doc - ChidS

Philipps- Universität Marburg
Fachbereich: Chemie
Seminar: Übungen im Experimentalvortrag
Leitung: Dr. Philipp Reiß
Wintersemester 2007/08
Hinweis:
Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule).
Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht heruntergeladen werden,
unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende:
http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html
Experimentalvortrag (OC)
Alginate
und Carrageenane
von
Andrea Ost
Marburg
Protokoll
zum Vortrag vom
06.02.2008
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
3
Algen – Eine kleine Einführung
4
Demo 1 „Haptischer Vergleich“
5
2. ALGINAT
7
Aufbau und Struktur
7
Eigenschaften
8
Versuch 1 „Salatsoße“
9
Versuch 2 „Herstellung von Melonenkaviar“
13
Gewinnung
16
Anwendungsgebiete
19
Verwendung in der Lebensmittelindustrie
19
Demo 2 „Restrukturierte Paprika“
20
Verwendung in der Pharmazie
22
Versuch 3 „Alginatmedikament gegen Sodbrennen“
22
Verwendung in der Medizin
25
Versuch 4 „Dentalabdruck“
26
Demo 3 „Wundauflagen aus Calciumalginat-Fasern“
28
Verwendung in der Biotechnologie
29
Versuch 5 „Schaumweinherstellung“
30
3. CARRAGEENAN
35
Charakteristika von Carrageenan
35
Versuch 6 „Nachweis von Carrageenan in Lebensmitteln“
36
4. SCHULRELEVANZ
38
5. QUELLENANGABEN
40
2
1. EINLEITUNG
Alle Schüler wissen, was Algen sind und die meisten haben im Badeurlaub am
Strand schon mal mehr oder minder freiwillig welche in der Hand gehabt. Die waren
glibberig und schleimig, daran kann man sich erinnern, aber das war es meist auch
schon. In Biologie müssten sie gelernt haben, dass Algen oder allgemein Wasserpflanzen Photosynthese betreiben und Sauerstoff produzieren, was für unsere
Atmosphäre wichtig ist, aber darüber hinaus sind Algen zu nichts zu gebrauchen –
oder?
„Doch, sehr wohl!“, lautet die Antwort, „Und ihr profitiert sogar fast täglich von den
Inhaltsstoffen dieser „nichtsnutzigen“ Algen!“
Egal wohin man im Kühlregal im Supermarkt greift, Müller Milch, Crème Desserts,
Vanille Soße, in fast allen Milchprodukten sind Algeninhaltsstoffe als Stabilisatoren
oder Emulgatoren zugesetzt. Und wer hat sich schon mal darüber Gedanken
gemacht, warum die Kräuter in der Salatsoße schweben? Wer weiß, dass die
Paprikastreifen in den grünen Oliven nicht aus einer Paprikaschote herausgeschnitten werden, sondern auf ganz anderem Wege dort hinein gelangen? Auch
beim Zahnarzt begegnet man solchen Inhaltsstoffen von Algen, sofern man eine
Zahnspange braucht, was bei sehr vielen Kindern der Fall ist. Für Medizin,
Pharmazie und Biotechnologie spielen diese ebenfalls eine nicht unbeachtliche
Rolle, was bei näherer Beschäftigung mit dem Thema von großem Interesse sein
dürfte.
Dieser Vortrag soll zunächst eine kleine Einführung zum Thema Algen geben und
sich anschließend mit den Algeninhaltsstoffen Alginat und Carrageenan befassen.
Hierbei interessant sind deren Gewinnung und Eigenschaften, besonders aber die
alltagsrelevanten Anwendungsgebiete, zu denen es sehr eindrucksvolle Schülerversuche gibt, bei denen durch selbständiges Tätigwerden der Schüler Interesse für
das Thema geweckt werden soll.
3
Algen – Eine kleine Einführung
Wie man an dem Wort „Alginat“ bereits erraten kann, hat dies in irgendeiner Weise
etwas mit Algen zu tun. Aus diesem Grund soll zum Einstieg in das Thema zunächst
ein kurzer Einblick in die Welt der Algen gegeben werden.
Algen kann man zunächst allgemein als ein- bis vielzellige, meist im Wasser
lebende, eukariontische, pflanzenartige Lebewesen definieren, wobei eukariontisch
bedeutet, dass Algen einen echten Zellkern besitzen. Es sind etwa 80.000 Algenarten bekannt, was eine unglaubliche Vielzahl darstellt.[22] Sie betreiben Photosynthese, weshalb sie für die Sauerstoffversorgung unserer Atmosphäre von größter
Bedeutung sind. Verwendet werden Algen bereits seit vielen hundert Jahren als
Nahrungsmittel, allerdings hauptsächlich im asiatischen Raum. Industriell können
Algen ebenso genutzt werden, wie zum Beispiel zur Herstellung von Biodiesel oder
in der Abwasserreinigung.
Als Beispiel für einzellige Algen, die selbst noch in viele
verschiedene Organisationsstufen zu unterteilen sind, kann
man die Kieselalge nennen. Bei dieser handelt es sich um
einen kokkalen Einzeller, was bedeutet, dass er unbeweglich ist und eine verdickte Zellwand besitzt.
Abb. 1: Kieselalge
Die Schraubenalge kann man als Beispiel für einen Mehrzeller anführen. Diese fadenförmige Alge, deren Zellfäden
durch die Teilung der Zellen in einer einzigen Ebene gebildet
werden, gehört zur trichalen Organisationsstufe.
Abb. 2: Schraubenalge
Die für diesen Vortrag interessantesten Algen sind die Mehrzeller
und genauer, die Braunalgen, welche zumeist einen Thallus
besitzen. Die Zellteilung erfolgt in alle Raumrichtungen und es
treten scheinbar verschiedene Gewebe auf, wie Wurzelgewebe
(Rhizoid), Sprossachse (Cauloid) und Blätter (Phylloid). So
können sehr große Algen wie der Riesentang entstehen, der bis
zu 60 m lang wird.
Abb. 3: Riesentang
4
Im nächsten Schritt soll nun eine Braunalge näher betrachtet und vor allem angefasst
werden, um etwas über ihre Beschaffenheit herauszufinden. Bei der ausgewählten
Braunalge handelt es sich um Fucus Vesiculosus, den Blasentang, der am Spülsaum
der Nordsee gesammelt werden kann. Verglichen wird diese Alge im Anschluss mit
dem Zweig eines beliebigen Baumes, wobei den festzustellenden Unterschieden auf
den Grund gegangen werden soll.
Demo 1 „Haptischer Vergleich“ [8]
Chemikalien:
Leitungswasser
Kochsalz (NaCl)
Ein Zweig der Braunalge Fucus Vesiculosus
Ein kleiner Ast eines Baumes
Geräte:
Kristallisierschale (Durchmesser 14 cm)
Durchführung:
Man füllt die Kristallisierschale ungefähr zu zwei Drittel mit Leitungswasser
und fügt ein paar Körnchen Kochsalz hinzu. Nun gibt man die getrocknete
Braunalge in das Salzwasser und lässt sie mindestens über Nacht in diesem
Bad stehen, damit sie quellen kann. Um diese Braunalge mit einer Landpflanze haptisch vergleichen zu können, gibt man die Kristallisierschale samt
Alge und einen kleinen Ast eines Baumes herum und bittet, beide Pflanzenteile zum Befühlen in die Hand zu nehmen und Aussagen über ihre
Beschaffenheit zu treffen.
Beobachtung:
Beim Anfassen kann man feststellen, dass der Ast des Baumes eine feste,
starre Struktur aufweist und bei zu großer Krafteinwirkung brechen kann. Die
Braunalge hingegen ist sehr flexibel und biegsam und könnte von Schülern
auch als „glibberig“ oder „schleimig“ beschrieben werden.
5
Auswertung:
Man konnte bei dieser Demonstration ziemlich deutliche Unterschiede in der
Beschaffenheit zwischen Braunalge und Ast feststellen und muss sich nun die
Frage stellen, worauf dieser Unterschied zurückzuführen ist. Um das
verstehen zu können, muss man jedoch zunächst einmal genauer untersuchen, wie die Landpflanze zu ihrer Festigkeit kommt. Diese wird ihr durch
die Gerüstsubstanz Cellulose verliehen, denn die Cellulosemoleküle können
sich untereinander durch Wasserstoffbrückenbindungen zu Strängen und
schließlich Mikrofibrillen zusammenlagern, die die Zellwände bilden.
OH
OH
OH
O
HO
O
O
HO
OH
O
O
HO
O
HO
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
HO
O
HO
O
O
O
HO
O
HO
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
HO
O
O
HO
OH
OH
O
O
HO
O
OH
OH
HO
O
OH
Abbildung 4: Intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zwischen O(6)H
und O(3)
Die Zellwände der Braunalgen, die hier betrachtet werden sollen, bestehen
zwar auch aus Cellulose, hier sind die Cellulose-Moleküle jedoch in Alginat
eingebettet. Dank der Einbettung in Alginat, welches als Sol oder Gel
vorliegen kann, sind die Zellwände der Braunalgen äußerst flexibel, was auch
unbedingt nötig ist, da die Algen großen Belastungen durch Meeresströmung,
Wellen und Sturm ausgesetzt sind.
6
2. ALGINAT
Alginat ist ein Polysaccharid-Derivat, das von Stanford, einem Chemiker und
Pharmazeuten, im Jahre 1880 entdeckt und aus Braunalgen isoliert wurde. Die
industrielle Produktion setzte allerdings nicht vor den dreißiger Jahren des 20.
Jahrhunderts ein. Seit der Entdeckung der Sol- und Gelbildungseigenschaften der
Alginate nahm das Interesse an diesen Algeninhaltsstoffen enorm zu, da sich viele
verschiedene Anwendungsmöglichkeiten ergaben. Die heutige weltweite Jahresproduktion an Alginat liegt bei etwa 40.000 Tonnen, wobei die USA, Frankreich,
Norwegen, Großbritannien, Kanada, Japan und China zu den größten Produzenten
gehören.[11]
Aufbau und Struktur
Alginate sind aus den Bausteinen β-D-Mannuronat und α-L-Guluronat aufgebaut,
welche untereinander β-1,4 bzw. α-1,4-glycosidisch verknüpft sind. Diese Bausteine
sind Salze der zugehörigen Uronsäuren, die aus der Oxidation der endständigen
