Polisaccaridi Naturali: Alginati e le Loro Applicazioni
Gli alginati sono biomateriali versatili utilizzati ampiamente nella scienza e nell’ingegneria biomedica grazie alle loro proprietà di biocompatibilità, bassa tossicità, costo contenuto e facilità di gelificazione.
Indice Articolo
Origine e Processo di Estrazione
Gli alginati sono polimeri anionici presenti in natura, tipicamente estratti da alghe brune. Alcuni esempi di queste alghe includono [Laminaria hyperborea](https://en.wikipedia.org/wiki/Laminaria_hyperborea), [Laminaria digitata](https://en.wikipedia.org/wiki/Laminaria_digitata), [Laminaria japonica](https://www.iss.it/prodotti-per-il-controllo-del-peso/-/asset_publisher/S27m3JVjGST7/content/laminaria-japonica), [Ascophyllum nodosum](https://it.wikipedia.org/wiki/Ascophyllum_nodosum) e [Macrocystis pyrifera](https://it.wikipedia.org/wiki/Macrocystis_pyrifera). Questi polimeri vengono trattati con soluzioni alcaline acquose per estrarre l’alginato.
Il processo di estrazione prevede la filtrazione dell’estratto, seguita dall’aggiunta di cloruro di sodio o calcio per precipitare gli alginati. Questi precipitati possono poi essere convertiti in acido alginico utilizzando acido cloridrico diluito. Dopo ulteriori fasi di purificazione e trasformazione, si ottiene l’alginato di sodio, uno degli idrogel più noti.
Proprietà dei Polimeri a Base di Alginati
I polimeri di alginati hanno la capacità di formare gel in presenza di cationi bivalenti come calcio e magnesio, che creano reticoli ionici mediante reticolazione dei gruppi carbossilato sullo scheletro polimerico. Questa caratteristica rende gli alginati utili in applicazioni di gelificazione nel campo biomedicale.
Struttura Chimica degli Alginati
Gli alginati appartengono ai polisaccaridi della famiglia dei copolimeri lineari. La loro struttura comprende due unità monomeriche: l’acido d-mannuronico, derivato dal mannosio, e l’acido l-guluronico, derivato dal gulosio. La caratterizzazione tramite NMR mostra che questi polimeri hanno una struttura a blocchi omopolimerici, con un contenuto di acido guluronico generalmente superiore rispetto all’acido mannuronico. La disposizione di questi blocchi può variare in base alla fonte naturale degli alginati, essendo sequenziale, alternata o random.
Gli alginati sono caratterizzati da parametri come massa molecolare, indice di polidispersità, viscosità intrinseca, e concentrazione critica. Inoltre, sono distinti dal loro rapporto M/G e dalla lunghezza delle monadi, diadi e triadi, che sono correlabili con le loro proprietà reologiche come gelificazione e addensamento.
Reattività e Solubilità
Gli alginati contengono numerosi gruppi idrossilici (-OH) e carbossilici (-COOH), che permettono la formazione di legami idrogeno intramolecolari. Gli oligosaccaridi degli alginati (AOS) sono oligomeri che contengono da due a 25 monomeri, ottenibili mediante idrolisi di legami glicosidici, sintesi organica o biosintesi. La solubilità degli alginati varia in base al peso molecolare e alla presenza di ioni.
Per ulteriori informazioni sulle applicazioni degli alginati e simili sostanze nell’industria alimentare, visita la [nostra sezione dedicata agli additivi alimentari](https://www.humanitas.it/enciclopedia/integratori-alimentari/alghe-brune).
Proprietà e Applicazioni degli Alginati: Un’Analisi Completa
Gli alginati, grazie al loro carbossilato terminale, possono legarsi a cationi bivalenti o trivalenti per formare composti poco solubili, capaci di assorbire una quantità di acqua pari a 200-300 volte il loro peso, trasformandosi in idrogel di consistenza pastosa.
