COCAMIDOPROPYL BETAINE và ỨNG DỤNG TRONG mỹ PHẨM

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

ĐỀ TÀI MÔN HOẠT CHẤT BỀ MẶT

ALGINATE VÀ ỨNG DỤNG ALGINATE TRONG LĨNH VỰC
Y SINH, THỰC PHẨM
GVHD:

TS. PHAN NGHUYỄN QUỲNH ANH

SVTH:

ĐỒN AN LÊ PHÚ
Mã lớp_DH18HT

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2022

18139149


MUC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ALGINATE ............................................................... 2
1.1.

Lịch sử nghiên cứu alginate .............................................................................. 2

1.2.

Định nghĩa alginate ........................................................................................... 3

1.3.

Cấu trúc alginate ............................................................................................... 4

1.4.

Phân loại:........................................................................................................... 6

1.5.

Tiêu chuẩn chất lượng của alginate .................................................................. 9

1.5.1.

Nhận biết .................................................................................................... 9

1.5.2.

Các chỉ tiêu lý – hóa ................................................................................. 10

1.5.3.

Các chỉ tiêu vi sinh ................................................................................... 11

1.5.4.

Nhận biết .................................................................................................. 12

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA ALGINATE............................................................ 14
2.1.

Tính chất vật lí ................................................................................................ 14

2.2.

Tính chất hóa học ............................................................................................ 14

2.3.

Tính chất tạo màng .......................................................................................... 15

2.4.

Độ nhớt............................................................................................................ 15

2.5.

Độ hịa tan ....................................................................................................... 15

2.6.

Tính tạo sệt ...................................................................................................... 16

2.7.

Sự hóa dẻo ....................................................................................................... 17

2.8.

Khả năng tương thích sinh học ....................................................................... 17

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ALGINATE TRONG LĨNH VỰC Y SINH, THỰC
PHẨM ........................................................................................................................... 18
3.1.

Ứng dụng y sinh .............................................................................................. 18

3.1.1.

Phân phối cho thuốc dạng có khối lượng phân tử thấp ............................ 18

3.1.2.

Băng vết thương ....................................................................................... 19

3.2.

Ứng dụng trong thực phẩm ............................................................................. 20

3.2.1.

Màng bọc thực phẩm ................................................................................ 20

3.2.2.

Sản xuất kem ............................................................................................ 22

3.2.3.

Phô mai ..................................................................................................... 23

3.2.4.

Mayonnaise .............................................................................................. 24

3.2.5.

Sữa chua ................................................................................................... 25

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN ........................................................................................... 26
i


TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 27

ii


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1. 5 Cấu trúc hóa học của khối M, khối G và khối xen kẽ trong alginate ..................................... 5
Hình 1. 6 Chiều dài của khối M và khối G ............................................................................................ 6
Hình 1. 7 Cấu trúc hóa học của Sodium Alginate .................................................................................. 7
Hình 1. 8 Cấu trúc hóa học của Potassium Alginate .............................................................................. 7
Hình 1. 9 Cấu trúc hóa học của Calcium Alginate................................................................................. 8
Hình 1. 10 Cấu trúc hóa học của Ammonium Alginate ......................................................................... 8
Hình 1. 11 Cấu trúc hóa học của Alginate Propylen glycon .................................................................. 9

Hình 2. 1 Biểu độ so sánh độ hòa tan ở giá trị p H từ 1 – 3 .................................................................. 16

Hình 3. 4 Miếng gạc cầm màu vết thương chiết xuất rong biển HETIS CALCIUM ALGINATE ..... 20
Hình 3. 5 Cấu trúc ổn định của kem .................................................................................................... 22
Hình 3. 6 Phơ mai ................................................................................................................................ 24
Hình 3. 7 Mayonnaise .......................................................................................................................... 24
Hình 3. 8 Cấu trúc ổn định của sữa chua ............................................................................................. 25

ii


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.
Bảng 1.
Bảng 1.
Bảng 1.

1 Các chỉ tiêu lý – hóa của Sodium Alginate.......................................................................... 10
2 Các chỉ tiêu vi sinh của Sodium Alginate............................................................................ 11
3 Chỉ tiêu lý hóa của potassium alginate ................................................................................ 13
4 Chỉ tiêu vi sinh của potassium alginate ............................................................................... 13

Bảng 2. 1 Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 20oC) ................................................. 15

iii


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện này, đất nước đang chuyển hướng sử dụng các hợp chất có nguồn gốc thiên

nhiên để ứng dụng vào thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và y sinh. Các hợp chất
thiên nhiên là nguồn cung cấp các phân tử có sự đa dạng rất lớn về cấu trúc và hoạt
tính sinh học. Các cấu trúc khung phân tử do thiên nhiên sinh tổng hợp và sắp xếp các
nhóm chức trong cấu trúc này cho phép chúng ta dự đốn về sự phát triển và hình
thành của các cấu trúc phân tử trong q trình tiến hóa của thực vật, động vật và vi
sinh vật để tạo ra một hiệu quả tối ưu trong điều chỉnh chức năng sinh học. Nói cách
khác thiên nhiên cung cấp đầu mối về điều kiện cấu trúc cần thiết biểu hiện hoạt tính
sinh học khác nhau. Sự đa dạng về cấu trúc hóa học của hợp chất thiên nhiên có liên
quan đến sự đa dạng sinh học của các nguồn gốc thiên nhiên. Hiện nay, các hợp chất
thiên nhiên có nguồn gốc thiên nhiên đóng góp 50% cho thị trường thế giới. Trong đó,
Alginate là một loại polymer sinh học được chiết từ tảo nâu được sử dụng trong nhiều
lĩnh thực phẩm, y sinh.…

1


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ALGINATE
1.1.

Lịch sử nghiên cứu alginate
Alginate là loại polymer sinh học biển phong phú nhất thế giới và là loại

polymer sinh học nhiều thứ hai trên thế giới sau Cellulose. Nguồn Alginate chủ yếu
được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của rong nâu ở biển (thuộc họ
Rhaeophyceae), tảo bẹ Macrocystis pyrifera, Nodosum Ascophyllum và các loại
Lamminaria nhưng nhiều nhất là ở rong nâu. Ở dưới dạng muối Alginate. Trong
rong Nâu (Sagassum) có chứa một hợp chất quan trọng là Alginic. Alginic là
polysaccharide có tính axit, loại axit này rất khó hịa tan. Từ Alginic sẽ thông qua

các phản ứng với kiềm tạo nên một số hợp chất từ Alginic. Sau khi tạo muối sẽ làm
thay đổi tính tan hịa tan của hợp chất tự nhiên này và do đó nó có nhiều công dụng
hơn. Alginate Natri là muối của Alginic với Natri, khi cho Alginic tương tác với
kiềm hóa trị I như NaOH, Na2CO3 hoặc Na2HPO4, Na2SO3, … Alginate Canxi là
muối của Alginic với Ca2+ khi cho Alginic tương tác với CaCl2, CaCO3, Ca(OH)2,…
Alginate amonium là muối của Alginic với NH4+ khi cho Alginic tương tác với
NH4OH hoặc kiềm amonium khác. Năm 1881, Stanford là người đầu tiên phát hiện
ra Alginic axit – một axit hữu cơ có trong tảo nâu, có trọng lượng phân tử từ 32.000200.000. Năm 1975, Booth đã viết về lịch sử công nghiệp Alginate dựa theo các kết
quả nghiên cứu của Stanford. Ternley đã tiến hành tách chiết Alginate thơ ở Orkey
vào năm 1923 và từ đó công nghệ sản xuất Alginate dùng cho đồ hộp rau quả ra
đời. Sau đó cơng ty đã đặt tên là Kelp Products Corp và đến năm 1929 được tái
thành lập có tên là cơng ty Kelco (Kelco Company). Tại Anh, Alginate được sản
xuất mạnh mẽ và sớm nhất vào những năm 1934 – 1939. Còn ở Na Uy, Alginate
được sản xuất sau chiến tranh thế giới thứ II. Đến năm 1981 5 sản xuất Alginate lan
sang nhiều nước trên thế giới, đã có 17 nhà máy ở 9 nước khác nhau sản xuất
Alginate (Na Uy, Pháp, Nhật, Mỹ, Canada, Tây Ban Nha, Chilê, Liên Xô cũ và Ấn
Độ). Hai công ty sản xuất Alginate lớn nhất thế giới là Kelco Company ở Mỹ và
Công ty công nghiệp sản xuất Alginate ở UK, với sản lượng 70% mức sản lượng
của thế giới. Tiếp theo là đến công ty ProTan A/S của Na Uy, và các công ty của
Nhật, Pháp. Sản xuất Alginate ở Trung Quốc tăng trong những năm gần đây, sản
2


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

lượng trung bình khoảng 7.000 – 8.000 tấn một năm. Các sản phẩm của Alginate
được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp như: ngành dệt 50%, thực
phẩm 30%, giấy 6%, que hàn 5%, y dược phẩm 5%, công nghệ sinh học và các lĩnh
vực khác 4%. Alginate là một phụ gia không thể thiếu trong kỹ thuật in màu trên
vải. Trong cơng nghiệp thực phẩm thường địi hỏi loại Alginate phải có khả năng

tạo gel và tạo nhũ cao, ví dụ để chế biến Surimi giả trứng cá Caviar người ta thường
phải sử dụng loại Alginate có tỷ lệ M/G ≤ 1,0.
1.2.

