Гели. Гелеобразователи. Промышленная технология гелей

Используется в косметической  и пищевой промышленности.

Основное свойство ксантана – это способность к стабилизации растворов (удерживанию частиц в  суспензии).

Имеет достаточно высокую вязкость, температурную нечувствительность и совместимость с кислотами, щелочами, солями, ферментами.

Растворы ксантановой  камеди стабильны при температуре 100 - 110 °С и pH 2 - 12,0;

Является стабилизатором эмульсий, суспензий, удерживает влагу. Обладает свойствами создавать плёнку. Термообратим

Хороший загуститель  с более высокой вязкостью  в горячем состоянии, при взаимодействии с другими коллоидами создаёт  эффект синергизма.

Строение:

Ксантановая является углеводородным полимером с высоким молекулярным весом. Это линейный полисахарид, содержащий большое число боковых трисахаридных цепей. Главная цепь имеет структуру целлюлозы, структура боковых цепей цепь ксантана необычайно прочно защищена от химического и ферментативного гидролиза.Ксантан растворим в холодной и горячей воде, растворах сахара и молоке, а также в растворах соли и сахаре.

Производство:

Камедь ксантана получают путём  ферментации чистой культуры при  помощи микроорганизма Xanthomonas campestris.

Использование в фармации:

Стабилизатор, загуститель, эмульгатор, суспендирующий агент.

Хорошо смешивается  с жирными маслами, при взбивании  миксером образуя нежную кремообразную  эмульсию, которая легко поглащается  кожей и обладает увлажняющим  действием.

Благодаря своим уникальным свойствам (устойчивость к ферментам, к уровню рН (2-12), действию высокой температуры, устойчивости к замораживанию, формирует хорошую структуру, долгосрочно стабилизирует лекаственные средства.

 

Оптимальная концентрация в рецептах: 0,1-5%

 

3.2 Агар-агар и альгинаты

 

 

       Агар-агар  получают из наиболее дорогих  морских водорослей (анфельция, геллидиум,  грациллярия, эухеум).  Основными  производителями агар-агара являются  следующие фирмы: Volf & Olsen, Algas Marinas S. A., B & V, Setexam, Instrimpex consfit import & export company и др. Основные поставки агар-агара осуществляются из таких стран, как Германия, Чили, Испания, Италия, Марокко, Китай и др.

       Агар  — самый сильный желирующий  агент. Способность агара образовывать  студни уменьшается при его нагревании в присутствии кислот. Водный раствор агара образует студни при охлаждении до 45 оС. Температура плавления водного студня — 80–90 оС. Студни, приготовленные на основе агар-агара в отличие от всех других студнеобразователей характеризуются стекловидным изломом.

  В зависимости  от содержания основного вещества  желирующая способность агара,  или прочность геля (концентрация 1,5%), может изменяться от 500 до 930 г/см  при 20 оС по Никону. Желирующая  способность определяет тип агара: 600, 700, 800, 900.

       Агароид  (черноморский агар) получают из  водорослей филлофлоры, растущих  в Черном море. Как и агар, агароид  в холодной воде плохо растворим,  в горячей образует коллоидный  раствор, при охлаждении которого  образуется студень затяжистой  консистенции. Студнеобразующая способность агароида в 2–3 раза ниже, чем у агара.

       Студни, полученные с применением агароида, имеют затяжистую консистенцию  и не имеют стекловидного излома, характерного для агара. Температура  застудневания у студней на  агароиде значительно выше, чем у студня, приготовленного с применением агара. Также агароид образует студни с более слабой водоудерживающей способностью, поэтому он имеет пониженную стойкость к высыханию и засахариванию. В пищевой промышленности агароид находит аналогичное агару применение.

      

       Альгинаты.  Среди всех получаемых полисахаридов  из морских водорослей самая  большая доля приходится на  альгинаты — натриевые, калиевые, кальциевые соли альгиновой кислоты,  экстрагируемые из бурых водорослей. Высокая потребность в альгинатах объясняется тем, что они находят самое широкое применение в целом ряде производств и отраслей промышленности. Альгинаты представляют собой полисахарид, состоящий из остатков D-маннуроновых и L-гулуроновой кислот. Альгинаты были изучены на людях. В результате исследований не было выявлено негативного влияния альгинатов на усвоение кальция из рациона питания. По данным экспертов ФАО/ВОЗ, допу-стимая суточная доза потребления альгинатов составляет до 50 мг на 1 кг веса тела человека, а это существенно выше той дозы, которая может поступить в организм с пищевыми продуктами.