Hydroxylgruppe der Ausgangs- Aldosen zur Carboxylgruppe entstehen. Die Gegenionen sind in der Hauptsache Alkali- und Erdalkalimetall-Kationen.
H
H
OH
OOC
HO
OOC
β OH
H
O
H
OH
H
H
H
α
OH
O
HO
H
OH
H
OH
β-D-Mannuronat
H
α-L-Guluronat
Die Polysaccharid-Moleküle enthalten zwischen 100 und 3000 Monosaccharideinheiten und wiegen zwischen 20.000 und 600.000 u.[11] Es ergeben sich folgende
mögliche Strukturen:
1.
1,4 verknüpftes β-D-Mannuronat (MM-Blöcke)
OOC
O
HO
OH
O
OOC
HO
O
OH
OOC
7
O
O
HO
OH
O
O
2.
1,4 verknüpftes α-L-Guluronat (GG-Blöcke)
OOC
OH
OOC
O
O
O
OH
O
OH
OH
O
OH
O
OOC
OH
O
O
O
3.
OH
OOC
OH
Alternierende Sequenzen (MG- und GM-Blöcke)
OOC
OH
O
HO
OH
O
O
O
OOC
O
HO
OH
OH
O
O
OOC
Innerhalb eines Alginat-Moleküls treten meist alle möglichen Sequenzen in
verschiedenen Längen und Abfolgen auf. Der Gehalt an MM-, GG-, GM- und MGBlöcken ist für jede Braunalgenart verschieden und zugleich charakteristisch.
Eigenschaften
Zum Lösungsverhalten des Alginats ist zu sagen, dass Ammonium-, Magnesiumund Alkalialginate wasserlöslich sind, Erdalkalialginate allerdings nicht. Das AlginatPolyanion ist ein hydrophiler Kolloid, der sich durch eine Umhüllung von
Wassermolekülen stabilisiert. Im Dispersionsmittel Wasser bildet Alginat hoch
viskose Sole. In Versuch 1 ist genau beschrieben, wie man vorgehen muss, um
Alginat-Sole herzustellen. Alginat kann aufgrund seines Polyanionen-Charakters
außerdem als Suspensions- und Emulsionsstabilisator fungieren. Auf diese
Eigenschaft wird ebenfalls in Versuch 1 eingegangen, wo sie ausführlich erläutert
wird. Alginat ist ebenso in der Lage, Filme zu bilden. Eine sehr wichtige Eigenschaft
des Alginats stellt weiterhin seine Fähigkeit dar, in Anwesenheit von CalciumKationen Gele zu bilden. Dieser Vorgang wird in Versuch 2 eingehend behandelt. Die
Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus den Gelbildungseigenschaften ergeben,
8
sind breit gefächert und werden in diesem Vortrag noch mehrmals thematisiert. Ein
Einsatz von Alginat als Kationenaustauscher ist ebenfalls möglich und in der
Abwasserreinigung sowie in der Medizin/Pharmazie von Interesse. Von großer
Wichtigkeit ist zudem die physiologische Unbedenklichkeit der Alginsäure und vier
ihrer Salze, welche als Lebensmittelzusatzstoffe zugelassen sind.
Versuch 1 „Salatsoße“ [8]
Chemikalien:
Natriumalginat- Lösung (ρ* = 20g/L)
4g Salatkräuter
50 mL Sonnenblumenöl
entionisiertes Wasser
Geräte:
Waage, Spatel, Thermometer, Haushaltssieb, Glasstab, Magnetrührer mit
Heizplatte, 2 Bechergläser (250 mL), Becherglas (50 mL), 2 Rührfische (4
cm), 2 Demo-Reagenzgläser mit Gummistopfen, Reagenzglasgestell
Durchführung:
Zur Herstellung der Natriumalginat-Lösung werden zunächst 100 mL
entionisiertes Wasser in einem 250-mL-Becherglas mit Rührfisch auf 70°C
erwärmt. In der Zwischenzeit wiegt man 2g Natriumalginat in einem 50-mLBecherglas ab. Sobald das Wasser die gewünschte Temperatur erreicht hat,
dreht man die Rührfunktion des Magnetrührers so hoch, dass sich ein tiefer
Vortex bildet. Nun siebt man das Natriumalginat langsam auf die Vortexwand
und lässt danach noch einige Zeit weiterrühren, damit Klümpchenbildung
vermieden wird. Während des Siebens muss die Rührgeschwindigkeit noch
mehrmals erhöht werden, da die Viskosität der Lösung mit steigender
Natriumalginat-Konzentration deutlich zunimmt. Die erhaltene Lösung lässt
man auf Zimmertemperatur abkühlen und kann sie dann für den Versuch
einsetzen.
Für die Salatsoße gibt man 50 mL Speiseöl und 50 mL Wasser in ein 250-mLBecherglas mit Rührfisch und lässt die beiden Flüssigkeiten vermischen. Nun
fügt man die Salatkräuter hinzu und hilft mit dem Glasstab etwas nach, damit
9
die Kräuter nicht an der Wandung kleben bleiben. Nun befüllt man 2 DemoReagenzgläser zu je einem Drittel mit Salatsoße. In das erste der beiden
Reagenzgläser gibt man entionisiertes Wasser, setzt den Stopfen auf und
schüttelt kräftig, bevor man es in den Reagenzglasständer zurückstellt. Mit
dem zweiten verfährt man genauso, nur dass man hier anstelle von Wasser
Natriumalginat-Lösung hinzu gibt. Beide Reagenzgläser lässt man nun einen
Moment lang ruhig stehen und beobachtet, wie sich die beiden unterschiedlichen Salatsoßen verhalten.
Beobachtung:
Bei der Herstellung der Alginat-Lösung stellt man fest, dass Natriumalginat
sich in Wasser löst und eine klare Lösung ergibt, die deutlich an Viskosität
zunimmt, je mehr Natriumalginat man einsiebt. Versucht man allerdings das
Pulver in eine kalte Lösung einzubringen oder alles auf einmal ohne die
Zuhilfenahme eines Siebes zuzugeben, so erhält man Klumpen, die man fast
oder gar nicht mehr beseitigen kann.
Mischt man die Salatsoße mit Wasser im ersten und mit Alginat-Lösung im
zweiten Reagenzglas, so stellt man fest, dass sich die Salatsoße im ersten
Reagenzglas sehr schnell wieder entmischt, die Öltröpfchen und Kräuter in
der Mischung mit Alginat-Lösung jedoch in der Schwebe bleiben und keine
direkte Entmischung stattfindet.
Auswertung:
Die Herstellung der Natriumalginat-Lösung muss mit dem beschriebenen
Aufwand durchgeführt werden, da es ansonsten, wie bereits erwähnt, zur
Klümpchenbildung kommt. Bei Alginat handelt es sich um bis zu 3000
Monosaccharid-Einheiten enthaltende, fadenförmige Makromoleküle, die eine
Größe von 10 nm überschreiten, weshalb man hier nicht von einer echten
Lösung sprechen kann. Es handelt sich vielmehr um eine kolloidale Lösung,
die dem bloßen Auge jedoch klar und nicht von einer echten Lösung zu
unterscheiden erscheint. Nachweisbar sind die Kolloide durch den FaradayTyndall-Effekt. Hierzu muss man einen starken Lichtstrahl durch ein mit
Alginat-Sol
gefülltes
Reagenzglas
schicken
und
kann
bei
seitlicher
Betrachtung den Strahlengang in der Lösung verfolgen. Dies ist bei kolloidalen
10
Lösungen der Fall, da die Kolloid-Teilchen das Licht streuen und dadurch den
Lichtstrahl, der nicht ungehindert passieren kann, sichtbar machen.
Bei der in diesem Versuch hergestellten Salatsoße handelt es sich sowohl um
eine Emulsion (Öl in Wasser) als auch um eine Suspension (Salatkräuter in Öl
und Wasser), deren Phasen sich schnell wieder entmischen, wenn nicht mehr
geschüttelt wird. Hierbei schwimmen die Salatkräuter aufgrund ihrer geringen
Dichte auf und die Ölphase befindet sich aufgrund ihrer geringeren Dichte
oberhalb der wässrigen Phase.
Kräuter
Öl
Entmischen
Kräuter
Wasser
Öl
Wasser
Abbildung 5: Entmischen der Salatsoße
Im zweiten Reagenzglas wird die soeben gezeigte Phasentrennung jedoch
verhindert, was eindrucksvoll die Emulsions- und Suspensions-stabilisierende
Wirkung von Natriumalginat-Lösung verdeutlicht. Diese Wirkung hat zwei
Gründe, von denen der erste kinetischer Natur ist. Die Alginat-Lösung erhöht
die Viskosität der wässrigen Phase und hemmt somit die Entmischung. Zum
zweiten kommt es durch das Alginat zur Bildung von elektrisch geladenen
Filmen an den Grenzflächen, wodurch sich die so umschlossenen Fetttröpfchen oder Salatkräuter-Partikel gegenseitig abstoßen und es zu keiner
Phasentrennung mehr kommt. Hierbei muss man bemerken, dass die Alginatmoleküle eigentlich keine typisch amphiphilen Moleküle sind, da sie zwar über
polare Carboxylat-Gruppen verfügen, aber einen nicht gänzlich unpolaren
Rest besitzen. Es kommt trotzdem zu einer Ausrichtung, bei der sich die
polaren Carboxylat-Gruppen in Richtung des Wassers orientieren und sich der
11
unpolarere Polysaccharid-Rest nach den ebenfalls unpolaren Öltröpfchen oder
Salatkräuter-Partikeln ausrichtet.
Öltropfen/
Feststoff-Partikel
Alginat-Molekül
Abbildung 6: Dispergierte Öltropfen und Feststoff-Partikel
So wie in Abbildung 6 zu sehen ist, lagern sich die Alginatmoleküle mit Polyanionencharakter als Film um die Öltröpfchen oder Kräuter-Partikel und
ziehen aus der Lösung Kationen an, so dass eine elektrische Doppelschicht
entsteht, die für die Abstoßung der dispergierten Partikel untereinander sorgt.
In Versuch 2 sollen anhand der Herstellung von Melonenkaviar die Gelbildungseigenschaften des Alginats erläutert werden. So ungewöhnlich das Rezept klingt, so
ungewöhnlich ist auch der Koch, von dem es stammt. Ferran Adrià ist der vielleicht
bekannteste Koch der „Molekularen Küche“, die sich gerne der Eigenschaften des
Alginats bedient. Adrià ist Spanier und hat sein eigenes Restaurant, „El Bulli“, in dem
er immer wieder verrückte Gerichte in 25-30 Gängen serviert. Er würzt mit Holzkohle,
injiziert Eiern vor dem Kochen Kaviar und sagt von sich selbst: „Die magischen
Gerichte sind jene, die die einen ekelhaft finden und die anderen fantastisch.“
[15]
Die
ZEIT schreibt über ihn: „Ferran Adrià gilt als der innovativste, der kreativste, der
verrückteste Koch auf Erden.“ [15]
12
Versuch 2 „Herstellung von Melonenkaviar“ [16, verändert]
Chemikalien:
Cantaloup- Melone
Natriumalginat
