알긴산이란?
해초산 이라고도 합니다. 알긴산은 2종의 우론산의 중합체로 중합도 80. 분자량 1,500 정도입니다. 묽은 황산으로 씻은 갈조를 묽은 알칼리성의 더운물에서 추출하여 추출액을 산성으로 만들면 생기는 침전이 알긴산입니다. 알긴산은 분자 속에 우론산의 카르복시기 (COOH-)가 있으므로 산의 성질을 나타내는데, 보통은 나트륨염으로 다룹니다.
알긴산의 칼슘염은 물에 녹지 않습니다. 알긴산은 경구투여로는 독성이 없으나 혈액 속에 주사하면 유독합니다. 알긴산이 혈액 속의 칼슘이온과 반응하여 불용성 염을 만들고, 그것이 혈관을 막기 때문입니다. 포유류는 알긴산을 분해하는 효소가 없으므로 알긴산을 영양으로 이용할 수 없습니다. 그러나 해산 연체동물(전복)에는 분해효소가 있습니다. 그리고 토양세균의 일종도 알긴산을 분해한다고 알려져 있습니다.
알긴산은 대부분이 칼륨, 나트륨, 칼슘과 결합하여 존재하고 있습니다. 알긴산 칼륨이 위에 들어가면 위산의 작용으로 칼륨이 떨어집니다.
장내는 약알칼리성이기 때문에 알긴산이 장에 들어가면 무기물과 쉽게 결합합니다. 장내에는 나트륨이 많기 때문에 알긴산은 나트륨과 많이 결합합니다.
알긴산은 소화되기 어렵고, 장에서는 흡수되지 않습니다. 결국 알긴산 칼륨은 알긴산 나트륨이 되어 변과 함께 배설됩니다. 소화관 내에서 일종의 교환 반응이 이루어지는 것입니다.
한편 알긴산에서 떨어져 나간 칼륨은 장에서 흡수되어 혈액 중의 나트륨과 치환됩니다. 칼륨에는 혈압강하 작용이 있기 때문에 혈압을 낮추게 됩니다.
공업적으로 알긴산은 아이스크림에 쓰여서. 아이스크림 속에 큰 결정이 생 기는 것을 방지하여, 부드러운 느낌을 주도록 합니다.
그리고 디저트 푸딩이나 젤을 만드는데도 사용하고 있습니다.
알긴산의 약물로써의 작용을 보면 알긴산은 소화관에 들어가면, 방어막을 형성하여 위산과 섞여있는 음식물이 위벽이나 식도에 접촉하는 것을 막습니다.
그래서 체내에서 산을 감소시키는데 쓰는 약물(제산제)과 흔히 같이 쓰여서, 위와 식도에서 위산의 자극으로 생기는 아픔을 줄이는데 쓰입니다.
아직까지 약물로써 부작용이 알려진 바 없으며, 알긴산과 같이 쓰이는 제산제와 알긴산은 테트라사이클린이라는 항생물질의 흡수를 막는다고 합니다.
유래
알긴산은 1883년 스코트랜드의 E. C. C. Stanford에 의해 단리 되고, 해조 algae에서 추출된 산성 물질이라는 점에서, 알긴산(alginic acid)으로 명명되었습니다.
그 후 공업화가 추진, 추출, 정제방법에 개량이 이뤄지면서 오늘날은 미국, 노르웨이, 일본, 중국 등에서 생산되고 있습니다
알긴산은 해조 중 에서도 갈조류에 있으며, 건조중량의 약 30~60% 함유되어 있습니다. 알긴산의 구조는 발견당시 D-만론산(M)의 직쇄상 호모폴리머(homopolymer)라 하였으나,
1955년에 독일의 F. G. Fisher 등이 L-글루론산(G)의 존재를 확인하고, M과 G 2종류의 우론산으로부터 된 헤테로폴리머(heteropolymer)임을 발견했습니다.
그리고 노르웨이의 Haug 등은 알긴산 분자 중에는 M만으로 구성되는 M블럭, G만으로 구성 되는 G블럭, M과 G의 혼성 블럭의 3타입의 블록이 존재함을 밝혔습니다.
알긴산을 구성하는 M과 G의 양비(M/G비)는 갈조의 종류, 채취부의.. 채취시기에 따라 다르며, 알긴산의 겔화성에 크게 영향을 미칩니다.
물리 화학적 특성
불용이나, 흡수하여 평윤하는 성질을 가지고 있습니다. 알긴산의 구조는 anhydro-1.4-3-D-mannuronic acid의 B-1.4 결합에 의한 중합체입니다.
분자 내에 carboxyl기와 수산기를 가지고 있는데 caeboxyl 기는 알칼리에 의해 중화되어 염류로 되고 알코올류와 축합 하면 ester물질이 되는데 수산기는 유기산과 축합 하여
ester를 생성합니다.
