Stärke: Unterschied zwischen den Versionen

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Stärke ist eine [[organische Verbindung]], die zu den [[Kohlenhydrate]]<sub>n</sub> zählt.
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Die Formel lautet (C<sub>6</sub>H<sub>10</sub>O<sub>5</sub>)n. [[Saccharide]] werden in Pflanzen in Form von Stärke (Stärkekörnern) gespeichert. Sie besteht zu ca. 20% aus [[wasserlöslich]]er [[Amylose]] und zu ca. 80% aus [[wasserunlöslich]]em [[Amylopektin]].
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auch bei der menschlichen Verdauung statt. Daher ist Stärke einer der wichtigsten Bestandteile in pflanzlichen Zellen.
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[[Amylose]] ist der wasserlösliche, von Amylopektin umhüllter Bestandteil der Stärke.
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Die Moleküle der Amylose bestehen aus bis zu 10.000 a-Glucose-Einheiten. Die Reste sind α-1,4-glykosidisch miteinander verbunden. In Lösungen liegt die Amylose als Wendel vor, in den sich Polyiodketten einlagern können. Jeder Wendel besteht aus 5-6 Glucoseeinheiten.
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Bei Zugabe von [[Lugolsche Lösung|Iod/Kaliumiodid-Lösung]] zu einer stärkehaltigen Lösung entsteht ein Iod-Stärke-[[Komplex]] mit einer deutlichen Blaufärbung.
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Allerdings kann die bei dem Versuch entstandene lodstärke je nach [[Konzentration]] auch eine andere Färbung aufweisen (tiefblau, blauviolett bis schwarz). Die Färbung kommt im [[Licht]] zustande, weil die Anregungsenergie der Valenzelektronen in der Lösung herabgesetzt wird. Dies ist ein Nachweis für lod und Amylose. <br> Die blaue Farbe ergibt  sich durch den Einschluss des lods in die Wendel. Für die Reaktion sind lodid-Ionen notwendig. <br> Beim Verdünnen oder Erwärmen löst sich der Einschluss und die Färbung verschwindet.
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==Amylopektin==
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Amylopektin ist durchschnittlich zu 80% in Stärke enthalten. Es besteht genau wie Amylose aus [[Glucose|Glucose]]einheiten. Davon gibt es bis zu 1 Millionen.
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Die Grundstruktur entspricht ebenfalls der Amylose. Allerdings ist Amylopektin verzweigter, da es an jedem 25. Glucoserest zusätzlich eine α-(1,6)-Verbindung hat.
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===Amylopektin-Nachweis===
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==Versuch: Stärkenachweis mit Iod==
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Geeignet für die Durchführung in vier Gruppen. Zeitaufwand: 20 bis 25 Minuten.
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===Gerät===
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* Becherglas (100 ml) <br>
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* Pipette <br>
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* Waage <br>
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===Chemikalien===
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* [[Iod-Kaliumiodid-Lösung]]
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* je Gruppe ein bestimmtes Stärkeprodukt wie Weizenmehl, Kartoffelstärke, Maisstärke, Puddingpulver und Kleisterpulver
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* destilliertes Wasser
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===Durchführung===
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* Gebe 1g eures Stärkeproduktes in ein Becherglas. <br>
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* Füge 50 ml destilliertes Wasser hinzu und verrühre die Lösung, bis kein "Klumpen" mehr enthalten sind. <br>
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* Füge 5 Tropfen  Iod/Kaliumiodid-Lösung hinzu. <br>
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===Fragestellung===
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<LI> (vor dem Versuch zu beantworten) Welche Reaktion ist durch das Zufügen von Iod/Kaliumiodid-Lösung zu den verschiedenen Stärkeprodukten? </LI>
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<LI> Welche Beobachtungen machst du? </LI>
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<LI> Wie lässt sich die Reaktion erklären? </LI>
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<LI> Vergleicht eure Reaktionen? Wie lassen sich die Unterschiede erklären? </LI>
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Die Beispiel-Beobachtung und die Auswertung befinden sich [[Stärke: Antworten|hier]].
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===Verbesserungsvorschläge===