Natriumalginat- Lösung (ρ* = 20g/L)
CaCl2- Lösung (ρ* = 5g/L)
Gefahrensymbol: Xi, R 36; S (2)-22-24
entionisiertes Wasser
Geräte:
Messer, Mixer, Haushaltssieb, Magnetrührer, 2 Rührfische, 2 600-mLBechergläser, Stativmaterial, Klistierspritze mit Aufsatz, Spatel
Durchführung:
Das Fruchtfleisch einer Cantaloup-Melone wird in kleine Stücke geschnitten
und in den Mixer gegeben. Die passierte Melone gibt man anschließend auf
ein Haushaltssieb, um das Fruchtfleisch zurückzuhalten und nur den Saft zu
gewinnen. Zu 50 mL des Safts siebt man nun 1g Natriumalginat-Pulver und
lässt den Melonensaft hierzu mit Hilfe von Magnetfisch und Magnetrührer so
stark rühren, dass sich ein Vortex bildet, auf dessen Wand man das Alginat
aufbringt. Nun vermischt man 30 mL der hergestellten Saft-Alginat-Lösung mit
10 mL reiner Alginat-Lösung (ρ* = 20 g/L). Zum Ansetzen der CalciumchloridLösung gibt man 1g Calciumchlorid und 200 mL entionisiertes Wasser in das
600-mL-Becherglas und lässt die Lösung moderat auf dem Magnetrührer
rühren. Über der Öffnung der Becherglases befestigt man die Klistierspritze,
die man zuvor vom Stempel befreit und den Aufsatz aufgesetzt hat, mit der
Spitze nach unten an einer Stativstange. Die Spritze sollte sich ungefähr 15
cm über der Flüssigkeitsoberfläche befinden. Ist der Versuch soweit aufgebaut, kann man die Melonensaft-Alginat-Lösung in die Spritze einfüllen, die
in gleichmäßigen Tropfen in die weiterhin mäßig gerührte CalciumchloridLösung tropft. Nach kurzer Verweildauer der „Kaviarperlen“ im Reifebad gießt
man die Lösung über ein Sieb und wäscht den Melonenkaviar mit Wasser.
Nun ist er verzehrfertig (wenn man mit ganz reinen Substanzen und Geräten
gearbeitet hat).
13
Beobachtung:
Die in die Calciumchlorid- Lösung eintropfenden Melonensaft-Alginat-Tropfen
verlaufen im Reifebad nicht, sondern bleiben genau in dieser Form bestehen.
Holt man die Melonenkaviarperlen nach kurzer Zeit aus der CalciumchloridLösung heraus, so stellt man fest, dass sie eine gelartige, feste Außenhülle
besitzen, zerdrückt man sie jedoch, so spritzt aus dem Inneren der Perlen
noch Flüssigkeit hervor. Sie besitzen somit eine Kaviar-ähnliche Konsistenz.
Auswertung:
Sofort bei Kontakt der Melonensaft-Alginat-Tropfen mit der CalciumchloridLösung setzt eine Gelbildung ein. Diese beginnt an der „Außenhaut“ der
Tropfen und schreitet stetig fort, weshalb man die Melonenkaviarperlen nicht
zu lange im Reifebad belassen darf, da sie sonst durchhärten. Die folgende
Abbildung zeigt die Versuchdurchführung und die einsetzende Gelbildung.
Natriumalginat
Natriumalginat Lösung
CaCl2 –
Lösung
Calciumalginat
- Gel
Abbildung 7: Gelbildung bei Melonenkaviar
Verantwortlich für die Gelbildung sind die Polyguluronat- Sequenzen der
Alginatmoleküle. Gibt man Calcium-Kationen zu, so kommt es zur Zusammenlagerung eben dieser Sequenzen zweier Moleküle, wobei Hohlräume
entstehen, in denen die Calcium-Kationen von 10 Sauerstoff-Atomen
koordinativ gebunden werden. Durch diese Chelatisierung entsteht aus der
zuvor inkohärenten Lösung, in der es keinen Zusammenhalt zwischen den
dispergierten Alginat-Molekülen gab, ein kohärentes Gel, das eine Raumnetzstruktur ausbildet, in der Wasser eingelagert ist.
14
Reaktionsgleichung:
2 (GG)n2n -(aq) + 4n Na+(aq) + Ca2+(aq)
[Ca(GG)2]n2n -(s) + 4 n Na+(aq)
[Ca(GG)2]n2n -(s) =
(GG)n2n -(aq) =
OOC
OOC
OH
O
O
O
O
O
H
O
OH
O
OH
O
O
OH
Ca2+
O
OH
O
OH
OH
OOC
O C
O
In der gezeigten Reaktionsgleichung kann man leider die koordinative Bindung
der Calcium-Kationen nicht zufrieden stellend zeigen, weshalb es zur
Erklärung günstig ist das so genannte „Eierkarton-Modell“ hinzu zu ziehen.
Hierzu benötigt man einen Eierkarton, dessen Deckel man entfernt, und
mehrere Wattekugeln, die man nach Belieben farbig anmalen und beschriften
kann. Das Unterteil des Eierkarton stellt man umgekehrt auf die Tischplatte
und setzt die präparierten Kugeln in die entstandenen Hohlräume. Man stellt
sich nun die zwei (für die Eier vorgesehenen) Reihen als PolyguluronatSequenzen vor, die sich durch Chelatisierung der Calcium-Kationen (Wattekugeln) zusammengelagert haben.
Abbildung 8: Eierkarton- Modell
15
In der folgenden Abbildung stehen die fadenförmigen Moleküle für Alginat,
wobei die Zick-Zack-Linien die Polyguluronat-Sequenzen und die roten Punkte
die Calcium-Kationen darstellen. Schematisch darf man sich die beschriebene
Gelbildung also wie folgt vorstellen:
Ca2+Ionen
Natriumalginat-Sol
Calciumalginat-Gel
Abbildung 9: Gelbildung schematisch
Gewinnung
Alginat
kommt
in
den
Zellwänden
der
Braunalgen vor und kann aus diesen in
Reinform gewonnen werden. Besonders gut
eignen sich hierfür die Braunalgen der
Ordnungen Laminariales und Fucales. Zum
größeren
Teil erfolgt
automatisch
von
deren
speziell
Ernte
voll-
ausgestatteten
Schiffen aus, teilweise werden die Algen aber
Abb. 10: Fucus Vesiculosus
auch noch von Hand von Booten aus geerntet, oder nach großen Stürmen am
Spülsaum des Meeres gesammelt.
Die geernteten Braunalgen werden meist zunächst getrocknet, wobei die Trockenmasse 15-40 % Alginat enthält.[11] Diese aufbereiteten Algen werden nun mit
verdünnter Salzsäure behandelt, wobei die Alginat-Polyanionen protoniert bzw. die
Gegenionen durch Protonen ausgetauscht werden. Hierbei verbleibt Alginsäure im
festen Rückstand.
16
OOC
OH
OH
OOC
O
O
O
O
OH
OH
OH
O
OH
+ n H3O+(aq)
O
O
OOC
OH
O
O
OOC
OH
Alginat- Sol
OH
HOOC
OH
HOOC
O
O
O
O
OH
OH
O
OH
O
O
+ n H2O
O
HOOC
OH
O
OH
HOOC
OH
Alginsäure- Gel
Dieser Rückstand wird nun mit verdünnter Natriumcarbonat-Lösung behandelt, wobei
es zu einer Deprotonierung der Carboxylgruppen kommt und man wasserlösliches
Natriumalginat erhält.
OH
HOOC
OH
HOOC
O
O
O
OH
O
O
OH
O
O
+ n HCO3-(aq)
O
HOOC
OH
O
OH
OH
HOOC
OH
Alginsäure- Gel
OH
OOC
OH
OOC
O
O
O
OH
O
OH
O
O
OH
O
OH
OH
O
+ n CO2 (g) + n H2O
O
OOC
OOC
OH
Natriumalginat- Sol
Das erhaltene Natriumalginat wird im nächsten Schritt mit konzentrierter Calciumchlorid-Lösung ausgefällt. Es kommt zu einer Gelbildung, die unter dem Punkt
„Eigenschaften“ noch näher erläutert wird.
17
OH
OOC
OH
OOC
O
O
O
O
OH
+ n Ca2+(aq)
OH
O
O
O
OOC
OH
O
OH
OH
O
OOC
OH
Natriumalginat- Sol
OH
OOC
OOC
O
OH
O
O
O
O
O
H Ca2+
OH
O
OH
O
O
OOC
OH
O
O
H Ca2+
OOC
OH
Calciumalginat- Gel
Der feste Rückstand Calciumalginat wird nun abschließend mit verdünnter
ethanolischer Salzsäure gewaschen, wobei man durch Kationenaustausch als Endprodukt wasserhaltige Alginsäure erhält.
OH
OOC
OOC
O
OH
O
O
O
H Ca2+
O
O
OH
O
O
O
H Ca2+
OH
+ 2n H3O+(aq)
O
O
OOC
OH
OOC
OH
Calciumalginat- Gel
OH
HOOC
OH
HOOC
O
O
O
OH
O
OH
OH
O
OH
O
O
OH
O
O
HOOC
OH
Alginsäure- Gel
18
HOOC
+ 2n H2O
+ n Ca2+(aq)
Anwendungsgebiete
Die Anwendungsmöglichkeiten für Alginat sind weit gefächert, wobei seine Sol- und
Gelbildungseigenschaften,
die
Fähigkeit
Emulsionen
und
Suspensionen
zu
stabilisieren, sowie seine Kationenaustauscher- und Filmbildungs-Eigenschaften
ausgenutzt werden. Die Lebensmittelindustrie macht am meisten Gebrauch von
Alginat und dessen genaue Anwendungen sollen im folgenden Punkt erläutert
werden. In der Papierindustrie kommt Alginat als Beschichtung von Papier oder
Karton zum Einsatz und im Textildruck werden seine Verdickungs- und
Stabilisierungs-Eigenschaften genutzt. Die Farbmittelindustrie braucht Alginat zur
Stabilisierung von Farbpigmenten und in der Wasseraufbereitung kann es als
Kationenaustauscher eingesetzt werden, um das Wasser von Schwermetallkationen
zu befreien. Auch in der Kosmetikindustrie kommt Alginat zur Anwendung und zwar
in Cremes, Lotionen und Gelen. Pharmazie, Medizin und Biotechnologie profitieren
ebenfalls von den Eigenschaften des Alginats, was in den folgenden Punkten
eingehender vorgestellt werden soll, nicht zuletzt, weil es hierzu sehr eindrucksvolle
und einfach durchzuführende Schulversuche gibt.
Verwendung in der Lebensmittelindustrie
In der Lebensmittelindustrie werden Alginate aus technologischen Gründen
eingesetzt, um die Stabilität und Konsistenz von Lebensmitten zu beeinflussen. Sie
haben für den Menschen keinen Nährwert, da es sich bei Alginaten um für uns
unverdauliche Polysaccharide handelt. Da sie den Nahrungsmitteln nicht aufgrund
eines Nährwertes zugegeben werden, sind Alginate kennzeichnungspflichtig.
Alginsäure und ihre essbaren Salze haben die folgenden E-Nummern zugeteilt
bekommen: E 400 steht für Alginsäure, E 401 für Natriumalginat, E 402 für Kaliumalginat, E 403 für Ammoniumalginat und E 404 für Calciumalginat. Sie alle sind vom
JECFA (Joint Expert Commitee on Food Additives) als nicht toxisch und
physiologisch unbedenklich eingestuft worden, weshalb sie einen unbegrenzten ADIWert haben (ADI = acceptable daily intake). Die Lebensmittelindustrie nutzt die
Verdickungs- und Stabilisierungseigenschaften der Alginate zum Beispiel für