Định nghĩa alginate
Alginate là một loại polymer sinh học được chiết lọc từ tảo nâu, bao gồm

Laminaria hyperbored, Laminaria digitata, Laminaria japonica, Asco-phyllum
nodosum, và Macrocystis pyrifera bằng cách thêm dung dịch kiềm như NaOH. Phần
chiết được lọc và NaCl; CaCl2 được thêm qua màng lọc. Muối alginate được chuyển
hóa từ alginic acid bằng cách hịa tan HCl. Để tính khiết, ta hịa tan nước vào
alginate. Sau đó sấy khô, nồng độ alginate khoảng 22-30% cho A. nodosum và 2545% cho L.
Tổng hợp từ vi khuẩn tạo ra alginate với nhiều cấu trúc hóa học và tính
chất vật lý hơn alginate có tảo. Alginate từ vi khuẩn có thể sản xuất từ Azotobacter
và Pseudomononas. Tổng hợp alginate cách khác được phân nhiều nhóm :tổng hợp
từ chất nền; trùng hợp và chuyển và sửa màng tế bào chất…
Alginate là muôi của acid alginic với một polymer 𝛽-1,4-D-Manuroic acid
(M) và 𝛼-1,4-L-Guluronic acid (G).
Nó tồn tại dạng sợi, hạt hay bột màu trắng để nâu.
Được dùng chất tạo đông, chất ổn định chất tạo gel, chất nhũ hóa.

3


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

Hình 1. 1 Rong biển Asco-phyllum
nodosum

Hình 1. 3 Rong biển Macrocystis pyrifera

hyperbored
1.3.

Hình 1. 2 Rong biển Laminaria
digitata

Hình 1. 4 Rong biển Laminaria

Cấu trúc alginate
Theo Fischer và Dorfel, Alginate là một họ polysaccharide ion âm mặt

thẳng,

là

copolymer

của

𝛼 − 𝐿 − 𝑔𝑢𝑙𝑢𝑟𝑜𝑛𝑖𝑐

acid

(G)

và

𝛽−𝐷−

𝑚𝑎𝑛𝑛𝑢𝑟𝑜𝑛𝑖𝑐 𝑎𝑐𝑖𝑑 (𝑀). Các khối được cấu tạo gốc G liên tiếp với gốc M và xen

kẻ gốc G với gốc M: (M-M-M-G-G-G),(M-G-M-G-M-G).[5]
Alginates được chiết các nguồn khác nhau thì tỉ lệ M/G khác biệt thì cũng
như liên quan đến độ dài mỗi khối và hơn 200 alginate đang được sản xuất. Nồng
độ khối G của L. hyperborean là 60% và đối với alginate có sẵn thương mại nằm
trong vùng 14-31%.

4


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

`

Hình 1. 1 Cấu trúc hóa học của khối M, khối G và khối xen kẽ trong alginate
-

Chiều dài của các Block.[7]

5


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

Hình 1. 2 Chiều dài của khối M và khối G
Phân loại:

1.4.


Theo nguồn khai thác:

-

Alginate được sản xuất từ rong biển: Phaeophyceae và Laminaria.

-

Alginate được tổng hợp từ Pseudomonas aeruginosa và Azotobacter
vinelandi.



Theo phân loại muối:

-

Sodium alginate
Công thức phân tử: (C5H7O4COONa)n
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 401[3]
Khối lượng phân tử của sodium alginates thương mại trong khoảng vùng

32000 và 400000 g/mol. Mối quan hệ các thông số Mark – Houwink [𝜗] = 𝐾𝑀𝑣𝛼
cho sodium alginate trong dung dịch 0.1M NaCl ở 25oC có hệ số K=2.10-3 và
𝛼=0.97, 𝜗 là độ nhớt động học (m L/g) và Mv là độ nhớt trung bình phân tử (g/mol).
Độ nhớt của dung dịch alginate tăng khi pH giảm, pH ở trong vùng 3-3.5, nhóm
carboxylate trong khung xường alginate hình thành proton hóa và liên kết hydro.
6


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

Tăng khối lượng phân tử cải thiện tính chất vật lý. Tuy nhiên, dung dịch alginate
hình thành các hạt có khối lượng phân tử cao thì độ nhớt cao, gây khó khắn việc xử
lý.