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* [[Zinkiodid-Stärkelösung]]: Während Stärkelösung vor Gebrauch frisch hergestellt werden muss, ist Zinkiodid-Stärkelösung nahezu unbegrenzt haltbar. Herstellung: Man löst 1 g Stärke (lösl.) u. 10 g [[Zinkchlorid]] in 50 mL siedendem Wasser. Nach dem Erkalten wird mit einer farblosen Lsg. von 0,5 g Zinkpulver u. 1 g Iod in 5 mL Wasser versetzt, mit Wasser auf 500 mL verdünnt u. filtriert. Alternativ: Statt Zinkchlorid die gleiche Menge Zinkiodid einsetzen, nach Erkalten weitere 1,6g Zinkiodid hinzufügen und mit Wasser auf 500 mL auffüllen.
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* Mit Hilfe eines [[Fotometer]]s lassen sich die Aussagen des Versuches präzisieren. Hierfür wird zunächst eine Konzentrationstabelle angelegt. Diese Tabelle soll die Lichtintensität, die für bestimmte Konzentrationen von Amylose gemessen wurde, darstellen. Die Bestimmung der Konzentration von Amylose, im oben erläuterten Versuch, lässt sich nun durch Messen der Lichtintensität und Vergleichen der erhaltenen Werte mit der zuvor erstellten Tabelle genauer bestimmen.<br />Tipp: Das Extinktionsmaximum des blauen Iod-Stärke-Komplexes liegt bei 576 nm.
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==Stärkeverkleisterung==
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Stärke ist im Allgemeinen in Wasser fast unlöslich. Dieses liegt am Aufbau der Stärke. Der unlösliche Amylopektin umgibt die lösliche Amylose.
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Beim Erhitzen des Wassers auf 40°C bis 60°C quillt die Stärke jedoch auf, da die äußeren Schichten aufplatzen. Während der Quellung nimmt das Volumen des Stärkekornes stark zu, da es viel Wasser aufnimmt.
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Wird das Wasser weiter bis zu einer Temperatur von 55°C bis 87 °C erhitzt, verkleistert die Stärke. Das bedeutet, dass die Struktur sich noch weiter auflöst und das Wasser sich in den entstandenen Zwischenräumen einlagert. Es entsteht eine zähflüssige Lösung. Beim Abkühlung der Lösung verfestigt sich diese.
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Dieser Prozess ist ein wichtiger Vorgang für das Herstellen von Gebäcken.<br>
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Die Retrogradation ist der umgekehrte Vorgang der Verkleisterung.
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==Nahrung und Verdauung==
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Stärke ist in fast jeder pflanzlichen Nahrung enthalten. Eine Ausnahme bilden z.&nbsp;B. Zuckerrohr und Zuckerrüben. <br> Für die menschliche Ernährung ist Stärke das wichtigste Kohlenhydrat, da es große Mengen von Energie enthält.<br>
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===Energie===
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Fragestellung:<br>
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#Warum ist es gut, wenn ein Marathonläufer vor dem Wettkampf Nudeln ist?
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* Energiegewinnung aus KH ist ökonomischer als die aus [[Fette]]n, da weniger [[Sauerstoff]] benötigt wird [[Bild:Pfeil.gif]] besondere Bedeutung beim Sportler
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* komplexe KH sind besser, da sie einen längeren, kontinuierlichen Blutzuckerspiegel verursachen
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* können sowohl im aeroben, als auch im anaeroben Stoffwechsel zur Energiegewinnung dienen
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* Nachteil: Glykogen kann nur begrenzt gespeichert werden
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* länger andauernde sportliche Betätigungen sind KH wichtig, da [[Fette]] nicht so eine hohe Belastungsintensität sichern können
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* Breitensportler haben einen erhöhten KH-Bedarf
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* Zweifachzucker ([[Maltose]]) und Mehrfachzucker sind gleichgut zur Energiebereitstellung geeignet
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* größerer Teil jedoch durch Stärke, da die stärkereichen Produkte gleichzeitig Mineralstoffe, Ballaststoffe und Vitamine liefern
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===Die Verdauung===
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Bei der Verdauung dient das Enzym [[Amylase]] der Amylose als [[Katalysator]] und das Enzym Isomaltase dem Amylopektin als [[Katalysator]]. Die Enzyme beschleunigen die [[Hydrolyse]] von Amylose und Amylopektin. <br> Diese werden zu Dextrin gespalten. Danach findet der weitere enzymatische Abbau zunächst zu Maltose und dann zu [[Glucose]] statt. <br>Diese dient dem Körper dann als Energie.
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==Verwendung==
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Stärke wird sehr vielfältig verwendet. Einige Beispiele sind:<br>
