเหงือก

โพแทสเซียมอัลจิเนต (KC ₆ H ₇ O ₆ ) คือเกลือ โพแทสเซียม ของกรดอัลจินิก

แคลเซียมอัลจิเนต (CaC ₁₂ H ₁₄ O ₁₂ ) คือเกลือแคลเซียมของกรดอัลจินิก ผลิตโดยการแทนที่ไอออนโซเดียมในโซเดียมอัลจิเนตด้วยไอออนแคลเซียม ( การแลกเปลี่ยนไอออน )

กระบวนการผลิตที่ใช้ในการสกัดโซเดียมอัลจิเนตจากสาหร่ายสีน้ำตาลแบ่งออกเป็นสองประเภท: 1) วิธีแคลเซียมอัลจิเนต โดยสาหร่ายสีน้ำตาลจะถูกบำบัดด้วยแคลเซียมคลอไรด์ก่อนเพื่อสร้างแคลเซียมอัลจิเนตขั้นกลางก่อนที่จะล้างด้วยกรดไฮโดรคลอริก และ 2) วิธีกรดอัลจินิก ซึ่งไม่มีแคลเซียมอัลจิเนตขั้นกลาง และสาหร่ายสีน้ำตาลจะถูกบำบัดด้วยกรดไฮโดรคลอริกเท่านั้นเพื่อสกัดโซเดียมอัลจิเนต^{[ 9 ]}

ในทางเคมี กระบวนการนี้เรียบง่าย แต่ความยากลำบากเกิดขึ้นจากการแยกทางกายภาพที่จำเป็นระหว่างสารตกค้างที่เป็นเมือกจากสารละลายที่มีความหนืดและการแยกตะกอนเจลาตินที่กักเก็บของเหลวจำนวนมากไว้ภายในโครงสร้าง ทำให้ไม่สามารถกรองและปั่นเหวี่ยงได้ [ ^{9 ] กระบวนการ}แบบดั้งเดิมเกี่ยวข้องกับสารเคมีและตัวทำละลายจำนวนมาก รวมถึงขั้นตอนที่ใช้เวลานาน^{[ 4 ]}เทคนิคที่ง่ายกว่าและใหม่กว่า เช่น การสกัดด้วยไมโครเวฟ อัลตราซาวนด์ ความดันสูง การสกัดด้วยของเหลวที่มีความดัน และการสกัดด้วยเอนไซม์ กำลังอยู่ระหว่างการวิจัย^{[ 4 ​​]}

กระบวนการสกัดแบบดั้งเดิมที่พบได้ทั่วไปนั้นประกอบด้วยหกขั้นตอน ได้แก่ การเตรียมชีวมวลสาหร่าย การบำบัดด้วยกรด การสกัดด้วยด่าง การตกตะกอน การฟอกสี และการทำให้แห้ง^{[ 4 ]}การเตรียมการส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การทำลายผนังเซลล์เพื่อช่วยในการสกัดอัลจิเนต หรือการกำจัดสารประกอบและสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ ออกจากสาหร่าย^{[ 4 ​​]}การทำให้แห้งเป็นประเภทแรก ซึ่งช่วยป้องกันการเจริญเติบโตของแบคทีเรียด้วย สาหร่ายที่แห้งแล้วมักจะถูกบดเป็นผงเพื่อให้มีพื้นที่ผิวมากขึ้น^{[ 4 ]}การบำบัดทั่วไปเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อน ได้แก่ การบำบัดด้วยเอทานอลและฟอร์มาลดีไฮด์ซึ่งฟอร์มาลดีไฮด์เป็นที่นิยมมาก สารละลายเอทานอลช่วยกำจัดสารประกอบที่ยึดติดกับอัลจิเนต และสารละลายฟอร์มาลดีไฮด์ช่วยป้องกันปฏิกิริยาของเอนไซม์หรือจุลินทรีย์^{[ 4 ]}

