Studien iiber Pflanzenkolloide, XlV.

Physiko-chemische Analyse der Agargallerte. Yon M. S a m e c und V. I s a j e v i ~ .

(Aus dem chemischen Institut der Universit/tt in Laibach.)

(Etngegangen am ;H. Mgrz 19~2.)

In einer Reihe von Untersuchungen konnte gezeigt werden, dat~ die F/thigkeit zur Kleisterbildung nicht eine gewissen Polysacchariden zukommende Eigenschaft ist, sondern dag z. B. dieSt~.rkekohlehydrate ihr Gelatinierungsverm6gen der Gegenwart von organisch gebundener Phosphorsaure verdanken.

Die Verallgemeinerung dieser Beobachtungsergebnisse ffihrte zu der Anschauung, dab tiberhaupt die Fahigkeit zur Gallertbildung nur gewissen kolloiden lonen eigen ist, gleichgfiltig ob diese lonen durch Veresterung elektroneutraler Polysaccharide mit Sauren, durch Ueber- ffihrung der Polysaccharide in die entsprechenden Karbons~iuren oder durch eine andere genfigend feste Verknfipfung saurer oder alkalischer Atomgruppen mit dem Kohlehydrat zustande kommt,

Unter Benfitzung dieser Arbeitshypothese wurde eine Reihe von Polysacchariden der Bearbeitung unterzogen; die am Agar-Agar ge- sammelten Erfahrungen sollen in der vorliegenden Arbeit wiedergegeben werden.

I. Literaturfibersicht.

Die fiber das Agar-Agar vorliegenden Untersuchungen sind trotz der verhaltnism~i6ig leichten Zuganglichkeit dieses Materials recht sp~irlich. Die meisten Untersuchungen hatten die Frage zum Gegenstande, welches die chemische Natur des Agar sei und in welcher Beziehung die gallertbildende Substanz dieser Droge zu anderen Pflanzengallerten, namentlich zum Lichenin, steht. Die eigentliche gallertbildende Sub-

2 8 6 KOLLOIDCHEMISCHE BEIHEPTE BAND XVI, HEFT 5-12

stanz des Agar bezeichnete P a y en l) als Gelose, weichen Namen auch

H. G. G re e n i s h 2) beibehalten hat. Es ist ziemlich sichergestolLt, dag der Gelose die Formel C6H100~ zuzuschreiben ist und dab ihr als

Grundk6rper die d-Galaktose zugeh/Srt3). Gelegentlich der Versuche, die Gelose in anal.ysenreinem Zustande zu erhalten, wurde vielfach die Beobachtung gemacht, daB die Agargallerte eine nicht unbedeu- tende Menge yon Mineralbestandteilen enthalt, yon denen sie nicht befreit werden kann4). Die Versuche, die Mineralbestandteile mittelst der Alkoholfallung der organisdien Substanz zu enffernen, f/ihrten zu dem ffir uns sehr bemerkenswerten Resultate, dag das Alkoholkoagulum

wesentlich aschenreicher ist als das AusgangsmaterialS ). In der neu- esten Zeit haben einerseits wit und anderse'its unabh/ingig davon

C. N e u b e r g und H. O h l e 6) beobachtet, dab in de rAsche desAgar - Agar die Sehwefels/iure eine wesentliche Rolle spielt und dab man wohl an eine organische Bindung derselben denken mfisse.

In physikochemischer Hinsicht wurde das Aga r yon S. J. L e w i t e s 7) untersucht, weleher den ErstarrungsprozeB einiger Gallerten, darunter auch den des Agar-Agar studiert hat. Aus diesen Untersuchungen folgt, dag die Agargailerte bei andauerndem Erhitzen diinnflfissiger wird und einen Bodensatz ausscheidet.

I!. Ergebnisse unse re r Versuche.

F/Jr alle nachstehend beschriebenen Versuche diente uns das ge-

w6hnliche Handelsagar, seine Provenienz, sowie die Art der Her- stellung sind uns nicht bekannt.

Lufttrocken enth~ilt es 22,31 Proz. Wasser; mit kaltem Wasser quillt es bekanntlich stark auf, ohne dab es eine nennenswerte Menge

von Substanz an das Wasser abgeben wfirde. In heigem Wasser bildet es hochviskose L6sungen, welche durch braune Flocken getriibt sind. Filtration dutch gew6hnliches Filtrierpapier liefert .eine homogene, doch stets opaleszente L6sung. Auf Zimmertemperatur abgektihlt, er-

1) C. P a y e n , Compt. rend. 49, 521 (1859). 3) H. G. G r e e n i s h , Arch. f. Pharm. 20, 240 (1882). s) j. KOnig u.J .B. B e t t e l s , Zeitschr. f. Unters. Nahrg. u. Genu~m. 10,

457 (1905). 4) H. (3. G r e e n i s h , loc. cit.; W. F. C o o p e r , B. A. C a n t a l , W. H. Nut -

t a I, Pharm..loam. (4) '26, 688 (1908). 5) W. F. C o o p e r usw . , loc. cit.

6) C. N e u b e r g u. H. O h I e, Biochem. Zeitschr. "125, 311 (1921); M. S a m e c u. V. Isa jevi~t , Compt. rend. 173, 1474 (1921).

7) S. J. L e w i t e s , Koll.-Zeitschr. 2, 239 (1907).

SAMEC UND ISAJEVIC, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE, XIV. ~ 8 7

starrt die Agarl/~sung zu einer steifen Gallerte und zwar gentigte bei unserem Pr~iparat eine Konzentration von 0,2 Proz., um eine bei 20 0 C noch ziemlich z~ihe Masse zu liefern.

Beim langsamen Erw.~irmen einer solchen Gallerte setzt ein all- m~ihlicher Uebergang in den LSsungszustand ein, ein Teil der Masse erseheint flfissig, ein anderer schwimmt in Form yon Klumpen in der Fliissigkeit. Zwischen 40 und 45 o verschwinden die Klumpen all_ m~lhlich. Bei 48 0 ist die Fliissigkeit wesentlich leichter beweglich, wird aber erst bei 70 0 homogen.

Hitlt man eine 0,7prozentige Agarl6sung l~ingere Zeit bei 40 0, erscheinen wieder Kliimpchen, an welchen sich weitere Masseteilchen ansetzen, so dab S. J. L e w i t e s I) mit Recht diesen Gelatinierungs- prozeB mit der Kristallisation verglichen hat. Nach W. F. C o o p e r 2) liegt die Gelatinierungstem peratur einer zweiprozentigen L6sung zwisehen 3 3 - - 3 5 0 C, wir fanden ffir ein sehr reines durch Elektrodialyse ge- wonnenes Produkt mit Hilfe der Viskosit~itsmessungen als Gelatinie- rungstemperatur in 0,1 prozentiger L6sung 37 0 C (Tab. I, II). E ine so

Z5

~5

31

~oo ,4'o" 5'O" TempePorur G r a ~ C.?.elsiu5

Fig. 1

1) S. J. L e w t t e s , loc. ett. ~) W. F. C o o p e r , Ioc. eit.

2 8 8 KOLLOIDCHEMISCHE BEIHEFTE ,BAND XVI, HEPT 5--12

verdfinnte Agarl6sung erstarrt bei der Gelatinierungstemperatur nicht mehr , sondern iindert nur wesentlich die innere Reibung, beh~ilt abet, sofern die Temperatur nicht zu tief unter der Gelatinierungstemperatur liegt, die innere Reibung liingere Zeit unvdr~lndert bei (Fig. 1).

Ueber die Jodfarbe der Agargallerte gehen die Beobachtungen ein- zeiner Porscher welt auseinander. Bei der aus Sphaerococcus lichenoides dargestellten Gailerte land H. (3. G r e e n i s h kein Farbeverm6gen mit Jod, wahrend W. F. C o o p e r an seinem Praparat eine rote Jodfarbe fest- gestellt hat. Wit konnten eine Jodfarbe nur dann beobachten, wenn wir einen Tropfen Jod auf die erstarrte Gallerte fallen liefien; e s trat da eine schmutzig griine Farbe auf, wobei es riicht ausgeschlossen ist, daft die Farbe dutch Spuren dem Agar beigemengter Starke bedingt wurde.

Nach' den Beobachtungen yon H. (3. O r e e n i s h und W. C. C o o p e r wird eine Agarl6sung durch Erhitzen auf 100 0 C n i c h t wesentlich ver- ilndert. Wir konnten hingegen mit Zuhilfenahme der .Viskositats- messungen feststellen, daiS die innere Reibung einer Agarl6sung bei mehrstfindigem Erhitzen auf 1000 C absinkt und daiS die Fliissigkeit zusehends gelber wird.

Wesentlich rascher erfolgt die Ver/inderung der Agarl6sung bei 120 ~ Die ursp~nglich nur schwach opaleszente Fliissigkeit wird innerhalb der ersten drei Stunden zunehmend triiber, zwischen der dritten und ffinften Stunde aber wird die L6sung.wieder klar und

�9 fiirbt sich deutlich gelb. Eine ahnliche Veranderung erleidet die Ag~r- 16sung aueh bei 100 0, wenn sie sauer oder alkalisch ist. In Gegen- wart yon H NO 8 scheidet sich gleichzeitig mit der Verf~irbung der L6sung ein feiner kristallinischer Niederschlag aus.

Bei der Elektrodialyse wird die Agarl6sung ganz analog wie die Starkel6sungen in einen gallertigen Anteil (Gel) und eine kolloide L6sung (Sol) zerlegt.

Das yon uns untersuchte Pr~iparat zeigte ohne vorherige Reini- gung einen Aschengehalt yon 4,18 Proz. der bei 110 ~ getrockneten Droge. Die Verte.ilung der Asche scheint nicht ganz gleichmafiig zu sein, da verschiedene Aschenbestimmungen untereinander verh~ltnis- miifiig grofie Differenzen zeigen 1). Der niedrigste beobachtete Aschen- weft betrug jedoch immer noch 3,66 Proz. der Trockensubstanz. Die Asche enthalt relativ viel Natrium und Kalzium, wenig Kalium, viel Schwefeisaure, wenig Kiesr und eben nachweisbare Mengen Phos- phorsaure.

1~ Vgl. C. N e u b e r g u. H. Ohle , loc. cir.