Hình 1. 3 Cấu trúc hóa học của Sodium Alginate
-

Potassium Alginate
Cơng thức phân tử: (C5H7O4COOK)n
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 402[3]

Hình 1. 4 Cấu trúc hóa học của Potassium Alginate
-

Calcium Alginate
Cơng thức phân tử: (C5H7O4COOCa)n
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 404[3]

7


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

Hình 1. 5 Cấu trúc hóa học của Calcium Alginate
-

Ammonium Alginate: (C6H11NO6)n

INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 403[3]

Hình 1. 6 Cấu trúc hóa học của Ammonium Alginate
-

Ngồi ra cịn có: Alginate Propylen glycon:
INS (mã só quốc tế và phụ gia thực phẩm): INS 405[3]
Công thức phân tử:

C5H7O4COOCH2-CH-CH3
OH

8


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

Hình 1. 7 Cấu trúc hóa học của Alginate Propylen glycon
Tiêu chuẩn chất lượng của alginate

1.5.


Tiêu chuẩn chất lượng của sodium alginate[3]
Theo TCVN 12101-2:2017
Tiêu chuẩn này áp dụng cho sodium alginate sử dung làm phụ gia thực

phẩm.
1.5.1.

Nhận biết

1.5.1.1. Cảm quan
Dạng hạt, bột hoặc sợi mãnh màu trắng đến vàng nâu
1.5.1.2. Độ tan
Tan chậm trong nước, tạo ra dung dịch nhớt. Không tan trong etanol và
ete.
1.5.1.3. Phép thử tạo kết tủa với CaCl2
Thêm dung dịch canxi clorua 2.5% vào hỗn hợp 0.5% mẫu thử trong dung
dịch natri hydroxit 1M, với thể tích dung dịch canxi clorua bằng 1/5 thể tích dung
dịch thử. Tạo thành khối lớn dạng keo.
Chú thích: Phép thử này phân biệt sodium alginate, natri carboxymethyl
cellulose, carragenan, gelatin, methyl cellulose, tinh bột, …

9


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

1.5.1.4. Phép thử tao kết tủa với amoni sulfat
Thêm dung dịch amoni sulfat bão hòa vào hỗn hợp 0.5% mẫu thử trong
dung dịch natri hydroxit 1M, với thể tích dung dịch amoni sulfat bằng ½ thể tích
dung dịch thử, khơng tạo thành kết tủa.
1.5.2.

Các chỉ tiêu lý – hóa
Các chỉ tiêu lý – hóa của sodium alginate theo quy định trong Bảng 1.1
Tên chỉ tiêu
1. Hàm lượng sodium alginate (C6H7NaO6)n,

Mức

Từ 90,8 đến 106,0 a)

% khối lượng tính

theo chất khơ
2. Hao hụt khối lượng sau khi sấy,

15

% khối lượng, không lớn hơn
3. Hàm lượng các chất không tan

2

trong nước, % khối lượng tính
theo chất khơ, khơng lớn hơn
4. Hàm lượng asen, mg/kg, khơng

3

lớn hơn
5. Hàm lượng chì, mg/kg, khơng

5

lớn hơn
a)

Tương ứng với lượng cacbon dioxit sinh ra từ 18,0 đến 21,0 % khối lượng

tính theo chất khơ
Bảng 1. 1 Các chỉ tiêu lý – hóa của Sodium Alginate

10


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

1.5.3.

Các chỉ tiêu vi sinh
Các chỉ tiêu vi sinh của sodium alginate theo quy định Bảng 2
Tên chỉ tiêu
1. Tổng số vi sinh vật hiếu khí,

Mức
5 x 103

CFU/g, khơng lớn hơn
2. Tổng số nấm men và nấm mốc,

5 x 102

CFU/g, khơng lớn hơn
3. Coliform, MPN/g

Khơng được có

4. Salmonella, CFU/25 g

Khơng được có

Bảng 1. 2 Các chỉ tiêu vi sinh của Sodium Alginate

11


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm



Tiêu chuẩn chất lượng của Potassium Alginate [3]

Tiêu chuẩn này áp dụng cho Potassium Alginate được sử dụng làm phụ gia thực
phẩm
1.5.4.

Nhận biết

1.5.4.1. Cảm quan
Dạng hatjm bột hoặc sợi mảnh màu trắng đến vàng nâu.
1.5.4.2. Độ tan
Tan chậm trong nước, tạo ra dung dịch nhớt. Không tan trong etanol và ete.
Chú thích: Theo TCVN 6469:2010, một chất được gọi là: “không tan” nếu phải
cần từ 10000 phần dung môi trở leen để hòa tan 1 phần chất tan; một chất được gọi
là “tan được” nếu cần từ 10 đến dưới 30 phần dung mơi để hịa tan 1 phần chất tan.
1.5.4.3. Phép thử tạo kết tủa với CaCl2
Thêm dung dịch canxi clorua 2.5% vào hỗn hợp 0.5% mẫu thử trong dung
dịch natri hydroxit 1M, với thể tích dung dịch canxi clorua bằng 1/5 thể tích dung
dịch thử. Tạo thành khối lớn dạng keo.

