Kwas alginowy – właściwości, działanie i zastosowanie kwasu alginowego

Kwas alginowy jest naturalnym polisacharydem występującym w przyrodzie, który znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle. Jako składnik E400 został on zaakceptowany do wykorzystania w produkcji żywności w roli zagęszczacza i emulgatora. Co ciekawe, kwas alginowy ma również niebagatelne znaczenie lecznicze!

Kwas alginowy – co to takiego?

Kwas alginowy to związek określany formułą C6H806 i zaliczany do wielocukrów. Jako czysta substancja występuje w formie białego lub żółtobrązowego proszku lub granulatu. Podstawową charakterystyką kwasu alginowego, która determinuje sposób jego wykorzystania, jest fakt, że związek ten nie rozpuszcza się w wodzie, ale wchłania ją w zaskakująco efektywny sposób, powiększając przy tym swoją objętość. Zdaniem naukowców 1 g kwasu alginowego jest w stanie wchłonąć aż 3 g wody!

Kwas alginowy w przyrodzie

Kwas alginowy nie jest przy tym polimerem wynalezionym przez człowieka, ale substancją naturalnie występującą w ścianach komórkowych roślin wodnych, a konkretnie trawy morskiej oraz glonów. Szczególnie zasobne w niego są glony brunatne, z których pozyskuje się kwas alginowy na skalę przemysłową. Doskonałym przykładem jest wielkomorszcz gruszkonośny (Macrocystis pyrifera), który potrafi osiągać nawet 20 metrów długości! Glony brunatne nie są komercyjnie uprawiane ze względu na trudności techniczne i bardzo wysokie koszty, więc do produkcji kwasu alginowego wykorzystuje się przede wszystkim dzikie okazy poławiane w chłodnych morzach. W Chinach opracowano jednak metodę racjonalnej uprawy laminarii listownicy (Laminaria japonica), którą wykorzystuje się zarówno do bezpośredniej konsumpcji, jak i ekstrakcji soli kwasu alginowego. Te ostatnie różnią się właściwościami, zwłaszcza potencjałem żelowania oraz barwą, w zależności od gatunku.

Czysty kwas alginowy pozyskiwany jest metodą analizy chemicznej w oparciu o alginian sodu, związek najpowszechniej występujący we wspomnianych glonach. Ten ostatni otrzymuje się za pomocą maceracji i ekspozycji na ekstrakty zasadowe. Gdy tak otrzymany roztwór poddamy działaniu kwasu, otrzymamy żel kwasu alginowego, podczas gdy reakcja z chlorkiem wapnia pozwala otrzymać włókna alginianu wapnia. Sam proces nie jest technologicznie skomplikowany, ale wymaga wykorzystania zaawansowanych metod fizycznej separacji w postaci filtrów i wirówek. Celem jest bowiem uzyskanie substancji jak najczystszej, pozbawionej glonowych zanieczyszczeń.

Ciekawostka! Alginiany wytwarzane są również przez bakterie Pseudomonas aeruginosa znajdowane powszechnie w płucach osób chorych na mukowiscydozę. Żelowy film skutecznie chroni te drobnoustroje przed działaniem sporej części antybiotyków.

Zastosowanie kwasu alginowego w przemyśle

Owa niezwykła zdolność do absorpcji wody znalazła oczywiście zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Doskonałym przykładem jest tutaj przemysł tekstylny, gdzie alginian sodu wykorzystywany jest przede wszystkim do nadruków i koloryzacji materiałów. Z jego pomocą da się tworzyć wielobarwne, atrakcyjne desenie na tkaninach nie tylko bawełnianych, ale także jedwabnych, wełnianych czy syntetycznych.

Dalej alginiany używane są szeroko także w drukarstwie oraz produkcji papieru, gdzie z powodzeniem zastępują kalafonię. Arkusze papieru nabierają idealnej gładkości i połysku, a w efekcie również lepiej wchłaniają atrament.

Alginiany jako zagęszczacze są też składnikiem farb i barwników, sprzyjając jednolitej dystrybucji pigmentu w całej emulsji, a jednocześnie przedłużając jej trwałość. Ponadto służą do produkcji drutów spawalniczych, gum oponowych czy form do odlewów. W medycynie stosuje się je do produkcji protez, mas hydrokoloidowych używanych w stomatologii, a także hydrożelu wykorzystywanego do stymulacji uszkodzonej tkanki mózgowej! Wreszcie, w przemyśle kosmetycznym stosuje się je powszechnie do zagęszczania kremów czy mydeł w płynie oraz produkcji żelowych maseczek do twarzy.

Warto również wspomnieć o ekologicznym zastosowaniu alginianów, które są naturalnym absorbentem dla metali ciężkich i pomagają usuwać je z wód powierzchniowych. Mają również potencjał do unieruchamiania i obezwładniania martwych komórek, aktywnego węgla czy różnych zanieczyszczeń środowiska naturalnego. Co najważniejsze, alginiany jako całkowicie naturalne polimery są w 100% biodegradowalne!

