Stärke ist ein Naturprodukt. Um Ihre Eigenschaften optimal auszunutzen und anzupassen, ist es wichtig die genaue Zusammensetzung und Einflussgrößen zu kennen. Hier finden Sie Erläuterungen zu den häufig verwendeten Begriffen der Analyse und Modifizierung von Stärkeprodukten.
Die Amylose ist neben dem Amylopektin einer der beiden Hauptbestandteile von Stärke. Im Gegensatz zum Amylopektin ist die Amylose ein größtenteils linear aufgebautes Polymer, in dem die D-Glucose-Monomere hauptsächlich α-1,4-glycosidisch miteinander verknüpft sind. Der Amylosegehalt beeinflusst die Gelierfähigkeit von Stärke, hat aber beispielsweise auch einen Einfluss auf die Filmbildung oder die Stabilität von Stärkekleistern. Den Amylosegehalt bestimmen wir mit Hilfe einer Titrationsmethode über das Iodbindungsvermögen.
Stärke ist in ihrer granulären Form ein semikristalliner Feststoff. Die Kristallinität unterscheidet sich je nach Herkunft. Der Kristallinitätsgrad und die Art der Kristallinität können mittels Röntgenweitwinkelstreuung bestimmt werden.
Der Lipidgehalt kann die Verarbeitungseigenschaften von Stärke beeinflussen. Lipide können die Bildung von Stärkegelen hemmen oder beeinträchtigen und zu einer Veränderung der Textur und Stabilität in stärkebasierten Produkten führen. Die Bestimmung des Lipidgehaltes erfolgt im Allgemeinen durch die Extraktion mit einem lipophilen Lösungsmittel.
Unterschiedliche Löslichkeiten führen zu unterschiedlichen Viskositäten und Stabilitäten. Zudem haben sie Einfluss auf andere Eigenschaften wie Adsorption und Filmbildung. Bei speziellen Anwendungen können neben Wasser auch organische Lösungsmittel eine Rolle spielen. Wir ermitteln die Löslichkeit in Abhängigkeit von Medium, Konzentration, Rührintensität und Temperatur.
Die Molmassenverteilung und das mittlere Molekulargewicht beeinflussen beispielsweise die Viskosität, die Filmbildung und die Adsorption, aber auch ganz allgemein die Verarbeitungseigenschaften von Stärke. Um gezielt Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aufzustellen, ist die Kenntnis der mittleren Molmasse und der Molmassenverteilung unerlässlich. Die besondere Zusammensetzung von Stärke aus Amylose und Amylopektin (Amylopektin ist das größte bekannte unvernetzte Molekül), erfordert eine besondere Ausstattung zur Bestimmung der Molmassenverteilung. Mehr über unsere Analysemethoden.
Stärken verschiedener pflanzlicher Herkunft weisen neben unterschiedlichen Morphologien der Stärkekörner auch verschiedene Partikelgrößen im Bereich von 1 - 100 Mikrometern auf. Die Partikelgrößenverteilung kann die Textur, Stabilität und Verarbeitungseigenschaften von stärkebasierten Produkten beeinflussen. Auch bei sogenannten Nanostärken ist die Partikelgrößenverteilung eine wichtige Größe für ihre Eigenschaften – hier allerdings auf der Nanometerskala. Je nach Partikelgröße können zur Bestimmung der Partikelgrößen Methoden der Laserbeugung oder -streuung eingesetzt werden.
Kartoffelstärke hat natürlicherweise Phosphat gebunden. Daneben kann Phosphor auch aus Vernetzern in modifizierten Stärken, aus Phospholipiden oder anderen Quellen stammen. Je nach Fragestellung ist es daher wichtig, den Phosphor-Gehalt zu kennen, da damit oft die Stabilität, Struktur, Gelierfähigkeit und ähnliches beeinflusst wird. Den Phosphor-Gehalt können wir sehr sensitiv über die optische Emissionsspektrometrie bestimmen.
Der Proteingehalt kann die Viskosität und die Textur von stärkebasierten Produkten beeinflussen. Proteine können die Bildung von Gelstrukturen unterstützen und zu einer erhöhten Viskosität beitragen. Der Proteingehalt kann über den Stickstoffanteil einer Probe in einer CHNS-O-Analyse bestimmt werden.
Der Substitutionsgrad und die Verteilung von Substituenten an den Polymerketten können die Gelierfähigkeit, Viskosität und Verarbeitungseigenschaften von Stärke beeinflussen. Durch die chemische Einführung spezieller Funktionalitäten können aber auch besondere Eigenschaften wie beispielsweise hydrophobe oder kationische Stärken erzeugt werden. Je nach Art des Substituenten kann der Substitutionsgrad über titrimetrische Methoden, Elementanalyse oder auch hochauflösende 13C- und 1H-NMR-Spektroskopie ermittelt werden.
Bei den meisten stärkehaltigen Produkten ist die Viskosität stark abhängig von der Intensität der Scherung, oder die Produkte weisen sogar eine zeitabhängige Struktur- und damit Viskositätsveränderung auf (z.B. Ketchup). Um stärkehaltige Produkte optimal an die individuellen Verarbeitungsprozesse anzupassen, ist es wichtig, das Fließverhalten genau zu kennen.
Fraunhofer IAP | Forschungsbereich
STÄRKEMODIFIKATION / MOLEKULARE EIGENSCHAFTEN
Fraunhofer-Institut für 
