Alginsäure

Alginsäure (oder Algin, E 400) wird von Braunalgen in den Zellwänden gebildet und stellt in der Alge das strukturgebende Element dar. Die interzelluläre Gelmatrix verleiht der Alge sowohl Flexibilität, als auch Festigkeit. Algin ist u. A. ein Nebenprodukt bei der Gewinnung von Iod aus Meeresalgen im Nassverfahren. Es wird allerdings auch direkt für die Verwendung in der Lebensmittel-, sowie der Pharma-, und Kosmetikindustrie aus den Braunalgen extrahiert. Die Salze der Alginsäure werden allgemein als Alginate bezeichnet. Alginat findet vor allem als Verdickungs- oder Geliermittel Verwendung.

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Gewinnung und Herstellung

  Die Gewinnung der Braunalgen erfolgt z. T. durch spezielle Trawler, die den Meeresboden „abernten“. Es ist allerdings auch immer noch gebräuchlich, dass die Algen nach Stürmen am Strand gesammelt werden. Als Algengattungen für die kommerzielle Herstellung von Alginat dienen unter anderem Laminaria, Ecklonia, Macrocystis, Lessonia, Ascophylum und Durvillea. Die gesammelten Algen werden grob von Schmutz und Verunreinigungen befreit und getrocknet. Nach dem Trockenen werden sie an den Alginatproduzenten geliefert. In einem ersten Prozessschritt werden die Algen vermahlen und gewaschen. Dann wird das Alginat extrahiert und mittels Filter- und Ausfällungschritten aufgereinigt. Neben dem in der Lebensmittelindustrie am häufigsten verwendeten Natriumalginat (E 401) finden sich ferner folgende Salze der Alginsäure: Kaliumalginat (E 402), Ammoniumalginat (E 403), Calciumalginat (E 404) und Propylenglycolalginat (PGA, E 405).

Struktur

Alginat ist ein Polysaccharid das aus 1,4 verknüpfter α-L-Guluronsäure (G) und β-D-Mannuronsäure (M) besteht. Es bildet homopolymere Bereiche, in denen Mannuronsäure oder Guluronsäure als Block vorliegt. Diese Blöcke werden als GG- oder MM-Blöcke bezeichnet. Im Bereich der GG- und MM-Blöcke kommt es zu einer Art Faltstruktur, die bei der Gelierung eine wesentliche Rolle spielt. Insbesondere die GG-Blöcke bilden eine regelmäßige Zickzack-Struktur aus.

Funktion

Alginat kann in Lösungen mit niedrigem Calciumgehalt zu einer Viskositätsausbildung führen. Die primäre Funktion ist allerdings die Gelierung. Zur Gelierung kommt es durch Einlagerung von Calciumionen in die Zickzackstruktur der GG-Blöcke. Auf diese Zone lagert sich dann die Zickzackstruktur eines anderen Alginatmoleküls. Es kommt hierdurch zur Ausbildung dreidimensionaler Strukturen. Da das Calcium in dieser Struktur wie ein Ei in der Schachtel liegt wird dieses Modell auch als „Eierschachtel-Modell“ oder „Eggbox-model“ bezeichnet. Weil diese Reaktion mit dem Calcium sehr schlagartig erfolgt, wird in der Praxis mit verschiedenen Methoden gearbeitet, um die Reaktion kontrolliert ablaufen zu lassen. Hierzu werden häufig schwerlösliche Calciumsalze verwendet, die mittels langsamer Säuerung das Calcium nach und nach freisetzen. Außerdem finden auch Sequestranten Verwendung, die ein Teil des Calciums binden können.

Alginsäure ist in Alkalien löslich. In Wasser benötigt es etwa 24 Stunden zur vollständigen Lösung. Algin kann als Appreturmittel für Textilien und Gewebe sowie zur Herstellung photographischer Papiere angewandt werden. Als Lebensmittelzusatzstoff trägt es die Bezeichnung E 400.

Anwendungen

Mit Wasser zu einer kittähnlichen Konsistenz angerührt, wird Alginat in der dentalmedizinischen Praxis zur Herstellung von Zahn- und Kieferabformungen gerne verwendet. Auch für Abformungen von Körperteilen ist Alginat gut geeignet. Es ist physiologisch unbedenklich und gestattet Abformungen von sehr hoher Genauigkeit und Detailtreue. Um die Abformung weiterverarbeiten zu können, bedarf sie einer Stütze (beim Zahnarzt durch einen dem Kiefer angepassten stählernen Löffel, ansonsten durch eine Beschichtung mit Gips oder Gipsbinden. Des Weiteren werden Alginat-Lösungen verwendet, um bestimmte Substanzen voneinander zu isolieren, d. h. um zu verhindern, dass sich diese Substanzen miteinander verbinden. In der Zahntechnik findet dieses Prinzip Anwendung bei der Modellherstellung. Das Gipsmodell des Zahns wird mit dieser Alginat-Isolierung bestrichen, um dann mit Acryl bestimmte Formen zu erstellen und diese dann problemlos von dem Gipsmodell wieder zu entfernen (hierbei handelt es sich um eine Gips-/Kunststoff-Isolierung).

Neben dem zahnmedizinischen Anwendungsspektrum wird Alginat im Bereich der Körperabformungen eingesetzt. Der Werkstoff wird auf die abzuformende Körperpartie großflächig aufgetragen. Innerhalb weniger Minuten bindet das Alginat zu einer silikonartigen Masse ab. Anschließend werden auf das fest gewordene Alginat noch einigen Lagen Gipsbinden gestrichen, um die Proportionen zu erhalten und die Form für das spätere Ausgießen zu stabilisieren. Auch die Gipsbinden härten sehr schnell aus, so dass die Negativform kurz darauf vorsichtig vom Körper gelöst und abgenommen werden kann. Durch die Verwendung von Alginat wird eine sehr detaillierte und porengetreue Abformung erreicht. Da das Alginatpulver mit nur lauwarmem Wasser angerührt wird, kann es sein, dass sich beim Auftragen der Masse auf die Haut eine zarte „Gänsehaut“ ergibt, die schließlich dem fertigen Abdruck eine ganz besonders prickelnde Note verleiht…! Danach wird ein Modellgips angerührt und die Negativform damit vollflächig ausgegossen. Nach einer Trocknungszeit von rund 24 Stunden kann dann die Positivabformung aus der Alginat-Gips-Schale „geboren“ werden.

Darüber hinaus wird Alginat auch als Biomaterial eingesetzt. Durch die Verkapselung menschlichen Zellgewebes mit Alginat ist es möglich, körperfremdes Material wie zum Beispiel Spenderzellen einzulagern, ohne dass diese vom Immunsystem erkannt und zerstört werden können. Die Zellen nehmen dann aktiv am Stoffwechsel des Empfängers teil. So können z. B. insulinproduzierende Zellen von Spendern an Patienten mit Diabetes übertragen werden, welche dann nicht mehr auf Spritzen angewiesen sind.

Quellen

1. ↑ ^{a b c d e f} Herstellerangaben der Firma Carl Roth: http://www.carl-roth.de/jsp/de-de/sdpdf/8696.PDF. 4. Nov. 2007