223. Alginatos.pdf - Academia de Ciencias de Morelos

Gelificación de Alginatos Aguayo Solís, Rodrigo; Contreras Fleury, Mario; Hernández, Bárbara y Vázquez Muñoz, Demian
Centro Universitario Anglo Mexicano de Morelos, S. C.
Asesores: Rafael Mejía, Alma Ayala, Tania Marenco y Edmundo Calva
Área en la que participa: Ciencias Biológicas, Biomédicas y Químicas
Marco Teórico
Los alginatos son polisacáridos que se encuentran en las paredes celulares de las algas pardas y
también pueden ser producidos por bacterias no patógenas y fijadoras de nitrógeno como
Azotobacter vinelandii. Los alginatos son polímeros, es decir, macromoléculas formadas por la unión
de monómeros (en este caso monosacáridos), de tipo orgánico. Son derivados del ácido algínico. La
síntesis de los alginatos se da a partir de la fructosa, pasando por el ácido manurónico y gulurónico,
subsecuentemente.
En el nivel bacteriano, una de las principales productoras de alginatos es Azotobacter vinelandii. La
función de los alginatos dentro de esta bacteria consiste en la formación de una capa protectora que
preserva condiciones anaerobias en el interior de la célula, lo cual resulta indispensable para la
fijación del nitrógeno (proceso mediante el cual la célula se mantiene con vida), además de
protegerla de la toxicidad de ciertos metales pesados.
Entre las propiedades más importantes de los alginatos se encuentran la capacidad viscosificante y
gelificante (lo cual las hace útiles en las labores gastronómicas). Además son compuestos
biodegradables, sobre todo por microorganismos del suelo terrestre.
Fueron sus propiedades gelificantes y espesantes que resultaron atractivas en el mercado. Estas
propiedades están determinadas por su masa molecular. Entre mayor sea la masa, mayores son las
capacidades viscosificantes. La masa molecular de los alginatos de alga varía entre 48 y 186 Da, los
de la bacteria A. vinelandii pueden llegar hasta los 4000 Da.
Los alginatos, al fungir como inmovilizantes, aumentan la velocidad de los procesos catalíticos en el
interior de las células, pero una de las desventajas es que el sistema se vuelve vulnerable a diversos
factores tales como la agitación o la temperatura.
Existen antecedentes sobre el uso de alginatos extraídos del alga Macrocystis pyrifera como agentes
inmovilizantes de bacterias y micro algas para el tratamiento de aguas residuales. También puede
tener aplicaciones médicas directas, por ejemplo en el tratamiento de pacientes diabéticos tratados
con insulina (la cual se inmoviliza).
Dentro de sus funciones naturales, los alginatos pueden llegar a tener funciones malignas para el ser
humano. Por ejemplo, durante la fibrosis quística producida por la bacteria Pseudomonas
aeruginosa; ya que le brinda protección durante el mismo proceso infeccioso.
Antecedentes:
Los alginatos han sido utilizados en el proceso de microencapsulación, que consiste en el proceso
en donde pequeñas partículas o gotas son rodeadas por un recubrimiento homogéneo o
heterogéneo integrado a las cápsulas con variadas aplicaciones, promoviendo un aumento en la vida
útil del producto.
Se han utilizado diferentes mecanismos de gelificación:
El proceso se lleva a cabo a través de la unión de una solución de sal de alginato y una fuente de
calcio desde donde el ion calcio se difunde y alcanza a la cadena polimérica. El grado de gelificación
depende de la hidratación del alginato, la concentración de iones de calcio y el contenido de los Gbloques. Existen dos tipos de sales de alginato (sodio y potasio). Los alginatos cuyo contra-ion (ion
de la sal) es el potasio presentan un proceso de gelificación (transición sol-gel) más rápido. De igual
manera, se vuelven más elásticos.
Las estrategias de difusión para el ion calcio pueden ser:
Internas: Liberación del ion calcio a partir de una fuente interna dispersa en la solución de alginato de
sodio.
Externas: Liberación del ion calcio desde una fuente que rodea al alginato de pH neutro.
Se han utilizado diferentes Técnicas de encapsulación:
Extrusión: Se gotea la solución de alginato junto con el componente a encapsular sobre un recipiente
que contiene el ion calcio, el cual induce la gelificación del compuesto. Dos desventajas de esta
técnica son el gran tamaño de las cápsulas y el tiempo que se requiere para gelificarlas una por una.