SA/VIEC UND IS~.JEVIC, STUDIEN UBER PFLANZENKOLLOIDE, XIV. 2 8 9

Wahrend der Dialyse verliert das Agar eine nicht unbetr.~chtliche Menge yon Elektrolyten , so dag nach dreimonatlicher Dialyse die Aschenmenge nur mehr 2,40 Proz. derTrockensubstanz betr~lgt (Tab. Ill). Eine nun nachfolgende siebent~igige Elektrodialyse drfickt den Aschenwert auf 1,79 Proz. herab; unter diese Aschenmenge aber konnten wir nicht kommen. Die Abnahme der Aschenmenge w~ihrend der Elektrodialyse geht vor allem auf Kosten der Kationen, so dab die relative /Vienge der Schwefels~iure in der Asche W~ihrend der Elektrodialyse sogar zu- nimmt (Tab. IV). lm v611igen Einklange mit dieter Beobachtung steht die Tatsache, dal~ das k~iufliche Agar Phenolphthalein gegenfiber alkalisch ist, nach der Reinigung durch Dialyse und Elektrodialyse aber eine deut- lich saure Reaktion bekommt. Eine 0,45prozentige, aus dem bei Elektrodialyse erhaltenen Gel bereitete Gallerte, bat sowohl Phenol- phthalein als auch Methylorange gegenfiber einen S/iuregrad yon fund 4,10-4n. Die an Stiirkelfsungen beobachtete doppelte Aziditiit bleibt an Agarlfsungen also aus.

Wird eine Agarlfsung unter Druck erhitzt, dann sinkt ihre inhere Reibung, ihre spezifische Leitf~ihigkeit nimmt zu, die Menge des nicht- dialysablen Schwefels nimmt ab. In dieser Hinsicht schlieflt sich die Agarl6sung v611ig den St~irkel6sungen an. Ausgiebigere Ufiterschiede findet man erst bei der niiheren Betrachtung der Ver~inderungen, welche beim Erhitzen unter Druck erfolgen (Tab. V, VI).

Durch Elektrodialyse gelingt es, wie bereits erwahnt, die Agar- lOsung in ein Gel und ein Sol zu zerlegen. Je l~inger das Erhitzen unter Druck gedauert hat, desto ausgiebiger ist die elektrodialytische Entwasserung des Gels, ein Zeichen, dab beim Erhitzen unter Druck die Hydrophilie der Substanz abnimmt. Analog wie bei der Stiirke geht mit zunehmender Erhitzungsdauer ein immer grfflerer Bruchteil der Substanz in eine elektrodialytisch nicht abscheidbare Form fiber. Der Schwefelgehalt des Gels sinkt innerhalb der ersten Stunde etwas ab, bleibt dann aber nahezu konstant, so lange, als keine tiefergreifende Zersetzung der gelOsten Substanz einsetzt. Am Anfang des Kochens geht eine schwefelhaltige kolloide Substanz auch in das Sol fiber, doch nimmt auch der S-Gehalt des Sols zeitlich ab.

Hand in Hand mit den geschilderten Veranderungen liiuft in der Agarl6sung auch eine Erh6hung des Dispersit/itsgrades, welche mit Hilfe des osmotischen Druckes verfolgt werden konnte. Da selbst verdfinnte AgarlSsungen bei gew6hnlicher Temperatur gelatinierten, wurden die diesbezfiglichen Versuche bei 40 0 C durchgefiihrt. Frisch bereitet, ze ig t eine 0,1 prozentige L6sung eine mittlere biolatgr6fle

990 KOLLOIDCHEMISCHE BEIHEffTE BAND XVI, HEP'T 5-12

von 9000; nach einstfindigem Kochen sinkt sie auf etwa 8553 und bleibt auf dieser H0he dutch weitere zwei Stunden stehen. Nach der dritten Kochstunde beginnt eine sehr weitgehende/V[o|atverkleinerung, welche sich fibrigens auch durch die Veranderung des Aussehens der L0sung verrtit. Man wird demnach die Betrachtungen fiber die Ver- tinderungen der AgarlOsun~en in zwei Gruppen zusammenfassen mfissen, yon denen die erste bei mSglichster Konstanz der mittleren Molat- gr~fe erfolgt, die zweite abet gerade in der NIolatverkleinerung den charakteristischsten Ausdruck finder.

�9 L r 1 6 2 2.0 dem SO, ZOc:ho~ ,.SO,,," 0.20~

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"x~Jer~ t~JtO't~

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Fig. 2

!11. Physikochemische Konstitution der Agargallerte.

In alien hier geschiiderten Eigenschaften schliefit sich das Agar auferordentlich nahe an die St~rke an, so daft die Folgerungen, welche uns bei der St~rke zur Annahme einer Amylophosphors~ure gef~hrt haben, auch beim Agar ihre Geltung beibehalten und die Existenz einer kolloiden organischen S~ure wahrscheinlich machen. Die Rolle, welche bei cler St~rke die Phosphors~.ure spielt, kommt im Agar jedoch der Schwefelsiure zu, so daf wir die gallertbildende Substanz des Agar als eine Qeloseschwefelsiure oder in Analogie mit dem Amylopektin als Ag a r o p e k t i n ansprechen d~rfen. Der Umstand, daft die Schwefel- siure aus dem Agar unter ganz ~analogen Bedingungen abgespalten wird wie die Phosphors~ure aus dem Amylopektin, erlaubt uns-d ie Annahme, daf auch bier wenigstens ein Tell der anorganischen Siure e s t e r a r t i g mit dem Polysaccharid verkniipft ist.

