알긴산
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
알긴산은 (1→4)-결합된 β-D-만누론산과 α-L-굴루론산 잔기로 구성된 선형 공중합체로, 해조류에서 추출되며 다양한 산업 분야에서 사용된다. 알긴산은 물에 녹지 않지만 알칼리에 용해되며, 알긴산나트륨, 알긴산 칼륨, 알긴산 암모늄, 알긴산칼슘, 알긴산 에스테르 등의 형태로 존재한다. 식품, 의약품, 공업 등 다양한 분야에서 증점제, 겔화제, 생체 재료, 섬유 처리제 등으로 활용되며, 방사성 스트론튬 배출에도 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
더 읽어볼만한 페이지
- 공중합체 - ETFE
ETFE는 강도가 높고 자외선에 강하며 재활용이 가능한 불소 기반의 열가소성 플라스틱 필름으로, 건축, 항공 우주, 전기 등 다양한 분야에서 활용된다. - 공중합체 - ABS 수지
ABS 수지는 내충격성, 내약품성, 가공성이 우수하고 금속 대체재로 사용되며, 1948년에 특허를 취득하여 1954년 상용화된 열가소성 플라스틱이다. - 식용 증점제 - 녹말
녹말은 식물에서 얻는 다당류의 일종으로, 아밀로스와 아밀로펙틴으로 구성되며 에너지 저장 형태로 사용되고, 식품, 제지, 섬유 등 다양한 산업 분야에서 활용된다. - 식용 증점제 - 카라기난
카라기난은 고분자량의 다당류로 실온에서 겔을 형성하는 특성으로 식품 및 산업에서 증점제와 안정제로 사용되며, 카파, 이오타, 람다의 세 종류가 있고 해조류에서 추출하여 생산되며 안전성 논란에도 불구하고 FAO/WHO에서 1일 섭취 허용량을 특정하지 않았다. - 치과재료학 - 덴탈임플란트
덴탈임플란트는 티타늄 재질의 인공 치아 뿌리를 턱뼈에 심어 치아의 기능과 형태를 회복하는 치료 방법으로, 자연 치아와 유사한 안정성과 저작력을 제공하며 주변 치아에 부담을 주지 않지만, 외과 수술 위험, 시술 후 관리, 비용, 임플란트 주위염과 같은 합병증 예방을 위한 꾸준한 관리가 필요하다. - 치과재료학 - 수산화 칼슘
수산화 칼슘은 생석회를 물과 반응시켜 제조하며, 석회 모르타르 제조, 수처리, 제지 산업 등 다양한 분야에서 살균, 중화, pH 조절 등의 용도로 사용되는 고분자 구조의 무기 화합물이다.
| 알긴산 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| IUPAC 이름 | 없음 |
| 다른 이름 | 알긴산 E400 [D-ManA(β1→4)L-GulA(α1→4)]n |
| 식별 정보 | |
| CAS 등록번호 | 9005-32-7 |
| EINECS 번호 | 232-680-1 |
| UNII | 8C3Z4148WZ |
| 켐스파이더 ID | 해당 없음 |
| 약리학 | |
| ATC 코드 | A02BX13 |
| 물리화학적 성질 | |
| 분자식 | (C6H8O6)n |
| 몰 질량 | 10,000 – 600,000 |
| 외관 | 흰색에서 노란색의 섬유질 분말 |
| 밀도 | 1.601 g/cm3 |
| 녹는점 | 해당 없음 |
| 끓는점 | 해당 없음 |
| 용해도 | 해당 없음 |
| pKa | 1.5–3.5 |
| 위험성 | |
| 주요 위험 | 해당 없음 |
| 인화점 | 해당 없음 |
| 자연 발화점 | 해당 없음 |
2. 구조
알긴산은 (1→4)-결합된 β-D-만누론산(M)과 α-L-굴루론산(G) 잔기로 구성된 선형 공중합체이며, 각기 다른 서열 또는 블록으로 공유 결합되어 있다. 단량체는 연속적인 G-잔기 블록(G-블록), 연속적인 M-잔기 블록(M-블록) 또는 M과 G 잔기가 교대로 나타나는 블록(MG-블록)으로 나타날 수 있다. α-L-굴루론산은 β-D-만누론산의 C-5 이성질체이다.