Mayonnaise, Speiseeis, Milchmixgetränke und Salatsoßen. Den hierzu passenden
Versuch findet man unter 2.3.1. Die Gelbildung des Alginats in Anwesenheit von
Calcium-Kationen macht sich die Lebensmittelindustrie beispielsweise bei Creme19
desserts und restrukturierten Lebensmitteln zu nutze, deren Einsatz immer vielfältiger wird. In Demo 2 wird die Herstellung von restrukturierten Paprika
beschrieben, die als Füllung von grünen Oliven in den Handel kommen. Lebensmittel
zu rekonstruieren bedeutet, ihnen ausgehend von Konzentraten oder Pürees, die aus
„Abfällen“ hergestellt werden können, mit Hilfe von Calciumalginat eine neue Form
zu geben. So muss man beispielsweise die Paprikastreifen für die Olivenfüllung nicht
von Hand zuschneiden, sondern kann das Verfahren automatisieren und dadurch
und durch die Verwendung von Paprika-„Resten“ für das Püree einiges an Geld
einsparen.
Es gibt noch ein sechstes zugelassenes Alginat, diesmal das organisches Derivat
Propylenglykolalginat mit der Nummer E 405, bei dem der ADI allerdings bei maximal
70 mg am Tag liegt, da es im Darm zu dessen Spaltung kommt und vom Körper 1,2Propandiol aufgenommen wird. Der Vorteil von Propylenglykolalginat ist der, dass es
in Lebensmitteln mit niedrigem pH-Wert und hoher Calciumionen-Konzentration
eingesetzt werden kann, da es eine gute Säuretoleranz und verminderte Gelbildungseigenschaften aufweist. Die anderen Alginate reagieren im sauren Bereich
zu Alginsäure und mit einer erhöhten Konzentration an Calcium-Kationen kommt es
schnell zur Bildung von Calciumalginat-Gel.
Demo 2 „Restrukturierte Paprika“ [9]
Chemikalien:
Guarkernmehl
Natriumalginat
Paprikasaft
CaCl2- Lösung (w = 0,1)
Gefahrensymbol: Xi, R 36; S 22-24
Geräte:
Messer, Mixer, Haushaltssieb, 50-mL-Becherglas, 2 250-mL-Bechergläser,
Mörser mit Pistill,
Magnetrührer mit Heizplatte,
Rührfisch,
Glasstab,
Kristallisierschale (Durchmesser = 14 cm), Blumenspritze
Durchführung:
Zur Herstellung des Paprikasaftes werden zunächst 3 große, rote Paprika
gewaschen, entkernt und in kleine Stücke geschnitten, die man im Mixer
20
püriert. Das Püree gibt man über ein Haushaltssieb und füllt den Saft in eine
PET- Flasche ab.
Nun erhitzt man auf dem Magnetrührer in einem 250-mL-Becherglas 80 mL
entionisiertes Wasser auf 70°C. In der Zwischenzeit wiegt man in ein 50-mLBecherglas 1,9 g Natriumalginat und 0,95 g Guarkernmehl ein und verreibt die
Mischung gründlich im Mörser. Hat das Wasser die gewünschte Temperatur
erreicht, so stellt man die Rührgeschwindigkeit des Magnetrührers so hoch
ein, dass sich ein Vortex bildet, auf dessen Wand man nach und nach das
Pulvergemisch mittels eines Haushaltssiebes aufbringt. Das hergestellte
Polysaccharid-Sol lässt man nun auf Zimmertemperatur abkühlen und mischt
anschließend 60 mL davon mit 15 mL Paprikasaft und achtet auf gutes
Verrühren. Das so erhaltene rot-gefärbte Sol gießt man nun in eine
Kristallisierschale ein und lässt es sich gleichmäßig verteilen.
In ein weiteres 250-mL-Becherglas wiegt man 20 g Calciumchlorid ein und löst
dieses in 200 mL entionisiertem Wasser. Hier hinein taucht man jetzt den
Schlauch der Blumenspritze und benetzt die Paprikamasse in der Kristallisierschale mit Calciumchlorid-Lösung. So bringt man ungefähr 50 mL Lösung auf
und gießt die restliche anschließend vorsichtig in die Schale. Nach ungefähr
einer Stunde ist die Paprikamasse durchgehärtet und kann in Streifen
geschnitten und beliebig verarbeitet werden. (Damit die rekonstruierte
Paprikamasse weniger spröde ist, muss sie noch mindestens über Nacht in
ein Reifebad aus Kochsalz, Calciumchlorid und Milchsäure eingelegt werden.)
Beobachtung:
Beim Besprühen der Paprikamasse kann man beobachten, wie sich diese
schon nach kurzer Zeit zusammenzieht. Untersucht man den erhaltenen
„Pfannkuchen“ nach einer halben Stunde, so stellt man fest, dass er im
Inneren noch Flüssigkeit enthält.
Auswertung:
Durch die Reaktion von Natriumalginat mit Calcium-Kationen kam es, wie
oben bereits ausführlich beschrieben, zu einer Gelbildung. Analog zu diesem
Beispiel können auch Obst, Fleisch- oder Kaviar-Imitationen und vieles mehr
rekonstruiert werden.
21
Verwendung in der Pharmazie
Die Pharmazie verwendet Alginat hauptsächlich aufgrund seiner Sol- und
Gelbildungseigenschaften. Es kommt beispielsweise in Retard-Tabletten vor und
wird zur Herstellung eines Medikaments gegen Sodbrennen eingesetzt.
Retard-Tabletten enthalten einen Wirkstoff, der nach und nach an den Körper
abgegeben werden soll. Das in den Tabletten enthaltene Alginat bildet in Kontakt mit
Speichel zunächst eine Hydrokolloid-Matrix, in der sich der Wirkstoff zu lösen
beginnt. Im sauren Magenmilieu kommt es dann zur Bildung von Alginsäure-Gel,
welches schwerlöslich ist und eine Wirkstoffabgabe hindert. Im Darm, bei höherem
pH-Wert, kommt es zum teilweisen Übergang von Gel zu Sol durch Ionenaustausch
und der Wirkstoff wird langsam und zeitverzögert freigesetzt.
Das Medikament gegen Sodbrennen ist einfach herzustellen, hat eine simple
Wirkung und hilft sehr effektiv gegen das Aufsteigen von saurem Magensaft in die
Speiseröhre, der dort Entzündungen, Geschwüre und Blutungen hervorrufen kann. In
Versuch 3 wird ein solches Medikament hergestellt und anschließend in einen
Enghalserlenmeyer gegossen, der den Magen darstellen soll und 0,1 molare Salzsäure enthält. Es bildet sich nach kurzer Zeit eine mechanische Barriere aus
Alginsäure-Gel, das den „Mageneingang“ blockiert und so vor Reflux schützt. Die
Wirkung tritt schnell ein und hält lange an, nachts ist das Medikament jedoch bei
horizontaler Lage ineffektiv und es muss generell nach dem Essen eingenommen
werden, da das Alginsäure-Gel sonst in den Speisebrei untergemischt wird und keine
Verschlussfunktion mehr hat.
Versuch 3 „Alginatmedikament gegen Sodbrennen“ [5]
Chemikalien:
Natriumalginat- Lösung (ρ* = 20g/L)
Kaliumcarbonat
Gefahrensymbol: Xi; R 36/37/38; S 22-26
Calciumcarbonat
Salzsäure (c = 0,1 mol/L)
Lebensmittelfarbe blau (Dr. Oetker)
22
Geräte:
300-mL-Enghalserlenmeyer,
100-mL-Becherglas,
50-mL-Messzylinder,
Glasstab
Durchführung:
In das 100-mL-Becherglas werden 0,6 g Kaliumcarbonat und 0,6 g Calciumcarbonat eingewogen. In einem Messzylinder misst man 30 mL Natriumalginat-Lösung ab und vermischt diese gründlich mittels Glasstab mit den
abgewogenen Mengen an Kalium- und Calciumcarbonat. Nun fügt man noch
eine kleine Menge an blauer Lebensmittelfarbe hinzu, die nur zum Anfärben
dient und weiter keine Funktion hat. Den 300-mL-Enghalserlenmeyerkolben
füllt man mit 300 mL 0,1 molarer Salzsäure und gießt dann die zuvor fertig
gestellte blaue Alginat-Lösung in anhaltendem dünnem Strahl in die vorgelegte Salzsäure.
Beobachtung:
Die eingegossene blaue Alginat-Lösung sammelt sich zunächst am Boden des
Erlenmeyerkolbens als lockeres Fadenknäuel aus Gel-Schaum, beginnt
jedoch bald unter Gasentwicklung Auftrieb zu erlangen und schwimmt zum
Hals des Kolbens auf, wo sie dann über lange Zeit verbleibt.
Auswertung:
Beim Eingießen der Alginat-Lösung in die 0,1 molare Salzsäure kommt es zur
Protonierung der Carboxylat-Gruppen, wie in folgender Reaktionsgleichung
gezeigt wird. Als Beispiel wurde hier eine Poly-β-D-Mannuronat-Sequenz
gewählt, durch deren Protonierung wir Poly-β-D-Mannuronsäure erhalten.
Spricht man allgemein von Alginat, so wird die zugehörige Säure als Alginsäure bezeichnet.
23
OOC
O
OH O
HO
O
HO
+ 2n H3O+(aq)
O
OH O
n
OOC
Poly-β-D-Mannuronat
HOOC
OH O
O
HO
O
HO
+ 2n H2O
O
OH O
n
HOOC
Poly-β-D-Mannuronsäure
Die Alginsäure-Moleküle, die sich im Gegensatz zu den Alginat-Molekülen mit
Polyanionen-Charakter nicht abstoßen, können sich nun über WasserstoffBrückenbindungen zusammenlagern und ein Gel bilden.
HOOC
HO
O
OH O
OH O
O
HO
HO
O
O
OH
HOOC
O
HOOC
HOOC
OH O
O
HOOC
HO
O
HO
OH O
O
O
HO
OH O
HOOC
HOOC
HO
O
OH
O
OH O
O
HO
HO
O
O
OH
HOOC
O
HOOC
Abbildung 11: Wasserstoffbrückenbindungen im Alginsäure- Gel
Hier ist die Gelbildung zwischen Homopolymer-Sequenzen gezeigt. Da sich
MM- und GG- sowie GM- und MG-Blöcke in einem Polysaccharid-Molekül
allerdings abwechseln, kommt es zur Bildung von Hohlräumen im Gelnetzwerk, in die Wassermoleküle eingelagert werden.
24
Der Alginat-Lösung wurden Kalium- und Calciumcarbonat untergemischt,
welche für den Auftrieb des in der Salzsäure gebildeten Alginsäure-Gels
verantwortlich sind. Im sauren Milieu laufen folgende Reaktionen ab:
HCO3-(aq) + H3O+(aq)
CO32-(aq) + 2 H3O+(aq)
CO2 (g) ↑ + 2 H2O
CO2 (g) ↑ + 3 H2O
Sowohl die Hydrogencarbonat- als auch die Carbonat-Anionen reagieren im
Sauren zu Kohlendioxid und Wasser, wobei die Gasblasen des Kohlendioxids
im Alginsäure-Gel eingeschlossen werden und ihm auf diese Weise Auftrieb
verleihen.
Verwendung in der Medizin
Die Medizin macht sich sowohl die Sol- und Gelbildungseigenschaften des Alginats
als auch seine Fähigkeit zum Kationenaustausch zu nutze. So finden Alginate zum
Beispiel in Wundauflagen und Dentalabdruckmassen sowie bei der Behandlung
gegen radioaktives Strontium Anwendung. Auch eine Diabetes-Therapie wird
angestrebt, bei der Alginat eine wichtige Rolle spielt, doch darauf wird unter Punkt
2.4.4 näher eingegangen.
Wird beispielsweise bei einem Kernreaktor-Unfall radioaktives
90Sr
freigesetzt und
von Menschen aufgenommen, so kann man ihnen Alginat verabreichen, das als
Ionenaustauscher fungiert, da es eine größere Affinität zu Strontium- als zu Natriumoder Calcium-Kationen aufweist. So kann verhindert werden, dass allzu viel
90Sr
anstelle von Calcium in Knochen und Zähne eingelagert wird. Alginat ist in einem
gewissen Maße sogar dazu in der Lage ist, bereits eingelagertes Strontium wieder
aus dem Körper auszutragen.
Eine weitere mögliche Anwendung für Alginate ist ihr Einsatz in Dentalabdruckmassen. Dentalabdruckmassen auf Alginat-Basis sind bereits seit 1942 auf dem
Markt und lassen sich sehr einfach handhaben. Das Pulver muss nur mit Wasser
angerührt werden und härtet nach 2 min aus, was für den Patienten eine kurze
Wartezeit bedeutet, dem Arzt aber genug Zeit lässt, den Abdruck zu machen. In
Versuch 4 sind die Durchführung und die dabei ablaufenden Reaktionen genau
beschrieben.
25
Die letzte Anwendungsmöglichkeit von Alginat im medizinischen Sektor, die hier
vorgestellt werden soll, ist die Verarbeitung von Calciumalginat zu Wundauflagen.
Aus Calciumalginat kann man, wie in Demo 3 gezeigt wird, Fäden herstellen, die, zu
einem Flies verwoben, bei der Behandlung von nässenden und blutenden Wunden
ihren Einsatz finden. Die Fasern können Wundflüssigkeit aufnehmen und quellen.
Durch den teilweisen Austausch der Calcium- gegen zum Beispiel im Blut
vorhandene Natrium-Kationen kommt es zu einem Sol-Gel-Übergang, der ein ideales
Milieu für die Wundheilung bietet. Durch dieses Sol-Gel-Gemisch riskiert man kein
Verkleben mit der Wunde und die Wundauflage kann daher durch Spülen mit
Kochsalzlösung sehr leicht wieder entfernt werden.
Versuch 4 „Dentalabdruck“ [5]
Chemikalien:
Dental- Abdruckpulver auf Alginat- Basis (z. B. Firma Müller Omicron)
entionisiertes Wasser
Geräte:
Messbecher für Dental- Abdruckpulver und Wasser (ist im Set der Firma
Müller Omicron enthalten), Porzellanschale, Löffelspatel, Kieferabdruck/
Vampirgebiss oder Ü-Ei Figur
Durchführung:
In eine Porzellanschale gibt man 2 Messbecher Dental-Abdruckpulver und 2
Messbecher Wasser. Dies verrührt man sehr gründlich mit Hilfe eines
Löffelspatels bis eine homogene Masse entstanden ist. Bei Kontakt von Pulver
und Wasser färbt sich das Gemisch aufgrund eines zugegebenen Indikators
pink-violett. Nun soll man so lange rühren, bis sich die Masse entfärbt. Wenn
sie beginnt, hellblau zu werden, muss man den Kieferabdruck hineindrücken
und noch etwa 20 Sekunden, bis die Abdruckmasse ausgehärtet ist. Jetzt
spült man etwas Wasser über die nun hellblau gefärbte Masse und entfernt
den Kieferabdruck.
26
Beobachtung:
In der pink-violetten Phase ist die Abdruckmasse noch gut rührbar, wird aber
in der weißen Phase bereits deutlich zäher und härtet in der hellblauen Phase
aus. Die Zeit vom Anrühren bis zum Aushärten beträgt etwa 2 Minuten.
Auswertung:
Die Dentalabdruckmasse auf Alginat-Basis enthält folgende Inhaltsstoffe:
Natriumalginat, CaSO4 . 2 H2O, Na4P2O7, ZnO und Kieselgur. Letzteres wird
als Füllstoff zugegeben. Wie bereits erklärt, kommt es bei der Reaktion von
Natriumalginat mit Calcium-Kationen zu einer Gelbildung. Damit dies
allerdings nicht auf einmal, sondern etwas verzögert abläuft, um dem Zahnarzt
Zeit zum Anrühren und Auftragen auf den Abdrucklöffel zu geben, liegen die
Calcium-Ionen im schwerlöslichen CaSO4 . 2 H2O gebunden vor. Außerdem ist
der Retarder Natriumdiphosphat zugesetzt, der mit den freiwerdenden
Calcium-Kationen als Calciumdisphosphat ausfällt.
2 Ca2+(aq) + P2O74-(aq)
Ca2P2O7 (s)
Damit die Diphosphat-Anionen auch quantitativ als Calciumdiphosphat ausfallen können und es nicht zur Bildung von Hydrogendiphosphat kommt, wird
der pH-Modifikator Zinkoxid zugesetzt, der in Wasser alkalisch reagiert.
nicht erwünscht:
P2O74-(aq) + H2O
pH- Modifikator:
O2-(aq) + H2O
HP2O73-(aq) + OH-(aq)
2 OH-(aq)
Durch Anheben des pH-Werts wird das Gleichgewicht der unerwünschten
Reaktion auf die Seite der Edukte verschoben, so dass sie kaum noch abläuft.
Da dem System durch Ausfallen von Calciumdiphosphat Calcium-Ionen
entzogen werden, müssen nach dem Prinzip von Le Chatelier weitere
Kationen aus dem schwerlöslichen CaSO4 . 2 H2O in Lösung gehen. Dadurch
kommt es nach knapp 2 Minuten zur kontrollierten Bildung des CalciumalginatGels und der Aushärtung der Dentalabdruckmasse.
2 (GG)n2n -(aq) + 4n Na+(aq) + Ca2+(aq)
[Ca(GG)2]n2n -(s) + 4 n Na+(aq)
27
Demo 3 „Wundauflagen aus Calciumalginat-Fasern“[5]
Chemikalien:
Natriumalginat- Lösung (ρ* = 20g/L)
Calciumchlorid (c = 1 mol/L)
Gefahrensymbol: Xi, R 36; S 22-24
entionisiertes Wasser
Geräte:
Reaktionsrohr (d = 2 cm, l = 25 cm), Stativmaterial, Gummistopfen NS 14,5,
Kanülen, 10-mL-Einwegspritze, Pinzette, Messer
Durchführung:
Man halbiert zunächst einen Gummistopfen mit dem Messer und verschließt
damit das eine Ende des Reaktionsrohres. Nun befestigt man dieses
senkrecht an einem Stativ und befüllt es mit 50 mL Calciumchlorid-Lösung. In
die 10-mL-Einwegspritze zieht man etwa 2 mL Natriumalginat-Sol auf, wobei
es wichtig ist, am Ende auch noch etwas Luft mit ein zu ziehen. Die Kanüle
treibt man in den Stopfen, doch nur bis kurz vor dem Durchstechen der
Oberseite. Nun steckt man die Spritze auf die Kanüle und übt auf Spritze und
Kanüle leichten Druck aus, so dass die Spitze der Kanüle bis in das
Reaktionsrohr vorstößt. Man beginnt sofort die Natriumalginat-Lösung in die
Calciumchlorid-Lösung einzuspritzen und hört nicht auf, bevor die Spritze leer
ist. Beim Durchstechen der Oberseite des Stopfens ist es wichtig, dass sich an
der Spitze der Spritze und in der Kanüle Luft befindet, da sonst bei Kontakt
der Natriumalginat-Lösung mit den Calcium-Kationen eine sofortige Gelbildung einsetzen und die Kanüle verstopfen würde. Den hergestellten
Calciumalginat-Faden kann man mit Hilfe einer Pinzette aus dem Reaktionsrohr entfernen und anschließend trocknen.
Beobachtung:
Im Reaktionsrohr schwimmt der entstandene Gelfaden nach oben und ist noch
dick und wasserhaltig, wenn man ihn herausnimmt. Trocknet man ihn einige
Zeit, so wird er wesentlich dünner und fester und erinnert an einen üblichen
Faden.
28
Auswertung:
Es kam hier zur bekannten Gelbildung von Natriumalginat mit CalciumKationen. Industriell erfolgt die Herstellung der Calciumalginat-Fäden durch
Einbringen von Natriumalginat-Lösung durch feine Düsen in ein Calciumchlorid-Bad. Die so hergestellten Fasern werden anschließend zu einem Flies
verwoben und können zur Wundbehandlung eingesetzt werden.
Verwendung in der Biotechnologie
In der Biotechnologie werden Alginate aufgrund ihrer Fähigkeit zur Gelbildung
eingesetzt und zur Immobilisierung von Biokatalysatoren, also Enzymen, verwendet.
Diese Immobilisierung kann man wie folgt definieren:
–
Biokatalysatoren werden „[...] unter Erhalt ihrer Aktivität [...] mit chemischen und/oder
physikalischen Methoden [...] in einem definierten Raumbereich so festgehalten [...],
daß Mehrfachverwendung bzw. Dauereinsatz möglich wird [...]. (Gomoll/Berger 1994,
S. 449)“ [11]
In diesem Fall liegt eine physikalische Rückhaltemethode vor, und zwar der
Einschluss in eine Calciumalginat-Gelmatrix, der die Enzyme allerdings nicht in ihrer
Aktivität einschränkt. Die Maschen des Gelnetzwerks sind eng genug, um die Auswaschung der Biokatalysatoren zu verhindern, weshalb diese Immobilisate mehrfach
angewendet werden können. Gleichzeitig sind die Maschen aber weit genug für die
Diffusion von Substrat und Reaktionsprodukten, wodurch das ungestörte Weiterleben
und -arbeiten der Enzyme gesichert ist.
Eine Anwendungsmöglichkeit solcher Immobilisate ist die Flaschengärung von
Schaumweinen. Bislang wurde meist Hefe ungebunden in die Flaschen gegeben, die
sich als Trub am Boden absetzte. War die Gärung beendet, mussten die Flaschen
kopfüber gelagert werden, damit sich der Trub im Flaschenhals sammelte. Dieser
wurde dann eingefroren und anschließend zog man den Korken, so dass der Eispfropfen von dem in der Flasche gebildeten Gas herausgedrückt werden konnte.
Diesen sehr aufwendigen Vorgang nennt man „Degorgieren“. Es ist hierbei nicht
gesichert, dass nicht doch etwas Hefetrub in der Flasche verbleibt. Benutzt man für
die Flaschengärung allerdings immobilisierte Hefe, so ist das Entfernen nach