Die yon uns postulierte Geloseschwefelsiure zeigt in 0,1 prozen- tiger L0sung bei 400 C eine mittlere MolatgrSfe yon 9000. In sehr

SAMEC UND ISAJY-VIC, $TUDIEN UBER PFLANZENKOLI.OIDE, XIV. 291

guter Uebereinstimmung damit ffihrt uns die Annahme, dab einem Atom Schwefel ein M o l d e r Organoschwefels/iure entspricht, zu dem Werte M 8899. Aus diesen beiden recht ~ut stimmenden Werten be- rechnet sich ffir das Agaropektin die Formel (C61-110Or,)54SO4H. Die Ric.htigkeit dieser Annahme beweist auch die nachstehende Berechnung: 100 g Geloseschwefels~iure enthalten frisch bereitet 1,09 ~_ S O4 ; 100 g

einer 0,45prozentigen LSsung, wie wir sie auf S. 289 zur Titration verwendet haben, enthalten dann 0,0495 g S 04 = 1 . 10 -:~ Aequivalente oder 5 . 1 0 -4 Mole H2SO 4. Da nach unserer Annahme die Gelose- schwefels~iure eine einbasische Saure ist, enthielte diese LSsung

5 .10- '~n H-Ionen. Die direkte Titration ergab daftir den Wert von

4 . 1 0 -~. D i e k~iufliche Droge besteht - - abgesehen von einer kleinen

Menge Verunreinigungen - - nur aus der Geloseschwefels~iure, denn ihre frisch bereitete, nicht weiter gekochte L~3sung liefert keine in Solform vorhandene Substanz. Wahrend der ersten Kochstunde (120~ gehen 6 Proz. und nach weiteren zwei Stunden noch etwa 4 Proz. der urspriinglich in der Gallerte vorhandenen Stoffe in die Solform fiber. Im Gegensatz zur Starkel6sung enth~ilt aber schon eine durch blot~es Aufl6sen des Agar in kochendem Wasser bereitete Agar- gallerte nur 57,6 Proz. der gel~sten Substanz in Form so grot~er Molate,

dab sie von der Kollodiummembran zurtickgehalten werden, wahrend

42,4 Proz. die Membran passieren. Es ist von grot~em lnteresse, dat~ die EIektrodialyse aus einer

Agarl6sung auch solche Molate in Gallertform abscheidet, welche die

Kollodiummembran bereits passieren. Beim Kochen des Agar unter Druck geht proportional der Er-

hitzungsdauer ein immer gr61~erer Bruchteil der gel6sten Substanz in dialysable Form fiber. Da aber diese ~ihnlich wie der kolloide An-

teil elektrodialytisch ftillbar ist, gelten die folgenden Ueberlegungen - - so welt sie sich auf den Wandel des SO 4 beziehen - auch f/Jr den durch Kollodium dialysablen Anteil.

Neben dem einfachen ,In L6sung gehen" erfolgt beim Erhitzen der Agarl6sung unter Druck auch eine Spaltung des Agaropektins

und zwar einerseits an der Stelle der S O 4- Bindung anderseits aber auch in der Molekel des Polysaccharids, so dat~ die in das Sol/ibergehende Substanz noch organisch gebundenen S enthiilt. Durch diese Art der Spaltung nimmt einerseits die Menge der elektrodialytisch fiillbaren

Substanz, anderseits aber auch der Gehalt des Gels an nicht dialysier-

barem S 04 ab. 19

292 KOLLOIDCHEMISCHE BEIHEPTE BAND XVI, HEFT 5--12

Die im Sol befindliche S-haltige Substanz hat einen S O4-Gehalt yon 4,18 Proz., aus welchem sich in der Voraussetzung, daiS die Grund- substanz ein Polysaccharid sei, fast genau die Formel (C6H10Os)t~SO4H ableiten litBt, entsprechend einem Molekulargewicht yon rund 2300. Infolge dieser Abspaltung kleiner Molekfile sinkt die mittlere Molat.- grOise der gelfsten Substanz. Ueber die zu erwartende Verminderung derselben gibt folgende Rechnung Aufschluis: Nach der ersten Koch- stunde betr~gt die Menge des Gels 94 Proz. der in Lfsung befind- lichen Substanz, 6 Proz. aber sind im Sol und haben nach der vor- stehenden Berechnung ein Molekulargewicht 2300. Wenn die Mola t - grtlise des Gels unver/tndert geblieben ist, woffir gewisse Beobachtungen, auf welche wir noch zurfickkommen, sprechen, miiBte die mittlere biolatgrOise der Substanz, welche sich nach einstfindigem Kochen in der L6sung vorfindet, 8598 betragen, withrend die direkte Bestimmung nach der osmotischen Methode 8553 ergab. Auch diese Ueberein- stimmung ist so gut, daiS sie unserer Ansicht fiber die Art der hier studierten Zustands~nderung eine wesentliche Stfitze bietet.

Rechnen wit analog wie fiir das ungekochte Agar aus dem SO4- Gehalt die Menge der organischen Substanz, welche im Gel nach ein- stfindigem Kochen auf ein S O 4 k~me, finden wir den Wert 11566. Daraus folgt, daiS bei der Abgabe yon H2SO~ die organische Sub- stanz zunachst nicht in das Sol fibergeht, sondern gleichzeitig mit dem gallertigen Bestandteil der Lfsung bei der EIektrolyse ausf.~llt. Da wir vom Gel keine Molekulargewichtsbestimmungen durchgeffihrt haben, ist es zun/Ichst unentschieden, ob der Abgabe der Schwefel- s~iure eine Assoziation der nunmehr S-freien Substanz mit der unzer- setzten Geloseschwefelsiiure stattfindet oder ob das entstandene Poly- saccharid als schwer 16slicher K6rper v o n der sich abscheidenden Gallerte mechanisch mitgerissen wird. Nach allen unseren Erfahrungen scheint uns die zweite Ansicht die wahrscheinlichere.

