ALGINATE và ỨNG DỤNG TRONG LĨNH vực dược PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Đề tài: ALGINATE VÀ ỨNG DỤNG
TRONG LĨNH VỰC DƯỢC PHẨM

GVHD: TS. PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH
SVTH: HỒ THỊ THÙY LINH 18139081
LỚP: DH18HD

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2022


MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................. i
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................ iv
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT......................................... 2
1.1 Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt .................................................................. 2
1.2 Tính chất ..................................................................................................................... 2
1.2.1 Sự tạo thành mixen ............................................................................................... 2
1.2.2 Các tính chất cơ bản .............................................................................................. 3
1.2.3. Phân loại .............................................................................................................. 4
1.3 Ứng dụng .................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ALGINATE ....................................................................... 7
2.1 Nguồn gốc ................................................................................................................... 7
2.2 Cấu trúc của alginate ................................................................................................... 7

2.3 Một số loại muối Alginate ........................................................................................... 9
2.4 Hoạt tính sinh học của alginate .................................................................................. 12
2.4.1 Hoạt tính chống đơng máu .................................................................................. 12
2.4.2 Hoạt tính chống khối u ........................................................................................ 12
2.4.3 Hoạt tính hạ huyết áp .......................................................................................... 13
CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CỦA ALGINATE .................................................................... 14
3.1 Độ tan ....................................................................................................................... 14
3.2 Độ nhớt ..................................................................................................................... 14
3.3 Độ ổn định................................................................................................................. 15
3.4 Sự gel hóa ................................................................................................................. 15
3.5 Sự hóa dẻo................................................................................................................. 16
3.6 Tính chất của màng Alginate ..................................................................................... 16
3.7 Tính tương hợp sinh học ............................................................................................ 17
3.8 Giá trị HLB ............................................................................................................... 17
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA ALGINATE TRONG LĨNH VỰC .................................. 18
DƯỢC PHẨM .................................................................................................................... 18
4.1 Alginate trong phân phối thuốc .................................................................................. 18
4.2 Ứng dụng trong điều trị bệnh dạ dày .......................................................................... 19
4.3 Ứng dụng alginate trong điều chế thuốc kháng sinh ................................................... 19
4.4 Ứng dụng trong điều chế thuốc đối với bệnh gan ....................................................... 19

i


4.5 Ứng dụng điều chế alginate có khối lượng phân tử thấp có hoạt tính chống đơng máu
dùng làm thực phẩm chức năng ....................................................................................... 21
4.6 Ứng dụng làm băng gạc ............................................................................................. 21
4.7 Ứng dụng làm chất nền trong kỹ thuật tái tạo mô xương, sụn ..................................... 21
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ................................................................................................... 23

ii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chất hoạt động bề mặt ........................................................ 2
Hình 1.2. Cấu tạo mixen ............................................................................................. 3
Hình 2.1. Liên kết (14) glycosidic giữa các uronic .................................................. 8
Hình 2.2. Cấu trúc 2 gốc uronic trong phân tử alginate ............................................... 8
Hình 2.3. Độ dài trung bình giữa các uronic trong các block của alginate ................... 8
Hình 2.4. Sự sắp xếp các block polysaccharide trong phân tử alginate ........................ 9
Hình 2.5. Cơng thức cấu tạo Canxi Alginate ............................................................. 10
Hình 2.6. Cơng thức cấu tạo của Natri alginate ......................................................... 10
Hình 2.7. Cơng thức cấu tạo của Kali alginate .......................................................... 11
Hình 2.8. Cơng thức cấu tạo của amon alginate ........................................................ 11
Hình 2.9. Cơng thức cấu tạo của Propylene glycol alginate ....................................... 12
Hình 3.1. Cấu trúc dạng “Box- egg” ......................................................................... 16

iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt .......................................................... 6
Bảng 3.1. Độ nhớt của alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C) ........................ 14

iv


LỜI MỞ ĐẦU
Từ lâu, rong biển là đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc nhiều
lĩnh vực trên thế giới. Nhiều cơng trình nghiên cứu về giá trị dinh dưỡng cũng như

dược học của rong biển đã được cơng bố và ứng dụng rộng rãi trên tồn cầu. Rong
biển đặc biệt là rong nâu có chứa nhiều thành phần quý như: Alginate, Fucoidan, hợp
chất chống oxy hóa phlorotanni.
Alginate là vật liệu đóng vai trị quan trọng trong ngành dược do alginate có
nguồn gốc tự thiên, khơng độc hại, có khả năng tự phân hủy sinh học, giá thành thấp.
Vì thế, alginate là vật liệu hữu dụng cho việc ứng dụng trong y sinh học, đặc biệt là
trong điều chế thuốc và các hợp chất hoạt tính sinh học khác.
Nhiều quốc gia trên thế giới đã chế tạo thành công nhiều loại sản phẩm từ
alginate tách chiết từ rong nâu để ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề và lĩnh
vực khác nhau, trong đó có nhiều ứng dụng trong y học như dùng làm chất điều trị
phóng xạ, làm tăng hiệu quả chữa bệnh của penicillin vì khi có mặt của alginate natri
sẽ làm cho penicillin tồn tại lâu hơn trong máu.
Để tìm hiểu sâu hơn về những ứng dụng của Alginate trong lĩnh vực dược
phẩm, đề tài “Alginate và ứng dụng trong dược phẩm” được thực hiện.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
1.1 Giới thiệu chung về chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt là một chất hữu cơ có tác dụng làm giảm sức căng bề
mặt của chất lỏng. Phân tử của chất hoạt động bề mặt bao gồm: một đầu ưa nước và
một đi kị nước (Hình 1.1).
Đầu ưa nước là các nhóm chức chứa oxi (-COOH, -OH), chứa nitơ (nitro,
amin, amit, imit…), các nhóm chứa lưu huỳnh (sunphat, sunphonat), photpho
(photphat, cacboxylat)… được gọi là hidrophin.
Đi kị nước có thể là parafin, isoparafin, benzen, ankylbenzen, naphtalen,
vòng ngưng tụ hidrocacbon có mạch nhánh được gọi là lipophin hay hiđrophop.
Khi các phân tử chất hoạt động bề mặt nằm ở bề mặt tiếp xúc của pha khínước và dầu-nước, đầu ưa nước hướng về pha nước, đuôi kị nước hướng về pha khí và
pha dầu. Do có cả nhóm ưa nước và nhóm kị nước nên chất hoạt động bề mặt tan tốt

