Cách dùng alginate làm mắt nhân tạo
Alginate acid là gì? Tìm hiểu về nguồn gốc, cấu tạo, tính chất, ứng dụng và quy trình tách chiết Alginate trong bài viết này cùng Science Vietnam nhé. Show
Nguồn gốcAlginate là loại polymer sinh học biển phông phú nhất thế giới và là loại polymer sinh học nhiều thứ hai trên thế giới sau cellulose. Và được phát hiện đầu tiên bởi Stanford (1881), là một acid hữu cơ có trong tảo nâu, trọng lượng phân tử từ 32000 – 200000. Nguồn Alginate chủ yếu được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của tảo nâu ở biển (thuộc họ Rhaeophyceae), tảo bẹ Macrocystis pyrifera, nodosum Ascophyllum và các loại Lamminaria nhưng nhiều nhất là ở tảo nâu. Ở dưới dạng muối Alginat. Alginate tồn tại dưới 2 dạng không tan là acid alginic và Alginate Canxi và Magie (kí hiệu: AlgCa, AlgMg) rất bền vững ở thành tế bào cây rong. Tạo nên cấu trúc lưới gel bền trên thành tế bào rong nâu. Alginate là chất không thể thiếu trong thực phẩm, được ứng dụng làm phụ gia thực phẩm. Nó có rất nhiều ứng dụng liên quan đến khả năng tạo gel. Không chỉ trong ngành thực phẩm mà nó còn có nhiều ứng dụng trong những ngành khác nữa. Cấu tạo – cấu trúc:Alginate là muối của acid Alginic. Cấu tạo hóa học của Alginate gồm 2 phân tử β-D-Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid. Có 3 loại liên kết có thể gặp trong 1 phân tử Alginate: (M-M-M), (G-G-G), (M-M-G). Công thức cấu tạo của 2 acid cấu tạo nên acid AlginicCông thức cấu tạo của acid Alginic: (C6H6O6)n Công thức cấu tạo của acid AlginicCông thức phối cảnhHai gốc phân tử β-D-Mannuroic acid (M) và α- L-Guluronic acid (G) liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozid phân bố trong mạch Alginat theo 3 loại khối (Block): poly-G (G-G-G-G), poly-M (M-M-M-M) và poly-GM (G-M-G-M) liên kết ngẫu nhiên trong chuỗi mạch. Cấu trúc đặc biệt của Alginic theo các đơn vị monomerChiều dài của các Block: Phân loại theo dạng muốiAlginat NatriCông thức phân tử: (C5H7O4COONa)n Công thức Alginat NatriAlginat Kali (tương tự như Alginat Na)Alginat CanxiCông thức phân tử: [(C5H704COO)2Ca]n Alginat CanxiAlginat MagieCông thức phân tử:[(C5H704COO)2Ca]n Alginat Amoni (E403)Công thức phân tử: (C6H11NO6)n Alginat AmoniAlginat Propylen glycon (E405)Alginat Propylen glyconTính chấtMột số tính chất chung:
Tính chất của Alginate với kim loại hóa trị II:
Tính chất của muối Alginaate với kim loại hóa trị I:
Đặc tính:Độ nhớt:Khi hòa tan các Alginat vào nước chúng sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt. Độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài của phân tử Alginat. Bột Alginat rất dễ bị giảm nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, cách sắp xếp của phân tử Alginat cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó. Trong một số trường hợp độ nhớt có thể gia tăng ở nồng độ thấp với sự hiện diện của một số cơ chất như: CaSO4, CaCO3. Ion canxi liên kết với Alginat tạo liên kết chéo trong phân tử gia tăng, sẽ làm gia tăng trọng lượng phân tử và độ nhớt. Độ nhớt: Khi hòa tan các Alginate vào nước và sẽ ngậm nước và tạo dung dịch nhớt, độ nhớt tỉ lệ thuận vào chiều dài phân tử của Alginate.
Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C) Qua nhưng thông số trên cho thấy sự thay đổi độ nhớt với những nồng độ khác nhau. Ở một số trường hợp độ nhớt có thể tăng lên với nồng độ thấp khi có sự hiện diện của một số muối như CaCO3, Cacium tartat, ion Cacium liên kết với Alginate tạo cầu nối giữa các phân tử làm tăng trọng lượng phân tử của độ nhớt dung dich. Sự hóa dẻoSự hóa dẻo của màng có thể nâng cao bằng cách thêm vào các tác nhân làm dẻo cách này gọi là sự hóa dẻo. Kết quả làm cho độ bền của màng càng tăng lên, chính điều này giúp màng ít bị rách, đó là kết quả của quá trình co lại của các phân tử bên trong giữa các chuổi polymer trong cấu trúc màng. Chất dẻo phải phù hợp với polymer sử dụng làm màng và cũng phải cùng hoạt tính tan với polymer. Các yếu tố khác là chất dẻo phải được giữ lại trong hỗn hợp lâu, ổn định cao, không bao hơi và màu, và quan trọng là mùi của các chất này không làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính tính chất của màng (Guibert và Biquet, 1996) Hợp phần từ AlginateAlginate: có thể kết hợp với các thành phần khác để tạo thành màng hợp phần, nhờ sự kết hợp này mà cải tiến được đặc tính của màng. Màng hợp phần Alginate và tinh bột được đánh giá là có độ bền cơ học cao (Nhóm Allen, 1963, Dahle, 1983) Lipid, sáp, các loại acid béo, các loại dầu, chất béo nó có thể được kết hợp với Alginate trong màng hợp phần Alginate-Lipid. Dựa trên tính kỵ nước sự kết hợp
màng làm tăng cường rào cản sự bóc hơi nước. Tính chất của màng Alginate:Các Alginate cũng có khả năng tạo màng rất tốt. Các màng rất đàn hồi, bền, chịu dầu và không dính bệt. Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng ngăn cản oxy và Lipid thấm qua vì thế sẽ ức chế được hiện tượng oxy hóa chất béo và các thành phần khác trong thực phẩm. Bên cạnh đó màng còn có khả năng làm giảm thất thoát ẩm vì lượng ẩm trong màng sẽ bóc hơi trước ẩm trong thực phẩm, từ đó màng bao sẽ hơi khô và co lại làm cho lượng ẩm bên trong không thoát ra được (Allen, 1963) (trích dẫn bởi Trần Thanh Quang, 2008). Màng Alginate được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng và bảo quản chất lượng sản phẩm được lâu hơn. Màng bao ăn được có thể được sử dụng dể làm giảm tác hại của do quá trình chế biến gây ra. Màng bao vừa có tác dụng kéo dài thời gian sử dụng vừa ngăn cản sự mất ẩm và sự di chuyển chất tan, phản ứng oxy hóa. Sự tạo gel và kỹ thuật tạo gelTạo gelMột tính chất tiêu biểu của Alginate là khả năng tai gel, trong điều kiện nhiệt độ cao ở trạng thái sôi và khi làm nguội thì sẽ trỡ thành dạng gel. Thông thường kết hợp với Ca2+ tạo gel như hình vẽ. Sự kết hợp ion Ca2+ với AlginateVị trí của Ca2+ trong AlginateKỹ thuật tạo gelGel thành lập có thể kiểm soát được thông qua sự giải phóng ion Ca2+ hay dung dịch Alginate. Các ion Ca2+ sẽ phản ứng với Alginate theo dạng “Box egg”. Trường hợp với việc chế biến các sản phẩm có bề dày mỏng và kích thước nhỏ hoặc tạo màng bao phía ngoài các sản phẩm. Các Alginate phản ứng mạnh với ion Ca2+ hoặc Alguante có chứa nhiều α-1,4-L-Guluronic acid (G) Ứng dụngTrong công nghiệp thực phẩmMột hợp chất của axit Alginic có tên là Lamizell là một muối kép của Natri và Canxi với một tỷ lệ nhất định. Lamizell tạo ra được một độ nhớt đặc biệt và có khả năng kích thích ăn ngon miệng, do đó rất được quan tâm trong sản xuất thực phẩm. Alginate Natri cũng được dùng trong một số thực phẩm để hạn chế tăng trọng. Ví dụ: 1 g Alginate Natri chỉ cung cấp 1,4 Kcal. Trong
sản xuất kem, axit Alginic và muối của nó có thể dùng làm chất ổn định trong kem ly, làm cho kem mịn có mùi thơm, chịu nóng tốt, thời gian khuấy trộn lúc sản xuất ngắn. Khi tinh chế rượu dùng Alginate Natri 1% để làm trong, nếu còn gặp khó khăn cho thêm than xương và Canxi vào. Alginate còn dùng trong sản xuất bơ, bánh kẹo, fomat, nước giải khát cũng như các mặt hàng
đông lạnh.