       Основным  свойством альгинатов является  способность образовывать особо  прочные коллоидные растворы, отличающиеся  кислотоустойчивостью. Растворы альгинатов  безвкусны, почти без цвета и запаха. Они не коагулируют при нагревании и сохраняют свои свойства при охлаждении, при замораживании и последующей дефростации. Поэтому наиболее широко альгинаты применяются в пищевой промышленности в качестве студнеобразующих, желирующих, эмульгирующих, стабилизирующих и влагоудерживающих компонентов.

В фармацевтической промышленности альгиновую кислоту и ее соли применяют  в качестве склеивающего и разрыхляющего  вещества при производстве таблеток, драже, пилюль. Благодаря способности альгинатов поглощать 200–300-кратное количество воды с образованием лишенных вкуса, цвета и запаха вязких стабильных гелей, их применяют в качестве компонентных основ для различных мазей и паст. Альгиновые гели используют также как носители антибиотиков и других лекарственных препаратов.

       Одним  из наиболее ценных и перспективных  свойств растворимых альгинатов  является их способность задерживать  всасывание радиоактивного стронция  в кишечнике человека, предотвращая  таким образом накопление этого  радионуклеида в организме. Они препятствуют также накоплению солей тяжелых металлов. На основе альгината создан перевязочный материал — альгипор, который наряду с влагопоглощающими и ранозаживляющими свойствами оказывает четко выраженное антисептическое воздействие. В связи с этим альгипор может применяться при лечении открытых обширных раневых поверхностей, возникающих при ожогах и лучевых поражениях.

       В  настоящее время широкое распространение  получили некоторые зарубежные  и отечественные препараты из  водорослей. Они обладают иммуностимулирующими и гепатопротекторными свойствами, снижают уровень холестерина и липидов в крови, способны стимулировать кроветворение, имеют энтеросорбирующий и онкопрофилактический эффект. Наиболее широкую известность получил российский препарат Кламин, вырабатываемый из липидной фракции ламинариевых водорослей.

В России промышленное производство альгинатов налажено на Архангельском опытно-водорослевом комбинате. Это производство основано на переработке сырья Белого и Баренцева морей, запасы которого в настоящее время уже не удовлетворяют потребностям и восполняются частично за счет местной марикультуры и ввоза.

 

3.3 Каррагинаны

 

Каррагинаны получают водной экстракцией из нескольких видов  красных морских водорослей. Широкое  применение каррагинанов в пищевой промышленности обусловлено их уникальными стабилизирующими и уплотняющими свойствами, они способствуют улучшению структуры продукта, увеличивают выход готового продукта, придают эластичность и упругость, устойчивость к синерезису.     

.

Вид водоросли влияет на тип и свойства получаемого  каррагинана, которые зависят от содержания полисахаридов.

       Каррагинан, полученный из красной водоросли  Eucheuma cottonii, предназначен для использования  в качестве желирующего вещества. Данный вид каррагинана дает чистый коллоидный раствор, формирует прозрачный гель и может образовывать упругий гель с камедью рожкового дерева.

       Каррагинан  получают также из ирландского  мха (хондрус) — Chуndrus crispus (L.), произрастающего  на северо-западном побережье Ирландии и американского штата Массачусетс. В Ирландии заготовку водорослей проводят осенью, а в Америке — летом. По химическому составу хондрус близок к агару и содержит 55–80% полисахаридов-каррагинанов. Основными являются a-, b- и g-каррагинаны, отличающиеся по количеству 3,6-ангидро-D-галактозы. Кроме того, ирландский мох, или хондрус, содержит около 10% белка, богат солями галогенов (йода, брома, хлора), карбонатом кальция. Особенностью ирландского мха в отличие от агара является высокое содержание серы.

       Из  балтийской водоросли фурцеллярии  получают каррагинан под названием  фурцелларан. Структурная формула  фурцелларана аналогична формуле  каррагинанов. Хотя фурцелларан  содержит меньше серы, ему характерны  все свойства, присущие каррагинану. Прочность студня фурцелларана меньше, чем у агара, но больше, чем у агароида.

       Производство  каррагинанов как важного сырья  для медицинской, пищевой и  некоторых других отраслей промышленности  развито в основном в США,  Франции, Канаде, Англии, Швеции, Норвегии, Ирландии, Португалии, Филиппинах и некоторых других странах. Мировое потребление каррагинанов составляет более 14 000 т в год и увеличивается на 1–3% ежегодно.

   Одним из крупных  поставщиков фурцелларана в Украину  является эстонская фирма Est-Agar. На Дальнем Востоке и Белом море налажена переработка анфельции и получение из нее агар-агара. Для этих же целей в Южном Приморье используется грацилярия, введенная в марикультуру. В течение ряда лет предпринимаются попытки наладить выпуск каррагинанов из хондруса шиповатого, но его производство фактически отсутствует.

       Агар-агар, каррагинаны и пектины являются  схожими по назначению пищевыми  добавками, но ограниченно взаимозаменяемыми.  Из-за более низкой желирующей  способности каррагинанов и пектинов для получения кондитерского изделия с заранее заданными свойствами их требуется в несколько раз больше, чем агар-агара.

 

Типы каррагинанов

В зависимости от особенностей химического строения различают, как  правило, три типа каррагинана: йота, каппа и лямбда. Однако существует вид каррагинана, который по своему химическому строению занимает промежуточное положение между каппа- и йота-каррагинанами. Его принято называть каппа-II-каррагинан. Физико-химические свойства их растворов и гелей различны. Варьируя соотношение этих типов каррагинанов, можно получить смеси с заданными характеристиками.

 

Гидроколлоид	Номер Е	Загуститель	Желеобразователь
Каппа- и йота-каррагинаны	Е407, Е407а	Нет	Да
Лямбда-каррагинан	Е407	Да	Нет

 

Синергизм каррагинанов

Каррагинаны проявляют синергизм со многими гидроколлоидами, но самое известное синергетическое взаимодействие – с молочным белком. Например, прочность гелей стабилизаторов на основе каррагинанов в молочной среде примерно в 2 раза превышает показатель водных гелей.

 

3.4 Карбопол

Карбопол (Carbopol) - карбоксиполиметилен, по международной классификации - Карбомер (Carbomer).

Карбополы - это товарная марка кросс-кополимеров на основе полиакриловой кислоты.

Это полимерные загустители, в сухом виде макромолекулы кросс-сополимера содержат нейтральные СООН-группы и представляют собой свернутую беспорядочным образом пространственную сетку. Взаимодействие с водой приводит к гидратации молекулы, сетка растягивается и увеличивается в размерах (рН=3-4). Сетка занимает максимальный объем, связывая и загущая гидрофильный растворитель и растворы, позволяет создать привлекательный прозрачный продукт, сохранить прозрачность гелей, при введении в их состав жирорастворимых компонентов.

 

В фармации карбопол играет роль гелеобразователя. Используется в офтальмологии: на его основе созданы препараты "искусственная слеза"

(Офтагель, Карбомер МНН).

 

В настоящее время  идет активное изучение свойств гелевых  полимеров (отечественных - Ареспол, мАРС; бельгийских - Ultrez 10; немецких - Carbopol 2020 и Carbopol 2001) с целью внедрения в фармацевтическую практику множества мягких лекарственных форм на гелевой основе.

 

Гелеобразователь, аналог Карбопола отечественной разработки, относится к классу редкосшитых  акриловых полимеров - называется Ареспол™ и используется в технологии мягких лекарственных форм.

 

Дерматологические средства на основе Ареспола, при нанесении  на кожу образуют тончайшие гладкие  пленки, хорошо распределяются по пораженной поверхности, обеспечивают пролонгированное действие, полное и равномерное высвобождение активных веществ, поглощают кожные экскреторные и секреторные продукты, оказывают охлаждающее действие, не обладают токсичностью и раздражающим действием, хорошо удаляются водой, не загрязняют одежду. Гелевые и эмульсионные основы с Аресполом инкорпорируют лекарственные вещества гидрофильной и гидрофобной природы.

 

Карбопол дает стабильные рецептуры: гель с карбополом не расслаивается, не высыхает, не комкуется, не меняет цвет. Легок в применении: хорошо растворяется в воде, легко смешивается с любыми активными ингредиентами

 

Достоинства карбопола:

высокая вязкость гелей  при низких концентрациях полимера;

термическая и микробиологическая устойчивость;

стабильность и химическая стойкость при хранении;

совместимость со многими активными веществами;

возможность получения  гелей с широким диапазоном рН от 4 до 10;

легкость контроля вязкостных свойств получаемых гелей;

способность стабилизировать  эмульсии;

гипоаллергенность; 

легкость нанесения  и удаления с поверхности кожи;

высокая абсорбция активных и лекарственных веществ

Рекомендации по применению: процент ввода 0,1-1,5. Развести водой, перемешать, подождать 1-2 часа до разбухания комочков, еще раз хорошо перемешать, нейтрализовать щелочью (можно дабавить несколько капель раствора буры в глицерине). Гель останется густым при уровне рН от 5,5 до 8. Если вы добавите шелочных или кислых ингридиентов, уровень рН изменится, и гель может превратиться в воду.