cả trong nước và dung môi hữu cơ. (Nguyễn Đình Triệu, 2005)

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử chất hoạt động bề mặt
1.2 Tính chất
1.2.1 Sự tạo thành mixen
Trong dung dịch, ở nồng độ nhỏ, các phân tử chất hoạt động bề mặt hoà tan
riêng biệt. Khi nồng độ chất họat động bề mặt tăng lên một giá trị nhất định (nồng độ
mixen tới hạn - CMC), các phân tử hòa tan riêng biệt liên kết với nhau tạo thành các
mixen (Hình 1.2). Các mixen làm cho chất hoạt động bề mặt có khả năng co cụm các
phân tử chất trong dung dịch.
Các mixen có dạng hình cầu, hình trụ hay màng, trong đó các phân tử chất hoạt
động bề mặt liên kết với nhau bằng đầu hydrocacbon và hướng nhóm phân cực ra

2


dung dịch nước. Ở các nồng độ cao hơn, các mixen có kích thước tăng lên và các gốc
hydrocacbon song song với nhau hình thành các mixen tấm.
Mixen có thể được tạo thành không chỉ trong các dung dịch nước mà cịn ở
dung dịch xà phịng trong dung mơi. Khi đó các phân tử xà phịng trong mixen sẽ
hướng các nhóm phân cực vào phía trong mixen cịn phần kỵ nước sẽ quay ra ngồi.
(Nguyễn Đình Triệu, 2005)

Hình 1.2. Cấu tạo mixen
1.2.2 Các tính chất cơ bản
Tính thấm ướt: tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nước
một cách dễ dàng.
Khả năng tạo bọt: Bọt được hình thành do sự phân tán khí trong môi trường
lỏng. Hiện tượng này làm cho bề mặt dung dịch tăng lên.
Khả năng hịa tan: Tình hịa tan phụ thuộc vào các yếu tố: Bản chất và vị trí của

nhóm ưa nước, chiều dài của mạch hydrocacbon, nhiệt độ, bản chất của ion kim loại.
Khả năng hoạt động bề mặt: Nước có sức căng bề mặt lớn. Khi hịa tan chất
hoạt động bề mặt vào nước, sức căng bề mặt của nước giảm. Một lớp hấp thụ định
hướng hình thành trên bề mặt nhóm ưa nước hướng vào nước, nhóm kị nước hướng ra
ngồi. Nhờ có lớp hấp thụ đó mà sức căng bề mặt của nước giảm vì bề mặt nước –
khơng khí được thay bằng các pha kị nước.
Khả năng nhũ hóa: Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu
được hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa. Chất hoạt động bề mặt thường được
dùng làm chất ổn định nhũ tương. Tác dụng của chúng là làm giảm sức căng bề mặt
3


của hai hướng dầu – nước, sau đó làm cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định. (Nguyễn
Đình Triệu, 2005)
1.2.3. Phân loại
Chất hoạt động bề mặt có thể phân loại theo cách sử dụng, nhưng mỗi chất có
nhiều ứng dụng khác nhau. Cách phân loại phổ biến là dựa trên sự phân ly của chúng
trong nước. Theo cách này, có 4 loại chất hoạt động bề mặt là: chất hoạt động bề mặt
anion, chất hoạt động bề mặt cation, chất hoạt động bề mặt không ion và chất hoạt
động bề mặt lưỡng tính. (Nguyễn Đình Triệu, 2005)
a) Chất hoạt động bề mặt anion
Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra anion, là mạch
hidrocacbon dài, chiếm phần lớn kích thước phân tử, và ion thứ hai khơng có tính hoạt
động bề mặt.
Chất hoạt động bề mặt anion có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với
các loại khác, có vai trị tẩy rửa chính khi phối liệu, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to
nhưng kém bền, bị thụ động hóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nước cứng và nước
cứng tạm thời. CHĐBM anion rất đa dạng, được sử dụng từ lâu trong việc tẩy rửa.
Chất hoạt động bề mặt anion chia làm hai loại chính:
-

Chất hoạt động bề mặt anion có nguồn gốc thiên nhiên: là sản phẩm từ phản
ứng xà phịng hóa của các este axit béo với glyxerin (dầu cọ, dầu dừa, dầu
nành, dầu lạc, dầu cao su, mỡ heo, mỡ cừu, mỡ bò, mỡ hải cẩu, mỡ cá voi...).