Với những thực phẩm có độ axit cao không thể dùng Alginate Natri được thì propylen – glycol Alginate là chất thay thế rất tốt vì nó bền được cả trong vùng pH = 0 – 3 Ứng dụng trong công nghiệp dệtAlginate có độ nhớt cao, tính mao dẫn kém, khi khô trong suốt, bóng và có tính đàn hồi tốt. Vì thế người ta dùng hồ vải cho sợi bền và chịu được cọ sát, giảm bớt tỷ lệ sợi đứt và nâng cao hiệu suất dệt. Ứng dụng trong công nghiệp giấyAlginate hồ lên giấy làm cho giấy bóng, dai, không gẫy, mức độ khô nhanh, viết trơn, giấy hồ Alginate Natri còn làm tăng tính chịu nóng, do đó còn làm nguyên liệu để chế giấy chống cháy. Ứng dụng trong tơ nhân tạoDung dịch Alginate Natri nếu phun qua những lỗ nhỏ vào muối kim loại hóa trị II hay axit thì hình thành sợi tơ. Qua nghiên cứu người ta thấy rằng tơ nhân tạo Alginate tương đối bền. Ứng dụng trong y học và dược họcTrong Y học Alginate được dùng làm chất trị bệnh nhiễm phóng xạ vì khi người bệnh ăn Alginate Natri thì nó kết hợp với Stronti rồi thải ra ngoài. Hiệu suất chữa bệnh khá cao. Alginate Natri làm tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin vì khi có mặt Alginate Natri sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu. Trong công nghệ bào chế thuốc Alginate Natri được sử dụng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc,
làm chất phụ gia chế các loại thức ăn kiêng. Trong công nghệ mỹ phẩmCho Alginate vào hỗn hợp nước và mỡ, nó sẽ làm nước và mỡ trộn đều một cách ổn định. Ví dụ: kem đánh răng gồm glycerin xà phòng, bột mùi … được trộn thành dạng nhũ tương ổn định. Ứng dụng trong một số lĩnh vực khácAlginate dùng làm chất tạo đông, với điều kiện nhiệt độ 200C, dung dịch Alginate nồng độ 1% có độ nhớt 1500(3000 centipoise, trong đó cồn dán (gồm Arabic) có độ nhớt nhỏ hơn 30 centipoise. Trong xây dựng tạo cấu trúc ximăng, vữa, làm gỗ không thấm nước, sản xuất que hàn có chất lượng cao, làm ổn định sơn. Alginate dùng làm phim có độ nhạy cao, dùng sản xuất thuốc cứu hỏa, vải chịu lửa vì nó làm tăng khả năng bắt dính lên vật cháy. Alginate sử dụng trong luyện kim, làm cao su và làm sạch nước, làm chất khuếch tán tăng hiệu lực thuốc trừ sâu. Dùng trộn lẫn mủ cao su latex để sản xuất cao su dẻo dai, mặt nạ phòng độc, găng tay y học. Dùng làm chất khử tinh thể: Cho Alginate vào dung dịch tạo kết tủa nó sẽ làm chất kết tủa giảm kích thước, Alginate được dùng trong điện giải kim loại, sản xuất thạch cao xi măng và nhiều loại sơn. Dùng làm chất kết từ và chất kết dính trong công nghiệp sản xuất giấy hoa dán tường, gỗ tổng hợp. Khi trộn với Gelatin, Alginate làm giảm điểm nóng chảy của Gelatin nên nó được dùng làm phim ảnh, kết hợp với các ion kim loại cho các sản phẩm có độ bền cao. Kết hợp với cellulose tạo các chất cách điện, với propylen – glycol tạo các loại sơn, chất giữ mùi. Dùng làm chất thuộc da. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy Alginate được chiết tách từ rong Mơ, hoàn toàn có khả năng thay thế CMC (Cacboxyl – Metyl – Cellulose), làm phụ gia cho xi măng ở các giếng khoan dầu mỏ. Sản xuất keo AlginateQuá trình xử lý hóa họcXử lý formol:Mục đích:
Các yếu tố ảnh hưởng:
Ưu nhược điểm: Ưu điểm: Làm tăng hiệu suất và chất lượng đáng kể dồng thời không cần bổ sung formol khi một lý do nào đó công nghệ bị chậm trễ. Nhược điểm: Độc Xử lý acid:Mục đích:
