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Alginsäure

Vorkommen und Gewinnung

Algin kommt als Zellwandbestandteil in verschiedenen Braunalgen (Phaeophyceten) vor. Hauptrohstoffquellen sind Macrocystis pyrifera (Pazifikküsten; Kalifornien, Kanada, Australien, Neuseeland), Laminaria digitata (Nordatlantikküsten; Irland, Schottland, Norwegen, Frankreich), Eklonia- und Sargassum-Arten (Japan). Der Gehalt der Algen an Algin liegt zwischen 15 und 40 % der Trockensubstanz. Zur Gewinnung des Algins aus Macrocystis pyrifera werden die Algen geerntet, zerkleinert und gewaschen. Die nassen oder getrockneten Algen werden mit Alkali extrahiert. Aus dem gereinigten Extrakt wird das Algin durch Fällung mit Ca-Ionen oder Säure isoliert und gebleicht. Anschliessend wird durch Behandlung mit Alkali die Alginsäure in wasserlösliches Alginat übergeführt, getrocknet und gemahlen. 		Rohstoffe .

Bei Laminaria-Arten muss das neutrale Polysaccharid Laminarin zuerst entfernt werden. Dies geschieht durch eine Behandlung mit verdünnter wässeriger CaCl2 Lösung und nachherigem Auswaschen des Salzes mit vedünnter Säure. Erst danach erfolgt die Extraktion mit Alkali. Durch Variation des Herstellungsverfahrens lassen sich Alginate mit unterschiedlichen Polymerisationsgraden herstellen. Die für den Lebensmittelsektor bestimmte Jahresproduktion beträgt etwa 10'000 Tonnen.

 

Eigenschaften

Aussehen

Algin ist ein farbloses bis leicht gelbliches Pulver.

Zusammensetzung

Alginat ist das Salz eines linearen Polyuronids mit den Kationen Na, K, NH4 oder Ca. Die Alginsäure ist aus den Bausteinen D-Mannuronsäure und L-Guluronsäure aufgebaut, die durch ?-(1-4)- bzw. ?-(1-4)-Bindung miteinander verknüpft sind. Das Verhältnis Mannuronsäure zu Guluronsäure liegt je nach Algenart zwischen 0.4 und 1.9. Im Makromolekül liegen neben alternierenen Polymeren (M-G) auch Blockpolymere vor, die nur aus Mannuronsäureeinheiten (M-M) bzw. nur aus Guluronsäureeinheiten (G-G) aufgebaut sind. Die mittleren Molekulargewichte liegen zwischen 32'000 und 250'000.

Löslichkeit

Alginsäure und Ca-Alginat sind in Wasser unlöslich, während die Alkali- und Ammonium-Salze leicht löslich sind. Die schon bei geringen Konzentrationen hochviskosen Lösungen erweisen sich beim Erwärmen im neutralen pH-Bereich als sehr stabil. Im sauren pH-Bereich (ab pH 5) nimmt die Viskosität stark ab. Spuren von Ca-Ionen steigern die Viskosität beträchtlich.

Anwendungstechnische Eigenschaften

Alginatlösungen bilden bei Raumtemperatur in Gegenwart von Ca-Ionen nichtreversible Gele. Alginate mit einem hohen Anteil an Guluronsäure-Blockpolymeren bilden festere und weniger elastische Gele als Alginate mit einem hohen Anteil an Mannuronsäure-Blockpolymeren. Die Ursache hierfür liegt in der für eine Brückenbildung zwischen Carboxyl- und OH-Gruppen über Ca-Ionen günstigeren räumlichen Anordnung der Guluronsäure-Moleküle. Alginate sind gegenüber Säuren und Ca-Ionen wesentlich empfindlicher als niederveresterte Pektine. Zur Herstellung von Gelen müssen daher möglichst schwerlösliche Ca-Salze in einem System, das nur langsam Wasserstoffionen freisetzt (Fumarsäure, Glucono-?-lacton), verwendet werden, oder man gibt Ca-bindende Substanzen wie z.B. Polyphosphate zu. Durch geeignete Modifikationen lassen sich die Eigenschaften der Alginatgele den jeweiligen Erfordernissen anpassen. Die hohe Viskosität und die Hitzebeständigkeit im neutralen Milieu machen Alginate gut geeignet als Dickungs- und Bindemittel für Fleisch- und Gemüse-Konserven, Suppen, Sossen, Sirupe. Ausserdem werden Alginate zur Stabilisierung von Mayonnaisen, Salatsossen, Eiweiss-Schäumen oder naturtrüben Fruchtsäften verwendet sowie zur Verhinderung der Eiskristallbildung in Speiseeis. Als Geliermittel finden Alginate Verwendung bei Konditorei-Artikeln wie Tortengüsse, Dekorfrüchte oder backfeste Konfitüre sowie zur Herstellung von Puddings und Gelees. Das Filmbildungsvermögen der Alginate wird bei der Herstellung essbarer Überzüge über Lebensmittel genutzt. Alginate werden auch für pharmazeutische und kosmetische Zwecke sowie in der Papier-, Textil-, Gummi-Industrie in grossem Umfang eingesetzt.

Toxikologische Bewertung

Meeresalgen werden in manchen Regionen schon seit langem als Bestandteil der menschlichen Nahrung verwendet. Alginat wird im menschlichen Verdauungstrakt nicht resorbiert. Es kann die Resorptionsrate von Ca, Fe, u.a. verringern.
Die bisher vorliegenden Ergebnisse toxikologischer Untersuchungen ergaben keine Hinweise auf eine gesundheitliche Beeinträchtigung. Eine Begrenzung der Tagesaufnahme erscheint nicht erforderlich.