# Solubilità e Viscosità degli Alginati
Gli alginati contenenti cationi monovalenti come Na+, K+ e NH4+ sono solubili in acqua sia calda che fredda. La solubilità degli alginati è influenzata da vari fattori, come il pH e la forza ionica. È importante notare che la viscosità degli alginati rimane inalterata a valori di pH superiori a 5, ma diminuisce quando il pH scende sotto 5, poiché il gruppo carbossilato si protona in –COOH. Questo processo riduce la repulsione elettrostatica tra le catene, favorendo la formazione di legami a idrogeno e, di conseguenza, la diminuzione della viscosità. A pH superiori a 11, la viscosità degli alginati si riduce a causa della depolimerizzazione.
# Formazione di Gel
Diversamente da altri polisaccaridi come la gelatina o l’agar, gli alginati sono in grado di formare gel indipendentemente dalle variazioni di temperatura. In soluzione, gli alginati generano liquidi pseudoplastici la cui viscosità cambia a seconda dello sforzo di taglio applicato. Le proprietà addensanti degli alginati, provenienti da diverse fonti algali, sono correlate principalmente alla loro massa molecolare.
Processo di Gelificazione
La gelificazione degli alginati dipende da vari fattori, inclusi il tipo di alginato utilizzato, il grado di conversione in alginato di calcio, la fonte di ioni calcio e i metodi di preparazione. In presenza di cationi bivalenti come il calcio, avviene una forte interazione tra ioni e gruppi carbossilato di acidi guluronici, creando un reticolo tridimensionale insolubile in acqua e termicamente irreversibile. Questo processo è influenzato dalla percentuale di unità G e M, che determinano la barriera alla rotazione attorno al legame glicosidico.
Impiego in Medicina
Gli alginati mostrano promettenti applicazioni nella [medicina rigenerativa](https://it.wikipedia.org/wiki/Medicina_rigenerativa), utilizzati nell’ingegneria tissutale e nel trapianto di cellule, per sostituire organi in pazienti che hanno subito danni o perdite tissutali.
# Applicazioni Industriali degli Alginati
Gli alginati sono ampiamente disponibili negli oceani e grazie alle loro proprietà biodegradabili e non tossiche, trovano applicazione in vari settori industriali come quello alimentare, farmaceutico, cosmetico, tessile, della saldatura e dell’alimentazione animale.
Settore Alimentare
Nell’industria alimentare, l’alginato è utilizzato per modificare le proprietà degli alimenti, in particolare come addensante, per la capacità di legare l’acqua e per la formazione di film. Ad esempio, nel processo di produzione del [gelato](https://www.agraria.org/prodottitipici/gelato.htm), l’uso di alginato di glicole propilenico a basse concentrazioni riduce il numero di cristalli di ghiaccio, migliorando la consistenza. Inoltre, l’alginato stabilizza bevande alla frutta e birra, e viene impiegato nei condimenti per insalata e nella produzione di carne come sostituto dei budelli naturali.
Applicazioni Farmaceutiche
Nel campo farmaceutico, gli alginati servono come addensanti, gelificanti e stabilizzanti e sono cruciali nella somministrazione controllata dei farmaci. Grazie alle loro dimensioni porose di circa 5 nm, i gel di alginato sono ideali per la somministrazione controllata dei farmaci proteici, evitando denaturazione e degradazione.
Cosmetici
Nel settore cosmetico, gli alginati formano gel che mantengono l’umidità e addensano prodotti come rossetti, creme per il viso e lozioni idratanti.
Conclusioni
Gli alginati sono polimeri versatili con proprietà uniche che li rendono ideali per una varietà di applicazioni industriali e mediche. La loro capacità di formare gel, la biodegradabilità e la non tossicità li rendono componenti preziosi sia in ambito alimentare che farmaceutico. Per approfondire ulteriori dettagli sugli [alginati](https://it.wikipedia.org/wiki/Alginati) e sulle loro applicazioni, visita il nostro sito.
