海藻酸钠：从褐藻提取的多功能天然多糖
海藻酸钠：从褐藻提取的多功能天然多糖
海藻酸钠是一种从褐藻类中提取的天然多糖，具有独特的理化性质和广泛的应用价值。它不仅在食品工业中作为增稠剂、稳定剂等使用，还在医药、印染等多个领域展现出重要的应用前景。本文将详细介绍海藻酸钠的定义、生产工艺、理化性质及其在不同领域的应用。
海藻酸钠简介
海藻酸钠，又称褐藻酸钠，是一类从海带、巨藻等褐藻中提取的天然多糖。其分子由β-D-甘露糖醛酸（M单元）和α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过（1→4）键连接而成，形成线性天然高分子结构。海藻酸钠的水溶液具有较高的黏度，已被用作食品的增稠剂、稳定剂、乳化剂等。作为一种无毒食品添加剂，海藻酸钠早在1938年就被收入美国药典，在美国被誉为“奇妙的食品添加剂”，在日本则被誉为“长寿食品”。
海藻酸钠的化学结构赋予了其独特的性质。它含有大量的—COO－基团，在水溶液中表现出聚阴离子行为，具有一定的黏附性。在酸性条件下，—COO－会转变为—COOH，导致亲水性降低；而在碱性条件下，—COOH基团不断解离，亲水性增加。这种pH敏感性使得海藻酸钠在不同条件下表现出不同的物理性质。此外，海藻酸钠可以在温和条件下快速形成凝胶，当有Ca2+、Sr2+等阳离子存在时，G单元上的Na+与二价阳离子发生离子交换反应，形成交联网络结构，从而生成水凝胶。这种温和的凝胶形成条件可以避免敏感性药物、蛋白质、细胞和酶等活性物质的失活。
商业用的海藻酸盐产品主要包括水溶性的海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵，以及经过化学改性得到的海藻酸丙二醇酯。
生产工艺
海藻酸钠主要从褐藻中提取，常用的物种包括大囊藻、子囊藻、杜氏藻、海带藻、小囊藻和马尾藻。其生产工艺主要包括以下步骤：
- 用水和酸清洗海藻，去除水溶性物质，如氯化钠、氯化钾、色素、甘露醇和可溶性蛋白质。
- 加入碳酸钠，将不溶性成分（海藻酸和海藻酸钙）转化为可溶的海藻酸钠，然后过滤去除纤维素。
- 加入酸或氯化钙形成海藻酸钙，将海藻酸钠转化为海藻酸，然后用酸洗涤。
- 用碳酸钠中和，再经过干燥、造粒或过筛的过程。
理化性质
海藻酸钠为白色或淡黄色粉末，几乎无臭无味。它溶于水但不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂。在水中形成粘稠状液体，1%水溶液的pH值为6-8。海藻酸钠在pH 6-9时粘性稳定，加热至80℃以上时粘性会降低。海藻酸钠无毒，LD50大于5000mg/kg。
海藻酸钠的分子式为C6H7NaO6，主要由海藻酸的钠盐组成，由β-D-甘露糖醛酸（M单元）与α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过β-1,4-糖苷键连接而成。商品用海藻酸钠的分子量通常较为分散，数均分子量（Mn）和重均分子量（Mw）是常用的分子量表示方式。海藻酸钠商品的分散性指数（Mw/Mn）经典范围为1.5～2.5。最常用的决定分子量的方法是基于内在粘性和光散射测定的计算。
