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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$ - PowerPoint PPT Presentation
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CHE.555SE Polysaccharides
Carrageen
Simon Lenz0256749
6.12.2011
Rohstoff Algen
Rotalgen (Rhodophyceae)
Chondrus crispus (Knorpeltang)
Kappaphycus alvarezii
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
Rohstoff Algen
Biologische Funktion:Bestandteil der Zellwand Formgebung Schutz
Zellwand der Algen:30-60% Carrageen1-8% Cellulose (bezogen auf Trockengewicht)
Rohstoff Algen
Wild wachsend vs. Algenfarmen wirtschaftliche Aspekte 90% aus Algenfarmen v.a. Philippinen
Chemische Struktur
Lineares Rückgrat: sulfatierte Galactoseeinheiten D-Galactopyranose 3,6-Anhydrogalactose
Alternierend 1,3- und 1,4-glykosidisch verknüpft
Unterschiedlicher Sulfatierungsgrad (15-40%)
Chemische Struktur
3 kommerziell interessante Carrageen-Arten:
Chemische Struktur
Chondrus crispus mixture of kappa and lambda.
Kappaphycus alvarezii mainly kappa.
Eucheuma denticulatum mainly iota.
Gigartina skottsbergii mainly kappa, some lambda.
Sarcothalia crispata mixture of kappa and lambda.
Verschiedene Algenarten produzieren verschiedene Formen des Carrageens:
Chemische Struktur
Biosynthese
Eigentliche Biosyntheseweg nicht bekannt
Galaktan-Rückgrat wird im Golgi-Apparat gebildet
Sulfatierung: Sulfat-Transferase
Sulfohydrolase bildet Anhydrobrücken
Produktion
Ernten, waschen, trocknen Ausgangsmaterial
2 Produktionsmethoden: 1.) refined/filtered Carrageen 2.) semi-refined Carrageen
Refined/filteredCarrageen
Reines Carrageen
Destillationen energieaufwändig!!
Semi-refined
Semi-refined=seaweed flour
Nicht für menschlichen Verzehr
Modifizierter Prozess:
Philippine natural grade
Produktion
USA: refined und philippine natural grade ohne Einschränkung
zum Verzehr geeignet
EU: refined=E407 PNG=E407a
Eigenschaften: Wasserlöslichkeit
abhängig von Carrageen-Art Temperatur pH-Wert Gegenionen
o lambda > iota > kappa
Eigenschaften: Gelbildung
Allgemein:
Ungeordnete Form
Helix
3-d-Vernetzung
Eigenschaften: Gelbildung
2 wichtige Faktoren
Temperatur Kationen
Eigenschaften: Gelbildung
kappa-Carrageen: Gelbildung beim Abkühlen (40-60°C) begünstigt durch K+
stark, trüb, brüchig
iota-Carrageen: elastische Gele mit Ca2+
schwächer, klar o lambda-Carrageen: bildet keine Helices keine Gelbildung
Eigenschaften: Gelbildung
Stärke des Gels kann über Konzentration der Gegenionen gesteuert werden
Mehr Kationen mehr WW mit Sulfatgruppen
mehr Vernetzungen Stärkeres Gel
Eigenschaften: Viskosität
Lambda: hochviskose Flüssigkeit
Kappa, iota: über Gelbildungstemperatur (>60°C)
Eigenschaften: Reaktion mit Casein
Milchprotein 2,6% in Kuhmilch Liegt als Micelle vor Elektrostatische WW mit Carrageen 0,02% Carrageen
Verwendung
Verdickungsmittel: lambda
Gelierungsmittel: kappa, iota
Vernetzung mit Casein: kappa, iota
Funktion als Emulgator, Stabilisator, Verdickungsmittel
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 …
Verwendung: Gelatine-Ersatz
Geliermittel aus tierischem Eiweiß Bindegewebe von Schwein und Rind vegetarische Ernährung 90er: BSE
Wasserbasierte Desserts wie Götterspeise:Fruchtsaft Gel
Verwendung: kalorienreduzierte Kost
Pektin-Ersatz in Marmeladen/ Gelees Zucker-Reduktion
Light-Dressing/ Majonäse geringerer Ölanteil
Verwendung: Tierfutter
Semi-refined Produkt
¼ Kosten
Dosenfutter (wird erhitzt)
Verdickung, hält Fleisch zusammen, ansehnliches Gelee
Verwendung: Zahnpasta
Verdickungsmittel
Hält Schleifpartikel in Suspension
Verhindert Wasser-Abtrennung
Verwendung
Application tonnes %
Dairy 11 000 33
Meat and poultry 5 000 15
Water gels 5 000 15
PES food grade 8 000 25
Toothpaste 2 000 6
Other 2 000 6
Total 33 000 100
McHugh D.J., A guide to seaweed industry, 2003
Analytik: IR
Wavenumber [cm-1] Bond(s)/Group(s) Carrageenan dimeric units
1240 S=O of sulfate esters iotta, kappa, lambda
930 C-O of 3,6-anhydrogalactose iotta, kappa
845 C-O-S on C4 of G4S iotta, kappa
830 C-O-S on C2 of D2S,6S lambda
820 C-O-S on C6 of D2S lambda
805 C-O-S on C2 of DA2S iotta
De Baets S. Et al, Biopolymers Band 6, 2002
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
Analytik: Bestimmung des Sulfatgehaltes
Säurehydrolyse der Sulfatester
Fällung der Sulfationen als BaSO4
Analytik: Monosaccharide
Verhältnis Galactose : Anhydrogalactose
Hydrolyse + GC
Problem: Zerstörung der Anhydrobrücke Entwicklung schonender Hydrolysemethoden
Datasheet
www.euroduna-technologies.com
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/
LiteraturSteinbüchel 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 safetyhttp://www.inchem.org/documents/jecfa/jecmono/v042je08.htm