-

Chất hoạt động bề mặt anion có nguồn gốc từ dầu mỏ: Thơng qua phản ứng
ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn xuất ankyl, aryl, ankylbenzen sunfonic.

b) Chất hoạt động bề mặt cation
Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra cation, là mạch
hydrocacbon dài chiếm phần lớn kích thước tồn bộ phân tử, và ion thứ hai khơng có
tính hoạt động bề mặt, có khả năng hoạt động bề mặt không cao.
Chất hoạt động bề mặt cation có nhóm ưa nước là ion dương, thông thường là
các dẫn xuất của muối amin bậc bốn của clo. Các chất hoạt động bề mặt cation êm dịu
4


với da, tẩy dầu ít, khơng dùng để tạo bọt, tạo nhũ tốt, có khả năng phân giải sinh học
kém. Tương lai trên thị trường sẽ có các cation dạng nhóm chức este dễ phân giải sinh
học hơn cho mơi trường, và giảm khả năng gây dị ứng khi sử dụng. Chất hoạt động bề
mặt cation chủ yếu làm triệt tiêu tĩnh điện cho tóc, vải sợi... nên lượng dùng rất ít.
c) Chất hoạt động bề mặt khơng ion
Chất hoạt động bề mặt khi hịa tan vào trong nước khơng phân ly thành ion.
Chất hoạt động bề mặt không ion có khả năng hoạt động bề mặt khơng cao, êm dịu
với da, lấy dầu ít, làm bền bọt, tạo nhũ tốt, có khả năng phân giải sinh học, ít chịu ảnh
hưởng của nước cứng và pH của môi trường, tuy nhiên có khả năng tạo phức với một
số ion kim loại nặng trong nước....
Hiện nay để tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion, phương pháp được

dùng phổ biến nhất là q trình etoxy hóa từ ancol béo với oxit etylen. Hoặc từ tổng
hợp ancol: bằng cách cho olefin-1 phản ứng với H2SO4, rồi thủy phân (thu được
ancol bậc 2).
d) Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính
Những chất hoạt động bề mặt mà tùy theo môi trường là axit hay bazơ mà có
hoạt tính cation hay anion, hay nói cách khác là chất hoạt động bề mặt có các nhóm
lưỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điện dương (amin, este). Có khả năng hoạt động
bề mặt khơng cao, Ở pH thấp chúng là chất hoạt động bề mặt cation và là anion ở pH
cao. Có khả năng phân hủy sinh học.
1.3 Ứng dụng
Các chất hoạt động bề mặt có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất
cơng nghiệp, nông nghiệp, xây dựng. Một số ứng dụng phổ biến được liệt kê trong
Bảng 1.2 (T. M. Schmitt, 2001).

5


Bảng 1.1. Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt
Lĩnh vực

Chức năng

Sản phẩm chăm sóc cá nhân

Tẩy rửa, nhũ hóa, bôi trơn, chống tĩnh điện

Công nghiệp, xây dựng

Tẩy rửa, tạo bọt, nhũ hóa, phụ gia chống tĩnh điện

Luyện thép, chế tạo máy

Tẩy rửa, nhũ hóa, bơi trơn, nhũ hóa, màng mỏng

Nơng nghiệp

Nhũ hóa, thấm ƣớt, phun mù

Chế biến, phụ gia thực phẩm

Nhũ hóa và bền hóa, tẩy rửa, thấm ướt, tạo bọt

Dược phẩm, sinh học

Thấm ướt, khử bọt, chống khuẩn, tạo màng sinh học

Dầu mỏ

Nhũ hóa, tẩy rửa, thu hồi dầu trầm tích

Sơn và cao su

Nhũ hóa, ổn định và phân tán pigment

Dệt, nhuộm, da

Tẩy giặt, thấm ướt, nhũ hóa

6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ALGINATE
2.1 Nguồn gốc
Alginate là polysaccharide tự nhiên được sản xuất bởi tảo nâu và vi khuẩn.
Năm 1881, Stanford đã chiết xuất được alginate lần đầu tiên ở tảo nâu
(Phaeophyceae) dưới dạng muối canxi, magie, natri của alginic acid.Sự hiện diện
của alginate cung cấp độ bền cơ học và tính linh hoạt của rong biển trong mơi
trường nước, giúp nó thích nghi với các tác động của dịng chảy.
Cho đến nay, alginate thương mại được trích ly từ nhiều loại tảo nâu khác
nhau. Các loại tảo phổ biến dùng để sản xuất alginate là Ascophyllum nodosum,
Laminaria digitata, Laminariahyperborea, Laminaria saccharina, Laminaria
japonica, Durivillaea potatorum, Durvillaea antarctic, Macrocystis pyrifera,
Ecklonia maxima, Lessonia nigrescens …(Smidsrod O, 1990)
Theo kết quả nghiên cứu của Gorin và Spencer (1966), Linker và Jones (1966),
Govan và cộng sự (1981), một số vi khuẩn Azotobacter và Pseudomonas cũng có
thể sản xuất alginatevới cấu trúc vật lí và hóa học tốt hơn so với alginate có nguồn
gốc từ rong biển. Những tiến bộ gần đây của quá trình tổng hợp alginate từ vi
khuẩn cho phép tạo ra alginate với các tính năng phù hợp để ứng dụng trong y
sinh.
2.2 Cấu trúc của alginate
Alginate là anionic polysaccharide, là một co-polymer mạch thẳng được tạo
thành từ liên kết (14) glycosidic của β-D-mannuronic acid (M) và α-L-guluronic
acid (G) (Hình 2.1) (CongQ và cộng sự, 2014).
Theo công thức cổ điển của Haworth, hai monomer này chỉ khác nhau ở nhóm
carboxyl nằm ở trên và dưới mặt phẳng của vòng pyranose, còn theo quan niệm
hiện đại, hai gốc uronic này có cấu tạo dạng ghế, có cấu hình khác nhau:
mannuronic acid có cấu hình 4C1 cịn guluronic acid là 1C4 (Hình 2.2) (Atkins và
cộng sự, 1973). Chính sự khác nhau của mạch cấu trúc này nên hai uronic thể hiện
các tính chất hóa học, sinh học khác nhau (Hang A và cộng sự, 1967).