จากนั้นสาหร่ายจะถูกบำบัดด้วยสารละลายกรดเพื่อช่วยทำลายผนังเซลล์ ซึ่งจะเปลี่ยนเกลืออัลจิเนตให้เป็นกรดอัลจินิกที่ไม่ละลายน้ำ จากนั้นจึงใช้สารละลายด่าง (pH 9-10) ซึ่งโดยทั่วไปคือโซเดียมคาร์บอเนตเพื่อเปลี่ยนกลับไปเป็นโซเดียมอัลจิเนตที่ละลายน้ำได้ จากนั้นจึงตกตะกอน^{[ 4 ]}นอกจากนี้ยังสามารถสกัดอัลจิเนตโดยตรงด้วยการบำบัดด้วยด่างได้ แต่เป็นวิธีที่พบได้น้อยกว่า^{[ 4 ]}

กรดอัลจินิกมักจะตกตะกอนโดยใช้วิธีการต่างๆ โดยใช้แอลกอฮอล์ (โดยปกติคือเอทานอล) แคลเซียมคลอไรด์หรือกรดไฮโดรคลอริก [ ^{4 ] หลังจาก}ที่อัลจินินตกตะกอนเป็นเนื้อละเอียดแล้ว จะถูกทำให้แห้ง บดให้ได้ขนาดเม็ดที่ต้องการ และสุดท้ายก็ทำให้บริสุทธิ์โดยใช้วิธีการต่างๆ^{[ 4 ]}อัลจิเนตเชิงพาณิชย์สำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์และเภสัชกรรมจะถูกสกัดและทำให้บริสุทธิ์โดยใช้วิธีการที่เข้มงวดกว่า แต่สิ่งเหล่านี้เป็นความลับทางการค้า^{[ 4 ]}

สามารถผลิตวัสดุต่างๆ ที่ทำจากอัลจิเนตได้ เช่น วัสดุโครงสร้างพรุน ไฮโดรเจลอัลจิเนต ผ้าไม่ทอ และเยื่ออัลจิเนต^{[ 12 ]}เทคนิคที่ใช้ในการผลิตวัสดุเหล่านี้ ได้แก่ การเชื่อมโยงไอออน การปั่นไมโครฟลูอิดิก การแช่แข็งแห้ง การปั่นแบบเปียก และการปั่นเจ็ทแรงเหวี่ยงแบบจุ่ม^{[ 12 ]}

เติมเกลือแคลเซียมลงในสารละลายโซเดียมอัลจิเนตเพื่อกระตุ้นการเชื่อมโยงไอออนิก ซึ่งทำให้เกิดไฮโดรเจล การแช่แข็งไฮโดรเจลเพื่อกำจัดน้ำจะทำให้ได้วัสดุโครงสร้างที่มีรูพรุน^{[ 12 ]}

การปั่นแบบเปียกประกอบด้วยการอัดสารละลายอัลจิเนตจากหัวฉีดลงในสารละลายเกลือแคลเซียมเพื่อกระตุ้นการเชื่อมโยงไอออน (ทำให้เกิดเจล) จากนั้นจึงดึงเส้นใยออกจากอ่างด้วยลูกกลิ้งดึง การปั่นแบบไมโครฟลูอิดิก ซึ่งเป็นการนำกระบวนการนี้ไปใช้ที่ง่ายกว่าและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า เกี่ยวข้องกับการนำกระแสเกลือแคลเซียมไหลไปพร้อมกับและสัมผัสกับกระแส "แกนกลาง" ของอัลจิเนต กระแสเหล่านี้จะก่อตัวเป็น "ปลอก" จากนั้นเส้นใยจะโผลออกมาจากกระแสแกนกลาง เทคนิคนี้สามารถใช้ในการผลิตเส้นใยที่มีรูปร่างและร่องได้^{[ 12 ]}

