Polysaccharide - Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe - page 265

Struktur / Eigenschaften
Alginsäuren sind Polysaccharide mit Molmassen zwischen 30.000 und 270.000 g/mol [13],
[31]. Wie Pektine (Kap. 4.2.3) sind Alginsäuren Uronsäuren, d. h. Zuckersäuren. Pektine wei-
sen eine -(1,4)-glykosidische Verknüpfung der Saccharid-Einheiten auf, während sich bei

Alginsäuren

α

-(1,4)-glykosidischen
Bindungen (wie bei Cellulose) abwechseln (siehe Bild 106 und Bild 180) [207]. Die Alginate
sind Copolymere der L-Guluronsäure (

α -(1,4)-glykosidische Bindungen (wie bei Pektinen) mit β

-Verknüp-
fung), also der Zuckersäuren der L-Gulose und D-Mannose (siehe Bild 102, Kap. 4 und
Bild 152, Kap. 4.2.1). Die Zusammensetzung des Polymeren hängt stark von der biologischen
Herkunft ab; eines der Monomere kann deutlich überwiegen. So wurden Alginsäuren mit ei-
nem Anteil von 96 % Mannuronsäure und solche mit 75 % Guluronsäure gefunden [13].
Die Copolymer-Struktur kann alternierende Sequenzen von Mannuronsäure und Guluronsäure
aufweisen, eine sogenannte (M-G) n -Struktur oder eine Block-Copolymer-Struktur [208] mit
Blöcken der Mannuron- und Guluronsäure, d. h. eine (M) m (G) n -Struktur (siehe Bild 180 und
Bild 181) [13]. Die wichtigste Eigenschaft der Alginsäuren und Alginate ist ihre Fähigkeit zur
Gelbildung. Diese tritt bei den Block-Copolymeren auf, wenn G-Blöcke mit n > 20 vorliegen.
Liegen alternierende Sequenzen vor, so wird keine Gelbildung mehr beobachtet, da diese als
Lösungsvermittler wirken. Das Wasseraufnahmevermögen der Alginate ist beträchtlich; sie
können das 200 bis 300-fache ihres Gewichts an Wasser aufnehmen [13].

α -Verknüpfung) und D-Mannuronsäure ( β

Bild 180 Alginsäuren sind Polysaccharide aus D-Mannuronsäuren (M) mit β -(1,4)-glykosidischer Bin-

dung und L-Guluronsäuren (G) , die -(1,4)-glykosidisch verbunden sind. Es können alternierende

Sequenzen (M-G) n -Struktur oder - wie hier schematisch gezeigt - Block-Copolymere mit (M) m (G) n -
Struktur vorliegen [207], [209].

α

Durch die stark polare Struktur - an jedem Sechsring befindet sich statt einer Hydroxymethyl-
gruppe wie bei Cellulose eine Säuregruppe - können die Alginsäuren gut mit Kationen wie
Calcium-Ionen wechselwirken. In den G-Blöcken der Copolymere können sich Ca 2+ -Ionen so
einlagern, dass eine Anordnung entsteht, die Eierschachtel ( „egg-box“) genannt wird (siehe
Bild 182). Je nach Konzentration der Ca 2+ -Ionen lagern sich zahlreiche Kettensegmente mit
G-Block-Struktur unter Ausbildung von Ca 2+ -Chelatbrücken [2] zusammen. Allerdings wird
eine vollständige Kristallisation der Alginate durch die M-Blöcke und die alternierenden Se-
quenzen verhindert [13], [207], [209].