Alginatos Dentales

ALGINATOS:

RESEÑA HISTORICA

En 1883, el químico inglés E. C. C. Stanford, por digestión de frondas de ciertas algas pardas con carbonato sódico, obtuvo una masa gelatinosa que evaporada a sequedad presentaba "aspecto algo semejante al de la goma tragacanto". A esta nueva sustancia su descubridor le dio el nombre de "algina", derivado de alga. Este término se usó en un principio para designar la sustancia in situ en la planta; mientras que a los distintos productos comerciales que se obtuvieron posteriormente se les dio otras acepciones: ácido algínico, alginatos solubles, compuestos algínicos en general.

La producción comercial sostenida de alginatos comenzó en 1929 por la compañía Kelco en California. En 1934 se inició la producción a escala limitada en Gran Bretaña y más tarde, durante la Segunda Guerra Mundial, surgió la industria de alginatos en Noruega, Francia y Japón.

La variedad de compuestos algínicos de que se dispone en la actualidad son el resultado de una intensiva tarea de investigación, desarrollo, marketing y programas de servicio que se han extendido durante un período de cerca de treinta años en los principales países productores.

Las algas pardas de la familia de las "feofíceas" constituyen la materia prima principal en la producción de alginato. El mismo, es un componente de la pared celular de tales organismos y se encuentra formando un complejo insoluble de ácido algínico y sus sales cálcica, magnésica y de metales alcalinos en varias proporciones.

Las algas pardas crecen en todas las regiones de aguas frías del mundo, en los hemisferios norte y sur. Tal como ocurre con las plantas y árboles terrestres, entre ellas existe una enorme variedad de especies que varían en tamaño, forma, así como en el porcentaje y calidad del alginato que producen. De interés para su aplicación industrial, podemos mencionar especies de los géneros: Lessonia (Nigrescens, Flavicans, Trabeculata), Macrocystis Pyrifera, Durvillea Antártica, Laminaria (Digitata, Saccharina y Cloustoni), Ascophyllum, Fucus, etc. Corresponden a organismos de grandes tamaños, conocidas también como Macroalgas o Kelp, que alcanzan 1 a 2,5 metros de longitud (especies de los géneros Lessonia, Laminaria, etc.) y algunas de hasta 8 metros o más del género Macrocystis. Dichas algas marinas, recursos de naturaleza subantártica (temperatura del agua entre 13º y 20º C), viven y crecen constantemente en la zona costera ínter y submareal (entre y bajo el nivel de las mareas respectivamente) hasta los 20 o 30 metros de profundidad. Son organismos fotosintéticos que sin embargo no están catalogados como vegetales verdaderos y tienen altas tasas de crecimiento y renovación anual, lo que las hace un recurso natural renovable de gran importancia.

Fuente de obtención: Algas Pardas

Compuestos comerciales y sus aplicaciones

Los alginatos disponibles en el mercado se comercializan, en su mayoría, en forma de sales hidrosolubles, libres de celulosa, blanqueadas y purificadas, entre las que se incluyen las siguientes:

• E400 Ácido algínico

• E401 Alginato de sodio

• E402 Alginato de potasio

• E403 Alginato de amonio

• E404 Alginato de calcio

• E405 Alginato de propilenglicol

También se producen compuestos combinados, tales como:

• Alginato de amonio-calcio

• Alginato de sodio-calcio

Algunos de estos compuestos, principalmente el ácido algínico y sus sales de sodio, calcio y potasio, se ofrecen en tres calidades diferentes, determinadas por los procesos de purificación y blanqueado que sufren los productos durante su manufactura. Dichas calidades corresponden a:

Calidad alimentaria: productos completamente libres de celulosa, de coloración blanca o ligeramente amarilla.

Calidad farmacéutica: productos blancos, totalmente libres de celulosa.

Calidad técnica: productos usualmente libres de celulosa (puede contener cierta proporción); color variable desde blanco a amarillo o marrón. Estos son empleados principalmente por la industria textil, de pinturas, papeles calco, maderas aglomeradas, etc.

La importancia de los alginatos como insumo para las industrias alimenticias, farmacéuticas y química en general, está dada por su propiedad hidrocoloide; esto es, su capacidad de hidratarse en agua caliente o fría para formar soluciones viscosas, dispersiones o geles. Los alginatos son, de esta manera, únicos en cuanto a sus propiedades como espesantes, estabilizantes, gelificantes y formadoras de películas; resultando en un sinnúmero de aplicaciones, que se detallan en el cuadro número 1:

Los alginatos son las sales del ácido algínico, polisacárido lineal constituido por dos unidades monoméricas, el ácido b -D-manurónico (M) y el ácido a -L-gulurónico (G). Estos se agrupan en bloques de secuencias MM, MG, unidos por enlaces glucosídicos b (1-4); y bloques GG, GM, unidos por enlaces glucosídicos a (1-4).

