Rheologische Echtzeitcharakterisierung der Gelierung von Alginat

• Antragstellerin: Professorin Dr. Natalie Germann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389065834

Eine der großen Herausforderungen in der Rheologie ist die Charakterisierung von Materialien, deren Mikrostruktur sich zeitlich schnell während eines physikalischen Prozesses wie beispielsweise während der Gelierung von Polysacchariden verändert. Um die Kinetik eines derartigen Prozesses untersuchen zu können, wird eine zuverlässige rheologische Echtzeitanalyse benötigt. Das wissenschaftliche Ziel dieses Forschungsprojektes besteht darin, die Gelierungskinetik von Alginat mit einem neuartigen rheologischen Verfahren zu untersuchen. Der Einfluss der Polysaccharidkonzentration, des Molverhältnisses von Calcium- zu Carboxylationen, der Kationart und der Ionenstärke soll in situ auf die gesamte Gelierungskinetik untersucht werden, indem eine sofortige Infusion von bivalenten Kationen in die Alginatlösungen ermöglicht wird. Dafür aber muss die Rheometerbasis, auf welche die Alginatlösungen platziert werden, entsprechend umgebaut werden. Als Proof-of-Concept wurden bereits Testmessungen mit der massgeschneiderten Prototypbasis durchgeführt. Die Resultate zeigten für 1 und 1.5 m% Alginat eine unmittelbare Antwort des Polysaccharids auf die Anwesenheit der Calciumionen. Die schnelle Gelierung konnte erfolgreich aufgenommen werden. Zusätzlich zur rheometrischen Charakterisierung werden die mikrostrukturellen Änderungen zeitgleich mittels Mikroskopie aufgenommen werden. Die Kombination dieser beiden Messmethoden kann neue Erkenntnisse über die Gelierungskinetik von Alginat liefern. Die Resultate dieser Studie werden auch von industrieller Bedeutung sein, da dieses natürliche Polysaccharid in vielen Anwendungen in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie eingesetzt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen