Arginato

Resumen:

Los alginatos son obtenidos a partir del procesamiento de una gran cantidad de especies de algas pardas entre ellas la Macrocistis Pyrifera muy abundante en todo el litoral Patagónico, pese a ello no existe en nuestro país explotación industrial del recurso.

Presentan una amplia y creciente gama de aplicaciones industriales por sus propiedades como estabilizantes espesantes y formadores de geles siendo utilizados en forma mayoritaria por las industrias alimentaria, textil y farmacéutica, fabricación de pinturas, ablandadores de aguas y un gran conjunto de usos menores. Los principales métodos de obtención están basados en la extracción de los alginatos presentes en el alga en forma de sales, la posterior separación de estas de la matriz sólida y una purificación final.

En este trabajo se estudió la obtención del ácido algínico y sus sales de calcio y sodio se evaluó el método y se caracterizó el producto. En los ensayos realizados se evaluaron rendimientos y viscosidades.

Introducción

Los primeros estudios sobre la extracción de alginatos a partir de las algas pardas datan del siglo diecinueve mediante los estudios del químico británico E.C.Stanford, quien encontró que la sustancia que denomino alginato poseía varias propiedades interesantes como espesante, formador de geles y de películas, a partir de estos estudios él propuso varias aplicaciones industriales aunque la producción a gran escala fue desarrollada mucho después, Krefting (1896) obtuvo ácido algínico puro, e investigadores posteriores determinaron muchas de las propiedades de las sales de este ácido. Sin embargo, la producción comercial de alginatos no comenzó hasta el año 1929 [8] y tuvo un notable incremento después de la segunda guerra mundial con la instalación de empresas extractoras en todo el mundo, la continuación de la investigación y su ampliación dio lugar a una gran cantidad de datos sobre la estructura del ácido algínico, las propiedades de sus soluciones y las reacciones químicas de los alginatos.

Usos y Aplicaciones

Actualmente los alginatos son uno de los biopolímeros más versátiles para uso industrial [12], son usados para espesar soluciones, estabilizar suspensiones y emulsiones, para gelificar un amplio rango de mezclas y para formar películas sobre diferentes superficies Aprovechando estas propiedades, son usados en diferentes ramas de la industria; en la industria alimenticia [11], como aditivos por sus propiedades espesantes, emulsionantes (aceite-agua), estabilizantes, coloides protectores y texturizantes en distintos productos como helados, conservas, aderezos de ensaladas, embutidos, etc.; en la industria farmacéutica, como agente fijador y emulsificante en la formulación de comprimidos y otras formas farmacéuticas y también como principio activo fundamentalmente en especialidades del tipo antiácido; en la industria textil como aprestos, impermeabilizantes de tejidos y espesantes en el estampado; como estabilizante en pinturas al agua; en prótesis e impresiones dentales; como fundente de electrodos y otras de menor volumen [13]

Posibilidades de producción en el País

Dentro del extenso litoral marítimo de nuestro país existen en las costas patagónicas (fundamentalmente Chubut y Santa Cruz) enormes praderas de Macrocystis pyrifera alga gigante del orden Laminariales que ha demostrado ser una importante productora de alginatos, se han realizado relevamientos de la ubicación y magnitud de las mismas los que junto a múltiples

observaciones anteriores muestran la enorme disponibilidad de este recurso, pese a lo cual aun no existe explotación industrial del mismo, la obtención del material puede realizarse mediante la cosecha de los ejemplares dejados en la costa por la marea en importante cantidad o por cortes controlados en las praderas utilizando embarcaciones acondicionadas para ese fin.

Argentina es el único país del mundo con disponibilidad del recurso natural pero sin explotación [8], por esta razón en el presente trabajo se desarrollan las características más importantes de la fase productiva y las posibilidades de su subsiguiente desarrollo tecnológico [13].

Estructura química y propiedades físicas

Químicamente los alginatos son polímeros cuyas unidades monoméricas son los ácidos urónicos (azucares donde el grupo CH2OH del C6 ha sido reemplazado por un grupo COOH, una de las unidades deriva de la D- manosa y se llama ácido D- manurónico (M) la otra es su epímero en C5, el ácido L- gulurónico (G), si bien estos monómeros solo difieren en la configuración del C5, hay una enorme diferencia entre ellos, ya que las conformaciones espaciales son diferentes lo que provoca una gran diferencia estructural entre los bloques poliédricos [16], si bien los ácidos algínicos son copolímeros lineales de ambos ácidos por formación de enlaces glucosídicos (1-4), no todos son iguales. Se encuentran bloques de homopolímeros tanto (G) como (M) y también heteropolímeros secuenciales alternados (G-M). La distribución de estos bloques determina las propiedades individuales del compuesto obtenido. Los ácidos algínicos tienen un grado de polimerización variable entre 100 a 3.000 unidades, la relación porcentual entre estos ácidos es uno de los valores que caracteriza a un alginato, oscilando entre 0,4 a 2,4.

La conformación estructural es una de las características más importantes de los alginatos y del ácido algínico ya que reacciona con cationes polivalentes, por ejemplo el calcio, este se ubica en los espacios formados entre los bloques de ácido glucorónico, estructura conocida como “caja de huevo” figura 1.

Esto permite la unión de dos cadenas de polímero con lo que se consigue aumentar mucho el peso molecular y el volumen de las moléculas, aumentando por consiguiente la viscosidad, dentro del polímero existen las tres clases de bloques (M.M, G.G y M.G) teniendo estos últimos alternancia uniforme [9], todas las uniones son 1-4 siendo las del ácido manurónico de configuración b y las del gulurónico de configuración a, la reactividad con el calcio para la formación de geles es una función directa de la longitud promedio de los bloques (G) [10], los alginatos que poseen grandes fracciones (G-G) presentan una fuerte capacidad gelificante. Las principales propiedades de los alginatos son la viscosidad y la capacidad gelificante:

FIGURA 1: En la figura se puede ver la formación de la caja de huevo y la ubicación de los iones polivalentes que sirven de enlace de dos moléculas de polímero.

Por lo tanto, la viscosidad de las soluciones de alginatos depende de la longitud de las moléculas cuanto mayor sea la longitud de las cadenas mas alta será la viscosidad para una misma concentración, al disolverse en agua las moléculas se hidratan y aumenta su viscosidad. Las moléculas disueltas no son

completamente flexibles, la rotación a lo largo de los enlaces glucocídicos en los bloques G, se ve impedida dando lugar a un endurecimiento de la cadena. Estas soluciones son altamente viscosas.

Los alginatos poseen distintas proporciones de monómeros gulurónicos y manurónicos distribuidos de diferentes formas, la principal propiedad que depende de esta distribución es la capacidad de formar geles con cationes polivalentes con los cuales reacciona en forma cruzada como con el calcio, para que esto se realice, los alginatos deben poseer una cantidad suficiente del monómero gulurónico y una cierta proporción de los mismos deben estar en bloque. Se pueden producir uniones intermoleculares mediante el calcio (u otros cationes multivalentes). Estos enlaces dan lugar a la gelificación de la solución, un gel de alginato no puede definirse como un sólido o una solución de forma categórica presentando un estado intermedio donde los puntos de unión intermolecular representan el estado sólido [9]. Después de la gelificación las moléculas de agua están atrapadas en la matriz del alginato, pero todavía tienen la posibilidad de migrar, esto es de gran importancia en muchas aplicaciones (por ejemplo: geles de alginatos para encapsular o inmovilizar células). La capacidad del gel para retener agua se debe a fuerzas capilares, los alginatos forman geles térmicamente estables su resistencia es generalmente independiente de la longitud de la cadena, en la medida que la cadena supere una cierta longitud critica (el grado de polimerización debería exceder 200 para lograr una resistencia óptima del gel) desde un punto de vista químico la formación de un gel cálcico es un intercambio iónico. El sodio (u otro catión de alginato soluble en agua) es intercambiado por el calcio. Es posible formar un gel de alginato sin involucrar el calcio u el entrecruzamiento por otro catión. Haciendo una solución ácida de alginato se formará un gel de alginato, esto ocurre cuando el polianión del alginato pierde su carga a bajos pH a medida que los grupos carboxílicos de los ácidos urónicos aceptan protones, dando lugar a que las cadenas de alginatos se aproximen mas lo que favorece la formación de enlaces de estructuras G, nuevamente aquí son las estructuras G, las que contribuyen a la resistencia del gel desarrollando enlaces que “endurecen” las estructuras G alineándolas y fijándolas unas a otras mediante enlaces hidrogeno.

Ensayos experimentales

En el presente trabajo se desarrolló la técnica de obtención de alginatos basada en el método desarrollado por Green (1936) [6] , el cual fue modificado sucesivamente de acuerdo a la naturaleza de la materia prima y el uso pensado para el producto final; entre los trabajos que usaron material de la Patagonia

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