7


Hình 2.1. Liên kết (14) glycosidic giữa các uronic

Hình 2.2. Cấu trúc 2 gốc uronic trong phân tử alginate
Các chuỗi polyguluronic acid có dạng nếp gấp, cịn polymannuronic acid có
dạng phẳng. Khoảng cách giữa 2 uronic trong chuỗi polyguluronic acid là là 8,7
A°; polymannuronic acid là 10,35 A°; và khoảng cách giữa hai uronic trong chuỗi
luân phiên polyguluronic acid và polymannuronic acid là 9,5 A°(Atkins và vộng
sự, 1973).

Hình 2.3. Độ dài trung bình giữa các uronic trong các block của alginate

8


Trong phân tử alginate, tỷ lệ, trình tự và sự phân bố của hai monomer thay đổi
rất rộng tùy theo nguồn gốc của alginate. Sự sắp xếp ngẫu nhiên của 2 monomer M và
G trong mạch alginate theo 3 dạng cấu trúc block (Hình 2.4): Block homopolymerric
guluronic: gồm các gốc acid guluronic nối tiếp nhau (GGGG); Block homopolymerric
mannuronic: gồm các gốc acid mannuronic nối tiếp nhau (MMMM); Block
heteropolymerric ngẫu nhiên: hai gốc acid guluronic và acid mannuronic luân phiên
nối tiếp nhau (MGMGMGMG).

Hình 2.4. Sự sắp xếp các block polysaccharide trong phân tử alginate
Tính chất lý học, hóa học và sinh học của alginate thay đổi tùy thuộc vào khối
lượng phân tử, độ nhớt và tỷ lệ M/G cũng như trình tự sắp xếp các uronic trong
polymer (Cong Q và cộng sự, 2014).Tỷ lệ M/G là thông số quan trọng đặc trưng cho
tính chất hố học, tính chất lý học của alginate và có ý nghĩa quan trọng trong nghiên

cứu khả năng tạo gel (Ngô ĐĂng Nghĩa, 1999).
2.3 Một số loại muối Alginate
Alginate được sản xuất từ tảo nâu Phaeophyceae, trong tảo các acid chủ yếu
ở dạng muối hỗn hợp (Na, K, Mg, Ca).
 Alginate Canxi: [(C6H7O2)2Ca]n

9


Hình 2.5. Cơng thức cấu tạo Canxi Alginate
Là chất bột màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nước và ether, tan
chậm trong những dung dịch natri polyphosphaste, natri carbonate và các chất kết hợp
với ion canxi.
Thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, hàn, sơn và keo
dẻo ướt.Canxi alginate được chiết xuất từ polysaccharide tự nhiên trong rong biển,
có thể ứng dụng tốt làm chất phụ gia cho công nghiệp thực phẩm chức năng. (Lê Thị
Hồng Hạnh, 2015)
 Alginate Natri: (C6H7O6Na)n

Hình 2.6. Cơng thức cấu tạo của Natri alginate
Natri alginate là chất bột dạng hạt màu trắng hoặc vàng nhạt, khơng vị. Khi hịa
tan trong nước nó tạo thành gel, được sử dụng cho các ngành công nghiệp thực phẩm
như chất tăng độ nhớt và chất chuyển thể sữa. Không tan trong ether, ethanol và
chloroform.
Natri alginate hoạt động như một tác nhân tạo gel mà không cần nhiệt.Bên
trong gel có sự hiện diện của các hợp chất canxi.Thường được sử dụng cùng với
canxi clorua để bọc trứng cá muối,tăng cảm quan cho thức uống…Trong y học, nó
có tác dụng hạ lipid máu, huyết áp.(Lê Thị Hồng Hạnh, 2015)
10

 Kali alginate: (C6H7O6K)n

Hình 2.7. Cơng thức cấu tạo của Kali alginate
Kali alginate có dạng chất bột màu trắng, khơng mùi, khơng vị, hịa tan vào nước
tạo thành dung dịch sệt dính, khơng hịa tan trong rượu và dung mơi hữu cơ khác.
Kali alginate chủ yếu được dùng trong công nghiệp dược phẩm và thực
phẩm.Nó là loại carbohydrate polysaccharide tự nhiên có tác dụng hạ mỡ trong
máu, hạ đường huyết, giảm lượng cholesterol…Ngồi ra, nó cịn là vật liệu quan
trọng trong nha khoa do có thể làm khn răng tốt hay tạo thành mặt nạ trong công
nghiệp mỹ phẩm. Alginate kali có trọng lượng phân tử thấp có thể được cơ thể hấp thu
và trao đổi tốt với ion natri trong ruột và dễ dàng thải bỏ khỏi cơ thể mà khơng
gây tác hại gì, nên ngày nay nó đang là nguyên liệu làm màng bọc thuốc đang được
nghiên cứu và ứng dụng.(Lê Thị Hồng Hạnh, 2015).
 Amon alginate:(C6H11O6N)n

Hình 2.8. Công thức cấu tạo của amon alginate
Amon alginate là muối amoni của acid alginic, có dạng hạt hay bột màu trắng. Hòa tan
chậm trong nước tạo thành một dung dịch sệt dính, khơng tan trong ethanol, ether và
kết

tủa

với

canxi

clorua,

ammonium

sulfat.

