海藻酸钠的提取工艺及性能研究

海藻酸钠的提取工艺及性能研究摘要: 海藻酸钠作为一种天然高分子物质已被广泛应用. 介绍了海藻酸钠的性质、研究现状和几种提取工艺, 综述了其在纺织，食品，医学行业中的应用, 并对其发展前景作了展望.

关键词: 海藻酸钠; 提取; 提纯; 应用

引言：海藻酸钠( Sodium Alginate, NaAlg, 简称AGS) 是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物, 是由1, 4- 聚- β- D- 甘露糖醛酸(简称M)和α- L- 古罗糖醛酸(简称G)组成的一种线型聚合物, 是海藻酸衍生物中的一种, 所以有时也称褐藻酸钠或海带胶和海藻胶, 其分子式为[C6H7O6Na]n , 相对分子量在32000-200000之间.各种生物合成的海藻酸结构基本相似,海藻酸大分子长链中有一M—M—M一(M一块)，-G—G—G一(G一块)，一G—M—G—M一(交替块)，一M—M—G一、一G—G—M一(混合块)等段节。结构式如下:

自1883 年由海带中发现海藻酸钠以来, 不少学者对其实用价值进行了研究, 直至1929 年才开始在美国应用于工业生产, 1944 年用于食品工业,而用于医药工业不过是近30 年的事. 1983 年FDA批准海藻酸钠可直接作为食品的成分.

20 世纪70年代初期, 我国棉纺织企业在纯棉织物上, 以后又在涤棉织物上, 使用海藻胶代粮上浆, 取得了较好的效果.20 世纪80 年代初在食品工业协会、农牧渔业部等联合召开全国食用海藻酸交流会上,专家充分肯定了海藻酸的食用价值及药用价值,呼吁我国要大力推广海藻酸的食用技术. 海藻酸在我国目前主要用于印染、纺织工业, 而在食品、医药工业方面的应用报道不多.目前世界范围内提取海藻酸钠可分为几种艺，分别为酸凝酸化法、钙凝酸化法、钙凝离子交换法、酶解提取法，目前国内绝大部分厂家采用钙凝酸化法.但是目前工业提取海藻酸钠的现行工艺繁杂、生产成本高、降解非常严重，从而使粘度和平均收率普遍较

低.

1海藻酸钠的性质及制备工艺

1．1海藻酸钠的性质

海藻酸钠为白色或淡黄色粉末, 几乎无臭无味.海藻酸钠溶于水, 糊化性能良好, 加入温水使之膨化. 吸湿性强, 持水性能好, 不溶于乙醇、乙醚、氯仿和酸( pH< 3) .海藻酸钠的稳定性以pH 值在6-11 之间较好. pH 值低于6 时析出海藻酸, 不溶于水; pH 值高于11 时又要凝聚. 黏度在pH 值为7 时最大, 但随温度的升高而显著下降.海藻酸钠不耐强酸、强碱及某些重金属离子, 因为它们会使海藻酸凝成块状, 但碱金属( 钠、钾) 并不会使海藻酸钠浆发生凝冻. 1．1．1海藻酸钠的相溶性

海藻酸钠与增稠剂(黄原胶、瓜尔豆胶、西黄蓍胶)、合成高分子药用材料(如卡波沫)、糖、油脂、蜡类、一些表面活性剂和一些有机溶剂(如甘油、丙二醇、乙二醇等)具有相溶性.与吖啶衍生物、结晶紫、醋(硝)酸苯汞、钙盐、重金属及浓度高于5％的乙醇不相溶。

1．1．2海藻酸钠的黏性和流动性

如置于低相对湿度和低于25℃环境下．海藻酸钠的稳定性相当好。其1％水溶液在不同温度下保存2 a仍具有原粘度的60％-80％。海藻酸钠溶于蒸馏水可形成均匀溶液。

1．1．3海藻酸钠的胶凝作用

海藻酸钠与大多数多价阳离子反应会形成交联．如与钙离子交联形成的网状结构.控制水分子的流动性.海藻酸钠贮藏时易染菌．进而影响其溶液的黏度，溶液可用环氧乙烷灭菌。本品外用时可加0.1％的氯甲酚、0.1％的氯二甲苯酚

