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Les alginates, leur intérêt : c’est pas du flan !

> 06 décembre 2021

Les alginates, leur intérêt : c’est pas du flan !

Faites une recherche avec le mot-clé « Algin » dans la base de données Cosing et il vous tombera dessus une avalanche de monographies. Entre le gélifiant « Algin » et le sel de triéthanolamine d’acide alginique (stabilisateur d’émulsion), on trouvera différents sels d’acide alginique (sels d’ammonium, de calcium, de magnésium ou de potassium), mais également des esters variés, comme ceux obtenus par réaction avec le siloxanetriol.1 Beaucoup d’ingrédients donc... avec en général la répétition des termes « adaptateur de viscosité « stabilisateur d’émulsion ». Gélifiant bien représenté dans les cosmétiques, les alginates présentent l’avantage d’être très apprécié du consommateur (comme tout ce qui est issu du milieu marin d’ailleurs). Simple gélifiant ou beaucoup plus que gélifiant voilà la question que nous nous sommes posées aujourd’hui.

Les alginates, des polymères issus du milieu marin

Les alginates, également appelés algin, sont constitués d’unités d’acides mannuronique et guluronique. La présence d'un groupement carboxyle dans chaque monomère confère, en fonction du pH, un caractère anionique à ces polymères qui peuvent être extraits sous forme de sel (appelés alginates) ou d'acide (acides alginiques). Les portions de polymère composées d'acide guluronique (α-1 → 4) présentent une structure enroulée, formant des cavités où des ions divalents comme le Ca2+ ou trivalents comme le Fe3+ ou l’Al3+ peuvent être logés, apportant de la stabilité à la structure et lui conférant les propriétés gélifiantes que l’on connaît bien. On a l’habitude de désigner ce mode de gélification calcium-dépendant sous le nom de « modèle de la boîte d’œufs »).2 Lorsque ces molécules sont placées dans de l'eau, elles sont capables d’absorber celle-ci jusqu'à 200 à 300 fois leur poids sec ; les alginates forment une gomme visqueuse en solution aqueuse, des gels qui présentent de très nombreuses applications. En fonction de la proportion en acide mannuronique et en acide guluronique, on obtiendra des gels dont les caractéristiques ne sont pas les mêmes. Cette proportion est variable selon les espèces d’algues considérées. Une plus grande proportion d'unités d'acide mannuronique rime avec « gels élastiques », alors q’une plus grande proportion d'unités guluroniques rime avec « gels durs ». Il faut savoir, par exemple, que le thalle de Laminaria hyperborea est riche en acide mannuronique, contrairement au stipe qui lui est riche en acide guluronique.3 La nature de l’ion piégé au niveau des cavités conditionne également les caractéristiques du gel obtenu.

La teneur en alginate varie selon les espèces (par exemple, de 16 à 23 % (du poids sec) pour les espèces ghanéennes de sargasses et de padine). Les alginates commerciaux sont extraits principalement d'Ascophyllum nodosum, de Laminaria hyperborea, de Saccharina japonica, de Macrocystis pyrifera et de Laminaria digitata, espèce chez laquelle la teneur peut atteindre 44 %. il faut également tenir compte du fait que la teneur en alginate varie avec la saison et les conditions de croissance (la croissance dans les zones turbulentes augmente la teneur en alginate).4

En matière de production des alginates, il existe une autre ressource que les algues brunes ; Pseudomonas aeruginosa, une bactérie Gram-négatif est en effet capable de former des biofilms contenant de l'alginate. Toutefois, comme il s’agit d’une bactérie pathogène opportuniste qui peut provoquer des infections mortelles chez les patients immunodéprimés, il est nécessaire de mettre au point des souches non pathogènes afin de permettre une production commerciale d'alginate en toute sécurité. Pour ce faire, des microbiologistes s’attachent à supprimer les gènes-clés de la pathogénicité de cette bactérie.5