Được

dùng

trong

thực

11


phẩm như chất ổn định, chất làm đặc, chất tạo keo, chất chuyển thể sữa. (Lê Thị Hồng
Hạnh, 2015).
 Propylen glycon alginate (PGA): C5H7O4COOC3H6OH)n

Hình 2.9. Cơng thức cấu tạo của Propylene glycol alginate
Propylene glycol alginate là một este của acid alginic, trong đó một số nhóm
carboxyl được este hóa với propylene glycol, một số trung hịa với dung dịch kiềm
thích hợp và một số vẫn còn tự do. Khi hòa tan trong nước PGA tạo dung dịch sệt và
có thể hòa tan đến 60% trong ethanol tùy vào mức độ este hóa. PGA có thể kết tủa với
acid sulfuric và chì acetate. (Lê Thị Hồng Hạnh, 2015).
2.4 Hoạt tính sinh học của alginate
2.4.1 Hoạt tính chống đơng máu
Alginate khơng có hoạt tính chống đơng máu nhưng các dẫn xuất alginate
sulfate (alginate được sulfate hóa) có tính chất và cấu trúc tương tự như chất chống
đông máu được sản sinh trong tế bào gan (heparin). Tuy nhiên, thành phần, tỷ lệ M/G,
trình tự acid hex-uronic của alginate có sự khác nhau đáng kể tùy thuộc vào loài rong,

mùa vụ thu hoạch, độ trưởng thành và các phần của rong được sử dụng để chiết nên
chúng có hoạt tính chống đơng máu khác nhau. Alginate sulfate có hàm lượng lưu
huỳnh khoảng 10% (w/w) được dùng làm chất kết dính đặc hiệu và điều khiển tạo ra
các chất chống đông do kết hợp với protein. (Nguyễn Văn Thành, 2019)
2.4.2 Hoạt tính chống khối u
Ung thư là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu ở các nước kinh tế phát triển
và đứng thứ hai nguyên nhân tử vong thường xuyên ở các nước đang phát triển. Hóa
trị từ lâu đã trở thành một phương thức điều trị ung thư nhưng thường đi kèm với các
tác dụng phụ nghiêm trọng. Để giải quyết vấn đề độc tính của các chất hóa trị liệu có
sẵn, nhiều nhà khoa học đang tìm kiếm các sản phẩm tự nhiên chống khối u không
12


độc hại trong đại dương. Alginate oligosaccharides (AOS) là một chất hấp dẫn cho các
ứng dụng y sinh vì nó là chất không gây dị ứng, không độc hại và là polyme phân hủy
sinh học. Tác dụng chống khối u của AOS liên quan đến nhiều cơ chế, bao gồm việc
ức chế sự tăng sinh và di chuyển của các tế bào khối u, điều chỉnh các phản ứng bảo
vệ miễn dịch, và cải thiện khả năng chống oxy hóa và chống viêm. (Xing và cộng sự,
2020)
2.4.3 Hoạt tính hạ huyết áp
Đã có nhiều bằng chứng cho thấy alginate có tác dụng hạ huyết áp. Có hai cơ
chế mà các hợp chất này làm giảm áp lực máu được đề xuất: ức chế sự hấp thụ muối
trong ruột, và tác dụng giãn mạch. Quan điểm cổ điển cho rằng alginate mạch dài là
nhớt và khơng hịa tan trong nước, do đó khơng thể được hấp thụ trong ruột và tiêu
hóa. Các tính chất hóa học của alginate làm chậm hoặc ức chế sự hấp thu cholesterol
và natri trong ruột, acid cacboxylic trong phân tử đường alginate có thể liên kết với
các cation Na+, K+ và Ca2+. Các ion trao đổi giữa H+ và Na+, K+ hoặc Ca2+ có thể làm
giảm hấp thu Na+ ở ruột, do đó làm giảm huyết áp cao. (Xing và cộng sự, 2020)

13

CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CỦA ALGINATE
3.1 Độ tan
Acid alginic là một acid yếu, không tan trong dung môi hữu cơ và nước, tuy
vậy lại có khả năng hấp thụ nước từ 10 - 20 lần trọng lượng của nó và trương nở
mạnh. Acid alginic có khả năng hịa tan trong kiềm hóa trị I (Na+, K+…) tạo dung dịch
muối kiềm alginate có độ nhớt cao. Muối amoni, muối của các amin phân tử lượng
thấp và muối của các hợp chất amin bậc bốn của acid alginic tan được trong nước. Các
muối của kim loại hóa trị II (Ca2+, Ba2+,…) thì không tan được trong nước (trừ muối
của Mg2+) mà tạo dạng gel với màu sắc khác nhau tùy từng kim loại.
Khi cho acid mạnh tác dụng với muối kiềm alginate thì acid alginic được tách
ra và kết tủa nổi trên bề mặt dung dịch. Tính chất này rất quan trọng, được ứng dụng
vào quy trình chiết xuất alginate. (Lê Thị Hồng Hạnh, 2015)
3.2 Độ nhớt
Khi hòa tan các alginate vào nước, chúng sẽ ngậm nước và tạo thành dung dịch
nhớt. Độ nhớt tỷ lệ thuận vào chiều dài phân tử alginate. Ngoài ra, cách sắp xếp phân
tử alginate cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó.
Bảng 3.1. Độ nhớt của alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 200C)
Nồng độ %

