Alginate und Carrageenane ? Eigenschaften, Gewinnung und Anwendungen in Schule und Hochschule
Alginate und Carrageenane sind Polysaccharid-Derivate, die als Strukturkomponenten in den Zellwänden der Braunalgen bzw. bestimmter Rotalgen-Gattungen vorkommen. Obwohl Alginate und Carrageenane bereits seit mehreren Jahrzehnten kommerziell genutzt werden, ist nur wenig über dies...
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Contributors: | |
Format: | Doctoral Thesis |
Language: | German |
Published: |
Philipps-Universität Marburg
2003
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Subjects: | |
Online Access: | PDF Full Text |
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Summary: | Alginate und Carrageenane sind
Polysaccharid-Derivate, die als Strukturkomponenten in den
Zellwänden der Braunalgen bzw. bestimmter Rotalgen-Gattungen
vorkommen. Obwohl Alginate und Carrageenane bereits seit
mehreren Jahrzehnten kommerziell genutzt werden, ist nur wenig
über diese Algenpolysaccharide bekannt. Folglich sind wir uns
in der Regel nicht der Tatsache bewusst, dass man im
Alltagsleben sehr häufig mit diesen Stoffen konfrontiert wird.
In der vorliegenden Arbeit findet daher eine detaillierte
Auseinandersetzung mit Alginaten und Carrageenanen statt:
Ausgehend von einer Diskussion des chemischen Aufbaus und der
Struktur der beiden Polysaccharid-Derivate werden zunächst
deren wichtigste physikalisch-chemische Eigenschaften
betrachtet. Dazu gehören vor allem die Sol- und
Gelbildungsfähigkeit sowie die emulsions- und
suspensionsstabilisierende Wirkung der Alginate und
Carrageenane. Dadurch wird die Basis für das Verständnis der
chemischen und prozesstechnischen Vorgänge geschaffen, die mit
der industriellen Gewinnung von Alginaten und Carrageenanen aus
Braun- bzw. Rotalgen im Zusammenhang stehen. Im Rahmen der
Arbeit erfolgte die Entwicklung und Optimierung von
Labormethoden zur Extraktion von Alginsäure aus
Laminara-Spezies und Fucus vesiculosus. Diese Versuche
orientieren sich möglichst eng an den in der Industrie
angewandten Produktionsverfahren, sind aber gleichzeitig so
angelegt, dass deren Durchführung keinen für den Labormaßstab
inakzeptabel hohen apparativen und zeitlichen Aufwand
erfordert. Analoges gilt auch für die in der Arbeit entwickelte
Versuchsvorschrift zur Isolierung von Carrageenan aus Chondrus
crispus, Gigartina radula und Eucheuma cottonii. Im Anschluss
an die Diskussion der Gewinnungsmethoden findet eine
Beschäftigung mit ausgewählten Anwendungsmöglichkeiten der
beiden Algenpolysaccharide statt. Dabei bestand ein Hauptziel
der Arbeit darin, bereits existierende alltagsrelevante und
zukunftsträchtige Einsatzbeispiele der Alginate und
Carrageenane aufzugreifen, bezüglich ihrer chemischen
Hintergründe zu untersuchen und in möglichst einfache und
anschauliche Versuche umzusetzen, die im schulischen Rahmen
realisiert werden können. In der Lebensmittelindustrie kommen
Alginate und ihre organischen Derivate unter anderem als
Verdickungsmittel und Stabilisatoren zum Einsatz. Außerdem
nutzt man sie als Formgeber für künstliche Lebensmittel, wie z.
B. Paprikastreifen in gefüllten Oliven. In der Biotechnologie
finden die Polysaccharid-Derivate Verwendung als
Trägermaterialien für die Immobilisierung von Mikroorganismen
und Enzymen. So versucht man beispielsweise, in
Calciumalginat-Gel immobilisierte Hefe-Zellen für die
fermentative Ethanol-Gewinnung sowie für die Herstellung von
Schaumweinen einzusetzen. Des Weiteren spielen Alginate eine
wichtige Rolle auf dem medizinisch-pharmazeutischen Sektor: Zur
Therapie von Wunden verwendet man z. B. Verbandstoffe aus
Calciumalginat-Fasern, die den Heilungsprozess günstig
beeinflussen. Ferner sind die Algenpolysaccharide Bestandteile
von Dentalabdruckmassen und Arzneimitteln gegen Sodbrennen und
werden für die Dekorporierung von radioaktivem Strontium
eingesetzt. Der Haupteinsatzbereich der Carrageenane liegt in
der Lebensmittelindustrie. In der vorliegenden Arbeit werden
Versuche präsentiert, die die Wirkung der
Rotalgenpolysaccharide als Verdickungs- und Geliermittel sowie
Stabilisatoren in Nahrungsmitteln auf Milch- und Wasserbasis
veranschaulichen. Außerdem erfolgte die Entwicklung einer
einfachen analytischen Methode, mit der sich die
Salatdressings, Tortenguss und Instant-Götterspeise zugesetzten
Carrageenane nach Durchführung weniger Aufbereitungsschritte
nachweisen lassen. Einen weiteren Schwerpunkt des
Anwendungs-Teils dieser Arbeit stellen experimentelle Studien
zu potentiellen neuen Einsatzmöglichkeiten der beiden
Algenpolysaccharide dar: Für Alginate wurde ein Verfahren
entwickelt, mit dem sich Alginsäure im Säulenbetrieb als
Kationen-Austauscher für die quantitative Bestimmung von
Calcium-, Strontium-, und Barium-Ionen einsetzen lässt. Im
Abschlusskapitel der Arbeit wird die Relevanz der diskutierten
Inhalte für den schulischen Chemieunterricht aufgezeigt:
Alginat- und Carrageenan-Chemie ist nicht nur für Lehrer und
Schüler gleichermaßen neu und faszinierend, sondern weist
zahlreiche Berührungsstellen zu zentralen
fachwissenschaftlichen, interdisziplinären und
anwendungsorientierten Themengebieten des Chemieunterrichtes
auf. Die meisten Experimente, die zu den Eigenschaften, der
Gewinnung und den Einsatzmöglichkeiten der beiden
Algenpolysaccharide entwickelt wurden, zeichnen sich zudem
dadurch aus, dass sie auf Phänomene aus der Lebenswirklichkeit
der Lernenden eingehen und größtenteils relativ einfach und
gefahrlos durchführbar sind. Außerdem existieren für die
vorgestellten Versuche verschiedenartige Einsatzmöglichkeiten
im Hochschulbereich. |
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Physical Description: | 437 Pages |
DOI: | 10.17192/z2004.0110 |