Zwischen der ersten und dritten Stunde erfolgt im wesentlichen nur eine Abspaltung def. Schwefels~iure, wodurch die gallertbildende Subsfanz ihr Gelatinierungsvermfgen allm/ihlich verliert und bei der Elektrodialyse im Sol gelfst bleibt. Dadurch sinkt sowohl die Menge des Gels als auch die Menge des nicht dialysierbaren SO, bezogen anf die gesamte gelfste Substanz; der SO4-Gehalt des Gels aber bleibt konstant. In dieser Phase wandert also die entstehende S-freie Substanz aus dem Sol aus und es nimrnt tats~lchlich der S-Gehalt des Sols ab.

SAMEC UND ISkJEVIC, STUDIEN UBER PFLANZENKOLLOIDE, XIV. ~9~

Die mittlere Molatgr6fle des kolloiden Anteiles bleibt zwischen der ersten und dritten Kochstunde konstant, der beobachtete Wert ent- spricht einer Mischung von 6 Proz. Substanz mit dem Molekulargewicht 2300 und 94 Proz. Substanz mit der Molatgr6Be 8900.

W~lhrend der eben verfolgten Spaltung steigt die Menge der freien H2SO 4 in der L6sung; ihre Konzentration erreicht alsbald jene Gr6Be, bei welcher die freie S/iure die Zersetzung des Polysaccharids kata- lysiert. So beobachten wir tats~ichlich, dab zwischen der dritten und fiinften Stunde eine tiefgreifende Zersetzung des Agars erfolgt, welche sich dutch eine auffallende Richtungs~inderung aller Eigenschaftskurven verdit. Der ProzeB verl~iuft in dieser Phase mit einer viel gr6Beren Oeschwindigkeit und ffihrt z u qualitativ ganz anderen Produkten als in den ersten drei Kochstunden. Am Ende der fiinften Stunde werden nur 11,56 Proz. der gel6sten Substanz yon der Kollodiummemhran zur/ickgehalten, der koltoide Rest aber zeigt eine mittlere Molatgr6fle von 2315, also sehr nahe ienem Wert, Welchen wit f/Jr die ersten in das Sol /ibergegangene a Anteile berechnet haben. Auch in dieser Richtung stimmt das Verhalten der Agarl6sung mit der St~irke iiberein, da anch diese bei ausgedehnterem Erhitzen unter Druck unter Kata- lyse der in den ersten Kochstunden abgespaltenen Phosphors~iure eine weitgehende Zersetzung erleidet.

IV. Reaktion des Agar mit S/iuren und Basen.

Der physikochemische Zustand der Oeloseschwefels~iure is! nicht nur von der thermischen Vorgeschichte, sondern auch yon der Reaktion der L6sung abh~.ngig. Die innere R e i b u n g - bekanntlich ein aufler- ordentlich empfindliches Kriterium ffir die Zustands~inderungen von kolloiden L6sungen - - variiert beim Agaropektin hnter dem Einflui~ yon Stluren und Basen auBerordentlich stark und auf recht kompli- zierte Weise.

Am einfachsten liegen die Verh/iltnisse beim Gel, welches durch L6sen yon Agar in kochendem Wasser und darauf folgende Elektro- dialyse erhalten wurde und welches nahezu aus reiner freier (ielose- schwefels/iure besteht (Tab. VII, Fig. 3). Wie die Titration ergab, ist dieses Produkt sauer und enthiilt so gut wie keine Kationen. Unter dem EinfluB yon steigenden S/iuremengen wird demnach nur jene Oruppe von Ver~inderungen zu erwarten sein, welche yon der Ionisation der Geloseschwefels~iure und von den lyotropen Wirkungen der zugesetzten Siiure abhiingig sind. Wie aus unseren /V[essungen folgt, kommen

19"

294 KOLLOIDCHEMISCHE BEIHEFTE BAND XVI, .HEFT 5--12

bei den Agarl6sungen solche Einfl/isse in der Viskositat der L6sungen nicht zum Ausdruck.

1.~.C

110~'~510 ~ 5.1'0"1t10 -~ HCI ~ N ormafhonzen~ra!ion ~ NO OH

~ig. 3

1.1C

. x ~ Get ou51S~gek.Ag~*

G~F c~x5 t 510 ~

Bei Zusatz yon Alkali nimmt die innere Reibung anfangs rasch zu, die Viskositlitskurve erfiIhrt aber schon bei einer Laugenkonzen- tration yon 1 . 1 0 - 4 n eine Richtungsanderung; yon diesem Punkte an steigt die Viskosit~t nurmehr langsam an und erreicht bei 1 . 1 0 - 3 n NaO H ein Maximum. Der erste Umkehrpunkt fiillt genau mit dem titrimetrisch bestimmten Neutralpuukt zusammen und ist wohl durch die voile Abs~ittigung des Wasserstoffes in der Geloseschwefels~iure gegeben.