Độ nhớt
Thấp

Trung bình

Cao

Rất cao

0,25

9

15

21

27

0.50

17

41

75

110

0,75

33

93

245

355

1.00

58

230

540

800

1,5

160

810

1950

3550

2,00

375

2100

5200

8750

Qua những thông số trên cho thấy sự thay đổi của độ nhớt alginate với những
nồng độ khác nhau. Ở một số trường hợp độ nhớt có thể tăng lên với nồng độ thấp khi

14


có sự hiện diện của một số muối như calcium carbonate, calcium sulfat, calcium
tartrate vì ion calcium liên kết với alginate tạo cầu nối giữa các phần tử làm tăng trọng
lượng phân tử và độ nhớt của dung dịch.
Độ nhớt của dung dịch còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Bột alginate rất dễ bị giảm
nếu không được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Khi lưu trữ, alginate có độ nhớt khoảng 50
mPa.s ở 10 – 20°C trong thời gian 3 năm, độ nhớt thay đổi rất ít so với ban đầu.
Cịn với alginate có độ nhớt cao (khoảng 400 mPa.s), khi bảo quản ở 25°C, sau 1 năm,
độ nhớt đã bị giảm 10% và ở 30°C thì bị giảm 45%. Khi nhiệt độ tăng, alginate dễ bị
cắt mạch, dẫn đến giảm độ nhớt. Nếu hạ nhiệt độ tới nhiệt độ lạnh đơng và sau đó rã
băng thì dung dịch alginate không bị giảm độ nhớt. (Lê Thị Hồng Hạnh, 2015)
3.3 Độ ổn định
Giống như các polysaccharide tự nhiên khác, alginate không bền với nhiệt và
ion kim loại. Độ ổn định của alginate sắp xếp theo thứ tự: sodium alginate >
ammonium alginate > acid alginic. Alginate có độ nhớt cao kém ổn định hơn alginate
có độ nhớt trung bình hoặc thấp.
Dung dịch alginate công nghiệp dễ bị rã bởi các vi sinh vật có trong khơng khí.
Dung dịch alginate ổn định ở pH từ 5,5 đến 10 ở nhiệt độ phòng, trong một thời gian
dài nhưng sẽ chuyển dạng gel ở pH nhỏ hơn 5,5. Một lượng nhỏ ion calcium có thể
làm tăng độ ổn định của dung dịch alginate. (Lê Thị Hồng Hạnh, 2015)
3.4 Sự gel hóa
Alginate có khả năng tạo gel rất hiệu quả. Đây là một đặc tính quan trọng có
khả năng ứng dụng rất cao. Gel alginate là loại gel khơng thuận nghịch, có thể giữ
được ngun tính chất ban đầu của sản phẩm. Gel được tạo thành ở bất kỳ nhiệt độ
nào (dưới 100°C) và không bị chảy ra khi đun nóng. Sự tạo gel alginate rất phức tạp,

phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác như: dạng alginate, sự kết hợp với ion calcium và
cách chuẩn bị màn. Sự tạo gel phụ thuộc vào sự liên kết giữa alginate và ion trung
tâm, và ngược lại.

15


Hình 3.1. Cấu trúc dạng “Box- egg”
Khi thêm acid hay ion Ca2+ vào dung dịch sodium alginate thì cấu trúc
dạng “eggbox” được hình thành tạo gel, màng hay sợi nhờ các tương tác tĩnh điện qua
cầu calcium (khi ở nhiệt độ phòng và pH 4 - 10). Tùy vào nồng độ calcium, gel tạo ra
có thể thuận nghịch (khi nồng độ Ca2+ thấp) hay khơng thuận nghịch và ít đàn hồi (khi
nồng độ Ca2+ cao). Khi tham gia tạo gel trong trường hợp có mặt Ca2+, các tương tác
tĩnh điện (qua cầu canxi) có vai trị quan trọng. (Lê Thị Hồng Hạnh, 2015)
3.5 Sự hóa dẻo
Sự hóa dẻo của màng có thể được nâng cao bằng cách thêm vào các tác nhân
làm dẻo bằng 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 quá trình co lại của các phân tử bên
trong giữa các chuỗi polymer trong cấu trúc màng. Chất dẻo phải phù hợp với
polymer sử dụng làm màng và cũng phải cùng hoạt tính với polymer. Các yếu tố khác
là chất dẻo phải được giữ lại trong hỗn hợp lâu. (Lê Thị Hồng Hạnh, 2015)
3.6 Tính chất của màng Alginate
Các alginate có khả năng tạo màng rất tốt. Các màng rất đàn hồi, bền, chịu dầu
và khơng dính bệt. Màng thuộc nhóm polysaccharide có khả năng ngăn cản oxy và
lipid thấm qua vì sẽ ức chế được hiện tượng oxy hóa chất béo và các thành phần khác
trong thực phẩm. Bên cạnh đó, màng cịn có khả năng giảm thốt ẩm vì lượng ẩm
trong màng sẽ bốc hơi trước ẩm trong thực phẩm, từ đó màng bao sẽ hơi khơ và co lại
làm cho lượng ẩm bên trong khơng thốt ra được.
Màng alginate được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm nhằm
16

tăng thời gian sử dụng và bảo quản chất lượng sản phẩm được lâu hơn. Màng phủ ăn
được alginate có thể được sử dụng để làm giảm tác hại của q trình chế biến gây ra.
Màng phủ 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, ngăn cản sự nhiễm vi sinh vật, bảo vệ mùi vị của
thực phẩm.
Do ngăn cản sự thấm khí nên màng có khả năng chống lại sự oxy hóa các thành
phần thực phẩm là nguyên nhân gây ra sự hóa nâu. Tác dụng của màng phụ thuộc vào
bản chất của của nó và phụ thuộc vào mơi trường xung quanh.
Ngồi ra, alginate 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. (Lê Thị Hồng Hạnh,
2015)
3.7 Tính tương hợp sinh học
Alginate có tính tương hợp sinh học của alginate đã được đánh giá nhiều, xong
vẫn còn tranh cãi về tác động của thành phần alginate. Tuy nhiên, phần lớn các tác
động này liên quan đến các mức độ tinh khiết khác nhau của Alginate. Alginate được
lấy từ các nguồn tự nhiên có thể có nhiều tạp chất khác nhau như kim loại nặng, nội
độc tố, protein và các hợp chất polyphenolic. Alginate được tinh chế bằng quy trình
chiết xuất nhiều bước và đã đạt độ tinh khiết rất cao, không gây độc khi cấy ghép vào
cơ thể. (Lee và cộng sự, 2012, Orive và cộng sự, 2002)
Sodium Alginate có độ hịa tan trong nước tương đối cao, tính khơng độc, khả
năng phân hủy sinh học, tính tương hợp sinh học và các đặc điểm tạo gel độc đáo. Do
đó, được ứng dụng rộng rãi trong y sinh như truyền tải thuốc và protein, chữa lành vết
thương, nuôi cấy tế bào, tái tạo mô (tái tạo mạch máu, tái tạo xương,…). (Qin và cộng
sự, 2004)
3.8 Giá trị HLB
Hydrophillic-lipophillic balance (HLB) được gọi là chỉ số cân bằng ưa nước –
ưa dầu, thang đo giá trị HLB nằm trong khoảng từ 1 – 20.
Alginate là chất hoạt động bề mặt anion polysaccharide, có giá trị HLB rơi vào

khoảng 8 - 16. (Ng và Rogers, 2019)

17


CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA ALGINATE TRONG LĨNH VỰC
DƯỢC PHẨM
Trong những năm gần đây, ngành y dược đã không ngừng nghiên cứu các loại
polymer sinh học nói chung và alginate nói riêng. Alginate khơng những được ứng
dụng phổ biến ở dạng alginate khối lượng phân tử lớn mà giá trị của nó được tăng lên
rõ rệt khi ở khối lượng phân tử thấp. Các nhà khoa học đã tìm thấy các sản phẩm thủy
phân alginate có khối lượng phân tử từ 5 kDa đến 20 kDa có một số hoạt tính dược lý
đáng quý.
Các alginate khối lượng phân tử thấp được sử dụng để điều chế các loại thuốc
viên nang, thuốc kháng sinh có tác dụng kháng khuẩn, chống ung thư, kháng viêm, hỗ
trợ điều trị các bệnh tăng huyết áp, hạ đường huyết và giảm cholesterol, thuốc chống
dị ứng, chống oxy hóa, chống bệnh đường ruột, điều trị bệnh nhồi máu cơ tim, kháng
vi khuẩn ở vòm họng.
4.1 Alginate trong phân phối thuốc
Quá trình phân phối thuốc cần đảm bảo được các yếu tố như đưa thuốc đến
đúng vị trí, vào đúng thời điểm và đúng nồng độ.
Thị trường thuốc protein đang phát triển nhanh chóng và các loại thuốc protein
khác nhau hiện đã có sẵn nhờ sự phát triển của công nghệ DNA tái tổ hợp. Alginate là
một chất tuyệt vời cho việc vận chuyển các loại thuốc protein, bởi protein có thể kết
hợp alginate để giảm sự biến tính của protein và gel alginate có thể bảo vệ thuốc khỏi
sự phân hủy cho đến khi nó được giải phóng, tốc độ giải phóng protein từ gel alginate
nhanh do tính chất xốp và ưa nước của gel. (Lee và Mooney, 2012)
Bằng công nghệ nano, người ta đã nghiên cứu sử dụng nano-alginate trong điều
chế thuốc kháng viêm, các loại thuốc nhả chậm nhằm duy trì nồng độ thuốc lâu dài,
tránh sự tăng nhanh hoặc thải hồi sớm như các loại thuốc truyền thống nên tăng hiệu

quả điều trị.

