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Zusammenfassung:
Alginate und Carrageenane sind Polysaccharid-Derivate, die als Strukturkomponenten in den Zellwänden der Braunalgen bzw. bestimmter Rotalgen-Gattungen vorkommen. Obwohl Alginate und Carrageenane bereits seit mehreren Jahrzehnten kommerziell genutzt werden, ist nur wenig über diese Algenpolysaccharide bekannt. Folglich sind wir uns in der Regel nicht der Tatsache bewusst, dass man im Alltagsleben sehr häufig mit diesen Stoffen konfrontiert wird. In der vorliegenden Arbeit findet daher eine detaillierte Auseinandersetzung mit Alginaten und Carrageenanen statt: Ausgehend von einer Diskussion des chemischen Aufbaus und der Struktur der beiden Polysaccharid-Derivate werden zunächst deren wichtigste physikalisch-chemische Eigenschaften betrachtet. Dazu gehören vor allem die Sol- und Gelbildungsfähigkeit sowie die emulsions- und suspensionsstabilisierende Wirkung der Alginate und Carrageenane. Dadurch wird die Basis für das Verständnis der chemischen und prozesstechnischen Vorgänge geschaffen, die mit der industriellen Gewinnung von Alginaten und Carrageenanen aus Braun- bzw. Rotalgen im Zusammenhang stehen. Im Rahmen der Arbeit erfolgte die Entwicklung und Optimierung von Labormethoden zur Extraktion von Alginsäure aus Laminara-Spezies und Fucus vesiculosus. Diese Versuche orientieren sich möglichst eng an den in der Industrie angewandten Produktionsverfahren, sind aber gleichzeitig so angelegt, dass deren Durchführung keinen für den Labormaßstab inakzeptabel hohen apparativen und zeitlichen Aufwand erfordert. Analoges gilt auch für die in der Arbeit entwickelte Versuchsvorschrift zur Isolierung von Carrageenan aus Chondrus crispus, Gigartina radula und Eucheuma cottonii. Im Anschluss an die Diskussion der Gewinnungsmethoden findet eine Beschäftigung mit ausgewählten Anwendungsmöglichkeiten der beiden Algenpolysaccharide statt. Dabei bestand ein Hauptziel der Arbeit darin, bereits existierende alltagsrelevante und zukunftsträchtige Einsatzbeispiele der Alginate und Carrageenane aufzugreifen, bezüglich ihrer chemischen Hintergründe zu untersuchen und in möglichst einfache und anschauliche Versuche umzusetzen, die im schulischen Rahmen realisiert werden können. In der Lebensmittelindustrie kommen Alginate und ihre organischen Derivate unter anderem als Verdickungsmittel und Stabilisatoren zum Einsatz. Außerdem nutzt man sie als Formgeber für künstliche Lebensmittel, wie z. B. Paprikastreifen in gefüllten Oliven. In der Biotechnologie finden die Polysaccharid-Derivate Verwendung als Trägermaterialien für die Immobilisierung von Mikroorganismen und Enzymen. So versucht man beispielsweise, in Calciumalginat-Gel immobilisierte Hefe-Zellen für die fermentative Ethanol-Gewinnung sowie für die Herstellung von Schaumweinen einzusetzen. Des Weiteren spielen Alginate eine wichtige Rolle auf dem medizinisch-pharmazeutischen Sektor: Zur Therapie von Wunden verwendet man z. B. Verbandstoffe aus Calciumalginat-Fasern, die den Heilungsprozess günstig beeinflussen. Ferner sind die Algenpolysaccharide Bestandteile von Dentalabdruckmassen und Arzneimitteln gegen Sodbrennen und werden für die Dekorporierung von radioaktivem Strontium eingesetzt. Der Haupteinsatzbereich der Carrageenane liegt in der Lebensmittelindustrie. In der vorliegenden Arbeit werden Versuche präsentiert, die die Wirkung der Rotalgenpolysaccharide als Verdickungs- und Geliermittel sowie Stabilisatoren in Nahrungsmitteln auf Milch- und Wasserbasis veranschaulichen. Außerdem erfolgte die Entwicklung einer einfachen analytischen Methode, mit der sich die Salatdressings, Tortenguss und Instant-Götterspeise zugesetzten Carrageenane nach Durchführung weniger Aufbereitungsschritte nachweisen lassen. Einen weiteren Schwerpunkt des Anwendungs-Teils dieser Arbeit stellen experimentelle Studien zu potentiellen neuen Einsatzmöglichkeiten der beiden Algenpolysaccharide dar: Für Alginate wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Alginsäure im Säulenbetrieb als Kationen-Austauscher für die quantitative Bestimmung von Calcium-, Strontium-, und Barium-Ionen einsetzen lässt. Im Abschlusskapitel der Arbeit wird die Relevanz der diskutierten Inhalte für den schulischen Chemieunterricht aufgezeigt: Alginat- und Carrageenan-Chemie ist nicht nur für Lehrer und Schüler gleichermaßen neu und faszinierend, sondern weist zahlreiche Berührungsstellen zu zentralen fachwissenschaftlichen, interdisziplinären und anwendungsorientierten Themengebieten des Chemieunterrichtes auf. Die meisten Experimente, die zu den Eigenschaften, der Gewinnung und den Einsatzmöglichkeiten der beiden Algenpolysaccharide entwickelt wurden, zeichnen sich zudem dadurch aus, dass sie auf Phänomene aus der Lebenswirklichkeit der Lernenden eingehen und größtenteils relativ einfach und gefahrlos durchführbar sind. Außerdem existieren für die vorgestellten Versuche verschiedenartige Einsatzmöglichkeiten im Hochschulbereich.

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