海藻酸钠具有吸湿性，其含水量取决于相对湿度。干燥的海藻酸钠在密封良好的容器内于25℃及以下温度储存相当稳定。海藻酸钠溶液在pH 5～9时稳定。聚合度（DP）和分子量与海藻酸钠溶液的粘性直接相关，储藏时粘性的降低可用来估量海藻酸钠去聚合的程度。高聚合度的海藻酸钠稳定性不及低聚合度的海藻酸钠。据报道海藻酸钠可经质子催化水解，该水解取决于时间、pH和温度。藻酸丙二醇酯溶液在室温下、pH 3～4时稳定；pH小于2或大于6时，即使在室温下粘性也会很快降低。
应用优势
海藻酸钠在食品工业中作为增稠剂具有独特优势。其良好的流动性使得添加后的饮品口感柔滑，且能防止产品消毒过程中的黏度下降。在利用海藻酸钠作为增稠剂时，应尽量使用分子量较大的产品，并适量添加Ca2+，以提高海藻酸钠的黏度。
海藻酸钠是冰淇淋等冷饮的高档稳定剂，可使产品具有平滑的外观和柔滑的口感。由于海藻酸钙可形成稳定热不可逆凝胶，因此在运输和储藏过程中不会变粗糙（冰晶生长），也不会发生由于温度波动而引起的冰淇淋变形现象。同时，这种冰淇淋食用时无异味，既提高了膨胀率又提高了融点，使得产品的质量和效益都有显著提高。添加量较低，一般为1-3%，国外添加量为5-10%。
海藻酸钠作为乳制品及饮料的稳定剂，稳定的冰冻牛乳具有良好的口感，无粘感和僵硬感，在搅拌时有粘性，并有迟滞感。
应用领域
食品领域
食品级海藻酸钠可用以代替淀粉、明胶作冰淇淋的稳定剂，可控制冰晶的形成，改善冰淇淋口感，也可稳定糖水冰糕、冰果子露、冰冻牛奶等混合饮料。许多乳制品，如精制奶酪、掼奶油、干乳酪等利用海藻酸钠的稳定作用可防止食品与包装物的连粘性，可作为上乳制饰品覆盖物，可使其稳定不变并防止糖霜酥皮开裂。海藻酸盐系列产品均可开发成纯天然的海洋生物药品， 海藻酸盐作为一种高分子多糖， 保水性能好，食用后有饱腹感，能润滑消化道，对重金属具有良好的吸附能力，因此可以作为功能食品添加剂、保健品的原料和营养强化剂，对人体健康有显著功效。该食品添加剂可添加到任何食品、饮料中（如牛奶、咖啡等），营养效果显著，海洋生物提取、纯天然、无任何毒副作用，指标均可量化。
海藻酸钠用于色拉（一种凉拌菜）调味汁，布丁（一种甜点心）罐装制品的增稠剂，以提高制品组织的稳定性质，减少液体渗出。
加入海藻酸钠的人造鸡蛋
在挂面、粉丝、米粉制作中添加海藻酸钠可改善制品组织的粘结性，使其拉力强、弯曲度大、减少断头率，特别是对面粉含量较低面筋，效果更为明显。在面包、糕点等制品中添加海藻酸钠，可改善制品内部组织的均一性和持水作用，延长贮藏时间。在冷冻甜食制品中添加可提供热聚变保护层，改进香味逸散，提高熔点的性能。
海藻酸钠可做成各种凝胶食品，保持良好的胶体形态，不发生渗液或收缩，适合用于冷冻食品和人造仿型食品。还可用来覆盖水果、肉、禽类和水产品作为保护层，与空气不直接接触，延长贮藏时间。还可作为面包的糖衣、加馅填料、点心的涂盖层、罐头食品等自凝形成剂。在高温、冷冻和酸性介质中仍可维持原有的形体。还可代替琼胶制成具有弹性，不粘牙，透明的水晶软糖。
药物制剂领域
海藻酸钠早在1938年就已收入美国药典。海藻酸在1963年收入英国药典。海藻酸不溶于水，但放入水中会膨胀。因此，传统上，海藻酸钠用作片剂的粘合剂，而海藻酸用作速释片的崩解剂。然而，海藻酸钠对片剂性质的影响取决于处方中放入的量，并且在有些情况下，海藻酸钠可促进片剂的崩解。海藻酸钠可以在制粒的过程中加入，而不是在制粒后以粉末的形式加入，这样制作过程更简单。与使用淀粉相比，所制的成片机械强度更大。