18


4.2 Ứng dụng trong điều trị bệnh dạ dày
Một trong những nguyên nhân gây ra bệnh loét dạ dày đó là do các acid tiêu
hóa. Bệnh loét dạ dày phát triển khi các hoạt động của acid và pepsin chiếm ưu thế
hơn sức đề kháng của niêm mạc dạ dày và tá tràng.
Mục đích của việc điều trị bệnh là cắt cơn đau và chống loét: giảm tác động của
acid, loại trừ H. pylori, tăng cường sức đề kháng của niêm mạc.
Tác dụng điều trị của các hợp chất có chứa alginate được thực hiện bởi những
ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp. Các polysaccharide có khả năng chữa lành những vị
trí bị loét nhờ khả năng loại bỏ khỏi bề mặt bị hoại tử và những bã vụng mang theo
những vi sinh vật, và hấp thụ những tác nhân hóa học gây bệnh. Tác động trực tiếp
của gel chống acid với các mô tạo hạt là những tác động kích thích, thúc đẩy q trình
epithelization. Tác dụng gián tiếp là là làm giảm nồng độ các chất độc hại trong máu
nhờ sự thẩm thấu các chất trao đổi vào ruột, làm giảm bớt sự quá tải cho hệ thống giải
độc và thúc đẩy cho quá trình phục hồi.
Thử nghiệm trên động vật cho thấy natri alginate kích thích sự bài tiết của
tuyến tụy và lá lách. Acid alginic và muối của nó có hiệu quả trong điều trị thực
nghiệm đối với bệnh loét dạ dày và tá tràng, canxi alginate ngăn chặn sự hình thành
những vết loét mới và làm co hẹp diện tích viêm loét cũ. (Lê Kiều Trang, 2016)
4.3 Ứng dụng alginate trong điều chế thuốc kháng sinh
Các alginate oligosaccharide được xem như là chất chỉ thị sinh học để sản xuất
enzyme và các chất kháng sinh trong những năm gần đây. Các oligomannuronate
và oligoguluronate được thêm vào trong sản xuất penicillin G cho thấy làm tăng hiệu
suất penicillin G lên tương ứng 47% và 49%.
4.4 Ứng dụng trong điều chế thuốc đối với bệnh gan
Nguyên nhân phổ biến nhất của viêm gan là do virus (phế cầu, liên cầu khuẩn,

xoắn khuẩn và các vi sinh vật khác). Nguyên nhân cao thứ 2 đó là viêm do nhiễm độc
và tổn thương thối hóa – kết quả tác động của các hóa chất độc hại và hiệu ứng của
chúng. Trong số các chất này có cả các thuốc (như thuốc chống lao, thuốc kháng sinh,
19


sulfonamide, thuốc an thần, thuốc gây ngủ, thuốc chống viêm), các chất độc công
nghiệp (benzene, toluene, chloroform, nitrokraski, kim loại nặng…), các chất độc
thông thường, nấm độc, thực vật… Viêm gan cấp tính có thể chuyển thành mãn tính,
thường với sự tham gia của cơ chế tự miễn dịch.
Một trong những phương pháp trong điều trị bệnh gan là chống lại sự nhiễm
độc. Đối với việc giải độc qua hấp thụ qua đường ruột, người ta đã sử dụng nhiều chế
bản khác nhau, ttong số đó có than hoạt tính, chất sợi carbon, cellulozơ, lignin, pectin,
alginate. Tuy nhiên than hoạt tính và chất sợi carbon chỉ được sử dụng với liều lượng
cao nhất là 50g/ngày, nếu cao hơn sẽ gây ra nhưng tác dụng phụ (như gây nơn mửa),
vì thế chúng không thể được dử dụng đối với bệnh gan, và đồi hỏi phải tìm ra những
chế bản hiệu quả hơn.
Những tác dụng bảo vệ gan của alginate được nghiên cứu trên chuột mang
bệnh gan gây ra do tetraxlorua carbon. Tetraxlorua carbon được coi là một mơ hình thí
nghiệm thuận lợi để đánh giá về hoạt tính bảo vệ gan của nhiều hợp chất khác nhau,
bao gồm thuốc và thực phẩm chức năng, vì chúng gây tổn thương các tế bào gan của
chuột về hình thái học và sinh thái học tương tự nhiều trạng thái bệnh lý khác nhau,
như viêm gan siêu virus, viêm gan độc hại và cả quá trình tự miễn dịch. Người ta đưa
chế phẩm canxi alginate vào trong dạ dày hằng ngày, liên tục trong vòng 3 tuần, với
liều lượng 10 - 250mg/kg trọng lượng. Kết quả: alginate giảm bớt các dấu hiệu của
tổn thương gan. Với liều lượng 250mg/kg sẽ tăng đáng kể các chỉ số đánh giá.
Một số nghiên cứu cho thấy rằng, trong alginate trong ruột già bị lên men bới
các vi khuẩn và tạo ra oligosaccharide và những acid béo mạch ngắn, sản phẩm của
quá trình này sẽ đưa vào máu, các oligosaccharide có hoạt tính liên kết và đẩy nhanh
sự loại bỏ qua thận những cấu trúc phân tử đơn giản, trong đó có các hợp chất độc hại.

Mặc dù cơ chế hoạt động chưa được tìm ra một cách rõ ràng nhưng qua các
nghiên cứu đã cho thấy những tác dụng tích cực của việc sử dụng alginate trong điều
trị tổn thương gan, và khả năng đưa các hoạt chất này vào chế biến dược phẩm và thực
phẩm bổ sung với tác dụng bảo vệ gan. (Lê Kiều Trang, 2016)

20