β-D-만누론산(M)과 그 C-5 에피머인 α-L-글루론산(G)의 2종류의 블록(모두 카르복실기를 갖는 단당류)이 (1-4)-결합한 직선형 폴리머이다. 각 블록의 양비는 기원에 따라 다르다. M과 G가 교대로 연결된 블록이 가장 유연하며, 중성에 가까운 pH에서 잘 녹는다. G로 구성된 블록은 단단하며, 6잔기 이상으로 구성된 G 블록은 2가 양이온(Ca2+ 등)과 안정적인 복합체를 형성하여 3차원 겔을 형성한다. 또한 알긴산은 낮은 pH에서 산성 섬유상 겔을 형성한다. 이러한 겔 안에서, 분자 간 결합을 만드는 것은 주로 호모폴리머 블록(M 또는 G의 반복 구조)이며, 겔 강도를 결정하는 것은 G 블록의 함유 비율이다.
3. 종류
4. 생산
알긴산은 갈색 해조류에서 정제되며, 전 세계적으로 다양한 갈조류가 알긴산나트륨 생산에 사용된다. 알긴산나트륨은 식품, 동물 사료, 비료, 섬유 인쇄 및 제약 등 다양한 산업 분야에서 사용된다.[5]
갈색 해조류는 크기가 다양하며, 알긴산의 화학 구조는 종에 따라 달라 물리적 특성도 다양하다. 어떤 종은 강하거나 약한 겔을 생성하는 알긴산을 생성하고, 다른 종은 크림색 또는 흰색 알긴산을 생성하기도 한다.[6]
상업용 알긴산은 거대 켈프 ''Macrocystis pyrifera'', ''Ascophyllum nodosum'' 및 ''Laminaria'' 종류에서 추출된다. 또한, 세균 ''Pseudomonas'' 및 ''Azotobacter''에 의해서도 생성되며, 의료용 미세/나노 구조 생산에 유용하다.[7]
한국에서는 주로 다시마, 미역 등에서 알긴산을 추출한다. 중국에서는 식용으로 재배되는 ''Laminaria japonica''의 잉여 물질이 알긴산 산업에 사용된다.
세계 알긴산 공업에서 이용되는 주요 원료 해조류는 다음과 같다.
| 해조류 종류 | 분포 지역 | 특징 |
|---|---|---|
| Lessonia | 남미 | 대형 해조류 |
| Macrocystis | 북동 태평양, 남태평양 등 | 자이언트 켈프, 전체 길이 수십 m에 달하는 매우 대형 해조류 |
| Laminaria | 한국, 중국 산둥 성 연안, 북유럽 연안 | 한국에서는 식용으로 친숙한 다시마, 중국에서 대규모 양식, 북유럽에서는 유럽 알긴산 제조 원료 |
| Ascophyllum | 북유럽 연안 | 알긴산 원료, 비료 등으로 이용 |
| Durvillea | 오스트레일리아 남해안, 남미 연안 | |
| Ecklonia | 남아프리카 공화국 남해안 | Sea Bamboo영어라고도 불리는 대형 해조류 |
최근에는 전자레인지 보조 추출, 초음파, 고압, 가압 유체 추출, 효소 보조 추출 등 새로운 기술이 연구되고 있다.[9]
4. 1. 추출 과정 (기존 방식)
화학적으로 알긴산 추출 과정은 간단하지만, 끈적한 잔류물에서 점성 용액을 분리하고, 젤라틴 침전물을 분리하는 데 어려움이 있다.[8] 기존 공정은 다량의 시약과 용매, 그리고 많은 시간이 소요되는 단계를 포함한다.[9]가장 일반적인 기존 추출 공정은 다음과 같은 6단계로 구성된다.[9]
1. 조류 바이오매스 전처리: 세포벽을 파괴하거나 조류에서 다른 화합물 및 오염 물질을 제거한다.[9] 건조를 통해 세균 성장을 방지하고, 건조된 조류는 분말화하여 표면적을 넓힌다.[9] 에탄올 및 포름알데히드 처리를 통해 오염 물질을 제거한다.[9]
2. 산 처리: 세포벽을 파괴하고 알긴산염을 불용성 알긴산으로 변환한다.[9]
3. 알칼리 추출: 탄산나트륨과 같은 알칼리 용액(pH 9-10)을 사용하여 수용성 알긴산나트륨으로 변환 후 침전시킨다.[9]
4. 침전: 알코올(주로 에탄올), 염화칼슘, 또는 염산을 사용하여 알긴산을 침전시킨다.[9]
5. 표백 및 건조: 침전된 알긴산을 미세한 페이스트 형태로 만든 후 건조하고, 원하는 입자 크기로 분쇄하여 정제한다.[9]
6. 정제: 다양한 기술을 통해 알긴산을 정제한다. 생의학 및 제약 용도로 사용되는 상업용 알긴산은 더 엄격한 기술을 통해 추출 및 정제되지만, 이는 영업 비밀이다.[9]
기존의 다른 추출 방법은 다음과 같다.
- '''추출:''' 원료 해조류를 세척한 후, 알칼리를 가하고 가열하여 해조류 내 알긴산을 가용화한다. 해조류 속 알긴산은 미네랄과 염을 생성하여 불용성 젤리 상태로 세포벽 사이에 존재하는데, 나트륨염을 첨가하면 불용성 염이 수용성 알긴산 나트륨으로 치환되어 용출된다.
- '''여과:''' 알긴산이 충분히 용해되면 여과하여 불용성 성분을 제거하고 알긴산 나트륨 용액을 얻는다. 이때 추출액은 높은 점성을 띠므로, 다량의 물을 첨가하여 희석해야 한다.
- '''석출:''' 알긴산 나트륨 수용액에 산을 가해 pH를 낮추거나, 칼슘염을 사용하여 불용성 알긴산 또는 알긴산 칼슘을 석출시킨다.
- '''건조:''' 석출된 알긴산을 탈수, 세척, 건조하여 알긴산을 얻는다. 이를 알칼리로 중화하면 알긴산염이 되는데, 나트륨을 사용하면 알긴산 나트륨, 칼륨을 사용하면 알긴산 칼륨이 된다.
5. 응용
갈색 해조류에서 추출되는 다당류인 알긴산은 흡습성, 생체 적합성, 무독성 등의 특징을 지녀[10] 다양한 산업 분야에서 활용된다.
알긴산은 물을 빠르게 흡수하는 성질이 있어 탈수 제품, 종이 및 섬유 제조에 첨가제로 사용된다.[11] 방수 및 방화 직물 제조에도 사용되며, 식품 산업에서는 음료, 아이스크림, 화장품의 증점제나 젤리의 겔화제(E401 코드)로 활용된다.[11][12]
반응성 염료 인쇄 및 섬유 인쇄에서 반응성 염료의 증점제로 사용되는데, 이는 알긴산염이 염료와 반응하지 않고 쉽게 세척되기 때문이다.[14]
5. 1. 식품 분야
알긴산은 식품 산업에서 다양한 용도로 사용되는 첨가물이다. 주로 갈조류에서 추출되며, 다음과 같은 역할을 한다.[5][11][12]- 증점제: 인스턴트 라면이나 빵 반죽에 첨가되어 식감을 개선하고 모양을 유지하는 데 도움을 준다.[25]
- 안정제: 샐러드 드레싱의 유화 안정, 유산균 음료의 분산 안정, 맥주의 거품 안정 등 다양한 식품의 안정성을 높여준다.[25]
- 겔화제: 베이커리 필링에 열을 가해도 형태가 유지되도록 하고, 어니언링과 같은 재성형 식품을 만들 때 재료들을 결합시키는 역할을 한다. 인공 연어알, 인공 샥스핀 등의 성형에도 사용된다.[25]
- 식이섬유 소재: 식이섬유 음료의 주성분으로 사용되며, 콜레스테롤을 몸 밖으로 배출하는 기능이 있어 특정 보건용 식품으로도 판매된다.[25]
알긴산나트륨은 대두 단백질과 혼합하여 고기 대체물을 만드는 데 사용되기도 한다.[13]
2006년 12월 26일에는 국제적 기준에 맞춰 알긴산칼륨, 알긴산칼슘, 알긴산암모늄 3종이 식품첨가물로 추가 지정되었다.[24]
5. 2. 의료 분야
알긴산은 의약품 제제에 성분으로 사용되며, 중탄산염과 결합하여 위식도 역류 질환을 억제한다.알긴산은 치과에서 인상 채득 재료, 보철물, 생체 모형 제작, 소규모 주조를 위한 원형 제작에 사용된다.
알긴산칼슘은 피부 상처 드레싱을 포함한 다양한 유형의 의료 제품에 사용되어 치유를 촉진하며,[15][16] 일반 드레싱보다 적은 통증으로 제거할 수 있다.
알긴산염은 치과 재료(치과 인상재), 수술 봉합사(알긴산 섬유상 젤), 상처 피복재(칼토스타트, 소브산 등)에 사용된다.[26] 알긴산 나트륨 분말(알토)은 피부나 소화관의 내시경 지혈에, 5% 알긴산 나트륨 수용액(알로이드 G)은 위염, 위궤양, 소화관 출혈에 사용된다.
5. 3. 공업 분야
공업 분야에서 알긴산염은 섬유, 제지, 철강, 수산업, 농업 등 다양한 산업에 널리 사용된다.| 산업 | 사용 용도 |
|---|---|
| 섬유 공업 | 면, 마 등 천연 섬유 염색 시 염료에 점성을 부여하는 호료로 사용 |
| 제지업 | 특수 종이 표면 처리, 논카본 복사지 잉크 코팅제 |
| 철강업 | 피복 용접봉 가공 시 플럭스 바인더 |
| 수산업 | 양식 어류 사료 (모이스트 펠릿) 바인더 |
| 농업 | 재배용 배토 고화 바인더 |
알긴산칼슘은 세포나 효소 등을 고정화·캡슐화하는 데 사용되며, 발효·화학 산업에서 활용된다.
5. 4. 기타
알긴산은 물을 빠르게 흡수하는 성질이 있어 다이어트 보조제와 같은 탈수 제품이나 종이 및 섬유 제조에 첨가제로 사용된다.[11] 또한 방수 및 방화 직물 생산, 식품 산업에서 음료, 아이스크림, 화장품의 증점제 및 젤리의 겔화제(E401 코드)와 소시지 케이싱으로 사용된다.[12] 알긴산나트륨은 대두 단백질과 혼합하여 고기 대체물을 만들기도 한다.[13]알긴산은 가비콘과 같은 다양한 의약품 제제에 성분으로 사용되는데, 중탄산염과 결합하여 위식도 역류 질환을 억제한다. 치과에서는 인상 채득 재료, 보철물, 생체 모형 제작, 소규모 주조를 위한 원형 제작에 사용된다.
알긴산나트륨은 반응성 염료 인쇄 및 섬유 인쇄에서 반응성 염료의 증점제로 사용된다. 알긴산염은 염료와 반응하지 않고, 전분 기반 증점제와 달리 쉽게 세척된다. 또한 마이크로 캡슐화 재료로도 사용된다.[14]
알긴산칼슘은 피부 상처 드레싱 등 다양한 의료 제품에 사용되어 치유를 촉진하며,[15][16] 일반 드레싱보다 적은 통증으로 제거할 수 있다.
골 재건 연구에서 알긴산 복합체는 개선된 다공성, 세포 증식, 기계적 강도와 같은 재생을 돕는 특성을 가지고 있다.[17] 알긴산 하이드로겔은 스캐폴드 및 조직 재생의 바이오 팩브리케이션에 사용되는 일반적인 생체 재료이다.[18]
알긴산에 티올 그룹을 공유 결합하면 현장 겔화 및 점막 접착 특성이 향상된다. 티올화된 폴리머(티오머)는 중합체 네트워크 내에서, 그리고 점액층의 시스테인 풍부 서브도메인과 이황화 결합을 형성한다.[19] 티올화된 알긴산은 현장 겔화 하이드로겔로 사용되며,[20] 점막 접착 약물 전달 시스템으로의 가능성에 대한 예비 연구가 진행 중이다.[21] 알긴산 하이드로겔은 pH 변화, 온도 변화, 산화 환원 및 효소의 존재에 반응하며 약물 전달에 사용될 수 있다.[22]
6. 방사성 스트론튬 배출
알긴산은 칼슘(Ca)과 친화성이 높은데, 칼슘과 비슷한 거동을 보이는 스트론튬(Sr)과도 결합하여 불용성 염을 만든다. 이러한 성질을 이용해 소화관 내로 섭취된 방사성 Sr의 체외 배설에 관한 연구가 많이 진행되었으며, 인체 실험에서도 뚜렷한 효과가 확인되었다.[27]
Hesp 등은 알긴산 나트륨 10g을 마시고 20분 후 85Sr을 섭취하면 체내 잔류율이 1/8로 감소한다고 보고했다.[27] 니시무라 등은 쥐를 사용한 동물 실험에서 알긴산을 미리 10일간 투여한 후 85Sr을 투여하면 85Sr의 체내 잔류율이 현저히 감소하는 것을 발견했다.[28] 알긴산을 미리 투여하는 기간이 길수록 85Sr의 체내 잔류율이 낮아지는 것으로 보아, 알긴산을 꾸준히 섭취하면 방사성 스트론튬의 체내 흡수를 줄이는 방호제 역할을 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
참조
[1]
논문
Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis: pathogenesis and persistence.
[2]
논문
Pseudomonas aeruginosa biofilms: role of the alginate exopolysaccharide.
[3]
논문
The exopolysaccharide alginate protects Pseudomonas aeruginosa biofilm bacteria from IFN-gamma-mediated macrophage killing.
http://www.jimmunol.[...]
2005-11-01
[4]
간행물
Introductory Chapter: Alginates - A General Overview
https://www.intechop[...]
IntechOpen
2020-02-05
[5]
웹사이트
Alginates
https://www.ams.usda[...]
Agricultural Marketing Service, US Department of Agriculture
2015-02-05
[6]
간행물
FAO fisheries technical paper 441
School of Chemistry, University College, University of New South Wales and Australian Defence Force Academy Canberra Australia
[7]
서적
Microbial Production of Biopolymers and Polymer Precursors
Caister Academic Press
[8]
간행물
FAO Fisheries Technical Paper
[9]
논문
Overview of alginate extraction processes: Impact on alginate molecular structure and techno-functional properties
https://www.scienced[...]
2023-10-01
[10]
논문
Fabrication, Property and Application of Calcium Alginate Fiber: A Review
2022-08-08
[11]
웹사이트
What is Sodium Alginate (E401) in food? Properties, Uses, Safety
https://foodadditive[...]
2020-05-14
[12]
서적
Bioactive Seaweeds for Food Applications
https://www.scienced[...]
2018-07-17
[13]
서적
Low Calorie, High Nutrition Vegetables from the Sea
Japan Publications, Inc.
1983-01
[14]
논문
Microencapsulation and storage stability of polyphenols from Vitis vinifera grape wastes
https://figshare.com[...]
2016-01-01
[15]
논문
Calcium: a potential central regulator in wound healing in the skin
[16]
논문
Development of Gelatin-Alginate Hydrogels for Burn Wound Treatment
https://lirias.kuleu[...]
2019
[17]
논문
Alginate composites for bone tissue engineering: A review
[18]
논문
Review of alginate-based hydrogel bioprinting for application in tissue engineering
https://doi.org/10.1[...]
2019-09-10
[19]
논문
Thiolated polymers: Bioinspired polymers utilizing one of the most important bridging structures in nature
2019
[20]
논문
In situ thiolated alginate hydrogel: Instant formation and its application in hemostasis
2016
[21]
논문
Thiolated alginate-based multiple layer mucoadhesive films of metformin for intra-pocket local delivery: in vitro characterization and clinical assessment
2017
[22]
논문
Alginate-based hydrogels as drug delivery vehicles in cancer treatment and their applications in wound dressing and 3D bioprinting
2020-03-13
[23]
웹사이트
Alginic acid
https://gradechemica[...]
[24]
서적
食品添加物公定書
厚生労働省
[25]
웹사이트
応用 : アルギン酸・キトサン
http://www.kimica.jp[...]
[26]
웹사이트
創傷被覆材
http://www.wound-tre[...]
2001-12-14
[27]
논문
[28]
논문
放射性Srの代謝に及ぼすキトサンとアルギン酸の影響について
日本アイソトープ協会
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com