Alginate는 aliginic acid의 염을 말하는데 Na, Ca, K. 암모늄, Mg, propylene glycol ester형 등의 형태가 있으나, 현재 가장 많이 사용되는 것은 Na 형과 propylene glycol ester형입니다. 이것은 알긴산보다 염의 형태가 물에 더 잘 녹기 때문에 이러한 형태를 이용하고 있습니다. Na, K. Ni. NH4염은 수용성이며 그 외는 불용성입니다.
알긴산염은 알긴산보다 물에 잘 녹으며 첨성도 가지는데 점도는 온도, 농도, 분자량 및 금속이온 등에 따라 달라집니다.
일반적으로 가열하면 점도가 감소되고 냉각하면 다시 점도가 증가합니다. 농도는 1% 정도에서 염의 종류에 따라 최저 10 cps에서 2,000 cps까지의 점도를 가집니다.
pH 가 4~10 사이에서는 수용액의 점도는 변화가 없으며 산성용액에서는 gel을 형성합니다. 도, Ca이나 Mg이온 등은 점도를 증가시키며 농도가 높을 때는 gel을 형성하는데
gel을 형성하는 mechanism은 이온 결합에 의한 가교 때문입니다. 알긴산에 13% HCI를 가하고 가열하면 furfural과 CO2 가 생성되는데 이때 orcinol 혹은 naphoresorcinol을
가하면 각각 적자색과 흑자색을 나타냅니다. 이를 알긴산 검출에 이용하고 있습니다.
알긴산의 성질
- 점성 : 알긴산은 포수성이 상당히 높으며 친수성 고 중합 물질로써 수용액의 점도는 중합도나 용액의 농도에 따라 달라집니다.
냉수나 온수 어떠한 것에도 잘 용해됨으로 상당히 점조 균일한 용액이 됩니다. - 용액의 성질 : 알긴산은 CMC. PVA 아크릴산 등과 달라지고 진용액을 형성함으로써 알긴산 이외 절대 얻을 수 없는 유연한 균일성 및 펴지는 특성을 가지고 있습니다.
- 유화성 : 콜로이드 보호 작용이 극대로 강해서 유지에 대해 유화성이 상당히 좋습니다.
- 금속에 대한 성질 : 알긴산 수용액은 2가지 가치의 금속 알미늄, 발륨, 칼슘, 동, 철, 아연, 니켈 등의 금속염을 보태면 불용성의 알긴산 염을 만듭니다.
예외로 마그네슘, 수은의 알긴산염은 물에 가용입니다. - pH (수소이온 농도) : 알긴산은 통상 중성 (pH6~8) 으로 만듭니다. pH4 이하는 불용성 알긴산이 됩니다.
- 모세관 상승성 : 모세관 상승성은 대단히 적습니다. 이것은 섬유의 나염에 광범위하게 사용되고 또는 도료 침투 방지에 상당히 좋습니다.
- 유기용제에 대한 성질 : 알긴산은 유기 용제에 불용성입니다.
- 상용성 : 단백질, 젤라틴, 비누, 설탕, 고무질, 그릴세린, 규산소다 등에 응집 없이 균일하게 잘 섞입니다.
- 후이름 (필름) 성질 : 알긴산은 사상유기 고분자 전해질 때문에 유연하게 해도 강경한 필름을 만들어 균열 방지 작용을 합니다.
- 교착성 : 알긴산은 교착성 (달라붙는 것)이 적으므로 경사호료 탈기제 등에 적합 합니다.
- 온도의 점성에 대한 영향 : 알긴산 용액은 액온의 상승에 비례해서 점도가 저하할 수 있는 경향이 있습니다. 그러나 60°C 이하는 안전한 점도를 가지고 있습니다.
- 자외선이 점도에 줄 수 있는 영향력 : 알긴산은 자외선의 직사광선을 받으면 분자의 파괴가 생기니 장시간 공기 중에 방치하면 서서히 점도의 저하를 가져옵니다.
알긴산의 용도
염색공업
나염 소재로서 알긴산은 적당한 첨성과 극히 부드러운 유동성의 호료로서 가는 선, 점 모양의 윤곽을 선명하게 마무리해줍니다. 물로 세척하면 용이하게 빠지고 인하부(꽃무늬 도장 등)의 풍합을 대단히 부드럽게 하며 다른 호제로써는 얻지 못할 좋은 특성을 지니고 있습니다. 구아검, 부리 태슈검, CMC. 전분류 그 외 호제와 자유롭게 중합하고 나염 적정 계선 하는데 풀이 용이하게 탈호 됩니다. 그 외에 염료, 안료, 침투 염색을 방지하고 염색성을 향상합니다.
직물공업
방직을 할 때 과거에는 경사 풀로 사용함.
종연에는 다량 사용하고 있었으며 전분에 알긴산을 2~4% 병용 사용하면 전분 사용의 30~40% 가 절약되고,
알긴산을 첨가함으로써 전분의 평등 분산 및 착호가 일정합니다. 또 풀의 덩어리가 없어집니다.
