Carrageenan - Carrageenan

Carrageenane oder carrageenins ( / ˌ k aer ə ɡ í n ə n z / Karr-ə-Gee-nənz aus Irish carraigín " Little Rock") sind eine Familie von natürlichen linearen sulfatierten Polysacchariden , die aus extrahierten roten essbaren Meeresalgen . Die bekannteste und nach wie vor wichtigste Rotalge, die zur Herstellung der hydrophilen Kolloide zur Herstellung von Carrageenan verwendet wird, ist Chondrus crispus (Irish Moos), eine dunkelrote petersilienartige Pflanze, die an den Felsen wächst. Carrageenane werden aufgrund ihrer gelbildenden, verdickenden und stabilisierenden Eigenschaften in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet . Ihre Hauptanwendung liegt in Milch- und Fleischprodukten aufgrund ihrer starken Bindung an Lebensmittelproteine. In den letzten Jahren haben sich Carrageenane als vielversprechender Kandidat für Tissue Engineering und regenerative Medizinanwendungen herausgestellt, da sie nativen Glykosaminoglykanen (GAGs) ähneln . Sie wurden hauptsächlich für Tissue Engineering, Wundabdeckung und Medikamentenabgabe verwendet.

Carrageenane enthalten 15-40% ester- Sulfatgehalt, die sie macht anionische Polysaccharide. Sie können aufgrund ihres Sulfatgehalts hauptsächlich in drei verschiedene Klassen eingeteilt werden. Kappa-Carrageenan hat eine Sulfatgruppe pro Disaccharid, Iota-Carrageenan hat zwei und Lambda-Carrageenan hat drei.

Gelatinous Extrakte der Chondrus crispus Algen haben als Lebensmittelzusatzstoffe seit etwa dem fünfzehnten Jahrhundert verwendet worden. Carrageenan ist in einigen Anwendungen eine vegetarische und vegane Alternative zu Gelatine oder kann als Ersatz für Gelatine in Süßwaren verwendet werden. Es gibt keine klinischen Beweise für Carrageenan als unsichere Lebensmittelzutat, hauptsächlich weil sein Verbleib nach der Verdauung nicht ausreichend bestimmt ist.

Der erste kommerzielle Anbau von Eucheuma und Kappaphycus spp. für Carrageenan wurde auf den Philippinen entwickelt . Die weltweit führenden Hersteller von Carrageenan sind die Philippinen und Indonesien . Carrageenan wird zusammen mit Agar verwendet, um auf den Philippinen traditionelle Gelee-Wüsten namens Gulaman herzustellen .

Eigenschaften

Die molekularen Strukturen verschiedener Arten von Carrageenan

Carrageenane sind große, hochflexible Moleküle, die sich windende helikale Strukturen bilden. Dies gibt ihnen die Möglichkeit, bei Raumtemperatur eine Vielzahl unterschiedlicher Gele zu bilden . Sie werden häufig in der Lebensmittel- und anderen Industrien als Verdickungs- und Stabilisierungsmittel verwendet .

Alle Carrageenane sind hochmolekulare Polysaccharide und bestehen hauptsächlich aus abwechselnd 3-verknüpfter bD-Galactopyranose (G-Einheiten) und 4-verknüpfter aD-Galactopyranose (D-Einheiten) oder 4-verknüpfter 3,6-Anhydro- aD-Galactopyranose (DA-Einheiten), die die sich wiederholende Disaccharideinheit von Carrageenanen bilden.

Es gibt drei Hauptklassen von Carrageenan:

  • Kappa bildet in Gegenwart von Kaliumionen starke, starre Gele und reagiert mit Milchproteinen. Es wird hauptsächlich aus Kappaphycus alvarezii gewonnen .
  • Iota bildet in Gegenwart von Calciumionen weiche Gele. Es wird hauptsächlich aus Eucheuma denticulatum hergestellt .
  • Lambda geliert nicht und wird zum Verdicken von Milchprodukten verwendet.

Die Hauptunterschiede, die die Eigenschaften von Kappa-, Iota- und Lambda-Carrageenan beeinflussen, sind die Anzahl und Position der Estersulfatgruppen an den sich wiederholenden Galaktoseeinheiten . Höhere Mengen an Estersulfat senken die Löslichkeitstemperatur des Carrageenans und erzeugen Gele mit geringerer Festigkeit oder tragen zur Gelhemmung bei (Lambda-Carrageenan).

Viele Rotalgenarten produzieren während ihrer Entwicklungsgeschichte verschiedene Arten von Carrageenanen . Zum Beispiel produziert die Gattung Gigartina hauptsächlich Kappa-Carrageenane während ihres gametophytischen Stadiums und Lambda-Carrageenane während ihres sporophytischen Stadiums.

Alle sind in heißem Wasser löslich, aber in kaltem Wasser sind nur die Lambda-Form (und die Natriumsalze der anderen beiden) löslich.

Bei Verwendung in Lebensmitteln hat Carrageenan die EU- Zusatzstoff E-Nummern E407 oder E407a, wenn es als „verarbeitete Eucheuma-Algen“ vorliegt. Technisch gesehen gilt Carrageenan als Ballaststoff.

In Teilen Schottlands und Irlands, wo es unter einer Vielzahl lokaler und einheimischer Namen bekannt ist , wird Chondrus Crispus in Milch gekocht und abgesiebt, bevor Zucker und andere Aromen wie Vanille, Zimt, Brandy oder Whisky hinzugefügt werden. Das Endprodukt ist eine Art Gelee, ähnlich wie Panna Cotta , Tapioka oder Pudding .

Produktion

Eucheuma denticulatum wird für Iota-Carrageenan in einem Off-Boden-Anbau in Tansania gezüchtet

Obwohl Carrageenane in den 1930er Jahren industriell eingeführt wurden, wurden sie erstmals in China um 600 v. Chr. (wo Gigartina verwendet wurde) und in Irland um 400 n. Chr. verwendet in 8 imp qt (9,1 l) Wasser für 10 Minuten unter Rühren der Mischung während sie kocht. 2 imp qt (2,3 l) kaltes Wasser werden schnell zum heißen Brühen gegeben und nachdem die Mischung abgekühlt ist, wird sie durch ein Tuch abgeseiht. Anschließend wird es 24 Stunden gekühlt, wobei es gallertartig wird.

Im Jahr 2011 wurde der weltweite Umsatz mit Carrageenan auf 640 Millionen US-Dollar geschätzt. Der größte Produzent von industriellem Carrageenan waren die Philippinen , wo kultivierte Algen etwa 80% des Weltangebots produzieren, während China der Hauptexporteur auf die Weltmärkte in den USA und Europa ist. Die am häufigsten verwendeten Quellen sind E. cottonii ( Kappaphycus alvarezii , K. striatum ) und E. spinosum ( Eucheuma denticulatum ), die zusammen etwa drei Viertel der Weltproduktion liefern. Diese wachsen von der Meeresoberfläche bis in eine Tiefe von etwa 2 Metern. Die Algen werden normalerweise an Nylonseilen angebaut, die zwischen Bambusschwimmern aufgereiht sind, und sie werden nach etwa drei Monaten geerntet, wenn jede Pflanze etwa 1 kg wiegt.

Die Sorte E. cottonii wurde von Maxwell Doty (1988) in Kappaphycus cottonii umklassifiziert , wodurch die Gattung Kappaphycus auf der Grundlage der produzierten Phycocolloide (nämlich Kappa Carrageenan) eingeführt wurde.

Nach der Ernte werden die Algen getrocknet, zu Ballen gepresst und an den Carrageenan-Hersteller geschickt. Dort werden die Algen gemahlen, gesiebt, um Verunreinigungen wie Sand zu entfernen , und gründlich gewaschen. Nach Behandlung mit heißer Alkalilösung (zB 5–8% Kaliumhydroxid ) wird die Cellulose durch Zentrifugieren und Filtrieren aus dem Carrageenan entfernt . Die resultierende Carrageenan-Lösung wird dann eingedampft . Es wird getrocknet und nach Spezifikation gemahlen.

Es gibt drei Arten der industriellen Verarbeitung:

Halbraffiniert

Dies wird nur mit E. cottonii oder E. spinosum durchgeführt . Das rohe Unkraut wird zuerst sortiert und grobe Verunreinigungen werden von Hand entfernt. Das Unkraut wird dann gewaschen, um Salz und Sand zu entfernen, und dann in heißem Alkali gekocht, um die Gelfestigkeit zu erhöhen. Das gekochte Gras wird gewaschen, getrocknet und gemahlen. E. spinosum durchläuft einen viel milderen Kochzyklus, da es sich recht leicht auflöst. Das Produkt wird als halbraffiniertes Carrageenan, philippinischer Naturqualität, bezeichnet oder fällt in den USA einfach unter die allgemeine Carrageenan-Spezifikation.