Kwas alginowy jako dodatek do żywności

Kwas alginowy i jego sole tworzą jedną grupę w obrębie dodatków do żywności zaliczanych do zagęszczaczy i emulgatorów. Zgodnie z europejskimi normami oznaczane są kolejno: E400 (kwas alginowy), E401 (alginian sodu), E402 (alginian potasu), E403 (alginian amonu), E404 (alginian wapnia) oraz E405, czyli alginian glikolu propylenowego. Szacuje się, że przemysł spożywczy wykorzystuje współcześnie ok. 30% wszystkich alginianów produkowanych na świecie. A globalna roczna produkcja sięga obecnie około 30 milionów ton rocznie!

Dodawane do płynnych produktów żywnościowych alginiany pozwalają zagęścić i ustabilizować konsystencję produktu, gwarantując mu homogenną strukturę i broniąc przed oddzielaniem się frakcji tłuszczowej. Ponadto, kwas alginowy i jego pochodne mają również działanie żelujące, nadając dżemom, galaretkom i innym przetworom owocowym pożądanej konsystencji.

Czy kwas alginowy jest bezpieczny dla zdrowia?

Jako złożony polisacharyd kwas alginowy i jego sole nie są rozkładane w ludzkim układzie pokarmowym i w niezmienionej postaci przemieszczają się przez przełyk, żołądek i jelita bez bycia wchłanianymi. Wszystkie wspomniane wyżej dodatki do żywności od E400 do E404 nie wykazują żadnych ewidentnych skutków ubocznych. Nie określono też górnego limitu spożycia, chociaż wydaje się, że bardzo duże dawki alginianów mogą ograniczać przyswajalność żelaza z diety.

Jedynym wyjątkiem jest alginian glikolu propylenowego (E405), który u szczególnie wrażliwych osób wywołuje negatywne reakcje związane z obecnością samego glikolu propylenowego. Mowa o mdłościach, zaburzeniach równowagi oraz problemach neurologicznych, włącznie z rzucawkami.

Farmakologiczne wykorzystanie kwasu alginowego

Kwas alginowy nie tylko wydaje się zupełnie bezpiecznym dodatkiem do żywności, ale może mieć korzystny wpływ na nasze zdrowie. Zdolność do pęcznienia i przyjmowania postaci żelu została już szeroko wykorzystana w przemyśle farmakologicznym, nie tylko jako substancja wypełniająca dla leków, ale także czynny środek leczniczy!

W połączeniu z wodorotlenkiem aluminium kwas alginowy tworzy barierę ochronną dla śluzówki żołądka, chroniąc ją przed niszczącym działaniem kwasów trawiennych. Preparaty na bazie kwasu alginowego poleca się więc osobom cierpiącym na wrzody żołądka, chorobę refluksową, zgagę, nadkwasotę oraz różne podrażnienia żołądka. Jest to również skuteczny środek zaradczy podawany przy przypadkowej konsumpcji silnych kwasów.

Kapsułki z alginianami mogą zawierać różne substancje czynne, a żelowy film, który zawdzięczamy poczciwym glonom, pozwala uwalniać je w układzie pokarmowym w sposób spowolniony, gwarantujący dłuższe działanie leków.

Wreszcie, kwas alginowy wykorzystywany jest do produkcji zaawansowanych opatrunków w postaci żeli i pianek, które dobrze wchłanianą krew i inne płyny, a przy tym minimalizują ryzyko rozwoju bakterii. Mówi się również o jego olbrzymim potencjale w stale rozwijającej się sferze inżynierii tkanek.

Gastronomia molekularna czyli przyszłość kwasu alginowego

Kwas alginowy i jego pochodne to potencjał, który będzie miał szerokie zastosowanie w kolejnych dekadach, zarówno w biotechnologii, jak i farmakologii i przemyśle spożywczym. Już dzisiaj do najgorętszych trendów światowej gastronomii należy żywność molekularna, czyli naturalne produkty przetworzone do postaci żeli, z których da się stworzyć praktycznie dowolny kształt. W wielu restauracjach natkniemy się już na żelowe kapsułki zawierające w sobie zintensyfikowane smaki i aromaty owoców czy przypraw, nadające konsumpcji zupełnie nowej jakości, rozpuszczając się w ustach i uwalniając nieoczekiwanie silne bukiety.

Gastronomia molekularna nie tylko rozpieszcza nasze zmysły i zachwyca estetyką dań zamkniętych w kostkach, kulkach i nitkach, ale może być sposobem na wprowadzenie do jadłospisu cennych związków odżywczych. Zdaniem analityków te przyszłościowe posiłki wyglądające jak dzieła sztuki awangardowej zrewolucjonizują nasze myślenie o jedzeniu i mogą pomóc w przesuwaniu punktu ciężkości z ideologii porcji XXL do artystycznych dań stworzonych do delektowania się. Kwas alginowy i jego pochodne mogą odegrać w tym nurcie zasadniczą rolę!