Dipl.-Ing. Ralf Ungerer
Cellulose ist der Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden und damit das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer der Erde. Das homogene, unverzweigte Polysaccharid ist aus mehreren Hundert bis Zehntausend Molekülen b-D-Glucose aufgebaut, die durch 1-4-b-glykosidische Bindungen miteinander verknüpft sind. In Wasser und den meisten organischen Lösemitteln ist Cellulose von Haus aus unlöslich. Durch Modifikationen lassen sich aber lösliche Cellulosederivate herstellen. Dabei können durch Auswahl des Celluloserohstoffs, Modifikationsart und -grad, Löslichkeit, Viskositätsentwicklung, Gelierkraft, Geliertemperatur, Oberflächenaktivität und eine Vielzahl weiterer Eigenschaften eingestellt werden.
Bei der Herstellung von Methylcellulose (MC) und Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) werden Wasserstoffatome der Hydroxylgruppen durch Methyl- bzw. Hydroxypropylgruppen ersetzt. Hierzu wird die Cellulose zunächst in heißer alkalischer Lösung „aktiviert“ und anschließend in einer Substitutionsreaktion umgesetzt. Je Glucose-Einheit können theoretisch maximal drei Hydroxylgruppen ersetzt werden. In einem solchen Fall würde man von einem Substitutionsgrad (DS) von 3,0 sprechen. Typische Werte aus der Praxis liegen jedoch bei einem DS von 1,3 bis 2,6. Alternativ kann auch der Gehalt an Substituenten in Prozent zur Klassifizierung der Cellulose-ether herangezogen werden. Anhand des erreichten Substitutionsgrades lassen sich die Produkte in verschiedene Gruppen mit ähnlichen Eigenschaften zusammenfassen.
Für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie sind vor allem folgende Eigenschaften von Vivapur MC und Vivapur HPMC von Interesse:
- reversible thermale Gelierung
- Viskositätssteigerung/Verdickung
- Bindevermögen
- Wasserrückhaltung
- Filmbildung
- Oberflächenaktivität
- pH-Stabilität
- Salztoleranz
- sensorische Neutralität
- Gefrier- bzw. Taustabilität
Die bei höheren Temperaturen einsetzende Gelbildung ist eine spezifische Eigenschaft von MC und HPMC. Werden MC- oder HPMC-Lösungen erhitzt, bildet sich ab einer typenspezifischen Temperatur ein Gel. Bei einer anschließenden Abkühlung löst sich das Gel wieder auf. Dieser Vorgang ist vollständig reversibel und kann mehrfach wiederholt werden, ohne dass sich die Eigenschaften der Lösung oder des Gels verändern. Durch den Einsatz von MC und HPMC lassen sich beispielsweise Garverluste reduzieren oder die Formstabilität und der Zusammenhalt von erhitzten Lebensmitteln verbessern. Beide optimieren die Thermostabilität von Lebensmitteln in einzigartiger Weise.