Chú thích: Phép thử này phân biệt sodium alginate, natri carboxymethyl
cellulose, carragenan, gelatin, methyl cellulose, tinh bột, …
1.5.4.4. Phép thử tao kết tủa với amoni sulfat
Thêm dung dịch amoni sulfat bão hòa vào hỗn hợp 0.5% mẫu thử trong
dung dịch natri hydroxit 1M, với thể tích dung dịch amoni sulfat bằng ½ thể tích
dung dịch thử, khơng tạo thành kết tủa.
1.5.4.5. Các chỉ tiêu lý – hóa
Theo TCVN 12101-3:2017
Tên chỉ tiêu
1. Hàm lượng potassium alginate

Mức
Từ 89,2 đến 105,5 a)

(C6H7NaO6)n, % khối lượng tính
theo chất khơ
2. Hao hụt khối lượng sau khi sấy,

15

% khối lượng, không lớn hơn

12


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

3. Hàm lượng các chất không tan

2

trong nước, % khối lượng tính
theo chất khơ, khơng lớn hơn
4. Hàm lượng asen, mg/kg, khơng

3

lớn hơn
5. Hàm lượng chì, mg/kg, khơng

5

lớn hơn
a)

Tương ứng với lượng cacbon dioxit sinh ra từ 16,5 đến 19,5 % khối lượng
tính theo chất khơ.
Bảng 1. 3 Chỉ tiêu lý hóa của potassium alginate

1.5.4.6. Các chỉ tiêu vi sinh
Tên chỉ tiêu
1. Tổng số vi sinh vật hiếu khí,

Mức
5 x 103

CFU/g, không lớn hơn
2. Tổng số nấm men và nấm mốc,

5 x 102

CFU/g, khơng lớn hơn
3. Coliform, MPN/g

Khơng được có

4. Salmonella, CFU/25 g

Khơng được có

Tên chỉ tiêu
5. Tổng số vi sinh vật hiếu khí,

Mức
5 x 103

CFU/g, khơng lớn hơn
Bảng 1. 4 Chỉ tiêu vi sinh của potassium alginate

13


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA ALGINATE
Tính chất vật lí

2.1.

Alginate là một polymer có tính acid yếu, khơng màu, khơng mùi, không

tan trong nước và các dung môi hữu cơ.
Là chất có tính hút nước, trương nở khi ngâm trong nước.
Alginate ở dạng muối tan trong nước, độ nhớt của dung dịch phụ thuộc
vào trọng lượng phân tử và lượng ion trong muối. Khác với agar, dung dịch alginate
không đông lại ngay cả khi làm lạnh đông. Việc làm lạnh đông và tan trong dung
dịch Na-alginate có khi mặt ion Ca2+ có thể làm tăng độ nhớt của dung dịch.
Muối alginate của kim loại alkali, amonia, và các amin có khối lượng phân
tử thấp, tan ngay trong nước nóng hay nước lạnh, nhưng các muối hóa trị II hay III
thì khơng tan.
Các dung dịch alginate rất nhớt, có thuộc tính phụ thuộc vào tỉ suất M/G,
khối lượng phân tử, và sự hiện diện điện phân trong dung dịch. Độ nhớt giảm khi
nhiệt độ tăng, và bị ảnh hưởng nhẹ bởi độ pH từ 4-10. Dung dịch ở độ pH từ 5-10
có thể ổn định lâu ở nhiệt độ phịng.
Tính chất hóa học

2.2.


Tính chất của alginate với kim loại có hóa trị I:

-

Dễ bị cắt bởi acid, kiềm mạnh, nhiệt độ, enzyme.

-

Khi tương tác với acid hữu cơ thì tách alginic tự do.

-

Dễ hịa tan trong nước, tạo thành dung dịch có độ keo nhớt, độ dính cao.

-

Khi làm lạnh khơng đơng, khi khơ trong suốt có tính đàn hồi.



Tính chất của alginate với kim loại hóa trị II:

-

Có độ chắc cao.

-

Có khả năng tạo màu tùy theo kim loại.

-

Khơng hịa tan trong nước.

-

Khi ẩm thì dẻo (gel alginate), khi khơ có độ cứng cao và khó thấm nước,
tỷ trọng thấp.[10]
14


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

Tính chất tạo màng

2.3.