vollendeter Gärung denkbar einfach und ohne Probleme auch vollständig durch-
29
führbar. In Versuch 5 wird die Herstellung von Hefe-Immobilisat und dessen Einsatz
bei der Schaumwein-Produktion ausführlich beschrieben und erläutert.
Ein weiterer sehr spannender Verwendungszweck von Immobilisaten ist die
Behandlung der Krankheit Diabetes Mellitus I. In Australien wird seit 2007 eine
Pilotstudie durchgeführt, bei der die Patienten in Calciumalginat immobilisierte
Inselzellen injiziert bekommen, die Insulin produzieren. Mit dieser Therapie wird
angestrebt, die erwähnten Inselzellen über einen längeren Zeitraum im Körper des
Kranken arbeiten zu lassen, um so von der täglichen Insulin-Injektion weg zu
kommen. Würden diese Zellen ungeschützt gespritzt, so würden sie innerhalb
kürzester Zeit von körpereigenen Immunzellen angegriffen und vernichtet. Um dies
zu vermeiden, müssten Medikamente verabreicht werden, die die Aktivität des
Immunsystems stark reduzieren, was die Patienten umso anfälliger für andere
Krankheiten machen würde. Die wesentlich elegantere Lösung ist es daher, die
Inselzellen in Calciumalginat-Gel zu immobilisieren. In der Gelmatrix können die
Zellen überleben, da die Maschen für die Diffusion von Nährstoffen und Insulin groß
genug sind, zu klein allerdings für die körpereigenen Immunzellen, die am Eindringen
gehindert werden. Demzufolge ist eine solche Insulinbehandlung sehr schonend und
Erfolg versprechend.
Versuch 5 „Schaumweinherstellung“ [6]
Chemikalien:
Natriumalginat- Lösung (ρ* = 20g/L)
Trockenhefe
CaCl2- Lösung (c = 0,2 mol/L)
Gefahrensymbol: Xi, R 36; S 22-24
entionisiertes Wasser
Saccharose
Weißwein
Calciumhydroxid
Gefahrensymbol: Xi, R 41; S 24-26-39
Geräte:
1.Versuchsteil: Magnetrührer, Rührfisch, Stativmaterial, 600-mL-Becherglas,
Klistierspritze mit Aufsatz, 2x50-mL-Becherglas, 5-mL-Einwegspritze, 10-mLEinwegspritze, Glasstab, Haushaltssieb, Waage
30
2.Versuchsteil:
Reagenzglas,
durchbohrter
Gummistopfen
(NS
14,5),
Gärröhrchen, 50-ml-Becherglas, 100-mL-Becherglas, 300-mL-Weithals-Erlenmeyerkolben, Haushaltssieb, Pulvertrichter (NS 14,5), 25-mL-Messzylinder
Durchführung:
1.Versuchsteil: Die Klistierspritze (ohne Stempel) wird mit der Spitze nach
unten am Stativ befestigt und der Aufsatz wird aufgesetzt. Unter die Spritze
stellt man den Magnetrührer mit einem 600-mL-Becherglas mit Rührfisch, das
mit 200 mL 0,2 molare Calciumchlorid-Lösung gefüllt ist. In ein 50-mLBecherglas wiegt man 1 g Trockenhefe ein und versetzt diese mit Hilfe einer
5-mL-Spritze mit 3 mL entionisiertem Wasser. Die erhaltene Mischung wird
gründlich mit einem Glasstab verrührt bevor man mit Hilfe einer weiteren
Spritze 5 mL Natriumalginat- Lösung hinzufügt. Es wird wiederum gut verrührt
und die erhaltene Hefe-Alginat-Mischung in die Klistierspritze gefüllt. Sie tropft
in die gleichmäßig gerührte Calciumchlorid-Lösung ein und die entstandenen
Immobilisatkugeln verbleiben dann so lange in der Lösung, bis sie alle auf den
Boden des Becherglases abgesunken sind. Man kann sie nun mindestens
einen Tag lang in diesem Bad aufheben.
2.Versuchsteil: In einem 100-mL-Becherglas löst man 2,4 g Saccharose in 50
mL Weißwein und gibt davon 25 mL in ein Reagenzglas. Dieses stellt man
zum Anwärmen der Weißwein-Lösung nun einige Minuten in einen, mit
heißem Leitungswasser gefüllten, 300-mL-Weithalserlenmeyerkolben. In der
Zwischenzeit setzt man eine gesättigte Calciumhydroxid-Lösung an. Nun siebt
man die zuvor hergestellten Calciumalginat-Hefe-Immobilisatkugeln ab und
wäscht sie mit Wasser, bevor man sie mittels eines Pulvertrichters in die auf
ungefähr 37°C angewärmte Weißweinlösung einbringt. Das Gärröhrchen füllt
man zur Hälfte mit der gesättigten Calciumhydroxid-Lösung und setzt es mit
Hilfe des durchbohrten Stopfens auf das Reagenzglas auf.
Beobachtung:
1.Versuchsteil: Man erhält ziemlich gleichförmige, durchgehärtete Gelkugeln,
die Hefe enthalten und bräunlich gefärbt sind. Die Calciumchlorid-Lösung
bleibt klar.
2.Versuchsteil: Zunächst sinken die Immobilisatkugeln auf den Boden des
Reagenzglases ab. Nach kurzer Zeit kann man allerdings eine einsetzende
31
Gasentwicklung beobachten und die Immobilisatkugeln steigen nach oben.
Die Gasentwicklung verstärkt sich noch deutlich und im Gärröhrchen kann
man bald einen weißen Niederschlag erkennen.
Auswertung:
1.Versuchsteil: Sobald die Natriumalginat-Hefe-Tropfen in die CalciumchloridLösung eintauchen, setzt die Bildung von Calciumalginat-Gel ein. Die Hefepartikel werden sofort in das dreidimensionale Gelnetzwerk eingelagert,
weshalb die Calciumchlorid-Lösung nicht durch Hefe-Trub verunreinigt wird. In
Abbildung 12 ist dieser Vorgang schematisch dargestellt, wobei die roten
Punkte für Calcium-Kationen und die blauen „H“ für Hefepartikel stehen.
Alginat - Lösung
Calciumalginat - Gel
Abbildung 12: Schematische Hefe- Immobilisierung
Bei diesem Vorgang handelt es sich um die Immobilisierung eines Biokatalysators, welche bereits weiter oben erklärt wurde. Wie man in Abbildung
11 erkennen kann, sind die Hefezellen in das Gelnetzwerk eingeschlossen,
ihnen bleibt aber in den Maschen der Matrix genug Platz, um ihre Tätigkeit
fortzusetzen.
32
2.Versuchsteil:
Man konnte beobachten, dass die Immobilisatkugeln nach kurzer Zeit Auftrieb
erlangten und eine Gasentwicklung einsetzte, was auf eine deutliche Aktivität
der Hefezellen hinwies, die bei 37°C die Saccharose-Weißwein-Lösung zu
Ethanol und Kohlendioxid umsetzen. Das Kohlendioxid konnte durch die
Trübung der Calciumhydroxid-Lösung nachgewiesen werden.
CaCO3 (s) ↓ + H2O
Ca2+(aq) + 2 OH-(aq) + CO2 (g)
Zu Beginn des Gärungsprozesses wird in der Hefezelle durch das Enzym
Invertase Saccharose in α-D-Glucopyranose, β-D-Glucopyranose, β-D-Fructofuranose, und β-D-Fructopyranose gespalten.
HOH2C
O
HO
[Invertase]
OH
HO
+ H2O
OH
OH
O
Saccharose
HOH2C
O
CH2OH
HOH2C
O
HO
CH2OH
+
O
HO
HO
+
OH
HO
OH
OH
OH
α-D-Glucopyranose (18%)
β-D-Glucopyranose (32%)
CH2OH
OH
OH O
+
O
HO
OH
OH
OH
OH
CH2OH
β-D-Fructofuranose (16%)
α-D-Glucopyranose
und
CH2OH
β-D-Fructopyranose (34%)
β-D-Glucopyranose
reagieren
in
den
darauf
folgenden Schritten zunächst durch Glykolyse zu Pyruvat, welches von dem
Enzym Pyruvat-Decarboxylase zu Acetaldehyd umgesetzt wird. Dieses
reagiert wiederum mit Alkohol-Dehydrogenase zum Endprodukt Ethanol.
33
HOH2C
HO
O
Glykolyse
O
Pyruvat
2
HO
O
OH
OH
PyruvatDecarboxylase
α-D-Glucose
NAD
H
2
H
NADH + H
OH
CH3
O
H
CH3
H
CO2
O
2
AlkoholDehydrogenase
CH3
Die Gesamtgleichung des Gärungsprozesses lautet:
C6H12O6 (aq)
2 C2H5OH(aq) + 2 CO2 (g)
34
3. CARRAGEENAN
Charakteristika von Carrageenan
Carrageenan ist genau wie Alginat ein PolysaccharidDerivat, das einige Ähnlichkeiten zu diesem aufweist.
Carrageenan wurde in Irland schon vor über 600 Jahren
aus
der
Rotalge
Chondrus
Crispus
(Irish
Moss)
gewonnen und zunächst zu Heilzwecken und für Lebensmittel verwendet.[11] Durch irische Auswanderer begann
auch in den USA die Carrageenan-Produktion, diese
wurde jedoch erst während des Zweiten Welt-krieges
Abb. 13: Chondrus Crispus
intensiviert, da in dieser Zeit die Versorgung mit Agar
aus Japan knapp wurde und man Ersatz brauchte. Das Interesse an Carrageenan
wuchs noch einmal an, als festgestellt wurde, dass man dieses Algenpolysaccharid
zu Stabilisierung von Milchgetränken verwenden konnte. Heute liegt die Welt-Jahresproduktion an Carrageenan bei 30.000 Tonnen.[11]
Carrageenan kommt in Rotalgen vor und ist strukturell ein alternierendes Copolymer
vom Typ (AB)n. Baustein A β-D-Galactose-Derivat und B ein Derivat der α-DGalactose. Diese sind abwechselnd β-1,4- und α-1,3- glycosidisch verknüpft.
Baustein A
Baustein B
H2
C
O
OH
O
R
CH2OH
HO
O
R
R = OH, OSO3
OH
HO
R
O
OSO3
R = OH, OSO3
OSO3
H2C
HO
HO
Abb. 14: β-D- und α-D-Galactose-Derivate
35
OH
Es gibt viele verschiedene Carrageenan-Typen, doch hauptsächlich ι-, κ- und λCarrageenan sind von kommerzieller Bedeutung.
Carrageenan ist ein Stabilisator und Gelbildner und kommt in der Hauptsache in der
Lebensmittelindustrie als Lebensmittelzusatzstoff E 407 zur Anwendung. Es wird für
jegliche Art von Milchprodukten eingesetzt sowie zum Beispiel für Soßen, Salatdressings, Tortenguss und Götterspeise. Carrageenan kann man auf einfache Art
und Weise in Lebensmitteln nachweisen, was in Versuch 6 anhand von
Carrageenan-haltigem Tortenguss gezeigt werden soll. Es kann auch gut dafür
eingesetzt werden, die sensorischen Eigenschaften von Diät-Produkten zu
verbessern. Außer der Lebensmittelindustrie bedienen sich auch die Kosmetik- und
Pharmaindustrie des Carrageenans für die Herstellung von Cremes, Salben,
Lotionen, Zahnpasta und Shampoo.
Versuch 6 „Nachweis von Carrageenan in Lebensmitteln“[10]
Chemikalien:
Tortenguss- Pulver (carrageenanhaltig, z. B. Dr. Oetker Klarer Tortenguss)
