Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 4 - nova-Institut ...

Stärke als nachwachsender Rohstoff 122
Stärke als nachwachsender Rohstoff
Stärke, vor allem Kartoffelstärke, Maisstärke und
Weizenstärke, gehört aufgrund seiner vielfältigen
Anwendungen in der chemisch-technischen Industrie
neben Holz und Zucker zu den wichtigsten
nachwachsenden Rohstoffen. Die
Hauptanwendungsbereiche für Stärke liegen in der
Herstellung von Papier und Wellpappen als
Papierstärke sowie in der Fermentationsindustrie als
fermentierbares Substrat zur Herstellung verschiedener
Plattformchemikalien und Bioethanol als Biokraftstoff.
Aufbau und Eigenschaften
→ Hauptartikel: Stärke
Stärke ist als Polysaccharid ein natürliches Biopolymer, das in Form
von Stärkekörnern als Energiespeicherstoff in die Zellen von Pflanzen
eingelagert wird. Sie besteht aus α-D-Glucose-Einheiten (Monomere),
die über glykosidische Bindungen miteinander verknüpft sind.
Dadurch ergibt sich die chemische Formel (C 6 H 10 O 5 ) n , wobei C für
den enthaltenen Kohlenstoff, H für den Wasserstoff und O für den
Sauerstoff steht. Im Normalfall besteht ein Stärkemolekül aus 10 4 bis
10 6 Glucoseeinheiten, wobei es zwei verschiedene Typen gibt:
• 20–30 % der Stärke besteht aus Amylose, linearen Ketten mit
helikaler (Schrauben-)Struktur, die nur α-1,4-glykosidisch
verknüpft sind und
• 70–80 % besteht aus Amylopektin, stark verzweigten Strukturen,
mit α-1,6-glykosidischen und α-1,4-glykosidischen Verknüpfungen.
Stärkekörner bei 800-facher Vergrößerung mit Polarisationsfilter.
Ausschnitt aus einem Amylosepolymer
Ausschnitt aus einem Amylopektinpolymer
Aufgrund der OH-Gruppen sowie der glykosidischen Bindung der einzelnen Monomere lässt sich Stärke auf
unterschiedliche Arten chemisch modifizieren und so für unterschiedliche Zwecke nutzbar machen. So gewinnt man
durch verschiedene Substitutionen Stärkeether (Stärke-O-R) oder Stärkeester (Stärke-O-CO-R), außerdem lassen
sich verschiedene Moleküle mit dem Stärkepolymer verknüpfen (R-O-Stärke-O-R und/oder
R-OC-O-Stärke-O-CO-R). Durch Oxidation der primären OH-Gruppen lassen sich oxidierte Stärken sowie
Stärkemoleküle mit vermehrten COOH- oder CHO-Gruppen gewinnen, bei einer Oxidation der sekundären
OH-Gruppen resultieren vermehrte CHO- und CO-Gruppen sowie Ringbildungen der Moleküle C 2 und C 3 . Bei der
Thermolyse und der Pyrolyse lässt sich unter Abscheidung von Wasser Laevoglucosan gewinnen, das als
Ausgangsstoff für eine Reihe von Produkten genutzt werden kann. [1]
Durch Hydrolyse mit Hilfe von Enzymen oder Säuren können die glykosidischen Bindungen aufgebrochen werden,
wodurch verschiedene modifizierte Stärken, Dextrine sowie stärkebasierte Zuckerstoffe entstehen. Zu letzteren
gehören vor allem Glucose (Dextrose), Maltodextrin, Glucosesirup, Maltose, Fructose und Sorbitol.