Alginate có khả năng tạo màng rất tốt. Các màng dẻo, đàn hồi, chịu dầu
và khơng dính. Màng thuộc nhóm polysacharide có khả năng ngăn oxi và chất béo
thấm qua vì vậy ức chế hiện tượng oxi hóa chất béo và các thành phần khác nhau
của thực phẩm. Bên cạnh đó màng cịn giảm thất thốt ẩm vì lượng nước trong màng
sẽ bốc hơn trước hơn trong thực phẩm nhằm tăng thời gian sử dụng và làm tăng
chất lượng sản phẩm. Màng bao này ăn được có thể sử dụng để làm giảm tác hại do
quá trình chế biến gây ra. Màng bao có thể vừa kéo dài thời gian sử dụng, Vừa ngăn
mất mát lượng ẩm và sử di chuyển chất tan, phản ứng oxi hóa.
Độ nhớt

2.4.

Khi hòa tan các Alginate vào nước chúng sẽ ngậm nước và tạo dung dịch
nhớt. Độ nhớt phụ thuộc vào chiều dài của phân tử Alginate. Ngoài ra, cách sắp xếp
của phân tử Alginate cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nó.
Trong một số trường hợp 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 Alginate 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 thuận với vào chiều dài phân tử của Alginate.[6]
Nồng độ

Độ nhớt
Thấp

Trung bình

Cao

Rất cao

0.25

9

15

21

27

0.5

17

41

75

110

0.75

33

93

245

355

1

58

230

540

800

1.5

160

810

1950

3550

2

375

2100

5200

8750

Bảng 2. 1 Độ nhớt của Alginate, mPa.S (Broorkrield, 20rpm, 20oC)
2.5.

Độ hòa tan
15


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

Alginate được chiết từ tảo nâu Ascophyllum nodosum. Như độ hòa tan
alginic acid trong nước với giá trị pH 2.3 thì alginic acid tan một phần. Độ hịa tan
Alginate phụ thuộc vào giá trị môi trường pH. Theo nhà nghiên cứu Arne Haug độ
hòa tan alginate thấp khi pH là 2.3.[1]

Hình 2. 1 Biểu độ so sánh độ hịa tan ở giá trị p H từ 1 – 3
2.6.

Tính tạo sệt
Sử dụng trong các loại nước sốt, syrup và kem. Thêm Alginate có thể làm

kem khơng nhớt và tạo bề mặt để bao gói với vỏ plastic.
Nhũ tương trong dầu như là mayonnaise, salad gia vị thì ít có khả năng
phân lớp thành dầu và nước nếu được tạo sệt với Alginate.
Sodium Alginate thì khơng hữu dụng khi nhũ tương là dạng axit vì axit

alginic khơng hịa tan khi tạo thành trong môi trường axit. Propylene glycol alginate
(PGA) được dùng vì bền với điều kiện axit nhẹ.
Alginate cải thiện cấu trúc, hình dạng và sự lấp lánh trong yogurt, cịn
PGA được dùng tạo bền cho protein của sữa ở điều kiện axit. Một vài loại nước quả
đục và trong, người ta thêm sodium Alginate hoặc PGA (nếu là môi trường axit) để
cản trở sư lắng của huyền phù.[8]

16


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

2.7.

Sự hóa dẻo
Các tính chất cơ học của màng bao có thể phân hủy đươc cải thiện bằng

cách làm dẻo mạng lưới polymer với chất hóa dẻo, thường khơng bay hơi và trộn
lẫn với polymer. Các mục tiêu chính của chất hóa dẻo là tăng thể tích tự do hoặc
tính linh động phân tử của polymer, giảm lực giữa các phân tử mang lại tính linh
hoạt, giảm độ giịn, cải thiện chống va đập xé rách, và điều chỉnh dòng chảy của vật
liêu phủ. Hơn nữa, chất hóa dẻo phải có cùng đặc tính hịa tan với polymer trong hệ
dung mơi (để ngăn chất hóa dẻo hoặc tách polymer trong q trình ứng dụng của
lớp phủ), có nhiệt độ sơi cao và có thể thay đổi các tính chất vật lý cơ học của chất.
Các yếu tố khác là chất dẻo phải được giữ lại hỗn hợp lâu, ổn định cao, không bay
hơi và quan trọng mùi của chất này khơng làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất của
màng. Việc hóa dẻo phụ thuộc điều kiện mơi trường như là nhiệt độ, độ ẩm. Việc
bổ sung chất hóa dẻo vào màng alginate là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng tính chất
cơ học của màng. Nhà nghiên cứu đã so sánh việc bổ sung chất hóa dẻo vào màng
alginate: Glycerine và sodium lactate dẫn đến màng alginate có đàn hồi so với

sorbitol. Khả năng tương thích sinh học.[6]
2.8.

