VIÑA DEL MAR - CHILE   Año 1   Numero 1   Agosto de 2007    www.seaweedsagarpacific.com

La goma Xantan y los Alginatos

El Xantan

   El Xantano o Goma Xantan, es un polisacárido, es decir un carbohidrato complejo compuesto de varios azúcares, es producido por una bacteria llamada Xanthomonas Campestris que infecta a algunas plantas tropicales, hay industrias dedicadas a la producción y manejo de estas bacterias para obtener la Goma Xantan, pero son muy escasas, la goma Xantan es un polvo color crema parecido a los obtenidos de las algas, es soluble en agua caliente y fría, forma soluciones muy viscosas con poca cantidad, además su viscosidad no varia mucho con la temperatura, el pH o concentración de sales (cloruro de potasio por ejemplo). Las sales tienden a solidificar los geles.

   En cuanto a la estructura molecular de esta goma:

   La molécula de xantano consta de una cadena principal de D-glucopiranosilo con enlace 1-4, como en la celulosa. A la cadena se anexan cadenas laterales de trisacárido compuestas por residuos de D-manopiranosilo y de ácido D-glucopiranosilurónico. Los residuos de manosilo con enlace 1-2 tienen sustitutos 6-o-acetilo. Un promedio de aproximadamente la mitad de los grupos terminales del D-manosilo tienen sustitutos 4,6-o-(1-carboxietilideno), por ejemplo el ácido pirúvico con enlace 4,6 acetal. Se le asigna como fórmula promedio C 32.34 H 49.94 O 28.34 Na 1.38 .En resumen, esta molécula tiene: D-glucosa, D-manosa y ácido D-glucorónico, compuestos parecidos a los de la molécula de Alginato, o sea que es un compuesto polimerizado porque varias de estas moléculas (monómeros) se unen para formar la goma, lo que le da en parte su viscosidad. Esta es su estructura molecular la n que está al lado significa que son muchas moléculas que se unen entre si para dar el compuesto:

 

 

   Esta goma la usan como aditivo junto con otras gomas en los fluidos de perforación, estos fluidos pasan a través de perforaciones que hay entre las cuchillas de las boquillas de las brocas de diamante para enfriar la broca y lubricar las superficies en contacto con ella, además para limpiar el fondo del pozo manteniendo las partículas en suspensión, algunas de esas gomas son la de Guar y la de algarrobo porque aumentan la viscosidad del fluido al mezclarse y no forman geles, solo soluciones viscosas.

   El Xantan también tiene pesos moleculares muy elevados entre 1200 a 1800 Kd, igual que los alginatos que tienen hasta 1500 Kd o más, solo que estos últimos si cambian su viscosidad con la temperatura dependiendo del peso molecular.

El Alginato

   Las algas feofíceas sintetizan el alginato inicialmente como un polímero de ácido manurónico, que posteriormente modifican transformando unidades de manurónico en gulurónico. El producto final contiene zonas formadas por gulurónico, zonas formadas por manurónico y zonas con gulurónico y manurónico alternados. Las zonas de ácido manurónico son casi planas, con una estructura semejante a una cinta, mientras que las de ácido gulurónico presentan una estructura con entrantes y salientes.

   Lo que se debe tener en cuenta con estas zonas es que el contenido relativo de cada uno de estos bloques depende del tipo de alga y en menor medida de las condiciones de su crecimiento. Mientras que el bloque formado por gulurónico y manurónico alternos representa siempre alrededor de 1/3, el de poligulurónico y polimanurónico cambia mucho. La tabla 1 indica que los alginatos de las algas señaladas con amarillo como Macrocystis pirifera, ascophyllum y lessonia, tienen muchas zonas de ácido manurónico MMMM, por eso forman geles elásticos, con baja tendencia a la sinéresis* (esto es la tendencia a perder liquido y disminuir el volumen del gel, se contrae) y capacidad de sufrir deformación; en cambio las otras como Laminaria Hyperborea tienen muchas zonas GGGG de ácido gulurónico, por eso forman geles rígidos, con baja capacidad de unión de agua y tendencia a la sinéresis.

   Ahora, hay que tener en cuenta que el alginato de la forma ácida (acido algínico) es menos estable en la viscosidad, en cambio el alginato de sodio es mas estable siempre y cuando el pH esté entre 5.5 y 10 o sea relativamente básico; la regla general es que los compuestos con un elevado grado de polimerización son menos estables que aquellos con un GP bajo.

   Las soluciones de alginato al igual que las gomas Xantan también tienen la característica de que con poca cantidad la solución se vuelve viscosa el problema es la temperatura porque si aumenta mucho tiende a disminuir la viscosidad y en las excavaciones las temperaturas son elevadas en las zonas de fricción de las brocas, por eso combinan varias gomas o viscosantes.

   La composición química o formula molecular del alginato es:

 

 

Tabla 1

Especie
% M
%G
M:G
Contenido de alginato
de sodio
(% sobre algas secas)
  Laminaria hyperborea
30
70
0.45
25 27
  Laminaria digitata
55
45
1.20
20 26
  Macrocystis pyrifera
60
40
1.50
26
  Ascophyllum nodosum
65
35
1.85
26 - 28
  Lessonia nigrescens
60
40
1.50
35
  Ecklonia maxima
55
45
1.20
40

 

   Las soluciones de alginato tienen un comportamiento pseudoplástico, es decir que la viscosidad cambia con la agitación o bombeo, pero este efecto es reversible, excepto a niveles de agitación muy elevados, y es más marcado en las soluciones de alginatos de alto peso molecular y las de alginato sódico que contienen iones calcio. Algunas de estas soluciones pueden presentar incluso un comportamiento tixotrópico, en el cual la viscosidad varía con el tiempo a una velocidad de agitación constante. Todo depende de otros factores que deberán tener en cuenta los productores, como por ejemplo:

   1. Peso molecular : Cuanto mayor es PM del alginato, más viscosas resultan sus soluciones. Los productores pueden controlar el PM de los compuestos de alginato (grado de polimerización) variando las condiciones de extracción y manufactura. Se ofrecen generalmente productos con GP comprendidos entre 100 y 1000 unidades, que dan viscosidades en el rango de 10-1 000 mPa.s (soluciones al 1%).

   2. Concentración: Los alginatos comerciales puede obtenerse en diferentes grados de viscosidad alto, medio y bajo - la que puede controlarse variando las concentraciones empleadas dentro de un rango más o menos estrecho.

   3. Temperatura: Las soluciones de alginatos se comportan igual que otros fluidos en la dependencia de la viscosidad con la temperatura: dentro de cierto rango, la viscosidad de tales soluciones decrece aproximadamente 2,5% por cada grado de incremento en la temperatura. El proceso es reversible, pudiendo la solución volver a su viscosidad inicial por enfriamiento. Sin embargo, si las soluciones de alginatos se mantienen a temperaturas elevadas ( 50ºC ) durante períodos extensos, la viscosidad decrece irreversiblemente debido a un proceso de despolimerización; comportamiento que deberá tenerse muy en cuenta durante el almacenamiento de los productos obtenidos industrialmente .

Articulo Eugenia León
pleon@seaweedsagarpacific.com