海藻酸钠也用于悬浮液、凝胶和以脂肪和油类为基质的浓缩乳剂的生产中。海藻酸钠用于一些液体药物中，可增强粘性，改善固体的悬浮。藻酸丙二醇酯可改善乳剂的稳定性。
印纺工业领域
海藻酸钠在印染工业中用作活性染料色浆，优于粮食淀粉和其它浆料。印出的纺织品花纹鲜艳，线条清晰，给色量高，得色均匀，渗透性与可塑性均良好。海藻酸胶是现代印染业的最佳浆料，现已广泛应用于棉、毛、丝、尼龙等各种织品的印花，特别适用于配制拨染印花浆。
中国纺织部门以海藻胶与淀粉混合或代替淀粉配制经纱浆料，不仅可以节约大量粮食，而且能使经纱的纤维不起毛，耐摩擦，断头率少，从而提高织布效率。海藻胶对棉纤维和合成纤维均有效。
医药行业领域
以海藻酸硫酸酯分散剂制成的PS型胃肠双重造影硫酸钡制剂，具有粘度低，粒度细，附壁性好，性能稳定等特点。在制药业中，海藻酸是常用的辅料：它的粘性使它成为片剂的粘合剂；由于它遇水膨胀，又被用作崩解剂将片剂分散在人体内；或是用作分散剂分散有效成分到液体中成为悬浊液；海藻酸盐被用作药物缓释剂。牙科用它来替代石膏及橡胶，制作牙模。海藻酸本身可以作为吸收剂来治疗重金属中毒。
PSS是以海藻酸为原料研制的一种褐藻多糖双酯钠，具有抗凝血、降血脂和降低血液粘度的作用。
用海藻胶代替橡胶、石膏作牙科印模料，不仅价格便宜，操作简便，而且印出的齿形更准确。
海藻胶还可制作各种剂型的止血剂，包括止血海棉、止血纱布，止血薄膜，烫伤纱布，喷雾止血剂等。
天然高分子聚合物水凝胶领域
水凝胶质地柔软，其物理性质与生物组织类似，因此在伤口愈合等生物医学领域具有极大的应用潜力。但是大多数水凝胶一直存在制备成本较高、制作工艺繁杂以及性能较差等问题，极大地限制了水凝胶在伤口愈合领域的实际应用。海藻酸钠聚合物链中的 COOH-与 Ca2+在温和的条件下，通过物理交联能得到结构稳定的水凝胶，加之其良好的保水能力和生物相容性，已被广泛地应用于伤口敷料领域。
生物全降解海藻酸钠保鲜膜领域
从海藻中提取的海藻酸钠直接用于保鲜膜制作，操作简单，原料成本和技术成本都较低，且具有良好的可降解性和安全性，应用前景十分广阔。Koen Dewettinck等研究了海藻酸钠等亲水胶体的起泡性能与成膜能力，为制作海藻酸钠膜奠定了基础。国内对于海藻酸钠膜保鲜性能的研究众多，但主要集中在可食性涂膜方面。海藻酸钠为成膜基质，与刺槐豆胶复配，通过有机钙交联剂来改善膜的性能，将制备的保鲜膜用于西瓜的短期储藏，取得了较好的效果。
展望
高黏度海藻酸钠具有增稠性好、成膜性好、凝胶强度高、成丝性好等优点，是良好的食品添加剂，英国、挪威和东南亚等国已广泛用于食品工业。海洋生物资源丰富，作为初级生产力的藻类生物资源的开发前景更加广阔，其中可食用的藻类是当前食品研究和应用中的一个重要方向。作为从天然褐藻中直接提取的海藻酸钠，在功能食品、保健食品和创意食品中具有广泛的应用前景。
近年来发现，国际海藻酸钠的需求持续几年稳中有升，伴着生产工艺的改进和日益成熟，下游厂家和消费者对于海藻酸钠品质的要求也越来越高，尤其是在国外，高品量的海藻酸钠的价格更是国内市场粗制品的5倍之多。
因此，我国海藻酸钠生产也必须努力提高海藻酸盐粗制品的质量， 把工作重点放在提高质量和增加品种上，这样必能增加出口创汇，促进我国乃至世界海藻酸钠工业生产和应用的发展。