Las fórmulas clásicas de Haworth para los dos monómeros se muestran en la figura 1, mientras la figura 2 ilustra las llamadas fórmulas de silla que permiten ver en forma más clara el arreglo tridimensional de las moléculas:

Fórmulas clásicas de las dos unidades monoméricas del ácido algínico

Fórmulas en formas de silla

Como se mencionó anteriormente, la gran variedad de aplicaciones de estos productos se basa en la habilidad natural que poseen en el control del comportamiento del agua, lo que científicamente se conoce como propiedad hidrocoloide, y en su reactividad frente al calcio; ambas consecuencia de la geometría molecular: Ha sido demostrado que la cadena polimérica que constituye el ácido algínico y sus sales se compone de tres tipos de regiones o bloques. Los bloques G contienen solo unidades derivadas del ácido L-gulurónico, los M se basan enteramente en ácido D-manurónico y las regiones MG, que consisten en unidades alternadas de ambos ácidos.

En las figuras 3 y 4 se muestran las configuraciones espaciales que adoptan los bloques M y G debido a los diferentes enlaces glucosídicos entre los carbonos C-1 y C-4 de las unidades monoméricas. Las regiones de bloques M corresponden a cadenas lineales, mientras que los bloques G presentan una estructura en forma de bucle.

Cuando dos cadenas de bloques G se alinean lado a lado resulta un hueco en forma de diamante, el cual tiene la dimensión ideal para acomodar en su interior un ión calcio, formándose una estructura dimérica. Éste modelo fue propuesto por Grant en 1973 ("egg-box model") para explicar las propiedades gelificantes de los alginatos al reaccionar con sales cálcicas y se ampliará posteriormente. Lo importante por ahora es destacar que, según los porcentajes de regiones de bloques G y M, que varían en las distintas especies de algas, serán las características de los geles de alginatos. Por ejemplo, el alginato obtenido de Laminaria hyperborea, con un alto porcentaje de segmentos poligulurónicos (Véase cuadro 2) forma geles rígidos, con baja capacidad de unión de agua y tendencia a la sinéresis (pérdida de agua por proceso de exudación del gel, que produce su contracción). Por el contrario, el alginato de Macrocystis pyrifera o Ascophyllum, forma geles elásticos, con baja tendencia a la sinéresis y capacidad de sufrir deformación.

Porcentajes de ácido manurónico y ácido gulurónico, relaciones M/G y contenido de alginato para varias especies comerciales de algas pardas

Especie % M %G M:G Contenido de alginato de sodio

(% sobre algas secas)

Laminaria hyperborea 30 70 0.45 25 –27

Laminaria digitata 55 45 1.20 20 – 26

Macrocystis pyrifera 60 40 1.50 26

Ascophyllum nodosum 65 35 1.85 26 - 28

Lessonia nigrescens 60 40 1.50 35

Ecklonia maxima 55 45 1.20 40

Estructura química de los alginatos

La discusión siguiente se centra en aquellas propiedades de los compuestos algínicos comerciales (ácido algínico y sus sales de sodio, potasio, amonio, propilenglicol, etc.) que son particularmente relevantes para su uso como agentes espesantes, estabilizantes y gelificantes

El grado de polimerización (GP) de un alginato es una medida del peso molecular promedio de sus moléculas y corresponde al número de unidades de ácidos urónicos en la cadena polimérica. La viscosidad de las soluciones de alginato se relaciona directamente con el grado de polimerización y el peso molecular; mientras que la pérdida de viscosidad de las mismas _que se produce comúnmente durante el almacenaje_ es una medida de la extensión de un proceso de depolimerización del alginato.

Comercialmente se producen alginatos (principalmente alginato de sodio) de baja, media y alta viscosidad (esto se refiere a la viscosidad de sus soluciones acuosas al 1%), que presentan pequeñas diferencias en cuanto a estabilidad: con ciertas excepciones, la regla general es que los compuestos con un elevado grado de polimerización son menos estables que aquellos con un GP bajo.

El ácido algínico es el menos estable de los productos, más aún aquellos materiales con alto grado de polimerización en los cuales las largas cadenas pueden degradarse en unidades menores en unos pocos meses a temperatura ambiente. Sin embargo, los compuestos de cadenas más cortas resultan estables.

A pesar de las diferencias mencionadas en cuanto a estabilidad, todo compuesto algínico comercial deberá almacenarse en un lugar fresco a temperaturas de 25ºC o menores, pues la elevación de la misma puede causar una significante depolimerización

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