Khả năng tương thích sinh học
Alginate có khả năng tương thích sinh học, nhưng vẫn còn tranh luận về

chế phẩm của Alginate. Khả năng tương thích sinh học phụ thuộc rất nhiều về độ
tinh khiết. Ví dụ, Alginate cũng ảnh hưởng đến nhiều vấn đề như một nhà nghiên
cứu đã báo cáo rằng, khi Alginate có nồng độ M cao hơn G khả năng sinh miễn dịch
mạnh hơn 10 lần Alginate có G cao. Alginate được chiết xuất từ các nguồn tự nhiên
nên có những tạp chất khác nhau như kim loại nặng, nội độc tố, các hợp chất
polyphenlic. Độ tinh khiết Alginate rất quan trọng bởi từ tách triết sản phẩm để có
độ tinh khiết cao sao mà khơng có phản ứng ứng nhiều khi cấy ghép mô cho động
vật hay gây viên nhiễm, gây độc.[6]
Vì vậy, việc alginate được tinh khiết qua nhiều bước quy trình chiết xuất
để đạt đến độ tinh khiết cao.

17


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ALGINATE TRONG LĨNH VỰC Y SINH, THỰC
PHẨM
3.1.

Ứng dụng y sinh
Vai trò của alginate trong dược phẩm như là chất làm dày, tạo hạt gel, ổn

định hệ, vì alginate có vai trị đáng kể trong điều khiển sự giải phóng các hoạt chất

trong thuốc. Dạng bào chế uống thì thường dùng sử dụng alginate để ứng dụng trong
dược phẩm, nhưng khi sử dụng alginate dạng gel dùng phân phối thuốc(Phân phối
thuốc đề cập đến các phương pháp tiếp cận, công thức, kỹ thuật sản xuất, hệ thống
bảo quản và công nghệ liên quan đến việc vận chuyển một hợp chất dược phẩm đến
vị trí mục tiêu của nó để đạt được hiệu quả điều trị mong muốn) ngày càng phát
triển. Phần dưới sẽ mô tả sự tiến bộ gần đấy sử dụng alginate hay dẫn xuất của
chúng trong việc kiểm soát trong điều khiển trong phân phối thuốc.
3.1.1.

Phân phối cho thuốc dạng có khối lượng phân tử thấp
Gel alginate có khảo sát cho phân phối thuốc có khối lượng phân tử thấp

và hầu như nó hữu ích cho liên kết bậc 1 và bậc 2 giữa thuốc và alginate có thể điều
tiết lượng hoạt chất của thuốc ra khỏi. Gel Alginate là một loại nanoporous (có kích
thích lỗ xấp xỉ 5nm), nên dễ dàng phân chia phân tử nhỏ. Ví dụ, sự giải phóng
flurbiprofen từ các gel alginate được oxy hóa một phần, liên kết ngang về mặt ion
gần như hoàn thành trong 1,5 giờ. Tuy nhiên, sự kết hợp vào các hạt được hình
thành từ một phần alginate bị oxy hóa với sự hiện diện của cả ion canxi và axit
adipic dihydrazide (phối hợp liên kết chéo ion và liên kết cộng hóa trị) dẫn đến việc
giải phóng kéo dài do bởi việc gia tăng số liên kết chéo và giảm đi sự trương. Việc
phân phối có kiểm sốt và chống ung thư đã đạt được bằng sử dụng một phần gel
alginate bị oxy hóa. Nhiều loại thuốc có thể được nạp vào gel dựa trên alginate đóng
gói theo tuần tự hay đồng thời, sẽ giúp phóng thích hoạt chất thuốc theo cách tuần
tự. Ví dụ, methotrexate (khơng tương tác với alginate) được giải phóng nhanh chóng
bằng khuếch tán, trong khi doxorubicin có gắn với alginate, chỉ được giải phóng sau
khi phân ly. Hạt gel có cả tính chất ưa nước và kị cũng đã chuẩn bị để sửa đổi việc
giải phóng thuốc kỵ nước muộn. Alginate ghép với polycaprolactone (PCL) đã
được liên kết chéo với các ion canxi để phân phối theophylline có kiểm sốt, thuốc
18

Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

mẫu kém tan trong nước. Chiều dài của chuỗi PCL kỵ nước kiểm soát hành vi trương
nở của các hạt gel và PCL làm chậm q trình giải phóng theophylin. Qúa trình giải
phóng thuốc hồn tất trong vịng 2 giờ đối với hạt alginate-g-PCL/Ca2+, nhưng trong
vòng 1 giờ theophylin. Quá trình giải phóng thuốc hồn tất trong vịng 2 giờ đối với
hạt alginate-g-PCL/Ca2+, nhưng trong 1 giờ đối với hạt alginate/Ca2+. Sự giải phóng
bền vững của theophylline cũng là đạt được từ các vi cầu nano alginate kết hợp với
ống nano cacbon (CNT). Việc bổ sung CNT nâng cao ổn định cơ học của gel, mà
không ảnh hưởng đến cấu trúc và hình thái của các vi cầu và khơng có độc tính tế
bào đã được quan sát, cho thấy ứng dụng tiềm năng như một người vận chuyển giao
hàng đến ruột.
Thị trường thuốc protein đang phát triển nhanh chóng và đa dạng thuốc
protein hiện đã có sẵn do sự phát triển ứng cử viên để phân phối thuốc protein, vì
protein có thể được đưa vào các cơng thức dựa trên alginate theo các điều kiện tương
đối nhẹ giúp giảm thiểu lượng denatura của chúng, và gel có thể bảo vệ chúng khỏi
bị thối hóa cho đến khi phát hành của họ. Một loạt các chiến lược đã được nghiên
cứu để kiểm sốt tốc độ giải phóng protein từ gel alginate. Nói chung, tỷ lệ giải
phóng protein từ alginate gel nhanh chóng, do độ xốp và ưa nước vốn có bản chất
của gel.[6]
3.1.2.

Băng vết thương
Việc điều trị các vết thương cấp tính và mãn tính là một nhu cầu báo chí

trong nhiều khía cạnh của y học, và dựa trên alginate băng vết thương cung cấp
nhiều tính năng ưu việt. Băng vết thương dạng tradi (ví dụ, gạc) đã cung cấp chủ
yếu một chức năng rào cản - giữ cho vết thương khô bằng cách cho phép sự bay hơi
của dịch tiết vết thương trong khi ngăn chặn sự xâm nhập của mầm bệnh vào vết

thương Ngược lại, hiện đại băng (ví dụ, băng alginate) tạo mơi trường ẩm cho vết
thương và tạo điều kiện chữa lành vết thương. Alginate băng gạc thường được sản
xuất bằng liên kết chéo ion của dung dịch alginat với các ion canxi để tạo thành gel,
fol được hạ thấp bằng cách xử lý để tạo thành các tấm xốp đông khô (tức là bọt), và
băng vải không dệt dạng sợi. Alginate băng ở dạng khô hấp thụ chất lỏng vết thương
để gel lại, và sau đó, gel có thể cung cấp nước cho vết thương khơ, điều chỉnh chính
vi mơi trường ẩm sinh lý và giảm thiểu tình trạng nhiễm khuẩn tại vết thương. Chức
19


Alginate và Ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, thực phẩm

năng này có thể thúc đẩy sự hình thành mơ hạt, biểu mơ hóa nhanh chóng và chữa
bệnh. Nhiều loại váy alginate khác nhau bao gồm AlgicellTM (Khoa học da liễu)
AlgiSite MTM (Smith & Nephew), Comfeel PlusTM (Coloplast), KaltostatTM
(ConvaTec), SorbsanTM (Phịng thí nghiệm UDL) và TegagenTM (3M Healthcare)
có bán trên thị trường. Gel alginate giải phóng yếu tố 1 có nguồn gốc từ tế bào mơ
đệm cũng có hiệu quả trong việc đẩy nhanh tốc độ đóng vết thương và giảm sự hình
thành sẹo ở lợn phẫu thuật cấp tính vết thương. Kết hợp bạc vào băng alginate tăng
hoạt động kháng khuẩn và cải thiện liên kết ái lực với elastase, ma trận
metalloproteases-2 (MMP-2), và các cytokine tiền viêm (ví dụ, TNF-, IL-8). Các
bổ sung bạc vào băng alginate cũng được tăng cường khả năng chống oxy hóa. Các
sợi alginate liên kết chéo với các ion kẽm cũng đã được đề xuất cho băng vết thương,
vì các ion kẽm có thể tạo ra điều hòa miễn dịch và tác dụng chống vi khuẩn, cũng
như tăng cường tế bào sừng sự di cư và gia tăng mức độ tăng trưởng nội sinh. Hỗn
hợp alginate, chitin / chitosan và fucoidan gel đã được báo cáo là cung cấp một vết
nứt môi trường chữa lành ẩm ở chuột, với việc dễ dàng sử dụng và loại bỏ.[6]

Hình 3. 1 Miếng gạc cầm màu vết thương chiết xuất rong biển HETIS CALCIUM
ALGINATE

3.2.

Ứng dụng trong thực phẩm

3.2.1.

Màng bọc thực phẩm
Hiện nay có thử thách liên quan đến các sản phẩm thịt, gia cầm và hải sản

về hạn sử dụng. Chúng ta đồng ý rằng khi giảm đi hàm lượng nước sẽ dẫn đến cấu
trúc, màu và hương vị; oxi hóa và bị hóa nâu, …
Trong nghiên cứu, Earle et al được thiết kế bằng công thức bằng cách phủ
lớp alginate thương mại lên. Các sản phẩm thịt, hải sản và gia cầm được ngâm vào
20