Gellan-Gum ist ein mikrobielles Exopolysaccharid, das von Sphingomonas elodea (ehemals Pseudomonas elodea) produziert wird. Es wird aufgrund seiner vielseitigen Gelier- und Stabilisierungseigenschaften in der Lebensmittel-, Pharma- und biomedizinischen Industrie hoch geschätzt.
Molekulare Struktur
Gellan-Gum besteht aus einer linearen Tetrasaccharid-Wiederholungseinheit mit der Struktur: →3)-β-D-Glc-(1→4)-β-D-GlcA-(1→4)-β-D-Glc-(1→4)-α-L-Rha-(1→. Die Monosaccharid-Zusammensetzung folgt einem Verhältnis von 2:1:1 für Glucose, Glucuronsäure und Rhamnose.
Natives hoch-acyliertes Gellan enthält Acetat (eines pro Disaccharid) und Glycerat (eines pro Tetrasaccharid) als Substituenten, die an den ersten Glucose-Rest gebunden sind. Im Gegensatz dazu fehlen diese Substituenten beim niedrig-acylierten Gellan, wodurch Molekulargewichte typischerweise zwischen 500 und 2000 kDa liegen. Das Polymer nimmt eine Doppelhelix-Konformation an, die durch die Anwesenheit von Kationen stabilisiert wird.
Produktion und Eigenschaften
Gellan-Gum wird durch aerobe Fermentation unter Verwendung von Glucose oder Stärkehydrolysaten als Kohlenstoffquellen hergestellt, typischerweise bei 30 °C und pH 6–7. Nach der Fermentation wird eine Alkalibehandlung durchgeführt, um niedrig-acyliertes Gellan zu erhalten, woraufhin das Polymer durch Alkoholfällung und Trocknung gewonnen wird.
Gellan-Gum zeigt hohe thermische Stabilität und breite pH-Toleranz (ca. pH 3,5–10). Es ist oberhalb von 40 °C wasserlöslich, während hoch-acyliertes Gellan in kaltem Wasser in Gegenwart von Komplexbildnern hydratisieren kann. Das Polymer weist scherverdünnendes rheologisches Verhalten auf und unterliegt kationeninduzierter Gelbildung: Hoch-acyliertes Gellan bildet weiche und elastische Gele in Gegenwart monovalenter Kationen (K⁺, Na⁺), während niedrig-acyliertes Gellan feste und spröde Gele bei divalenten Kationen (Ca²⁺, Mg²⁺) bildet. Gellan-Gum ist biologisch abbaubar und besitzt GRAS-Status (Generally Recognized As Safe).
Biomedizinische und pharmazeutische Anwendungen
In den biomedizinischen und pharmazeutischen Bereichen wird Gellan-Gum zur Bildung injizierbarer Hydrogele für Drug-Delivery- und Tissue-Engineering-Anwendungen verwendet, dank seiner Biokompatibilität, der Fähigkeit, Zellen zu verkapseln, und der kontrollierten Freisetzung. Es wird auch in vegetarischen Kapselhüllen als Ersatz für Gelatine eingesetzt.
Darüber hinaus wird Gellan-Gum in ophthalmologischen Formulierungen und Wundauflagen verwendet, aufgrund seiner optischen Transparenz, mechanischen Sprödigkeit und hervorragenden Feuchtigkeitsretentionseigenschaften – eine wertvolle Polysaccharid für fortschrittliche therapeutische Anwendungen.
