Stärkemodifikation / Molekulare Eigenschaften

Stärke als Papieradditiv

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Modifizierte Stärke mit Barriereeigenschaften

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Thermoplastische Stärke

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Nano-Carrier-Systeme für Lebensmittel und Pharmazie

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Modifizierung stärkehaltiger Rohstoffe

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Stärkederivate für Klebstoffe und Bindemittel

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Stärkemodifikation / Molekulare Eigenschaften

Stärke nach Maß

Stärke ist einer der bedeutendsten nachwachsenden Rohstoffe. Weltweit werden mehr als 60 Millionen Tonnen pro Jahr produziert - Tendenz steigend. Etwa 9,4 Millionen Tonnen werden davon in Europa hergestellt und zudem weitere Mengen importiert. Zu etwa 60 Prozent werden Stärke und Stärkeprodukte im Lebensmittel- und Getränkebereich verarbeitet. Im Non-Food-Bereich ist die Papierindustrie der Hauptabnehmer. Darüber hinaus können Stärkeprodukte auch in Kosmetik und Pharmazie, Fermentationen, Klebstoffen, Bioplastik, Bindemitteln, Baustoffen, Faserschlichtung oder Reinigungsmitteln eingesetzt werden.

In der Abteilung »Stärkemodifikation / Molekulare Eigenschaften« werden Stärke und Stärkeprodukte für industrielle Anwendungen modifiziert und optimiert. Unsere Aufgaben ergeben sich dabei aus dem Bedarf der Industrie. Auf Kundenwunsch passen wir den nachwachsenden Rohstoff speziell an Verarbeitungsprozesse und Anwendungen an. Die speziellen Eigenschaften der Stärke – Wasserlöslichkeit, Wasserbindung und Viskositätsbildung – sind dabei ebenso gefragt, wie ihr inhibiertes Quellvermögen und die eingeschränkte Wasserdampfdurchlässigkeit von Filmen. Auch der Austausch synthetischer Polymere durch Bioprodukte auf Basis modifizierter Stärke bringt zahlreiche Vorteile: Herstellungsprozesse werden umweltverträglicher und schädliche Umwelteinflüsse vermindert.

Unser Leistungsspektrum

Die Anwendung verschiedener Technologien wie Batch- und Druckreaktoren, Kneter oder Extruder bilden die Basis unserer Arbeiten. Die Verarbeitung und Anwendung von Stärkeprodukten erfolgt mit verschiedenen Methoden der Dispersions- und Lösungsherstellung, wobei das Jet-Kochen unter industrienahen Bedingungen hervorzuheben ist.

 

Spezielle Erfahrungen liegen für folgende Modifizierungen vor:

  • physikalische Modifizierung zur Herstellung von Quellstärke
  • enzymatische Modifizierung mit α-Amylase, β-Amylase und entzweigenden Enzymen zur Optimierung der chemischen Struktur
  • chemische Modifizierung
  • Herstellung von Dextrinen mit Säuren oder Oxidationsmitteln
  • Vernetzung der Stärke zur Erhöhung der Stabilität wässriger Dispersionen gegenüber Scherung, höheren Temperaturen und niedrigen pH-Werten
  • Stärkeether
    Die Veretherung kann mit Reagenzien durchgeführt werden, die neutrale, kationische, anionische oder hydrophobe Substituenten in die Anhydroglucose-Einheit einführen. Diese Substituenten bestimmen die Funktionalität der Stärkeprodukte.
  • Stärkeester
    Zu den bedeutenden Estern gehören Stärkeacetate. Niedrige Substitutionsgrade verändern das Quellungsvermögen in Wasser und vermindern die Retrogradationsneigung der Stärke. Die Herstellung von Stärkeacetaten mit hohen DS-Werten von 2-3 ermöglicht den Einsatz in Kunststoffen.

Unsere Forschungsthemen

Stärkeforschung − Starke Produkte

Einen Schwerpunkt der Arbeiten stellt die Optimierung von Stärkeprodukten für die Adsorption an Papierfasern dar. Die Erkundung neuer Möglichkeiten zur Modifizierung von Stärke, die Eröffnung von Wegen, die Innovationen in die Stärkeindustrie als auch in den chemischen Produktionssektor bringen können, gehören zu den zukunftsträchtigen Aufgaben. Hervorzuheben ist, dass die Eigenschaften der modifizierten Stärken nicht nur abhängig sind von der Art der Modifizierung, sondern auch vom Rohstoff selbst. Die Zusammensetzung des Stärkekorns, seine Teilkristallinität als auch die Gehalte von Begleitstoffen beeinflussen nicht nur physikalische Eigenschaften, sondern auch die physikalische, enzymatische und chemische Modifizierbarkeit. In der Verfahrensentwicklung zur Modifizierung der Stärke ist es möglich, sowohl vom Stärkekornzustand als auch von speziellen Quellungszuständen auszugehen.

Methoden zur Analytik und Charakterisierung von Stärkeprodukten

Parameter

Methode


Analytik

Amylosegehalt amperometrische Titration wässriger Stärkelösungen
Proteingehalt Stickstoff-Bestimmung mittels Elementaranalyse
Phosphor-Gehalt ICP
Lipidgehalt Lösungsmittelextraktion


Eigenschaften des Stärkekorns

Morphologie Licht- und Rasterelektronenmikroskopie
Partikelgrößenverteilung Diffraktion von rotem Laserlicht an wässrigen Suspensionen
Kristallinitätsgrad Röntgenweitwinkelstreuung
Löslichkeit in Abhängigkeit von Lösungsmittel, Konzentration, Rührintensität und Temperatur  


Chemische Struktur

Molmassenverteilung und mittleres Molekulargewicht Gelpermeationschromatographie mit Konzentrations- und Vielwinkel-Laserlichtstreuungs-Detektion (GPC-MALLS)
Partikelgrößenverteilungen im Nano-Bereich Dynamische Lichtstreuung
Substitutionsgrad, Substituentenverteilung hochauflösende 13C- und 1H-NMR


Rheologische Eigenschaften

 
Viskosität in Abhängigkeit von der Scherbeanspruchung Messung des Fließverhaltens und dynamische Rheologie
Veränderungen der Lösungsstruktur in Abhängigkeit von Konzentration, Temperatur, Zeit Messung des Fließverhaltens und dynamische Rheologie
Niedermolekulare Substanzen Messung des Fließverhaltens und dynamische Rheologie
Untersuchung der Gelbildung und Charakterisierung von Geleigenschaften Messung des Fließverhaltens und dynamische Rheologie