Cápsulas de tamaño uniforme.
Emulsión: Se basa en la combinación de una solución de alginato con otra que contiene el
componente a encapsular aunado a la aplicación de un tensoactivo que contribuya a mantener
estable la emulsión. A partir de ahí, se pueden usar tanto el método de gelificación externo e interno
para formar las cápsulas.
Secado por atomización: Se basa en la formación de una emulsión o suspensión que contenga el
material a encapsular junto con el alginato. Se utiliza algún atomizador para pulverizar la mezcla
sobre un gas caliente que actúa como deshidratante de la misma y provoca que el material a
encapsular es envuelto por la matriz polimérica.
La microencapsulación, nos ayuda en la obtención de sistemas de liberación controlada o sostenida
de fármacos, enmascarar sabores y olores desagradables de principios activos y proteger al
producto contra la oxidación, fotosensibilidad, volatilidad y la reducción de la acción irritante
gastrointestinal.
Los alginatos son uno de los polímeros más utilizados en la microencapsulación:
a) Por goteo de una solución de alginato de sodio en una solución de una sal de calcio.
Ya que son grandes y el empleo de una técnica de goteo por jeringa, no es aplicable para una
escala industrial.
Por gelificación del alginato en una emulsión A/O.
La producción de microcápsulas por emulsificación puede ser obtenida por gelificación externa o
interna. Externa: donde una sal de calcio soluble es agregada en el seno de una emulsión A/O, el
tamaño de partícula no puede ser bien controlado y las partículas tienden a coagular en grandes
masas antes de adquirir la consistencia apropiada
Objetivo general:
En este proyecto se pretende comparar la eficacia en la gelificación y encapsulación de alginatos
algales y bacterianos con base en la masa molecular de estos.
Hipótesis
Al ser la masa molecular de los alginatos bacterianos mayor a la de los alginatos algales suponemos
que el gel obtenido de alginato bacteriano, y por lo tanto las cápsulas, serán más resistentes y
tendrán una mayor dureza que el obtenido por alginatos algales. Esto ocasionará que su densidad
será mayor y su permeabilidad será menor.
Metodología:
Primeras pruebas:
A. Para tratar de evaluar la gelificación del alginato sólo, agregamos una pizca en 200 ml de
agua y lo mezclamos. El alginato no se diluyó, si no que formó pequeñas bolas hidratadas que
ni siquiera llegaron a homogeneizarse.
B. Mismas proporciones que el experimento A, únicamente se cambió la velocidad de inclusión
del alginato, lo cual se hizo gradualmente. Esta vez no formó una masa compacta, y logró
hidratarse de mejor manera, formando una suspensión. Algunas partículas lograron espesar
un poco el agua, pero no se consiguió la mezcla homogénea que buscamos.
C. Se hicieron dos soluciones de 25 ml de agua destilada. Una con 1 g de CaCl2 y la otra con 1 g
de Alginato. El alginato se goteó en el cloruro de calcio, con lo cual se lograron formar
cápsulas de gel.
Obtención de alginato bacteriano:
Se centrifugó el cultivo bacteriano para separar la bacteria (A. Vinelandii) del alginato. El proceso se
llevó a cabo por medio de una primera centrifugación de 15 minutos y una de 10 minutos. Las
bacterias quedaron como un sólido al fondo de los tubos y separamos el caldo de cultivo con alginato
por decantación. A los recipientes (100 ml cada uno), se les agregaron 3 volúmenes de isopropanol
(300 ml) para poder precipitar el alginato, que reaccionó formando un gel, que se pudo separar del
caldo.
Este gel se dejó secar por dos días, y se trituró para obtener el polvo de alginato, con el cual
trabajamos.
Bibliografía
http://www.postgradoeinvestigacion.uadec.mx/AQM/No.%206/5.html
http://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/azucares/alginato.html
http://www.rvcta.org/Publicaciones/Vol3Num1/ArchivosV3N1/Lupo-Pasin_et_al._RVCTA-V3N1.pdf
http://www.fcn.unp.edu.ar/sitio/tecnofarma/wp-content/uploads/2010/06/Microencapsulaci%C3%B3n.pdf
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http://www.tahona.cl/estudio.pdf