Der weitere Anstieg der inneren Reibung dfirfte durch die An- lagerung yon N a O H an die alkoholischen Hydroxylgruppen bedingt sein, welche, wie die Untersuchungen fiber die St~rke gezeigt haben, eine bedeutende ErhOhung der inneren Reibung bedingt, aber infolge der fibermiiflig gesteigerten Hydratation auch einen Zerfall der Molate einleitet.

Wurde das (3el aus einer einige Stunden bei 120 0 C gekochten AgarlOsung abgeschieden, so enth/llt es weniger S 04, und wegen der fortschreitenden Desaggregation eine geringere Menge hoher Molate, welche allein bei der Anlagerung yon Alkali in meBbarem Umfange die Hydratation [indern. Aus diese~ (3runde sind in solchen L~sungen die Richtungs~nderungen der Viskosit/ttskurven weniger ausgesprochen und. verschieben sich in niedrigere Laugenkonzentrationen. Dies gilt nicht nur f'fir den Neutralpunkt, sondern auch, da nur die hohen Molate bei der Anlagerung yon Alkali meBbar die inhere Reibung lndern, auch ffir das im alkalischen (3ebiet liegende Viskosit.~smaximum.

Weit komplizierter liegen die Verh~lltnisse beim Naturagar (Tab. VIII). Dieses besteht im wesentlichen aus dem Na- und Ca-Salze der Gelose-

SAMEC UND ISAJEVIC, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE, XlV. 295

schwefels~iure, welches yon verschiedenen Mineralsalzen begleitet wird. Die Reaktion dieses Gemisches ist schwach alkalisch und es ist versdind- l ich, dat~ das im Neutralpunkt liegende Maximum der Viskosit~it erst durch Zusatz kleiner Mengen von Stiure erreicht wird(Fig. 4). Eine Steige- rung der S~iurekonzentration fiber den zur Neutralisation der L6sung n6tigen Grad bedingt einen Abfall der Viskosit~it, weil aus dem Salze die organische S~iure frei wird und ihre lonisation zurfickgedr~ingt wird. Zu einem anatogen Effekte: Rfickgang der Ionisation, gelangt man auch dutch eine Erh6hung dei- Alkalimenge und es bedarf einer ver- h~iltnism/it3ig grot~en O H-lonenkonzentration, um zu dem am Gel be- obachteten zweiten Umkehrpunkt zu gelangen.

1,-

~ 3 5L gckoch~

t.gckochl-

t ~ , . l o ~ , 1 . 1 d ~ HCI ~ Norma}konz~nbration ~ Na 011

Fig. 4

Bei zunehmender Kochdauer wird die Agarl6sung infolge Ab- spaltung der Schwefels~iure saurer und so linden wit das Viskosit~its- maximum solcher Flfissigkeit tats/ichlich in der s~iure- und alkalifreien Agarl6sung. Das zweite Maximum ist in niedrigere Laugenkonzen- tration gerfickt und liegt ~ihnlich dem Gel bei 1 .10- :~n OH.

Bei der Dialyse gegen destilliertes Wasser verliert das Agar vor allem die 16slichen Begleitsalze. Die Viskosit~itskurven dieses Pdipa- rates decken sich im wesentlichen mit denen des Naturproduktes, mit dem Unterschiede, dab die L6sung eines einen Monat dialysierten Agars schon nach einst/indiger Kochdauer neutral wird (Tab. IX, Fig. 5). Da abet in diesem Produkte die Begleitsalze zum gr66ten Teile schon ausgevcaschen sind, wit aber doch den Charakter einer alkalischen L6sung vorfinden, tritt die Frage heran, ob nicht das geloseschwefel- saure Kalzium event. Natrium als solches infolge der Hydrolyse schwach

296 KOLLOIDCHEMISCHE BEIHEFTE BAND XVI, HEPT 5--12

alkalisch reagiert, Eine Kl~rung dieser Frage werden die im Gange befindlichen Untersuchungen bringen.

Unsere Beobachtungen fiber den Kiesels~iuregehalt haben wir fiber- all den betreffenden Versuchsresultaten angeschlossen, k6nnen aber derzeit noch keine einigermaBen begrfindete Ansicht fiber die Rolle derselben in Agar aussprechen. Auffallend ist jedenfalis, da6 ~hnlich

1,00

J 1,00

X X

~o'~

q/SO

~ ~ ' ~ o N C I ~ N o ~ m a l k o ~ _ ~ r a t ~ - ~ n ~ NoO~ ~ ~o; ~

Fig. 5

wie der S O4- Gehatt auch die Menge der Kiesels~iure im Agar wechseit. Es darf in diesem Zusammenhange nicht fibersehen werden, dab auch die St~irke und namentlich die Zellulose stets eine gewisse Menge Si O~. enthalten und es ist die Prage nicht unbegr~ndet, ob die Kiesel- saute nicht auch in organischer Bindung, vielleicht als komplexe Kiesel- siiure vorliegt.

Die an der Stitrke gesammelten Erfahrungen und Theorien haben sich, wie aus dem vorliegenden Berichte folgt, auch fiir die Analyse der Agargallerte fruchtbringend .erwiesen. Der Qrundgedanke, dab der physikochemische Zustand der Pflanzenkolloide durch gewisse un- trennbar mit dem Kolloid verbundenen Mineralstoffe bedingt ist, konnte in allen seinen Einzelheiten auch beim Agar als richtig befunden wet- den, so daft der Weg zu einer einheitlichen Betrachtung der Pflanzen- gallerten und Schleime geebnet erscheint.

