Was ist ein Chelatbildner?
Chelatbildner sind Mittel, die mit Metallionen, die verschiedene schädliche Wirkungen hervorrufen, Komplexe bilden, um deren Aktivität zu verringern.
Es gibt verschiedene Arten von Chelatbildnern, aber im Grunde basieren sie auf einer Aminocarbonsäurestruktur; EDTA und DTPA sind typische Beispiele, aber die Art der Metallionen, an die sie binden und ihre Wasserlöslichkeit unterscheiden sich, so dass sie je nach Anwendung ausgewählt werden.
Aminocarbonsäurestruktur: bezieht sich auf eine Struktur mit sowohl Aminogruppen (-NH2) als auch Carboxylgruppen (-COOH) im Molekül.
Anwendungen für Chelatbildner
1. Industrielle Anwendungen
Chelatbildner werden aufgrund ihrer hohen Wasserlöslichkeit und ihrer stabilisierenden Eigenschaften zum Ausgleich von Lösungen und zur Einstellung von Ionenkonzentrationen verwendet. Weitere Anwendungen sind die Rückgewinnung wertvoller Metalle und die Sortierung und Entsorgung gefährlicher Metalle durch den Einsatz von Chelatbildnern, die nur mit bestimmten Metallen reagieren und diese binden.
2. Medizinische Anwendungen
Eisenüberladung ist eine Krankheit, bei der sich aus irgendeinem Grund überschüssiges Eisen im Körper ansammelt und verschiedene Symptome wie Müdigkeit und Schmerzen in den Körpergelenken verursacht. In der richtigen Menge wirkt Eisen gut, aber ein Übermaß an Eisen hat negative Auswirkungen.
Um hier Abhilfe zu schaffen, gibt es Chelatbildner als Medikamente. Die Hauptbestandteile sind organische Moleküle wie Deferoxamin und Deferasirox. Sie bilden Chelatkomplexe mit Eisen und entfernen es aus dem Körper. Auf diese Weise können Metallbestandteile und radioaktive Stoffe, die im Übermaß im Körper vorhanden sind, ausgeschieden und gut kontrolliert werden.
3. Anwendungen im Haushalt
Chelatbildner werden hauptsächlich Geschirrspülmitteln und Waschmitteln zugesetzt, wo sie die für die Reinigungsleistung verantwortlichen Tenside vor Metallionen schützen.
Funktionsweise von Chelatbildnern
Im Falle von EDTA, dem typischsten Chelatbildner, wird die durch die Reaktion von Metallionen mit dem Chelatbildner gebildete Verbindung als Chelatkomplex bezeichnet und bleibt in der Flüssigkeit ohne Ausfällung löslich; EDTA bildet bekanntermaßen in wässriger Lösung Koordinationsbindungen mit Metallionen im Verhältnis 1:1.
Der Komplex wird in einer dreidimensionalen Struktur gebildet, die an eine Krebsschere erinnert und das Metall wird im Inneren des Komplexes eingeschlossen, wodurch eine metallabdichtende Wirkung erzielt wird. Die metallblockierende Wirkung bedeutet, dass Calcium- und Eisenionen im Wasser daran gehindert werden, sich mit anderen Ionen zu verbinden.
So enthalten beispielsweise Waschmittel Chelatbildner, die verhindern sollen, dass sich negativ geladene Tenside mit Kalzium- und Eisen-Ionen im Leitungswasser verbinden. Da es sich bei Tensiden um Reinigungsmittel handelt, wird ihre Reinigungswirkung erheblich beeinträchtigt, wenn sie sich an Metallionen im Wasser binden. Aus diesem Grund werden Chelatbildner mit metallblockierenden Eigenschaften zugesetzt, um zu verhindern, dass sich Metallionen reaktiv mit Tensiden verbinden.
Je nach Anwendung kann eine breite Palette von Chelatbildnern wie EDTA, DTPA und HEDTA ausgewählt werden. Da die Art und das Verhalten der Metallionen, an die sie koordinieren und binden, je nach Typ unterschiedlich sind, ist bei der Auswahl des richtigen Typs Sorgfalt und Bestätigung erforderlich.
Arten von Chelatbildnern
Es gibt viele Arten von Chelatbildnern, die in Lebensmitteln verwendet werden, je nach Zweck und Anwendung. Die vier am häufigsten verwendeten Chelatbildner sind Ethylendiamintetraessigsäure, Zitronensäure, Phytinsäure und Gluconsäure:
1. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)
Zwei Arten von EDTA werden als Antioxidantien bezeichnet: Dinatrium-EDTA und Calcium-Dinatrium-EDTA. Sie fangen Metallionen ab, die die Oxidation fördern. Es gibt einige Beschränkungen und sie dürfen nur in Konserven und abgefüllten Lebensmitteln verwendet werden. Je nach Verwendungskriterien muss Dinatrium-EDTA durch Calcium-Dinatrium-EDTA inaktiviert werden, bevor das fertige Lebensmittel verarbeitet wird.
2. Zitronensäure
Sie wird als geschmacksverstärkendes Säuerungsmittel in Lebensmitteln verwendet und ist vor allem als Hauptbestandteil von Zitrusfrüchten wie Zitronen und Orangen bekannt. Sie bildet Chelatkomplexe mit Mineralien im Körper, wodurch diese leichter aufgenommen werden können.
3. Gluconsäure
Gluconsäure reguliert die Gärung von Lebensmitteln und wird als Alternative zu Miso und Salz verwendet. Sie wird auch häufig als Geruchsmaskierer, pH-Einsteller und Farbveränderungshemmer verwendet und zusammen mit Zutaten wie Natriumgluconat und Glucono-delta-lacton zugesetzt.
4. Phytinsäure
Diese Substanz wird als Verfärbungs- und Antioxidationsmittel verwendet und ist in Reiskleie und Nüssen reichlich vorhanden. Sie bildet und bewahrt Chelatkomplexe mit Mineralien wie Kalzium, Eisen, Kupfer und Zink. Es besteht die Sorge, dass hohe Mengen dieser Substanz aufgrund ihrer übermäßig starken Chelatwirkung die Aufnahme essenzieller Mineralien hemmen könnten.
Weitere Informationen zu Chelatbildnern
Berechnung der Menge des zugesetzten Chelatbildners
Der Chelatbildungswert (CV) ist ein Indikator dafür, mit wie vielen Metallionen ein Chelatbildner einen Komplex bilden kann. Er ist definiert als die Anzahl der mg Calciumcarbonat, mit denen 1 g Chelatbildner eine Koordinationsbindung eingehen kann, in mgCaCO3/g.
Im Fall von EDTA-4H beträgt der CV 342 mgCaCO3/g, und dieser Wert lässt sich wie folgt berechnen: Da EDTA und Calciumionen 1:1 binden, ist auch 1 Mol Calciumcarbonat erforderlich, um 1 Mol EDTA-4H mit Calciumionen zu sättigen.
Wenn also das Molekulargewicht von Calciumcarbonat 100 und das von EDTA/4H 292 beträgt, ist 1 g EDTA/4H erforderlich, um 342 mg Calciumcarbonat zu binden. Wenn bekannt ist, wie viel Metall ein Chelatbildner auf diese Weise binden kann, lässt sich die ungefähre Menge berechnen, die bei der tatsächlichen Verwendung des Chelatbildners zugesetzt werden muss.