피막은 편활 하고, 강하게 해서 종래 방직 시 작업장의 습도가 90% 전후되는 것을 70% 전후로 해도실의 끊어짐이
전혀 없습니다. 탈호도 용이하게 되며 탈호 후 정연 표백 등을 행할 때 작업 능률이 대단히 향상됩니다.
식품제조
알긴산은 아이스크림 안정제에 사용하며 이것은 우유 중 칼슘과 반응하여 알긴산 칼슘으로 되고 구조성 점도를 생성하는데 이용함으로 종래 사용의 젤라틴과 비교하면 사용량은 1/2 로서 적고 성숙 시간도 1/10로 단축됩니다. 또 균일한 점성을 갖고 있는 콜로이드 물질이므로 만들어진 아이스크림의 조직이 치밀하고 융해가 늦어지며 젤라틴에서 얻을 수 없는 우수한 풍미를 줄 수 있습니다. (부드러운 양질의 아이스크림이 됨) 그리고 일반 냉과의 안정제. 잼, 소스, 제리, 수프, 케첩, 어묵, 의 증량 정강제 치즈, 소시지 등의 피복 가공제 주류의 청종 맥주의 포 안정제 장류의 점강 안정제 등 다방면에 광범위하게 사용합니다.
물의정화
알긴산은 독자의 이온 교화 성질에 의하여 수중에 용해되어 있는 칼슘이나 알루미늄 등 금속에 반응하며 불용성 알긴산 염을 형성하여 침강시켜 경수를 연수로 변화하는 성질을 갖고 있습니다. 또 알긴산은 유기 고분자 전해질 이 있으므로 탁수에 미량 첨가하여도 어집 효과가 나타나 침전 속도가 대단히 빨라지며 침전물의 용적이 축소하고, 탁수의 청경화 또는 공장 폐수 도시 하수에 사용하면 탁월한 효과를 발휘합니다.
의료제
치과용 인상제에 알긴산을 사용하고 있는 것은 이미 의사들의 상식으로 되어 있습니다.
알긴산을 석고중에 칼슘이나 그 외 염류와 반응 탄력성이 있는 겔화되는 성질을 이용하여 인산 소다. 인산가리 등을
완충제로 첨가함으로써 반응 시간의 적당한 조정이 됩니다. 그 외에 내복약의 캡슐, 오브라토 연고, 기제 등에도
사용하며 또 알긴산으로 섬유를 만들어 외과용 거즈 수술용 실에도 사용됨
화장품공업
알긴산은 완전한 침수성 콜로이드로서 수용액이 대단히 희박한 용액이 되어도 분리 침전 할 수가 없고 유지류의 유화 안정제로서 탁월한 성질을 갖고 있습니다. 그래서 포마드, 크림 로숀, 샴푸, 치약 등에 사용하면 장시간 보존을 할 수 있는 이상적이 안정제입니다.
제지공업
알긴산을 사용할 시는 종이의 광택을 좋게 하고 내유성을 향상 시킵니다.
그리고 인쇄물의 광택물 니스를 바르기 전 사용하면 니스가 지면에 습수 하는 것을 방지 하고 소량의 니스를
가지고도 얼룩이 없는 미려한 광택을 낼 수가 있습니다.
사진공업
필름 표면에 알긴산을 피복하면 고속도 회전에 의하여 필름 표면에 생하는 마찰 전기의 축척을 방지합니다.
그리고 피막이 내유성을 가지고 있으므로 기름때를 방지하고 필름 하레숀 방지제 로 이용하고 있습니다.
기타용도
고무공업 : 라텍스 농축제, 에멀젼 안정제, 생고무건조 촉진제, 고무 내유화 배합제 도료공업 : 수성도료, 내유성도료, 아스팔트의 안정제 적외선 의장도료, 콜로이드산, 유산, 발륨의 생성 기타 : 용접봉, 보링 시 토사붕괴 방지제, 부유성광제, 농약 점착제, 각종 첨결제
알긴산의 생산
조류에의한 생산
알긴산은 조류의 주요 구성성분으로 주로 갈조류에 존재하고 건조중량의 약 40%에 달하는 것도 있다고 알려져 있습니다.
생산용 갈조류에는 곰피(Ecklonia stolonifera)와 감태속(Ecklonia), 대황속(Eisenia), 미역속(Undaria) 등이 있습니다. 그 밖에도 Alaria Egregia Pterygophora 등의
갈조류가 여기에 포함됩니다. 이것은 소듐(sodium), 칼슘(calcium), 마그네슘(magnesium) 등을 포함한 상태로 자연에 존재합니다. 이것을 묽은 알칼리성의 더운물에서
추출하여 추출액을 산성으로 만들면 생기는 침전이 알긴산입니다.
미생물에의한 생산
미생물이 생산하는 알긴산 유사 다당류는 일부 박테리아에서 생산되는데 특히 Azotobacter vinelandii 와 몇 종의 Pseudo-monas에서 생산하는 것으로 알려져 있습니다.
세포 외로 분비되는 세포 외 다당류로 유기용매를 처리할 경우 침전에 의해 분리가 가능합니다.