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CHE.555 SE Polysaccharides Carrageen Simon Lenz 0256749 6.12.2011.

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Präsentation zum Thema: "CHE.555 SE Polysaccharides Carrageen Simon Lenz 0256749 6.12.2011."—  Präsentation transkript:

1 CHE.555 SE Polysaccharides Carrageen Simon Lenz

2 Rohstoff Algen Rotalgen (Rhodophyceae) Chondrus crispus (Knorpeltang) Kappaphycus alvarezii

3 Rohstoff Algen 8 Mio. t Algen pro Jahr (nass) 6 Mrd. US$ Verwendung als Nahrungsmittel, Dünger, Kosmetika, Hydrocolloid-Produktion 1 Mio. t (nass) für Hydrocolloid-Produktion t Hydrocolloide (Agar, Alginat, Carrageen) McHugh D.J., A guide to seaweed industry, 2003

4 Rohstoff Algen Biologische Funktion: Bestandteil der Zellwand Formgebung Schutz Zellwand der Algen: 30-60% Carrageen 1-8% Cellulose (bezogen auf Trockengewicht)

5 Rohstoff Algen Wild wachsend vs. Algenfarmen wirtschaftliche Aspekte 90% aus Algenfarmen v.a. Philippinen

6 Chemische Struktur Lineares Rückgrat: sulfatierte Galactoseeinheiten D-Galactopyranose 3,6-Anhydrogalactose Alternierend 1,3- und 1,4-glykosidisch verknüpft Unterschiedlicher Sulfatierungsgrad (15-40%)

7 Chemische Struktur 3 kommerziell interessante Carrageen-Arten:

8 Chemische Struktur Chondrus crispusmixture of kappa and lambda. Kappaphycus alvareziimainly kappa. Eucheuma denticulatummainly iota. Gigartina skottsbergiimainly kappa, some lambda. Sarcothalia crispatamixture of kappa and lambda. Verschiedene Algenarten produzieren verschiedene Formen des Carrageens:

9 Chemische Struktur

10

11 Biosynthese Eigentliche Biosyntheseweg nicht bekannt Galaktan-Rückgrat wird im Golgi-Apparat gebildet Sulfatierung: Sulfat-Transferase Sulfohydrolase bildet Anhydrobrücken

12 Produktion Ernten, waschen, trocknen Ausgangsmaterial 2 Produktionsmethoden: 1.) refined/filtered Carrageen 2.) semi-refined Carrageen

13 Refined/ filtered Carrageen Reines Carrageen Destillationen energieaufwändig!!

14 Semi- refined Semi- refined=seaweed flour Nicht für menschlichen Verzehr Modifizierter Prozess: Philippine natural grade

15 Produktion USA: refined und philippine natural grade ohne Einschränkung zum Verzehr geeignet EU: refined=E407 PNG=E407a

16 Eigenschaften: Wasserlöslichkeit abhängig von Carrageen-Art Temperatur pH-Wert Gegenionen o lambda > iota > kappa

17 Eigenschaften: Gelbildung Allgemein: Ungeordnete Form Helix 3-d-Vernetzung

18 Eigenschaften: Gelbildung 2 wichtige Faktoren Temperatur Kationen

19 Eigenschaften: Gelbildung kappa-Carrageen: Gelbildung beim Abkühlen (40-60°C) begünstigt durch K + stark, trüb, brüchig iota-Carrageen: elastische Gele mit Ca 2+ schwächer, klar olambda-Carrageen: bildet keine Helices keine Gelbildung

20 Eigenschaften: Gelbildung Stärke des Gels kann über Konzentration der Gegenionen gesteuert werden Mehr Kationen mehr WW mit Sulfatgruppen mehr Vernetzungen Stärkeres Gel