Des ingrédients pour pansement

Les pansements à base d’alginate (alginate de calcium ou alginate de calcium et de sodium) combiné ou non avec du collagène sont basés sur le principe que l'alginate forme un gel au contact de la surface de la plaie ; celui-ci peut être enlevé lors du retrait du pansement ou rincé avec une solution saline stérile. Les exemples concrets ont pour noms : Curasorb (Covidien), SeaSorb (Coloplast) et Sorbsan (Unomedical).6 Des associations avec des nanoparticules d’oxyde de zinc ou de l’hexamétaphosphate de chlorhexidine sont également réalisées afin de mettre au point des pansements antiseptiques.7,8 Des associations avec des ingrédients type aloe vera sont également envisagées à des fins de promotion de la cicatrisation.9

Des ingrédients pour en encapsuler d’autres

Les alginates peuvent être utilisés pour réaliser l’encapsulation de certains actifs cosmétiques. On citera par exemple les huiles végétales qui pourront ainsi être protégées de l’oxydation10 ou bien encore l’astaxanthine11 ou la curcumine.12

Des ingrédients pour mettre au point des émulsions de Pickering

Alginate et montmorillonite seraient, si l’on en croit la littérature, des ingrédients nécessaires pour la réalisation d’émulsion H/E formulée sans tensioactif ;13 des émulsions que l’on qualifie d’émulsions de Pickering, en hommage à l’inventeur du concept.14

Des billes exfoliantes pour gommages « naturels »

Du fait de l’interdiction des microplastiques dans les produits de gommage, il y a nécessité de se tourner vers de nouveaux candidats en matière d’agents susceptibles de réaliser une exfoliation cutanée. Des billes de biopolymères constituent, tout naturellement, des ingrédients de choix pour la formulation de ce type de produit. Microbilles d’alginate de sodium et microbilles d’alginate de sodium et d’amidon ont ainsi fait leur preuve expérimentalement et ce tant en matière d’efficacité que de tolérance.15 Ces microbilles peuvent être obtenues par le procédé d’électro-spray en faisant passer une solution d’alginate dans une buse dont le diamètre conditionne la taille des particules obtenues.16

Un support biodégradable pour patch « naturel »

L'utilisation de polymère non dégradable comme support permettant la réalisation d’un patch cosmétique n’est plus vraiment à la mode actuellement, du fait de l’effet polluant occasionné lors de son élimination à la poubelle. En remplacement des supports actuellement utilisés, il est possible d’avoir recours à une matrice d’acide polylactique, additionnée d’alginates. Reste à ajouter un actif, de la phycocyanine, par exemple, si l’on souhaite rester dans le domaine marin. Reste également à adapter la proportion de chaque ingrédient afin d’obtenir un patch suffisamment flexible.17 Coréens et Malaisiens semblent tout particulièrement intéressés par cette association d’ingrédients, mettant en particulier en avant le caractère adhésif de l’alginate.18

Les alginates, en bref

Un potentiel qui n’est plus à prouver, des ressources marines qui ne sont pas limitées. Des applications nombreuses qui embrassent les produits de santé largement allant du dispositif médical (les alginates entrent dans la composition de matériau de comblement19,20 ou de pansement) au cosmétique, en passant par le médicament anti-reflux (Gaviscon et Maalox, par exemple). Une excellente tolérance cutanée. De nombreuses pistes à explorer en matière d’encapsulation ou de réalisation de microbilles gommantes.

Bibliographie

1 https://ec.europa.eu/growth/tools-databases/cosing/index.cfm?fuseaction=search.details_v2&id=37700

2 Cao L, Lu W, Mata A, Nishinari K, Fang Y., Egg-box model-based gelation of alginate and pectin: A review., Carbohydr Polym., 2020, 15, 242, 116389

3 Gheorghita Puscaselu R, Lobiuc A, Dimian M, Covasa M., Alginate: From Food Industry to Biomedical Applications and Management of Metabolic Disorders., Polymers (Basel)., 2020, 20, 12, 10, 2417

4 Salehi B, Sharifi-Rad J, Seca AML, Pinto DCGA, Michalak I, Trincone A, Mishra AP, Nigam M, Zam W, Martins N., Current Trends on Seaweeds: Looking at Chemical Composition, Phytopharmacology, and Cosmetic Applications., Molecules., 2019, 18, 24, 22, 4182