κ-Carrageenan-Lösung (ρ* = 2 g/L)
Methylenblau- Lösung (ρ* = 0,08 g/L)
Gefahrensymbol: Xn, R 22
entionisiertes Wasser
Geräte:
3 Demo- Reagenzgläser, Demo- Reagenzglasständer, 100-mL-Erlenmeyerkolben, Magnetrührer mit Heizplatte, Rührfisch, Spatel, Waage
Durchführung:
Zunächst erwärmt man für die benötigte κ-Carrageenan-Lösung 100 mL
entionisiertes Wasser mittels Magnetrührer auf 80°C und stellt dann die
Rührgeschwindigkeit so hoch ein, dass sich ein Vortex bildet. Auf diesen siebt
man mit Hilfe eines Haushaltssiebes 0,2 g κ-Carrageenan, rührt weiter, bis
keine Klumpen mehr zu sehen sind und lässt die Lösung auf Zimmertemperatur abkühlen. Danach suspendiert man 0,5 g Tortenguss-Pulver in
einem 100-mL-Erlenmeyerkolben in 50 mL entionisiertem Wasser (wenn man
möchte, kann man den Tortenguss auch kochen, dies ist für das Versuchsergebnis allerdings nicht relevant). Nun stellt man die 3 Reagenzgläser in den
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Ständer und füllt das erste zu zwei Drittel mit entionisiertem Wasser. In das
zweite gibt man das gleiche Volumen an κ-Carrageenan-Lösung und in das
dritte die Tortenguss-Suspension. Nun gibt man in alle drei Reagenzgläser
einige wenige Tropfen Methylenblau-Lösung und beachtet die Farben der
Lösungen.
Beobachtung:
Das entionisierte Wasser im ersten Reagenzglas färbt sich nach Zugabe von
Methylenblau-Lösung bläulich-türkis, die κ-Carrageenan-Lösung wird violett
und auch die Tortenguss-Suspension färbt sich violett, sobald man Methylenblau zutropft. Setzt man den Lösungen in Reagenzglas 2 und 3 mehr als nur
ein paar Tropfen Methylenblau zu, so fällt ein violetter Niederschlag aus.
Auswertung:
Durch die Verdünnung der Methylenblau-Lösung im ersten Reagenzglas
erscheint die Lösung bläulich-türkis, die violette Färbung im zweiten und
dritten Reagenzglas ist auf eine Komplexbildung zurückzuführen. Zwei
Methylenblau-Kationen bilden mit dem κ-Carrageenan-Anion einen blauvioletten Komplex, der in geringer Konzentration wasserlöslich ist, bei weiterer
Zugabe von Methylenblau aber als Niederschlag ausfällt.
(k-Carr)n2n-(aq) + 2n Farb+(aq)
[k-Carr(Farb)2]n (aq/s)
türkis
OSO3
CH2OH
(k-Carr)2- =
blauviolett
H2
C
O
O
O
O
O
O
OH
OH
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Farb+ =
CH3
CH3
H3C
N
S
N
CH3
CH3
CH3
H3C
N
S
N
N
CH3
N
CH3
CH3
H3C
N
S
N
CH3
CH3
CH3
H3C
N
S
N
N
CH3
N
4. SCHULRELEVANZ
Das Thema „Alginate“ findet sich als solches zwar nicht im hessischen Lehrplan G8
für das Fach Chemie, allerdings kann man Alginate sehr gewinnbringend in den
Unterricht der Klasse 11 und 12 einbringen. So zum Beispiel bei dem in der
Jahrgangsstufe 11 sowohl im Grund- als auch im Leistungskurs zu behandelnden
Themenbereich „Kohlenstoffchemie II: Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen“. Hier soll über Vorkommen, Eigenschaften und Strukturen von
Mono-, Di- und Polysacchariden gesprochen werden, wobei man Alginat ohne
Probleme anführen kann, da es sich bei diesem Algeninhaltsstoff um einen typischen
Polysaccharid-Vertreter handelt. Der Bereich „Korrelation Struktur und Eigenschaft“
stellt laut Lehrplan eine Leitlinie bei der Behandlung der Unterrichtsthemen dar, was
am Beispiel Alginat sehr gut zu realisieren ist. Zum einen kann man Alginat mit
Cellulose
vergleichen,
einem
Molekül,
das
die
Schüler
im
Zuge
dieser
Unterrichtseinheit sicherlich auch kennen lernen sollen. Hier fällt auf, dass die beiden
Moleküle sich im Aufbau zwar sehr ähnlich sind, Alginat jedoch im Gegensatz zu
Cellulose anionische Carboxylat-Gruppen enthält, wodurch sich die Eigenschaften
der beiden Polysaccharid-Moleküle in Bezug auf die Hydrophilie und die Fähigkeit
Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden deutlich unterscheiden. Zum anderen gibt
es die Möglichkeit, die verschiedenen Alginat- Typen untereinander zu vergleichen
und festzustellen, dass es nur den GG-Blöcken aufgrund ihrer räumlichen Struktur
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möglich ist, durch Chelatisierung von Calcium-Kationen und Zusammenlagerung,
Gele zu bilden. Im Leistungskursbereich können im Zusammenhang mit der
Kohlenstoffchemie außerdem
auch nachwachsende Rohstoffe
angesprochen
werden, wobei Algen zu den wichtigsten Vertretern gehören.
In der Jahrgangsstufe 12 gibt es das Wahlthema „Angewandte Chemie“ bei dem
Nahrungsmittel und ihre Zusatzstoffe behandelt werden sollen. An dieser Stelle kann
man die Anwendung von Alginat in der Lebensmittelindustrie als Beispiel anführen
und auf die Stabilisierung von Salatdressings oder die Rekonstruktion von
Lebensmitteln eingehen. Zur Angewandten Chemie zählen unter anderem auch
grenzflächenaktive Substanzen, zu denen Natriumalginat, wie bereits erläutert, nicht
in vollem Umfang zählt, dafür aber Propylenglykolalginat, sein organisches Derivat,
das ebenfalls als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen ist und somit auch einen
lebensweltlichen Bezug aufweist.
In der 12. Klasse wird das Thema „Antrieb und Steuerung chemischer Reaktionen“
behandelt, zu dem auch der Unterpunkt Katalysatoren und Enzymkinetik zählt. Da
außerdem generell auf großtechnische Verfahren Wert gelegt wird, wäre es an
dieser Stelle möglich auf die Ethanol-Produktion mit Hilfe von in Calciumalginat
immobilisierten Hefezellen einzugehen.
Anhand der hier aufgezeigten alltagsbezogenen Anwendungsbeispiele für Alginat in
Medizin und Pharmazie kann man mit den Schülern mehrere wichtige Themen wie
das Prinzip von Le Chatelier, das Massenwirkungsgesetz, die Säure-Base-Theorie
sowie den Kationenaustausch wiederholen und üben.
Die für Alginat aufgeführten Möglichkeiten zur Integration in den Schulunterricht
gelten im Prinzip ebenso für Carrageenan, wobei ich es vorziehen würde die
Struktur-Eigenschafts-Korrelation am Beispiel des Alginats zu erläutern, da dessen
Struktur einfacher ist und man leichter Beziehungen zu seinen Eigenschaften
ableiten kann. Carrageenan ist für das Thema „Nahrungsmittel“ sehr gut geeignet, da
viele Milchprodukte oder Desserts mit Hilfe dieses Polysaccharid-Derivats stabilisiert
werden und die Schüler dies selbst im Supermarkt entdecken können.
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5. QUELLENANGABEN
Literaturquellen
1. Gerstner, Ernst; Marburger, Anke: Alginate – Vielseitig verwendbare
Polysaccharid- Derivate aus Braunalgen. In: PdN-Ch 49 (2000), Nr.6, S.22-30
2. Gerstner, Ernst; Marburger, Anke: Carrageenane – Polysaccharid- Derivate
aus Rotalgen, die in aller Munde sind. In: PdN-Ch 49 (2000), Nr.6, S.31-38
3. Hobein, Bettina; Lutz, Bernd: Versuche zur Mikroverkapselung. In: PdN-Ch 36
(1987), Nr.2, S.20
4. Lutz, Bernd; Müller, Volker: Alginate - Schleimiges aus Braunalgen. In: PdNCh 40 (1991), Nr.2, S.26-30
5. Marburger, Anke: Alginate in der Medizin. In: PdN-Chis 51 (2002), Nr.5, S.2735
6. Marburger, Anke: Schaumwein- Herstellung. In: PdN-Chis 52 (2003), Nr.6,
S.29-31
7. Marburger, Anke: Lebensmittelzusatzstoff „Carrageenan“. In: Unterricht
Chemie 13 (2002), Nr.69, S.30-31
8. Marburger, Anke: Alginate in aller Munde – Lebensmittelzusatzstoffe aus
Braunalgen. In: RAAbits Chemie
9. Marburger, Anke: Food Design mit Alginaten. In: Schülerworkshop Universität
Marburg (2002), Experiment 1
10. Marburger, Anke: Nachweis von Carrageenan in Lebensmittelerzeugnissen
auf Wasserbasis. In: Skriptum zur Lehrerfortbildung, Nr.3, Experiment 2
11. Marburger, Anke: Alginate und Carrageenane – Eigenschaften, Gewinnung
und Anwendungen in Schule und Hochschule. Dissertation zur Erlangung des
Doktorgrades der Naturwissenschaften, Marburg (2003)
40
Internetquellen
12. http://idw-online.de/pages/de/news232054
(13.01.2008)
13. http://idw-online.de/pages/de/news135669
(13.01.2008)
14. http://www.freepatentsonline.com/EP0388588.html
(12.01.2008)
15. http://www.zeit.de/2001/45/200145_die_hexerkueche.xml
(16.12.2007)
16. http://www.swr.de/buffet/guten-appetit//id=257024/nid=257024/did=2140548/1iz4q15/index.html
(16.12.2007)
17. http://www.greenpeace-magazin.de/magazin/reportage.php?repid=437
(11.01.2008)
18. http://www.innovations-report.de/html/berichte/studien/bericht-55800.html
(11.01.2008)
19. http://wbbt002.biozentrum.uni-wuerzburg.de/Forschung/Theorie/algen.htm
(12.01.2008)
20. http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d26/26d.htm
(13.01.2008)
21. http://www.lohmannrauscher.at/enid/Wundversorgung/Feuchte_Wundversorgung_3h.html
(12.01.2008)
22. http://de.wikipedia.org/wiki/Meeresalgen
(11.01.2008)
23. http://de.wikipedia.org/wiki/Algins%C3%A4ure
(11.01.2008)
24. http://www.chids.de/dachs/expvortr/743Papier_Schroeder.pdf
(30.02.2008)
25. http://www.kultusministerium.hessen.de/irj/HKM_Internet?uid=3b43019a-8cc61811-f3ef-ef91921321b2 (Lehrplan Chemie)
(20.01.2008)
Bildquellen