เส้นใยอัลจิเนตซึ่งใช้ในผ้า มักผลิตขึ้นโดยวิธีการปั่นไมโครฟลูอิดิก การปั่นแบบเปียก หรือการปั่นด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ได้เส้นใยที่บางลง^{[ 12 ]}เส้นใยเหล่านี้ใช้ในการผลิตผ้าไม่ทออัลจิเนตโดยการหวีและการเจาะด้วยเข็ม ผ้าสักหลาดที่ได้จะนำไปใช้ในการทำแผล หน้ากากปิดแผล และโครงสร้างรองรับเนื้อเยื่อ เนื่องจากมีคุณสมบัติในการดูดซับความชื้นและกักเก็บน้ำ^{[ 12 ]}

ณ ปี 2022 อัลจิเนตได้กลายเป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดชนิดหนึ่ง เนื่องจากเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพจากธรรมชาติที่มีอยู่มากมาย^{[ 12 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์ในฐานะวัสดุชีวภาพเนื่องจากไม่มีพิษ ดูดซับความชื้นและเข้ากันได้ทางชีวภาพอีกทั้งยังสามารถเลียนแบบสภาพแวดล้อมทางชีวภาพในท้องถิ่นได้ ผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของอัลจิเนตสามารถถูกกำจัดออกได้ง่ายโดยไต^{[ 12 ]}

อัลจิเนตดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็ว ทำให้มีประโยชน์ในการใช้เป็นสารเติมแต่งใน ผลิตภัณฑ์ ที่ผ่านการทำให้แห้งเช่นผลิตภัณฑ์ช่วยลดน้ำหนักและในการผลิตกระดาษและสิ่งทอ^{[ 13 ]}

อัลจิเนตยังใช้สำหรับกันน้ำและกันไฟผ้า ในอุตสาหกรรมอาหารใช้เป็น สาร เพิ่มความข้นสำหรับเครื่องดื่ม ไอศกรีม เครื่องสำอาง เป็นสารก่อเจลสำหรับเยลลี่ รู้จักกันในชื่อรหัส E401และปลอกไส้กรอก^{[ 14 ] [ 15 ]}โซเดียมอัลจิเนตผสมกับโปรตีนถั่วเหลือง เพื่อทำ ผลิตภัณฑ์เลียนแบบเนื้อสัตว์^{[ 16 ]}

อัลจิเนตใช้เป็นส่วนประกอบใน การเตรียม ยา หลายชนิด เช่นกาวิสคอนซึ่งจะรวมกับไบคาร์บอเนตเพื่อยับยั้งกรดไหลย้อน^{[ 17 ]}

โซเดียมอัลจิเนตใช้เป็นวัสดุสำหรับทำพิมพ์ฟันทันตกรรมประดิษฐ์การหล่อแบบจำลองและสำหรับการสร้างแบบพิมพ์เพื่อการหล่อ ขนาดเล็ก ^{[ 18 ]}

โซเดียมอัลจิเนตใช้ในการพิมพ์สีย้อมรีแอคทีฟและเป็นสารเพิ่มความข้นสำหรับสีย้อมรีแอคทีฟในการพิมพ์สกรีนสิ่งทอ^{[ 19 ]}อัลจิเนตไม่ทำปฏิกิริยากับสีย้อมเหล่านี้และล้างออกได้ง่าย ต่างจาก สารเพิ่มความข้นที่ทำจาก แป้งนอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นวัสดุสำหรับ การห่อ หุ้มขนาดเล็ก^{[ 20 ]}

แคลเซียมอัลจิเนตใช้ในผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์หลายประเภท รวมถึงวัสดุปิดแผลที่ ผิวหนัง ในรูปแบบของไฮโดรเจล เพื่อส่งเสริมการรักษา เนื่องจากอัลจิเนตสามารถเพิ่มความสามารถในการดูดซับของเหลวของวัสดุปิดแผล ลดจำนวนครั้งที่ต้องเปลี่ยนวัสดุปิดแผล^{[ 21 ] [ 22 ]}

ในการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างกระดูกใหม่คอม โพสิตอัลจิเนต มีคุณสมบัติที่เหมาะสมในการส่งเสริมการสร้างใหม่ เช่น ความพรุนที่ดีขึ้นการแพร่ กระจายของ เซลล์และ ความ แข็งแรงเชิงกล^{[ 23 ]}ไฮโดรเจลอัลจิเนตเป็นวัสดุชีวภาพทั่วไปสำหรับการสร้างโครงร่างทางชีวภาพและการสร้างเนื้อเยื่อใหม่^{[ 24 ]}