或对羟基苯甲酸酯类作防腐剂．

1．2海藻酸钠的制备工艺

1.2.1 酸凝-酸化法

该提取方法的提取过程如下:

浸泡→切碎→消化→稀释→过滤、洗涤→酸凝→中和→乙醇沉淀→过滤→烘干→粉碎→成品

该提取方法的操作要点及原理如下:

1) 浸泡. 加10倍于海带重量的水, 在常温下浸泡4 h, 并加适量的甲醛, 使甲醛溶液初始浓度为1.0% , 将海带色素固定在表皮细胞中, 不致因海带色素溶于水而导致产品色泽加深. 同时, 甲醛对植物细胞壁纤维组织有破坏作用, 有利于消化过程中海藻酸盐的置换与溶出 . 浸泡结束后, 取出海带, 用水洗涤直至洗涤液为无色.

2) 消化. 将切碎的海带在一定温度下, 加入一定浓度、一定体积的Na2CO3溶液进行消化. 此过

程反应方程式如下:

2M( Alg)n+ n Na2CO3→2 n NaAlg + M2( CO3)n其中: M 为Ca,

Fe 等金属离子; Alg 代表海藻胶.

3) 过滤. 消化后, 海带变成了糊状, 比较黏稠.要先加入一定体积的水将糊状液体稀释, 再过滤.由于直接抽滤这种糊状的液体速度太慢, 因此首先用纱布初滤一次, 再将滤液用真空泵抽滤.

4) 酸凝. 将过滤后的料液加水稀释, 再往料液中缓慢加入稀盐酸直至开始有絮状沉淀为止, 然后静置8-12 h, 最后往静置液中缓缓加入稀盐

酸, 调节pH 值约为1-2, 海藻酸即凝聚成酸凝块.去清液, 留下酸凝块.

此过程反应方程式如下:

NaAlg + HCl→HAlg↓+ NaCl

5) 中和. 在常温下, 边搅拌边加入一定浓度的碳酸钠溶液溶解酸凝块, 直至pH 值为7. 5, 中和完成.

此过程反应方程式如下:

2HAlg + Na2CO3→2 NaAlg + H2O + CO2↓

6) 析出海藻酸钠. 往中和后的溶液中加入一定量的浓度为95% 的乙醇, 结果析出了白色的沉淀. 由于海藻酸钠易溶于水, 不溶于乙醇, 为了得到尽可能多的海藻酸钠产品, 可以用乙醇将部分溶解在水中的海藻酸钠一并析出, 这样可以提高提取率.

最后经过滤、干燥、粉碎即可得产品.在此工艺流程中, 酸

凝的沉降速度很慢, 需要8-12 h,而且胶状沉淀的颗粒也很小, 不好过滤. 生产的中间产物海藻酸不稳定, 易降解, 因此所得到的产品收率和黏度都比较低.

1.2.2钙凝-酸化法

该提取方法的提取过程如下:

浸泡→切碎→消化→稀释→过滤、洗涤

钙析→盐酸脱钙→碱溶→乙醇沉淀→过滤

烘干→粉碎→成品

该提取方法的其他步骤与酸凝- 酸化法相

同, 只是有以下2 步不同:

1) 钙析. 将滤液用盐酸调节至pH 值为6-7,

加入一定量10% 的CaCl2溶液进行钙析.

此过程反应方程式如下:

2 NaAlg + CaCl2→Ca(Alg)2 ↓+ 2NaCl

2) 盐酸脱钙. 将钙凝得到的海藻酸钙经水洗除去残留的无机盐类后, 用一定体积的10% 左右的稀盐酸酸化30 min, 使其转化为海藻酸凝块. 去清液, 留下酸凝块.

此过程反应方程式如下:

Ca( Alg)2+ HCl→2HAlg↓+ CaCl2

在此工艺流程中, 钙析的速度比较快, 沉淀颗粒也比较大. 但在脱钙过程中, 由于采用盐酸洗脱的方式, 生产的中间产物海藻酸不稳定, 易降解.因此所得到的产品收率和黏度