Deckblatt 1. Bild: (Fucus Vesiculosus)
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Fucus_vesiculosus_Wales.jpg

(02.04.2008)
Deckblatt 2. Bild: (Chondrus Crispus)
http://www.armofthesea.info/images/flwrgallery/irishmoss_lg.jpg (13.01.2008)

Abbildung 1: http://de.wikipedia.org/wiki/Meeresalgen
(11.01.2008)

Abbildung 2: http://de.wikipedia.org/wiki/Meeresalgen
(11.01.2008)

Abbildung 3: http://de.wikipedia.org/wiki/Meeresalgen
(11.01.2008)

Abbildung 4: eigene Zeichnung

Abbildung 5: eigene Zeichnung
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
Abbildung 6: eigene Zeichnung (nach Vorbild von Anke Marburger (11))

Abbildung 7: eigene Zeichnung (nach Vorbild von:
http://www.gourmetrics.de/images/alginat1.gif)
(12.01.2008)

Abbildung 8: eigenes Foto (eigenes Modell)

Abbildung 9: eigene Zeichnung (nach Vorbild von Anke Marburger (11))

Abbildung 10: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Fucus_vesiculosus_Wales.jpg
(02.04.2008)

Abbildung 11: eigene Zeichnung

Abbildung 12: eigene Zeichnung (nach Vorbild von Anke Marburger (11))

Abbildung 13:
http://www.armofthesea.info/images/flwrgallery/irishmoss_lg.jpg
(13.01.2008)

Abbildung 14: eigene Zeichnung (nach Vorbild von Anke Marburger (11))
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