Alginát – organické zlato

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 18. červen 2008

Napsal Stanislav Obruča

Alginát je z mnoha pohledů zajímavý materiál. Jedná se o viskózní gumu, kterou je možno nalézt v hnědých mořských řasách. Nachází uplatnění v celé řadě oblastí. Pravděpodobně nejčastěji se s ním můžeme setkat ve farmaceutickém průmyslu, kde je součástí komerčních výrobků jako jsou Gaviscon, Bisodol nebo Silone (přípravky pro léčbu různých neduhů jako je pálení žáhy nebo zrychlený tlukot srdce). Dále nachází uplatnění v kosmetice, zubním lékařství, protetice ale také textilním průmyslu. V neposlední řadě se alginát používá v potravinářském průmyslu, který využívá schopnosti alginátu tvořit rosol. Zajímavou kuriozitou je například využití alginátu k výrobě „ovocného kaviáru“, se kterým přišel barcelonský šéfkuchař Ferran Adria.

 

Alginát je po chemické stránce polysacharid tvořený dvěma složkami – manurátem (dále si jej označovat jako M) a guluronátem (dále jen G). Obě složky jsou do struktury alginátu zabudovány ve formě bloků, takže v molekule alginátu můžeme střídavě nalézt různě velké oblasti tvořené buď molekulami M a nebo G. Tato zdánlivá maličkost je pro vlastnosti, tedy použití a cenu materiálu velice důležitá.



Jak již bylo řečeno, drtivá většina alginátu se vyrábí z mořských řas. Takto získaný alginát je relativně levný, ceny se pohybují v rozmezí 5 až 20 dolarů za kilogram a proto je možno použít jej i například v potravinářském průmyslu. Farmaceutický průmysl je však na čistotu a kvalitu materiálu výrazně citlivější, a proto se ceny speciálního alginátu pro farmacii mohou vyškrábat až k neuvěřitelným 40 000 dolarů za jeden kilogram. Astronomicky vysoká cena materiálu je způsobena problémy, které sebou nese výroba alginátu z mořských řas.

Farmaceutický průmysl vyžaduje materiál o přesně definovaném složení – chce konkrétní velikost molekul a určitou konkrétní velikost G – M bloků ve struktuře. To však výroba z mořských řas zajistit nemůže, mořské řasy si produkují alginát velice nejednotné struktury a je prakticky nemožné v masovém měřítku vlastnosti materiálu z řas nějak regulovat. A právě zde se objevuje prostor pro bakteriální produkci alginátu, která by měla umožnit vyrobit materiál o přesně definovaném složení a to výrazně levněji než to dokáží mořské řasy.

Ve světě bakterií můžeme najít dva bakteriální druhy, které jsou schopny alginát produkovat. Jsou to bakterie nesoucí názvy Pseudomonas a Azotobacter. Bakterie  Pseudomonas aureginosa, je však patogenní a proto se k průmyslové výrobě nehodí. Naopak Azotobacter vinelandii je neškodná půdní bakterie, která má celou řadu zajímavých vlastností. Spíše z vědeckého hlediska je zajímavá její schopnost vázat vzdušný dusík, ale i v prakticky orientovanému biotechnologickému průmyslu nabízí několik uplatnění. Kromě již zmíněné schopnosti produkce alginátu je bakterie Azotobacter vinelandii průmyslově využívána k produkci bioplastů - polyhydroxyalkanoátů.

Takováto schopnost produkce dvou tak rozdílných materiálů jako je alginát a bioplast, je dosti neobvyklá. Nabízí se tedy spřažení obou syntéz, ve které by bakterie zároveň produkovala bioplasty i alginát. To by bylo velice zajímavé a efektivní také z ekonomického hlediska. Podle posledních výzkumů je však tato zajímavá myšlenka v současné době nerealizovatelná. Obě metabolické dráhy vedoucí k alginátu a polyhydroxybutyrátu jsou navzájem regulovány tak, že bakterie významně produkuje pouze jeden z materiálů. Kdo však ví, třeba se časem podaří tuto regulaci obejít a výrobě „dva produkty v jednom procesu“ se tím podaří otevřít dveře.

 

V současné době je již produkce alginátu s využitím bakterie Azotobacter vinelandii dobře prostudována. Bakteriální alginát se od alginátu vyráběného z mořských řas poněkud liší. Především jsou jeho stavební částice bakteriálního materiálu acetylovány a molekuly jsou také větší. Zatímco velikost molekul alginátu vyrobeného z řas se pohybuje v rozmezí 48 až 186 kDa, u bakterií jsou to spíše tisíce kDa, u speciálně připraveného mutantu kmene Azotobacter vinelandii byla dosažena produkce alginátu s velikostí molekul až 4 000 kDa. Jak acetylace tak větší molekulová hmotnost se přímo odráží do vlastností materiálu (jako je například viskozita roztoků), s čímž je při praktických aplikacích třeba počítat.

Každopádně je produkce alginátu s využitím bakteriálních kmenů velice perspektivní odvětví biotechnologického průmyslu. Bakteriální výroba nemůže svou kapacitou ani cenou produktu konkurovat výrobě alginátu pro masové účely z mořských řas. Bakteriální produkce však má své výhody především při výrobě produktů pro speciální aplikace například ve farmaceutickém průmyslu. Bakterie umožňují vyrobit alginát o přesně definovaném složení a vlastnostech a tedy i vysoké ceně výrazně efektivněji než mořské řasy. Rozhodně se jedná o atraktivní produkt. Navíc se díky bakteriím mohou do obchodu s alginátem mohou zapojit i země, které nemají přístup k moři, což i případ České republiky. Chopí se některá česká firma šance?