Giải thích:
Phản ứng diễn ra khi cho rong ngâm trong acid: Ca(Alg)2 + 2H+ → 2 HAlg + Ca++ Alginic được giải phóng sẽ dễ dàng tương tác với kiềm hóa trị I để tạo muối kiềm I hòa tan trong công đoạn nấu và tách ra. HAlg + Na+ → NaAlg + H+
[(C5H7O4COO)2Ca]n + 2nHCl → 2C5H7O4COOH + nCaCl2 [(C5H7O4COO)2Ca]n + nH2SO4 → 2C5H7O4COOH + nCaSO4 Ưu nhược điểm:
Xử lý bằng CaCl2 0,1%:Mục đích:
CaCl2 + H2O → Ca(OH)2 + HCl → Ca++ + H+ + Cl– Mg(Alg)2 + CaCl2 → Ca(Alg)2 + MgCl2 Ca(Alg)2 + 2HCl → 2HAlg + CaCl2 Alginic Ưu nhược điểm:
Quá trình nấu tách AlginicNguyên lý:Cho Alginic phản ứng với kiềm Na hoặc K để chuyển về dạng tan. Alg-COOH + MA = Alg-COOM + HA Ca-Alg + MA = Alg-COOM + CaA Trong đó: MA: Dung dịch Hydroxit hoặc Cacbonat của kiềm hóa trị I; còn HA là acid tạo thành sau phản ứng. Alg-COOH: Alginic M: kiềm hóa trị I A: OH hay CO3, SO3, HPO4 Bản chất:Có 2 quá trình cơ bản:
Các yếu tố cần lưu ý để quá trình Alginate đạt hiệu suất và chất lượng cao:Chất kiềm: Nguyên tắc: có thể sử dụng mọi kim loại kiềm. Có 2 loại kiềm:
Trong thực tế người ta sử dung dịch Na2CO3, Na2HPO4 để nấu:
2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 = 2nC5H7O4COONa + nH2O + nCO2 Alginic (không hòa tan) Alginat Natri (hòa tan)
2nC5H7O4COOH + nNa2CO3 = 2nC5H7O4COONa + nCO2 + nH2O (1) Alginic (không tan) Alginat Natri (hòa tan) 2nC5H7O4COOH + nNa2HPO4 = 2nC5H7O4COONa + nH3PO4 (2) Hàm lượng và nồng độ kiềm:
Nhiệt độ nấu:
Thời gian nấu:
Môđun thủy áp:
Chế độ khuấy đảo: Có 2 tác dụng chính:
Cần khuấy đảo liên tục nhưng với tốc độ vừa phải, vận tốc khuấy thích hợp 10-25 vòng/phút. Tách và tinh chế AlginicMục đích: làm tăng độ tinh khiết cho sản phẩm. Thành phần hỗn hợp sau khi nấu: Tạp chất cơ học bao gồm:
Tạp chất hòa tan bao gồm:
Tách tạp chất cơ học:Phương pháp lọc:
Sau khi lọc thu được dịch lọc là dung dịch Alginate thô. Tách tạp chất hòa tan: Có 3 phương pháp:
Phương pháp alcolCơ chế: Khi cho alcol nồng độ cao với tỷ lệ cao so với dung dịch Alginate bị kết tủa do alcol cạnh tranh dung môi nước của Alginate Natri. Sau đó, tách kết tủa ra khỏi dung dịch, phần nước thải chứa đựng các tạp chất cần tạo ra. Ưu điểm: Thời gian nhanh, tách trực tiếp được sản phẩm Alginate Natri. Nhược điểm: Giá thành Alginate cao do sử dụng lượng alcol lớn, khó khăn trong sản xuất. Phương pháp acid hóa:Dùng acid vô cơ bổ xung vào dung dịch lọc để lấy Alginic ra khỏi muối Alginat Natri, phản ứng của acid vô cơ với Alginat Natri như sau: Kết quả tạo ra Aginic không tan và nhẹ nên Alginic nổi lên trên bề mặt dung dịch có thể lấy ra. Ưu điểm:
Nhược điểm: Nồng độ và nhiệt độ , thời gian, tỷ lệ phải rất lưu ý vì nếu quá dư sẽ cắt mạch làm độ nhớt giảm đi. Phương pháp Canxi hóa:Nguyên tắc: dung CaCl2 vào dịch lọc, tạo Alginate-Ca kết tủa theo sơ đồ sau đây: Phản ứng xảy ra: 2n C5H7O4COONa + n CaCl2 ===> 2n C5H7O4COOCa + 2n NaCl 2n C5H7O4COOCa + n H2SO4 ===> 2n C5H7O4COOH + CaSO4 Tài liệu về alginate acidTìm hiểu về cấu trúc, tính chất, chức năng và ứng dụng của Alginate: [penci_button link=”https://mega.nz/#!n64z2YBQ!FM9gbgCJnqhhuxAeU0m_g1gPh25zE23F-5MeJE_12LI” icon=”fa fa-download” icon_position=”left” nofollow=”1″]Tải về máy[/penci_button] |