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Rohstoffe für Diätetik und Pharmazie
Zur Viskosität von Glucomannan-Lösungen
Lösungen von Glucomannan in Wasser sollten eine hohe Viskosität besitzen, und die Viskosität wird oft als qualitätsbestimmender Faktor für das verwendete Rohprodukt angesehen. Bei der Interpretation entsprechender Untersuchungsergebnisse ergeben sich jedoch oft Mißverständnisse.
Die Viskosität einer Flüssigkeit ist
definiert als der spezifische Widerstand, der einem in der Flüssigkeit bewegten
Gegenstand entgegengesetzt wird, oder, in anderen Worten, als die zur Bewegung
des Gegenstands benötigte Kraft. Spezifisch bedeutet in diesem Zusammenhang,
daß der Widerstand auch von der Größe der Oberfläche des Gegenstands abhängt.
Für die Kraft, welche zur "parallelen" Verschiebung einer glatten
Fläche nötig ist, gilt folgende Gleichung:
dv
F = eta x A x ----; (Gleichung 1)
dl
F: Kraft
A: Fläche
v: Geschwindigkeit der
Bewegung
l: Entfernung zwischen
bewegter Oberfläche und ruhender Flüssigkeit
eta: Konstante
dv
m/s
---- ist die Schergeschwindigket. Ihre
Dimension ist ------, also 1/s.
dl
m
Gleichung (1) besagt: Die zur Bewegung
einer Fläche A benötigte Kraft ist proportional zur Oberfläche, zur
Schergeschwindigkeit und zur Konstante eta. Eta ist allerdings nur in den
Fällen konstant und für eine Flüssigkeit spezifisch, in denen die Flüssigkeit
tatsächlich Newton'sches Verhalten zeigt. Die Einheit von eta ist:
kg*m/s2
kg
N * s kg * m/s2 *s
------- = -----
oder Pa*s (1 Pascal = 1 ----- =
------------ )
m2*1/s m *
s
m2 m2
Die Einheit Pa*s entspricht 1000 mPa*s oder to 1000 cPs (centipoise). Die Einheit centipoise ist obselet und sollte durch mPa*s ersetzt werden.
Lösungen von Glucomannan gehorchen den
oben genannten Gesetzen nicht. Sie zeigen ein als strukturviskos Verhalten, bei
dem eta von der Schergeschwindigkeit abhängt. Mit abnehmender
Schergeschwindigkeit, d.h. abnehmender "Belastung" der
Glucomannan/Wasser Struktur, steigt ihre Viskosität stark an. Oft werden die
Viskositäten von Glucomannan-Lösungen angegeben, ohne daß die verwendete
Schergeschwindigkeit genannt wird. Die Interpretation solcher unvollständiger
Daten ist nicht möglich. Zur Demonstration des Problems soll folgendes Beispiel
dienen:
Eine 1%ige Lösung eines Glucomannans von guter Qualität (behauptete Viskosität: 112 000 mPa*s) wurde bei 25°C als Funktion der Schergeschwindigkeit gemessen. Verwendet wurde ein Haake VT500 Viskosimeter, entsprechend DIN 350019. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Viskosität einer 1%igen Lösung eines Glucomannans hoher Qualität bei 25°C
Viskosität bei
gemessen
Schergeschwindigkeit
(mPa*s or
"cPs") (1/s)
33
800 2.58
28
900 3.225
20
300 5.16
17
100 6.45
9
660 12.90
5
280 25.80
2
340 64.50
1
990 77.40
1
260 129.00
680 258.10
Offensichtlich ist die Abhängigkeit der
Viskosität von der gewählten Schergeschwindigkeit in diesem Fall sehr stark. Allerdings
liegt der bei der langsamsten Schergeschwindigkeit gemessene Wert von 33.800
immer noch weit unter der behaupteten Viskosität (112.000 mPas). Die
Schergeschwindigkeit 2,58 entspricht der Drehung eines zylindrischen Körpers
mit dem Durchmesser 20 mm mit der Geschwindigkeit 2 Umdrehungen pro Minute, was
offensichtlich eine sehr niedrige Drehgeschwindigkeit ist. Durch Extrapolation
auf noch niedrigere Drehgeschwindigkeit kann vielleicht ein Wert von 112 000
mPas erreicht werden. Eine Messung bei solch niedrigen Geschwindigkeiten ist
jedoch nicht mehr möglich, da dann das Meßsignal im Grundrauschen des
Instruments aufgeht.
Durch halblogarithmisches Auftragen der
gemessenen Viskositäten gegen die Schergeschwindigkeiten erhält man eine Kurve,
welche sich der Schergeschwindigkeit 0 asymptotisch annähert. Der
Achsenschnittpunkt kann bei Werten von 70.000 bis 150.000 angenommen werden.
Höchstwahrscheinlich haben die Hersteller des Produkts eine einfache Apparatur
zur Messung verwendet, welche zwar erfreulich hohe, jedoch nicht
reproduzierbare Ergebnisse liefert. Die angegebene Zahl -112.000- suggeriert
eine hohe Meßgenauigkeit, die jedoch praktisch nicht erreicht werden kann,
insbesondere nicht mit einfachen Instrumenten.
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