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Carrageenan
Vorkommen und Gewinnung
Carrageene bilden die Gerüstsubstanzen von Rotalgen (Fam. Rodophyceae). Als Rohstoffquellen dienen insbesondere Chondrus-, Gigartina- und Eucheuma-Arten, die an den Küsten des Nordatlantik wie auch des Pazifischen Ozeans zu finden sind. Die wichtigsten Produktionsländer sind USA, Kanada, Frankreich, Dänemark, Norwegen und Irland. Zur Gewinnung der Carrageene werden die Algen geerntet, getrocknet und mit schwach alkalischem Wasser unter Druck bei 100-140 °C extrahiert. Der Rohextrakt wird durch Filtration oder Zentrifugieren und Aktivkohlebehandlungen gereinigt, und die Carrageene werden aus der Lösung durch Fällung mit Isopropanol oder durch Walzentrocknung isoliert. Ein anderer Aufbereitungsweg ist, die Begleitstoffe stark alkalisch aus der Carrageen/Cellulosebasis herauszulösen (= halbraffiniertes Carrageen 407a, PNG). Die Jahresproduktion beläuft sich auf etwa 40 000 Tonnen.
Eigenschaften
Aussehen
Carrageen ist ein farbloses bis leicht gelbliches geruchloses Pulver.
Zusammensetzung
Carrageen ist die Bezeichnung für eine Familie von Salzen sulfatierter Galaktane mit einem Sulfatgehalt zwischen 18 und 40 %. Das Makromolekül setzt sich aus den Bausteinen D-Galaktose, D-3.6-Anhydrogalaktose und Sulfatestergruppen zusammen. Die wichtigsten Carrageen-Fraktionen sind die κ-, λ- und ι-Carrageene, die sich durch Anzahl und Stellung der Sulfatestergruppen und durch ihren Anteil an 3.6-Anhydrogalaktosebausteinen voneinander unterscheiden. κ-Carrageen bildet eine Kette aus alternierenden Galaktose und Anhydrogalaktose-Einheiten, die durch β-(1-4)- und α-(1-3)-Bindung miteinander verknüpft sind.- Die Galaktosen sind in 4-Stellung mit einer Sulfatestergruppe versehen. ι-Carrageen trägt an der Anhydrogalaktose in Stellung 2 eine zusätzliche Sulfatestergruppe. λ-Carrageen bildet eine alternierende Kette aus β-(1-4)- und α-(1-3)-verknüpften Galaktose-Einheiten, wobei die in 4-Stellung verknüpfte Galaktose vorwiegend als 2.6-Disulfat, die in 3-Stellung verknüpfte Galaktose vorwiegend als 2-Sulfat vorliegt. Die mittleren Molekulargewichte der Carrageene liegen zwischen 230' 000 und 790'000.
Löslichkeit
Die Löslichkeit der Carrageene ist von der Struktur, der Temperatur und dem Kation abhängig. Kalium- und Calciumsalze der κ- und ι-Carrageene sind bei 50-60 °C vollständig in Wasser löslich. Die Na-Salze aller Carrageene sind kaltwasserlöslich, ebenso alle Alkali- und Erdalkalisalze des λ-Carrageens. Die Lösungen sind hochviskos. In Gegenwart von Alkali und Erdalkalisalzen tritt bei κ- und ι-Carrageen Gelbildung ein. Die viskosen Lösungen sind pseudoplastisch. Die Viskosität nimmt mit steigender Temperatur ab. Dieser Viskositätsabfall ist reversibel, sofern die Temperaturerhöhung in der Nähe des pH-Optimums (pH 7-9) erfolgt, andernfalls kann thermischer Abbau eintreten. Bei Normaltemperaturen bleibt die Viskosität über einen weiten pH-Bereich stabil.
Anwendungstechnische Eigenschaften
Die für die Anwendung massgeblichen Eigenschaften der Carrageene hängen vom Typ ab. Die Fähigkeit der κ- und ι-Carrageene, in Gegenwart von K- und Ca-Ionen Gele zu bilden, verursacht durch den verhältnismässig hohen Gehalt an hydrophober Anhydrogalaktose und dem geringen bis mittleren Gehalt an Sulfatestergruppen, bildet die Grundlage vieler Anwendungsmöglichkeiten in der Lebensmittelindustrie. κ-Carrageene führen zu steifen, spröden, thermoreversiblen Gelen, die eine starke Tendenz zur Synärese aufweisen. Die Gelstruktur kann durch Zugabe wasserlöslicher neutraler Hydrokolloide verbessert werden, wodurch auch der Synärese entgegengewirkt wird. ι-Carrageengele sind synäresefrei, jedoch ziemlich schwach. λ-Carrageene sind nicht nur zur Gelbildung fähig. Wie Agar zeigt κ-Carrageen eine ausgeprägte synergistische Wirkung mit Johannisbrotkernmehl, wodurch die Gelstärke und die Elastizität der Gele beträchtlich verbessert werden können. κ-Carrageen gibt mit α-S2-und κ-Casein ein Gelnetzwerk. Mit Hilfe sehr geringer Mengen an Carrageen (0.02 %) lassen sich Kakao und andere Zusätze zu Milch durch Ausbildung eines schwachen Gels in Suspension halten, ohne die Viskosität übermässig zu erhöhen. Entsprechend ihrer Eigenschaften werden Carrageene als Geliermittel für Gelees und Puddings, als Dickungsmittel für Suppen und Sossen, als Stabilisatoren für Eiscrem, Schlagsahne und Bierschaum, als Emulgatoren für Milchprodukte und Kakaogetränke sowie zur Klärung von Bier, Schönung von Wein und als Appreturmittel in der Textilindustrie eingesetzt.
Toxikologische Bewertung
Carrageen wird nur geringfügig absorbiert. Kurz- und Langzeitversuche ergaben keine negativen Befunde. Carrageenhaltige Lebensmittel wurden seit langem für die menschliche Ernährung herangezogen ohne erkennbare negative gesundheitliche Beeinträchtigung. Als zulässige Tageshöchstmenge in der menschlichen Nahrung (AD) werden 75 mg/kg Körpergewicht als unbedenklich angesehen. Da durch partiell abgebaute niedrigmolekulare Carrageene bei Versuchstieren Magengeschwüre beobachtet werden konnten, sollten solche partiell abgebauten Carrageene für Lebensmittel nicht verwendet werden, und es sollte darüber hinaus sichergestellt werden, dass bei der Herstellung besonders von sauren Lebensmitteln kein Abbau des Carrageens eintritt.