5 Valentine ME, Kirby BD, Withers TR, Johnson SL, Long TE, Hao Y, Lam JS, Niles RM, Yu HD., Generation of a highly attenuated strain of Pseudomonas aeruginosa for commercial production of alginate., Microb Biotechnol., 2020, 13, 1, 162-175

6 Westby MJ, Dumville JC, Soares MO, Stubbs N, Norman G., Dressings and topical agents for treating pressure ulcers., Cochrane Database Syst Rev., 2017, 22, 6, 6

7 Alavi M, Nokhodchi A., An overview on antimicrobial and wound healing properties of ZnO nanobiofilms, hydrogels, and bionanocomposites based on cellulose, chitosan, and alginate polymers., Carbohydr Polym., 2020, 1, 227, 115349

8 Duckworth PF, Maddocks SE, Rahatekar SS, Barbour ME., Alginate films augmented with chlorhexidine hexametaphosphate particles provide sustained antimicrobial properties for application in wound care., J Mater Sci Mater Med., 2020, 11, 31, 3, 33

9 Koga AY, Felix JC, Silvestre RGM, Lipinski LC, Carletto B, Kawahara FA, Pereira AV., Evaluation of wound healing effect of alginate film containing Aloe vera gel and cross-linked with zinc chloride., Acta Cir Bras., 2020, 3, 35, 5

10 Martins E, Poncelet D, Rodrigues RC, Renard D., Oil encapsulation techniques using alginate as encapsulating agent: applications and drawbacks., J Microencapsul., 2017, 34, 8, 754-771

11 Lin SF, Chen YC, Chen RN, Chen LC, Ho HO, Tsung YH, Sheu MT, Liu DZ., Improving the Stability of Astaxanthin by Microencapsulation in Calcium Alginate Beads., PLoS One., 2016, 19, 11, 4, e0153685

12 Wang H, Gong X, Guo X, Liu C, Fan YY, Zhang J, Niu B, Li W., Characterization, release, and antioxidant activity of curcumin-loaded sodium alginate/ZnO hydrogel beads., Int J Biol Macromol., 2019 , 121, 1118-1125

13 Wang J, Deng H, Sun Y, Yang C., Montmorillonite and alginate co-stabilized biocompatible Pickering emulsions with multiple-stimulus tunable rheology., J Colloid Interface Sci., 2020, 7, 562, 529-539

14 https://www.regard-sur-les-cosmetiques.fr/nos-regards/qui-etait-percival-spencer-umfreville-pickering-1858-1920-1661

15 Kozlowska J, Prus W, Stachowiak N., Microparticles based on natural and synthetic polymers for cosmetic applications., Int J Biol Macromol., 2019, 15, 129, 952-956

16 Bae SB, Nam HC, Park WH., Electrospraying of environmentally sustainable alginate microbeads for cosmetic additives., Int J Biol Macromol., 2019, 15, 133, 278-283

17 Adli SA, Ali F, Azmi AS, Anuar H, Nasir NAM, Hasham R, Idris MKH., Development of Biodegradable Cosmetic Patch Using a Polylactic Acid/Phycocyanin-Alginate Composite., Polymers (Basel)., 2020, 27, 12, 8, 1669

18 Byeon SY, Cho MK, Shim KH, Kim HJ, Song HG, Shin HS., Development of a Spirulina Extract/Alginate-Imbedded PCL Nanofibrous Cosmetic Patch., J Microbiol Biotechnol., 2017, 28, 27, 9, 1657-1663

19 Andre P, Moulonguet I., Alginate (novabel): a new class of injectable filler., Facial Plast Surg., 2014 , 30, 6, 644-6

20 Mori M, Asahi R, Yamamoto Y, Mashiko T, Yoshizumi K, Saito N, Shirado T, Wu Y, Yoshimura K., Sodium Alginate as a Potential Therapeutic Filler: An In Vivo Study in Rats., Mar Drugs., 2020, 19, 18, 10, 520

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