Weitere Beitr~ge in dieser Richtung werden die im Oange be- findlichen Untersuchungen verschiedener Pflanzenkolioide bringen.

SAMEC UND ISAJEVIC, STUDIEN UBER FFLANZI='~NKOLLOIDE, XIV. 297

Methodische Bemerkungen. Die D i a l y s e erfolgte gegen flieBendes destilliertes Wasser, mit

C HCI3-Zusatz zum Schutze vor Infektion. Das dialysierte Produkt wurde vor der weiteren Verarbeitung nicht getrocknet.

Au f I 6 s e n : Das Agar wurde in kochendes Wasser eingetragen und 2 0 - - 3 0 Minuten auf dem Wasserbade digeriert.

Fi I t r a t i o n verdiinnter L6sungen erfolgte durch den HeiBwasser- trichter, z/ihere Flfissigkeiten nutschten wir ab.

Die B e s t i m m u n g d e r T r o c k e n s u b s t a n z ffihrten wit im Vakuum bei 4 0 ~ dutch. Diese Methode war besonders bei den sehr empfindlichen elektrodialysierten Produkten angezeigt, da sonst

leicht Zerseizung erfolgt. Das Naturagar vertriigt auch das Trocknen bei 1 0 5 - - 1 1 0 ~ ganz gut.

Die V e r a s c h u n g ffihrten wit in bekannter Weise in einer Platin-

schale fiber einem Benzinbrenner dutch. Wenn schwer verbrennliche

Kohle fibrig btieb, wurde die Asche mit heiBem Wasser aufgenommen, filtriert, das Filter samt der Kohle verbrannt und diese Asche mit dem Abdampfrfickstand des Filtrates zusammen gewogen.

Wenn es nicht auf die Aschenmenge, sondern auf die Aschen- bestandteile ankara, wurde die scharf getrocknete Substanz einige Male mit konzentrierter Salpeters~iure eingedampft und erst dann in der Platinschale fiber freier Flamme zu Ende verascht. Um Verluste an

S/iuren zu vermeiden, setzten wir sowohl vor der gew6hnlichen Ver- aschung als auch vor der Veraschung nach der Oxydation mit Sal- peters/iure einige Kubikzentimeter titrierte Sodal6sung zu.

Die physikochemischen Eigenschaften ermittelten wir in bekannter Weise. Die elektrische Leitf/ihigkeit wurde bei 25 0 C, die Viskosit~it bei 35 o oder 45 0 bestimmt, der osmotische Druck bei 40% Wie wit durch Versuche feststellen konnten, ~indern sich bei der ange- wendeten Temperatur in jener Zeit, welche fiir die Durchffihrung des

Versuches n6tig war, die studierten Eigenschaften der AgarlSsung nicht meBbar.

T a b e l l e I. B e s t i m m u n g d e r G e l a t i n i e r u n g s t e m p e r a t u r e i n e r

O , l p r o z e n t i g e n A g a r l 6 s u n g m i t H i l f e d e r V i s k o s i t ~ i t .

Temperatur 0 C AusfluBzeit aus

einem O s t w a l d - schen Viskosi-

meter nach Ein- stellung d. Gleich-

gewichts Sek.

29

29,4

32

27,5

35 37 40

25,9 24,6 123,5

45

21,5

5 0 -

19,6

298 K O L L O I D C t t E M I S C H E B E I H E F T E BAND XVl, H E F T 5--12

T a b e l l e I I . V i s k o s i t a t v e r s c h i e d e n l a n g e be i 3 5 ~ g e h a l t e n e r

Dauer des Aufbewahrens

Stunden t/t 1

A g a r l S s u n g .

I I 0 24 27 45

4,60 1 4 , 6 2 4 ,62 1 4 , 6 0

T a b e l l e Ill. V e r t i n d e r u n g d e s A s c h e n g e h a l t e s b e i d e r D i a l y s e .

;5 Monate 1 Monat 3 Monate dialysiert und

; Naturprodukt dialysiert dialysiert elektrodialysiert

in I

Asche Proz. der I Trockensubstanz I 3,66 2,13 2,40 1,79

T a b e l l e IV. G e h a l t an S c h w e f e l s t l u r e u n d K i e s e l s . ~ u r e im N a t u r a g a r .

In Proz. der Trockensubstanz Asche S 04 Si O9

Kaufliche Drogue 3,66 1,74 0,44 Nach dreimonatlicher

Dialyse . . . . . . 2,40 1,03 0,16 Nach dreimonatlicher

Dialyse und Elektro- dialyse . . . . . 1,79 1,09 0,17

T a b e l l e V. V e r i t n d e r u n g e i n e r A g a r l 6 s u n g b e i m E r h i t z e n

D r u c k be i 120 0 (Agar 1 M o n a t d i a l y s i e r t ) .

In Proz. der Asche S O4 Si 02

47,74 12,11

42,92 6,66

60,89 9,49

u n t e r

Dauer des Erhitzens, Stunden

�9 Aussehen der LOsung . t/tl in 0,1 proz. L6sung 105.K in 0,2proz. LOsung Nicht dialysables SO4 in Proz.

der Trockensubstanz Menge des elektrodialytisch

abscheidbaren Gels in Proz. der gelOsten Substanz .

Proz. yon SO4 im Gel . . Proz. yon SiO2 im Gel Menge der im Sol gebliebenen

Substanz in Proz. der ge- 16sten Substanz . . . .