                           cleaned and washed seaweed 
                                   ↓
                                extraction
                                   ↓
                             coarse filtration   → seaweed residue
                                   ↓ 
                              fine filtration    → used filter aids
                                   ↓
            ↓-------------- concentration --------------↓
   preparation with KCl                        preparation with alcohol
            ↓                                           ↓
       gel pressing                                alcohol recovery 
            ↓                                           ↓
         drying                                      drying
            ↓                                           ↓ 
         milling                                     milling 
            ↓                                           ↓ 
         blending                                    blending
            ↓                                           ↓
    gel refined carrageenan                     refined carrageenan

Raffiniert

Der wesentliche Unterschied beim Raffinationsprozess besteht darin, dass das Carrageenan zuerst gelöst und gefiltert wird, um Zellwandtrümmer zu entfernen. Aus der klaren Lösung wird dann das Carrageenan entweder durch Isopropanol oder durch Kaliumchlorid ausgefällt.

Mischverarbeitung

Es existiert eine Hybridtechnologie, bei der Algen heterogen wie im halbraffinierten Verfahren behandelt werden, jedoch Alkohol oder hohe Salzkonzentrationen verwendet werden, um die Auflösung zu verhindern. Dieses Verfahren wird häufig bei südamerikanischen Algen angewendet und bietet einige der Kostenvorteile der halbraffinierten Verarbeitung, während es gleichzeitig die Verarbeitung einer breiteren Palette von Algen ermöglicht noch unter der verfeinerten EU-Spezifikation verkauft werden.

Noten

Es gibt zwei Grundqualitäten von Carrageenan: raffiniertes Carrageenan (RC) und halbraffiniertes Carrageenan (SRC). In den Vereinigten Staaten werden beide Qualitäten als Carrageenan bezeichnet. In der Europäischen Union wird raffiniertes Carrageenan mit der E-Nummer E-407 und halbraffiniertes Carrageenan als E-407a bezeichnet. Raffiniertes Carrageenan weist ein Maximum von 2 % für säureunlösliches Material auf und wird durch ein Alkoholpräzipitationsverfahren oder ein Kaliumchlorid-Gelpressverfahren hergestellt. Halbraffiniertes Carrageenan enthält einen viel höheren Zellulosegehalt und wird in einem weniger komplexen Verfahren hergestellt. Indonesien, die Philippinen und Chile sind drei Hauptquellen für Rohstoffe und extrahiertes Carrageenan.

Verwendungen und Anwendungen

Lebensmittel und andere Haushaltszwecke

  • Desserts , Carrageen , Eiscreme , Sahne, Milchshakes, Joghurts, Salatdressings, gezuckerte Kondensmilch
  • Saucen : um die Viskosität zu erhöhen
  • Bier : Klärmittel zur Entfernung von trübungsbildenden Proteinen
  • Pasteten und verarbeitetes Fleisch (z. B. Schinken): Ersatz für Fett, erhöhen die Wasserspeicherung, erhöhen das Volumen oder verbessern das Schneiden
  • Zahnpasta : Stabilisator, um eine Trennung der Bestandteile zu verhindern
  • Fruit Gushers : Bestandteil des verkapselten Gels
  • Löschschaum: Verdickungsmittel, damit Schaum klebrig wird
  • Shampoo und kosmetische Cremes: Verdickungsmittel
  • Lufterfrischer Gele
  • Marmorieren : Bei der alten Kunst des Marmorierens von Papier und Stoff wird eine Carrageenan-Mischung verwendet, auf der Farben oder Tinten aufgetragen werden; das Papier oder der Stoff wird dann darauf gelegt und nimmt die Farben auf
  • Schuhcreme: um die Viskosität zu erhöhen
  • Biotechnologie : zur Immobilisierung von Zellen und Enzymen
  • Arzneimittel: Wird als inaktiver Hilfsstoff in Pillen und Tabletten verwendet
  • Sojamilch und andere Pflanzenmilch : zum Andicken
  • Diät-Limonaden : um die Textur zu verbessern und den Geschmack auszusetzen
  • Tierfutter
  • Persönliche Gleitmittel
  • Vegetarische Hotdogs

