Stärke (Amylum)

Vorkommen:

	Stärkekorn unter dem Elektronenmikrosokp (angeschnitten)

Angefärbte Stärkekörner

Aufbau:

Die Stärke lässt sich in zwei Fraktionen unterteilen:

• Amylose:
  Unverzweigte Stärke aus linear über a(1-4)-Bindungen verbundenen Glucosemolekülen. Der Polymerisierungsgrad liegt bei Getreidestärken zwischen 1000 und 2000. Bei Kartoffeln werden dagegen Ketten mit bis zu 4500 Glucose-Einheiten beobachtet (Molekulargewicht: 150'000-750'000 Dalton). Diese Ketten muss man sich wiederum je nach dem Lösungszustand als mehr oder weniger ausgeprägte Helices vorstellen.
  
  
  • Amylose ist in kaltem Wasser schlecht dispergierbar.
  • Beim Erhitzen kommt es zu einer Quellung und zur Bildung eines Stärkekleisters. Dies ist ein System von gequollenen Stärkekörnern in einer Stärkelösung. Man spricht in diesem Zusammenhang von der Verkleisterungstemperatur. Diese ist je nach Stärke unterschiedlich (siehe nachfolgende Tabelle).
  • Beim schnellen Abkühlen eines Stärkekleisters bildet sich je nach dem, ob gerührt wird oder nicht, eine andere Textur aus. Mit Rühren erhöht sich im allgemeinen die Viskosität, während es ohne Rühren zur Ausbildung eines Amylosegels kommt.
  • Amylosegele neigen mit der Zeit zur Retrogradation. Man bezeichnet damit den weitestgehend irreversiblen Übergang vom gelösten bzw. dispergierten in einen unlöslichen, entquollenen, mikrokristallinen Zustand. Diese Tendenz kann durch eine Temperatur im Bereich von 0 °C gefördert werden. Das Altbackenwerden von Brot und Gebäck hängt mit diesen Vorgängen zusammen. Retrogradierte Stärke ist für die menschlichen Verdauungsenzyme praktisch nicht zugänglich und zählt deshalb zu den Resistenten Stärken. Resistente Stärke hat den Charakter von Nahrungsfasern (Ballaststoffen).
  • Amylose ergibt mit Jod (Jod-Jodkalium-Lösung) eine charakteristische Blaufärbung. Entsprechend kann mit Jod beispielsweise kontrolliert werden, ob in einer Biermaische noch unverzuckerte Stärke enthalten ist. Das Jod wird bei dieser Farbreaktion in die Helices der Amylosekette eingelagert (Einschlussverbindung).
    
    
• Amylopektin:
  Verzweigte Stärke mit a(1-4)- und a(1-6)-Bindungen zwischen den Glucosemolekülen. Die Verzweigungen der Kette erfolgen dabei über die a(1-6)-Bindungen. Auf etwa 15 - 30 Glucosesegmente findet sich in unregelmässigen Abständen eine solche Verzweigungstelle.
  Das Molekulargewicht von Amylopektin liegt sehr hoch im Bereich von 10⁷ bis zu 2x10⁸ Dalton. Man geht davon aus, dass auch Amylopektin in gewissen Grenzen Helices bildet.
  
  
  Die nebenstehende Abbildung vermittelt einen Eindruck der Struktur von Amylo-pektin. Sie zeigt im Modell nach Banks und Muir, wie die Seitenketten an der Hauptkette (A, B) angreifen und wie diese untereinander in Doppelhelices ineinander verdreht sind.
  
  
  • Amylopektin ist in heissem Wasser löslich. Es ergeben sich klare, hochviskose Lösungen, die fadenziehend oder cohäsiv sind.
  • Im Gegensatz zur Amylose ist bei Amylopektin eine Neigung zur Retrogradation kaum vorhanden. Ausser bei sehr hohen Konzentrationen ist keine Alterung und Gelbildung zu beobachten.
  • Amylopektin ergibt mit Jod eine rotviolette Färbung.