Proz. yon SO4 im Sol . Proz. von SiO3 im Sol .

0

Opaleszent 2,38 3,7

1,09

100 1,05 0,20

0

1

tr/ib 1,78 5,2

0,92

4,2 0,83 0,18

5,8 4,18 0,78

fast klar, tr/iber gelb 1,13 1,08 6,2 9,6

0,87 0,55

90,4 57,7 0,82 0,61 0,07 " 0,17

9,6 2,38 0,98 0,11 0,01

SAMEC UND ISAJEVtC, STUDIEN UBER PFLANZENKOLLO1DE, XIV. 299

T a b e l l e V I . M i t t l e r e M o l a t g r 6 f i e v e r s c h i e d e n l a n g g e k o c h t e r A g a r -

1 6 s u n g e n b e i 40 ~ u n d 0,1 P r o z .

Daue r des Erhitzens, Stunden . . Mittlere Molatgr6t~e . . . . Dialysabler Anteil in Proz. der ge-

16sten Substanz . . . . . .

9Oo 42,4

813 46,6 52,6

5 2315

88,44

T a b e l l e VII. A e n d e r u n g d e r V i s k o s i t ~ t d e s G e l s a u s v e r s c h i e d e n l a n g bei 120 ~ u n t e r

d e m E i n f l u s s e v o n S a u r e n u n d B a s e n .

Zusatze t/h nach einer Kochdauer v. Std. 0 1 3

5 . i0 .3 1,24 1,040 1,030 1.10 -3 1,25 1,030 1,028

HC1 v o n d e r Normalit~t . 5.10 -4 1,24 1,025 1,014 '1.10 -4 1,24 1,020 1,018

0 1,26 1,020 1,020

N a O H v o n d e r Normalitfit .

1.10 -4 5.10 4 1.10-3 5.10 3

T a b e l l e VIII.

1,28 1,036 1,290 1,040 1,292 1,041 1,28 1,039

1,032 1,039 1,022 1,022

A e n d e r u n g d e r V i s k o s i t a t v e r s c h i e d e n l a n g b e i 120 0 C g e k o c h t e r 0 , 1 p r o z e n t i g e r A g a r l 6 s u n g u n t e r d e m E i n -

f l u s s e v o n S ~ u r e n u n d B a s e n . N a t u r a g a r .

Zusatze t/tlnach einer KQchdauer von Stunden 0 1 3 5

5.10 -3 1,30 1,26 1,16 1.10 -3 1,32 1,27 1,16

HC1 von der'Normalit/it 5.10_ 4 1_-6"-2 1,35 1,27 1,12 1.10 -4 2,14 1,39 1,33 1,14

0 1,84 1,30 1,38 1,28

NaO H von d. Normalit~t

1.10 -~t 5.10-4 1.10 -~ 5.10-3

1,52 1,42 1,38 1,42

1,27 1,27 1,28 1,24

1,38 1,40 1,38 1,40

1,22 1,21 1,30 1,32

300 KOLLOIDCHEMISCHE BEIHEFTE BAND XVI, HEFT 5--12

T a b e l l e IX.

A e n d e r u n g d e r V i s k o s i t A t v e r s c h i e d e n l a n g be i 1 2 0 0 C g e k o c h t e r 0 , 1 p l ~ o z e n t i g e r A g a r l O s u n g e n u n t e r d e m E i n - f l u s s e y o n S A u r e n u n d B a s e n . 1 M o n a t d i a l y s i e r t e s Agar.

Zus/ltze

HCI v o n d e r NormalitAl:

NaOH von d. NormalitAt

tlt~ nach elner Kochdauer yon Stunden 0 1 3 5

5.10 -3 2,08 1,60 1,115 1.10 '3 2,12 1,64 1,115 5.10 -4 2,23 1,68 1,120 1.10 .4 2,32 1,70 1,124

1,072 1,068 1,070 1,078

0 2,28 1,080 1,78 1,125

1,72 1,140 1,76 1,122 1,75 1,120 1,68 1,120

1.10 -4 5.10-4 1.10 -3, 5.10-~

2,30 2,26 2,18 2,10

1,082 �9 1,075

1,060 1,060

Zusammenfassung.

1. Das Agar-Agar enthAIt eine nicht unbetr~chtliche Menge von Elektrolyten, welche mit der organischen Substanz so fest verknfipft sind, dab es weder durch Dialyse noch Elektrodialyse m6glich ist die- selben zu entfernen.

2. Den Hauptbestandteil der Agarasche macht die Schwefelsiiure und das Kalzium aus. Daneben finder sich immer auch KieselsAure.

3. Beim Kochen der Agarl6sung unter Druck geht die Schwefel- siiure in leicht dialysable Form fiber.

4. Symbat damit iindert sich eine ganze Reihe physikochemischer Eigenschaften, so dab man einen kausalen Zusammenhang Zwischen dem'S-Gehal t und der Fiihigkeit zur Galiertbiidung annehmen muB.

5. Als typischer Bestandteil des Agar-Agar wurde die Gelose- schwefelsAure erkannt, "in welcher die Sch~vefelsiiure wahrscheinlich esterartig gebunden ist. Die mittlere Molatgr6i~e betriigt 9000.

6. Die GeloseschwefelsAure ist eine einbasische SAute und enthAlt im Mol ein Atom Schwefel.

7. Die Agargallerte erreicht im Neutralpunkt das Maximum ihrer ZAhigkeit.