Regulatorischer Status

In den USA ist Carrageenan gemäß den FDA-Vorschriften als direkter Lebensmittelzusatzstoff zugelassen und gilt als sicher, wenn es in der erforderlichen Menge als Emulgator, Stabilisator oder Verdickungsmittel in Lebensmitteln verwendet wird, mit Ausnahme von standardisierten Lebensmitteln, die eine solche Verwendung nicht vorsehen. Die FDA überprüfte auch die Sicherheit von Carrageenan für Säuglingsnahrung. Die Europäische Lebensmittelsicherheitsbehörde geschlossen „Es gibt keine Beweise für etwaige negative Auswirkungen auf den Menschen durch Exposition gegenüber Lebensmittelqualität Carrageen, oder dass die Exposition gegen degradierte Carrageen aus der Verwendung von Lebensmittelqualität Carrageen auftritt“, ferner die gemeinsame FAO / WHO - Experte Der Ausschuss für Lebensmittelzusatzstoffe stellte in einer Überprüfung von Carrageenan im Juli 2014 fest, „dass die Verwendung von Carrageenan in Säuglingsanfangsnahrung oder in Säuglingsnahrung für besondere medizinische Zwecke in Konzentrationen von bis zu 1000 mg/l nicht besorgniserregend ist“.

Obwohl das National Organic Program (NOP) Carrageenan in seine Nationale Liste der Zusatzstoffe, die in Bio-Lebensmitteln aufgenommen werden dürfen, im Jahr 2003 aufgenommen und 2008 überprüft und erneut zugelassen hatte, wurde es im November als "kritisch für die biologische Produktion und Handhabung" bezeichnet Am 18. Februar 2016 hat das National Organic Standards Board (NOSB) der NOP dafür gestimmt, Carrageenan aus der Nationalen Liste der in der Bio-Lebensmittelproduktion zulässigen Zusatzstoffe zu streichen.

Am 4. April 2018 veröffentlichte der Agricultural Marketing Service (AMS) ( USDA ) ein Dokument, um die Erneuerung von Carrageenan auf der Nationalen Liste anzukündigen, das seine weitere Verwendung in Lebensmitteln erlaubt. In dem Dokument heißt es: „Die NOSB empfahl, Carrageenan zu entfernen, weil sie festgestellt haben, dass alternative Materialien wie Gellangummi, Guarkernmehl oder Xanthangummi für die Verwendung in Bio-Produkten verfügbar sind“, weiter: „AMS fand in öffentlichen Kommentaren an die NOSB ausreichende Beweise dass Carrageenan für den Umgang mit landwirtschaftlichen Produkten weiterhin erforderlich ist, da keine vollständig natürlichen Ersatzstoffe verfügbar sind (§ 6517(c)(1)(ii)). Carrageenan hat spezifische Verwendungen in einer Reihe von landwirtschaftlichen Produkten, und öffentliche Kommentare berichteten, dass potenzielle Ersatzstoffe die Funktionen von Carrageenan im breiten Anwendungsbereich nicht angemessen nachbilden. Daher erfüllt Carrageenan weiterhin die OFPA-Kriterien für die Aufnahme in die Nationale Liste.“ Die Regelung trat am 29.05.2018 in Kraft.

In einer Überprüfung aus dem Jahr 2015 veröffentlichte der gemeinsame Expertenausschuss der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen und der Weltgesundheitsorganisation für Lebensmittelzusatzstoffe im Jahr 2015 einen technischen Bericht über die Verwendung von Carrageenan in Säuglingsnahrung und stellte fest, dass der Zusatzstoff „nicht besorgniserregend“ sei „in Säuglingsanfangsnahrung als Lebensmittel für besondere medizinische Zwecke in Konzentrationen bis zu 1000 Milligramm pro Liter . Die Verwendung von Carrageenan in Bio- oder anderer Säuglingsnahrung ist in der EU aus Vorsichtsgründen verboten, in anderen Lebensmitteln jedoch erlaubt. Im Jahr 2018 berichtete die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), dass die Sicherheit von Carrageenan in Lebensmitteln auf einem ADI von 75 mg/kg Körpergewicht pro Tag basiert.

In Großbritannien hat die Food Standards Agency einen Produktrückruf für Carrageenan enthaltende Süßigkeiten herausgegeben, in der es heißt, dass Carrageenan „als Zutat in Gelee-Süßwaren nicht zulässig ist, da es eine Erstickungsgefahr darstellt“.

Toxizitätsforschung

Ab 2018 galt Carrageenan unter bestimmten Verzehrmengen (75 mg/kg Körpergewicht pro Tag) als ungiftig, obwohl weitere Untersuchungen empfohlen wurden, die sich hauptsächlich auf das Schicksal von Carrageenan und seinen Metaboliten während und nach der Verdauung konzentrierten.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links