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CHE.555 SE Polysaccharides

CHE.555 SE Polysaccharides. Carrageen Simon Lenz 0256749 6.12.2011. Rohstoff Algen. Rotalgen (Rhodophyceae). Kappaphycus alvarezii. Chondrus crispus (Knorpeltang). Rohstoff Algen. 8 Mio. t Algen pro Jahr (nass) 6 Mrd. US$

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Presentation Transcript

  1. CHE.555SE Polysaccharides Carrageen Simon Lenz 0256749 6.12.2011

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

  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 • 55.000 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 Verschiedene Algenarten produzieren verschiedene Formen des Carrageens:

  9. Chemische Struktur

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

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

  12. Refined/filteredCarrageen • Reines Carrageen Destillationen energieaufwändig!!

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

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

  15. Eigenschaften: Wasserlöslichkeit • abhängig von Carrageen-Art  Temperatur  pH-Wert  Gegenionen • lambda > iota > kappa

  16. Eigenschaften: Gelbildung Allgemein: Ungeordnete Form Helix 3-d-Vernetzung

  17. Eigenschaften: Gelbildung 2 wichtige Faktoren • Temperatur • Kationen

  18. Eigenschaften: Gelbildung • kappa-Carrageen:  Gelbildung beim Abkühlen (40-60°C)  begünstigt durch K+  stark, trüb, brüchig • iota-Carrageen:  elastische Gele mit Ca2+  schwächer, klar • lambda-Carrageen:  bildet keine Helices  keine Gelbildung

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

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

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

  22. Verwendung • Verdickungsmittel: lambda • Gelierungsmittel: kappa, iota • Vernetzung mit Casein: kappa, iota  Funktion als Emulgator, Stabilisator, Verdickungsmittel

  23. 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 • …

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

  25. Verwendung: kalorienreduzierte Kost • Pektin-Ersatz in Marmeladen/ Gelees  Zucker-Reduktion • Light-Dressing/ Majonäse  geringerer Ölanteil

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

  27. Verwendung: Zahnpasta • Verdickungsmittel • Hält Schleifpartikel in Suspension • Verhindert Wasser-Abtrennung

  28. Verwendung McHugh D.J., A guide to seaweed industry, 2003

  29. Analytik: IR De Baets S. Et al, Biopolymers Band 6, 2002

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

  31. Analytik: Bestimmung des Sulfatgehaltes • Säurehydrolyse der Sulfatester • Fällung der Sulfationen als BaSO4

  32. Analytik: Monosaccharide • Verhältnis Galactose : Anhydrogalactose • Hydrolyse + GC • Problem: Zerstörung der Anhydrobrücke  Entwicklung schonender Hydrolysemethoden

  33. Datasheet www.euroduna-technologies.com

  34. Toxikologie • Niedrigmolekulare Carrageene (20.000-40.000Da) können (angeblich) Eiterungen und Geschwüre im Verdauungstrakt hervorrufen • Carrageen in Produkten >100.000Da • Abbau zu niedermolekularen Polymeren im Körper?  toxikologische Tests ohne Hinweise  simulierter Magensaft: pH1,2; 37°C; 3h: 0,1% der glyk. Bindungen gebrochen http://www.inchem.org/

  35. 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, 735-745, 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, 2003 http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e00.htm#Contents Homepage FMC BioPolymer: http://www.fmcbiopolymer.com/Food/Ingredients/Carrageenan/MilkProteinInteraction.aspx International programme on chemical safety http://www.inchem.org/documents/jecfa/jecmono/v042je08.htm

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