21 Eigenschaften: Viskosität Lambda: hochviskose Flüssigkeit Kappa, iota: über Gelbildungstemperatur (>60°C)

22 Eigenschaften: Reaktion mit Casein Milchprotein 2,6% in Kuhmilch Liegt als Micelle vor Elektrostatische WW mit Carrageen 0,02% Carrageen

23 Verwendung Verdickungsmittel: lambda Gelierungsmittel: kappa, iota Vernetzung mit Casein: kappa, iota Funktion als Emulgator, Stabilisator, Verdickungsmittel

24 Verwendung: Milchprodukte Wichtigste Anwendung 0,01-0,1% Carrageen notwendig Verknüpfung von Casein und Carrageen Hält Kakao in Schokomilch in Suspension Festigkeit von Pudding Verhindert Abscheiden von Proteinen in Kondensmilch …

25 Verwendung: Gelatine-Ersatz Geliermittel aus tierischem Eiweiß Bindegewebe von Schwein und Rind vegetarische Ernährung 90er: BSE Wasserbasierte Desserts wie Götterspeise: Fruchtsaft Gel

26 Verwendung: kalorienreduzierte Kost Pektin-Ersatz in Marmeladen/ Gelees Zucker-Reduktion Light-Dressing/ Majonäse geringerer Ölanteil

27 Verwendung: Tierfutter Semi-refined Produkt ¼ Kosten Dosenfutter (wird erhitzt) Verdickung, hält Fleisch zusammen, ansehnliches Gelee

28 Verwendung: Zahnpasta Verdickungsmittel Hält Schleifpartikel in Suspension Verhindert Wasser-Abtrennung

29 Verwendung Applicationtonnes% Dairy Meat and poultry Water gels PES food grade Toothpaste Other Total McHugh D.J., A guide to seaweed industry, 2003

30 Analytik: IR Wavenumber [cm-1]Bond(s)/Group(s)Carrageenan dimeric units 1240S=O of sulfate estersiotta, kappa, lambda 930C-O of 3,6-anhydrogalactoseiotta, kappa 845C-O-S on C4 of G4Siotta, kappa 830C-O-S on C2 of D2S,6Slambda 820C-O-S on C6 of D2Slambda 805C-O-S on C2 of DA2Siotta De Baets S. Et al, Biopolymers Band 6, 2002

31 Analytik: Molekulargewicht SEC: Trennung aufgrund des hydrodynamischen Volumens Massenverteilung Detektion mittels MALS Probenadsorption Probendegradation durch Scherkräfte o Field-flow-fractionation: Trennung nach Diffusionskoeffizient; kein Säulenmaterial

32 Analytik: Bestimmung des Sulfatgehaltes Säurehydrolyse der Sulfatester Fällung der Sulfationen als BaSO 4

33 Analytik: Monosaccharide Verhältnis Galactose : Anhydrogalactose Hydrolyse + GC Problem: Zerstörung der Anhydrobrücke Entwicklung schonender Hydrolysemethoden

34 Datasheet

35 Toxikologie Niedrigmolekulare Carrageene ( Da) können (angeblich) Eiterungen und Geschwüre im Verdauungstrakt hervorrufen Carrageen in Produkten > Da Abbau zu niedermolekularen Polymeren im Körper? toxikologische Tests ohne Hinweise simulierter Magensaft: pH1,2; 37°C; 3h: 0,1% der glyk. Bindungen gebrochen

36 Literatur Steinbüchel A. Et al, Biopolymers Band6, Wiley-VCH, Weinheim 2002 Rochas C., Rinaudo M., Mechanism of Gel formation in kappa-Carrageenan, Biopolymers Vol. 23, , 1984 Viebke C. Et al, On the machanism of gelation of helix-forming biopolymers, Macromolecules Vol. 27, No. 15, 1994 Semenova M., Dickinson E., Biopolymers in Food Colloids, Brill NV, Leiden 2010 McHugh D.J., A guide to the seaweed industry, FAO Fisheries technical paper 441, Homepage FMC BioPolymer: International programme on chemical safety


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