Natürliche Stärke ist je nach Herkunft eine Mischung dieser beiden Stärkefraktionen. Die meisten Stärken enthalten etwa zu 30-40 % Amylose und bestehen also zur Hauptsache aus Amylopektin. Es gibt aber Maissorten, deren Amyloseanteil an der Stärke bei 50 bis 80 % liegt (sog. Amylomais). Umgekehrt gibt es Stärken aus bestimmten Mais- und Hirsesorten, die einen Amylopektingehalt von gegen 100 % enthalten (Wachsmais, Wachshirse). Die nachfolgende Tabelle gibt Auskunft darüber, wie die Verteilung zwischen Amylose und Amylopektin bei verschiedenen Stärken liegt.

Stärkegewinnung:

Zur technischen Gewinnung von Stärke dienen vor allem Mais, Kartoffeln, Weizen, Reis, Hirse, Maniok und Süsskartoffeln sowie Arrowroot und Sagopalme. In einigen Pflanzen liegen die Stärkekörner frei in den Zellen (z.B. Kartoffeln), so dass die Gewinnung ein relativ einfacher Prozess ist. Das pflanzliche Material wird zerkleinert und die Stärke mit Wasser ausgeschwemmt und dann aus der Suspension (sog. Stärkemilch) abgesetzt und getrocknet. Bei den Getreidearten ist die Stärke im Endosperm innerhalb einer Proteinmatrix eingelagert. Der Extraktionsprozess ist entsprechend aufwändiger.

Beim Anbau von stärkeliefernden Pflanzen ist der Kampf gegen den Schädlingsbefall ein grosses Thema. Die Landwirte sind dabei heute zunehmend darauf bedacht beim Anbau optimale Methoden zu verwenden, um das Erntegut möglichst nicht zu belasten. In der biologischen Schädlingsbekämpfung werden deshalb als innovatives Beispiel im Regierungsbezirk Freiburg (D) seit 2013 Drohnen getestet, welche ferngesteuert in Maisstärkekapseln verpackte Schlupfwespeneier über gefärdeten Maisfeldern abwerfen. Die geschlüpften Wespenlarven fressen in der Folge die Eier des Maiszünslers, der ohne Gegenmassnahmen die Maiskolben schädigt. Die Kapseln mit den Schlupfwespeneiern werden über den Feldern GPS-gesteuert an vorbestimmten Koordinaten abgesetzt.

Anwendung:

Stärke ist ein wichtiges Verdickungs- und Bindemittel (Pudding, Suppe, Saucen, Backwaren, Mayonnaise, etc.).

• Amylose eignet sich speziell für Schutzüberzüge bei Früchten, um ein Zusammenkleben zu verhindern. Bei Pommes frites kann dadurch die Oxidation reduziert werden. Amylosefilme können auch für die Verpackung von Lebensmitteln eingesetzt werden (Coating). Das gute Gelbildungsvermögen macht die Amylose für Instantpuddings und-saucen unabdingbar.
• Amylopektin dient in grossem Umfang als Dickungsmittel, Stabilisator und Adhäsiv (Salatsaucen, Suppen, Bratensaucen, Backwaren, Pastenfüllungen, Pudding, Konserven, etc.).

Die Eigenschaften von Stärke und Stärkefraktionen (Amylose und Amylopektin) lassen sich durch geeignete physikalische oder chemische Modifizierungen sozusagen massschneidern. Man erhält dadurch sog. "Modifizierte Stärken" für ganz spezifische Anwendungszwecke (Quellstärke, dünnkochende Stärke, Stärkeether, Stärkeester, vernetzte Stärke, oxidierte Stärke).

Stärke verschiedener Herkunft (primär von Gerste) dient auch als Rohstoff für Bier.

Andere Polysaccharide/ Hydrokolloide: