Nutzpflanzen und ihre Inhaltsstoffe - Algen. Christian Franzen. 27. Oktober Heinrich Heine Universität Düsseldorf Wintersemester 2010/2011

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1 Nutzpflanzen und ihre - Christian Franzen Heinrich Heine Universität Düsseldorf Wintersemester 2010/ Oktober / 44

2 Verwendungsmöglichkeiten Direktes : Japan, China und Korea für Suppeneinlagen und Beilage für Reisgerichte (Nori) gelartigen : und kosmetischen Industrie Auch als Tierfutter verwendet 2 / 44

3 1 Einführung: Agenda 3 / 44

4 Taxonomie Eukaryoten ---Archaeplastida ---Rhodophyta (Rotalgen) ---Chloroplastida (Grünalgen) ---Charophyta ---Streptophytina ---Pflanzen ---Chromalveolata ---Stramenopile ---Heterokontophyta ---Phaeophyceae (Braunalgen) 4 / 44

5 wissenswertes über Braunalge: sekundäre Endosymbiose mit Grünalgen oder Rotalgen Rotalgen: keine echten Gewebe, nur Verwachsungen und Verklebungen zu Scheingewebe (Pseudoparenchym) Braunalgen: Rinden-, Mark- und Abschlussgewebe 5 / 44

6 wissenswertes über Begriff Braun / Rotalgen: Farbstoffe (Xanthophylle), die Photosynthesepigmente überdecken diplohaplonter Generationswechsel anfällig für hohe Temperaturen ab 20 C 6 / 44

7 Begriffserklärungen Thallus: körper Kolloid: feinst verteilte Tröpfchen in einem anderen Medium Hydrokolloid: Gruppe von Polysaccharide, die als Kolloid in Wasser in Lösung gehen Phycokolloid: Polysaccharide aus 7 / 44

8 Als Rotalge Porphyra: Japan und China seit 300 Jahren zu Nori verarbeitet 10 Millionen im Boden verankerter Netze mit festgehafteten automatisierter Abriss von Netzen, Zerkleinerung von Thalli-Teilen, der Rest wächst nach Sommerpause: Gefriertrocknung der 8 / 44

9 Besitzt einen Ein-Zell-schichtigen, blattartigen Thallus 9 / 44

10 Nori gelangt in Form dünner Blätter in den Handel 10 / 44

11 20-30% des Trockengewichtes sind Phycokolloide / Hydrokolloide. 3 wichtige Stoffgruppen ihrer Zellwände: Rotalgen: Agar, Carrageen Braunalgen: Alginsäuren (Alginate) 11 / 44

12 Agar-Agar = essbare Rotalge größte ökonomische Bedeutung warmgemäßigte und tropische Regionen freischwimmend kultiviert, 7 kt jährlich 12 / 44

13 Gracilaria: Strauchalge, grazile Wuchsform, 20cm hoch Gelidium: dunkelroter Thallus, gefiedert, knorpelig und flach, bis 10 cm hoch isomorpher diplohaplonter Generationswechsel 13 / 44

14 Gewinnung von Agar Extraktion mittels schwach alkalischem Wasser (ph 5-6) unter hohem Druck und Temperatur ( C) Reinigung durch Filtration oder Zentrifugation anschließend mahlen 14 / 44

15 über Agar-Agar heterogenes Polysaccharid mit D-Galaktose und 3,6-Anhydro-L-Galaktose Kaltwasser unlöslich, über 80 C vollständig lösbar hohe Gelbildungsfähigkeit stabil bei Wärmebehandlung, neigt zur Synärese (Phasentrennung) wenig Transparent 15 / 44

16 über Agar-Agar hohe Verträglichkeit, kein ADI (acceptable daily intake) Verwendung: Nährböden für Mikrobiologie, Elektrophorese Stabilisator in Eiskrem, Puddings und Dosennahrung in der Pharmazie als Träger nur langsam freigesetzter Wirkstoffe 16 / 44

17 Rotalgenarten der Gattung Gigartinales Entdeckt durch Stanford an der Alge Chondrus Crispus (Gigartinales) wurde schon lange vorher mit Milch zu Pudding verkocht weitere : Eucheuma, äußere Ähnlichkeit mit Korallen 17 / 44

18 Rotalgen 18 / 44

19 Chondrus Crispus 20 cm hoher Knorpeltang Vorkommen: Britische Inseln, Kultivierung auch auf den Philippinen und in China 19 / 44

20 Anbau von Ertrag von 2-3 kt Trockengewicht jährlich Stücke der Thalli werden im Niedrigwasserbereich der Korallenriffe an Netzen befestigt 20 / 44

21 Gewinnung von Carrageen Nutzung der Haupteigenschaften der Galactane: heißwasserlöslich und unlöslich in polaren, organischen Lösungsmittel (Alkohol) einweichen in heißem Wasser Vermahlen Heißfilterung durch Leinengewebe unter Druck ausfällen mit hochprozentigem Alkohol Regeneration des Alkohols durch Destillation Trocknung des faserförmigen Produktes 21 / 44

22 Carageen, Carageenan Salze sulfatierter Galaktane mit Sulfatgehalt zwischen 18 und 40% Galaktose, 3,6-Anydrogalaktose und Sulfatestergruppen 22 / 44

23 in Wasser unlöslich Natriumsalze sind Kaltwasserlöslich Kalium und Calciumsalze bei C löslich bilden steife, thermoreversible Gele spröde, Tendenz zur Synärese Geliermittel für Puddings, Dickungsmittel für Suppen und Soßen, als Emulgatoren 23 / 44

24 Stabilisator für Eiskrem, Milchprodukte, Zahnpasta und Pharma-Produkte Verdickungsmittel für Rasiercreme und Lotion Medizin: Behandlung von Magengeschwüren => Carrageen behindert proteolytische Wirkung des Magensaftes partiell abgebaute Carrageene können Darmgeschwüre hervorrufen! keine Verwendung partiell abgebauter Carrageenen i.d. Lebensmittelindustrie => keine saure Konservierung ADI 75mg/kg 24 / 44

25 Braunalgen Laminariales und Fucales schon vor 600 Jahren als gegen Kropfbildung (Jodgehalt: 0,1-1%) 25 / 44

26 Fucacea 26 / 44

27 Laminaria 27 / 44

28 Anbau von alginsäureliefernder werden in China angebaut, ursprünglich aus der Nordsee Laminaria hyperborea bildet Unterwasserwälder 2m lang, Stiel an der Basis 2 cm dick mit Hapteren (Haftkrallen) auf Steinen festgeheftet heteromorpher, diplohaplonten Generationswechsel, Gametophyten sind mikroskopisch klein können über 20 C nicht überleben => Kühlung im Sommer 28 / 44

29 Ernte aus natürlichen Beständen (alingsäureliefernde ein großer Teil der wird aus natürlichen Beständen abgeerntet schwankende Bestände => Übererntung 29 / 44

30 Alginsäuregewinnung gewaschen, zerkleinert und getrocknet mit Alkali extrahiert mit Calcium-Ionen wird Algin isoliert und gebleicht Umwandlung in Alginat mit Alkalibehandlung 30 / 44

31 Alginsäure Alginat ist Salz des linearen Polyuronids Besteht aus D-Mannuronsäure und L-Luluronsäure in Wasser unlöslich, sehr stabil, hohe Viskosität bilden in Gegenwart von Ca nichtreversible Gele 31 / 44

32 Verwendung der Alginate Zahnabdrücke in der Zahnheilkunde Kunstseiden wg. guter Spinnbarkeit => biologische Abbaubarkeit: chirurgische Nähfäden Anti-Aging Cremes wegen hoher Wasserspeicherfähigkeit sorgen im Magen für Sättigungsgefühl => Diätprodukt, da mit unverdaulichen β-glycosiden verknüpft nicht abbaubar 32 / 44

33 als Dickungs- und Bindemittel eingesetzt für Speiseeis, Geliermittel und Tortengüsse regelmäßiger Verzehr führt zu Gesundheitsschäden, neigen zur Komplexbildung mit Spurenelementen einiger Übergangsmetalle ADI 50mg/kg 33 / 44

34 David R. Ingham: Bild einer Kalkalgenpflanze Kalkdünger aus Krustenkalkalgen (Rotalgen) Lithothamnium corallinoides und Phymatolithon calcareum rote Farbe, bäumchenartig unregelmäßig verzweigt, liegen auf Sandoberfläche, Millimeter bis 3 cm groß 34 / 44

35 Zellwände enthalten Calcitkristalle Vorkommen: französische Atlantikküste bis Südnorwegen, benötigen geringe Wellenexposition enthält bis 10% Magnesiumcarbonat und 80% Calciumcarbonat 35 / 44

36 älteste 4000 Jahre alt, schildern das Sammeln von chinesische 600 v. Chr. erwähnen 17. Jhdt. in Westeuropa: Herstellung von Pottasche (Kaliumcarbonat/Kaliumsulfat) und Soda (Natriumcarbonat) aus (Laminariales, Fucales) für Seifen- und Glasindustrie um 1800 bis zu 400 kt im Jahr Ernte in der Normandie, Norwegen, Schottland 36 / 44

37 1810 wurde Soda nach dem LeBlanc Verfahren gewonnen nutzung ab 1811 für Jodproduktion 1900 wurden 3 MT im Jahr verwertet ab 1930 wurde auch die Jodgewinnung durch andere Methoden abgelöst (Chilesalpeter) 37 / 44

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39 Rotalgen und Braunalgen: niedere Wasserpflanzen verschiedener Ordnungen und diplohaplonten Generationswechsel anfällig für Temperaturen > 20 C industrielle Nutzung seit dem 1700 Jhrd. Anbau in Japan und China 39 / 44

40 hoher Gehalt an Jod (bis 1%) einiger arten Gewinnung von Hydrocolloiden: Agar-Agar, Carrageen, Alginsäure (20-30%) => Gelbildner für Kosmetik-, und Lebensmittelindustrie, Mikrobiologie (Nährböden), (Zahn-)Medizin und Kunstseiden in Japan und China als genutzt (Nori) Kalkalgen (Rotalgen) als (bis 10% Magnesiumcarbonat und 80% Calciumcarbonat) 40 / 44

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43 Prof. Dr. Susanne Bickel-Sandkötter: Nutzpflanzen und ihre ISBN-13: , Quelle und Meyer, 2001, 2. Auflage Mero Rousselot Satia: Hydrokolloide Schriftenreihe: B. Behr s Verlag Lebensmittelchemie, Lebensmittelqualität ISBN: David R. Ingham: Bild einer Kalkalgenpflanze 43 / 44

44 Christian Franzen Mail: 44 / 44