การเชื่อมต่อแบบโควาเลนต์ของกลุ่มไทออลกับอัลจิเนตช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการเกิดเจลในแหล่งกำเนิดและการยึดเกาะกับเยื่อเมือก โพลิเมอร์ที่มีไทออล ( ไทโอเมอร์ ) จะสร้างพันธะไดซัลไฟด์ภายในเครือข่ายโพลิเมอร์และกับโดเมนย่อยที่อุดมไปด้วยซิสเทอีนของชั้นเยื่อเมือก^{[ 25 ]}อัลจิเนตที่มีไทออลถูกใช้เป็นไฮโดรเจลที่เกิดเจลในแหล่งกำเนิด^{[ 26 ]}และอยู่ระหว่างการวิจัยเบื้องต้นในฐานะระบบนำส่งยาที่ยึดเกาะกับเยื่อ เมือกได้ ^{[ 27 ]}ไฮโดรเจลอัลจิเนตอาจใช้สำหรับการนำส่งยา โดยแสดงการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลง pH การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ปฏิกิริยารีดอกซ์ และการมีอยู่ของเอนไซม์^{[ 28 ]}

อัลจิเนตเป็นพอลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดชนิดหนึ่งในการห่อหุ้มทางชีวภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการตรึงหรือปกป้องเซลล์ที่มีชีวิต เอนไซม์ โปรตีน และวัสดุชีวภาพอื่นๆ^{[ 29 ]}การใช้งานส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความสามารถของอัลจิเนตที่ละลายน้ำได้ในการสร้างไฮโดรเจลแคลเซียมอัลจิเนตภายใต้สภาวะน้ำที่ไม่รุนแรง ทำให้สามารถกักเก็บวัสดุชีวภาพได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับตัวทำละลายที่รุนแรง อุณหภูมิสูง หรือปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรง^{[ 30 ] [ 31 ]}

ในการห่อหุ้มเซลล์ ลูกปัดอัลจิเนตหรือไมโครแคปซูลสามารถให้เมทริกซ์ไฮโดรเจลกึ่งซึมผ่านได้ ซึ่งช่วยให้สารอาหาร ออกซิเจน และผลิตภัณฑ์ที่หลั่งออกมาสามารถแพร่กระจายได้ ในขณะเดียวกันก็แยกเซลล์ที่ถูกห่อหุ้มออกจากสภาพแวดล้อมโดยรอบ วิธีการนี้ได้รับการศึกษาเพื่อการแยกภูมิคุ้มกัน การปลูกถ่ายเกาะเซลล์ การบำบัดด้วยเซลล์ วิศวกรรมเนื้อเยื่อ และการส่งมอบผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพแบบควบคุม^{[ 32 ]}

ระบบไบโอเอนแคปซูเลชันอัลจิเนตสามารถผลิตได้โดยการหยด การอัดรีด การตัดด้วยเจ็ทอากาศ การสร้างหยดด้วยไฟฟ้าสถิต การทำให้เป็นอิมัลชัน และวิธีการไมโครฟลูอิดิก เทคนิคเหล่านี้แตกต่างกันในด้านปริมาณงาน การควบคุมขนาดเม็ดบีด การกระจายขนาด และความเหมาะสมสำหรับการห่อหุ้มเซลล์หรือโมเลกุลชีวภาพที่ไม่เสถียร^{[ 33 ]}

• กรดไฮยาลูรอนิก : โพลีแซ็กคาไรด์ในสัตว์
• อะการ์

• แหล่งข้อมูลสาหร่ายอัลจิเนตเก็บถาวรเมื่อ 17 กันยายน 2013 ที่Wayback Machine
• คุณสมบัติของอัลจิเนตเก็บถาวรเมื่อวันที่ 17 กันยายน 2013 ที่Wayback Machine