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Lebensmittelverarbeitung:
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* Herstellung von Cremes, Flammeries, Dekorplatten<br>
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* Binden von Suppen und Soßen<br>
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* Standfestmachen von Schlagsahne<br>
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* Herstellung von Dextrinen und [[Traubenzucker]]<br>
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* Herstellung mehlhaltigen Nahrungsmitteln (z.B. Brot) und Nährmittel<br>
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In der Lebensmittelindustrie wird es häufig unter dem Namen [[modifizierte Stärke]] verwendet. Dieses ist Stärke, die chemisch bearbeitet ist. <br> Durch die chemische Verarbeitung hat die Stärke eine bessere Hitzestabilität, Säurestabilität, Schwerstabilität und ein besseres Gefrier- und Auftauverhalten.<br>
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Modifiziere Stärke gilt als [[Lebensmittel-Zusatzstoffe|Lebensmittelzusatzstoff]] und muss auf den Verpackungen gekennzeichnet werden.<br>
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E 1404 Oxidierte Stärke (oxidativ abgebaute Stärke)<br>
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E 1414 Acetyliertes Distärkephosphat <br>
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Weitere Verwendungszwecke:<br>
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• zur Färbung mit Anilinfarben<br>
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• zum Verdicken von Farben<br>
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* landwirtschaftliches Gewerbe <br>
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* Verwendung: in Tabletten als Bindemittel, Füllmittel, Sprengmittel <br>
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<LI>Welche Eigenschaften sind bei modifizierter Stärke verändert? </LI>
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==Zusatzmaterialien==
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[[Media:Folie.doc|Verdauung (Word-Datei)]]<br>
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[[Media:Fragen zum Stärkereferat.doc|Aufgabenblatt (Word-Datei)]]
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== Experimente ==
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{{Ex-ch09|{{fb|444}}|5|Kohlenhydrate|[[Hydrolyse]] von Stärke}}
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{{Ex-ch09|{{fb|103}}|3|[[Gleichgewichtsreaktion|Gleichgewicht]]sverschiebung|Iod/Stärke-Reaktion}}
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{{NiU|175|35 (2020)|Wie viel Gramm Stärke kann man aus einer Kartoffel gewinnen?}}
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{{NiU|175|36 (2020)|Gewinnung und [[Hydrolyse|hydrolytischer]] Abbau von Stärke (mittels [[Diastase]])}}
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{{UVV-BK|04075}} für Stärkelösung 1% stabilisiert
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{{UVV|6778|Dextrin aus Kartoffelstärke}}
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=== Quellen ===
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<LI> Chemie heute - Sekundarbereich II, Schroedel Verlag, Kapitel 19.4, S. 366/367 </LI>
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<LI> Römpp Lexikon Chemie, Thieme Verlag, Version 2.0, Artikel: Stärke </LI>
 +
<LI> Microsoft Encarta Enzyklopädie Professional 2005, Artikel: Stärke, Dextrin </LI>
 +
<LI> Grundfragen der Ernährung, Cornelia A. Schlieper, Handwerk und Technik Dr. Felix Büchner - Verlag, Kapitel: 2 Kohlenhydrate, S.22/40/41 </LI>
 +
<LI> Versuch: http://cc.uni-paderborn.de/studienarbeiten/seidel/allgem_chem/versuche/staerke.html</LI>
 +
<LI> Bild vom Weizen: http://www.muehlenchemie.de/deutsch/know-how/index.html </LI>
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<LI> Bilder vom Stärkekorn: Arbeitsblätter Ernährungslehreunterricht (11. Klasse): "Stärkeverkleisterung" </LI>
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#[[Benutzer:Jenny|Jenny]]
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[[Kategorie:Ernährungslehre]]
 
[[Kategorie:Ernährungslehre]]
 
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[[Kategorie:Chemie]][[Kategorie:Chemikalien]]

Aktuelle Version vom 14. Februar 2020, 13:06 Uhr

Stärke
vernetzte Artikel
Saccharide Kohlenhydrate
Bild 1

Einleitung

Stärke allgemein

Bild 1

Stärke ist eine organische Verbindung, die zu den Kohlenhydraten zählt. Die Formel lautet (C6H10O5)n. Saccharide werden in Pflanzen in Form von Stärke (Stärkekörnern) gespeichert. Sie besteht zu ca. 20% aus wasserlöslicher Amylose und zu ca. 80% aus wasserunlöslichem Amylopektin.
Durch enzymatischen Abbau kann die Stärke wieder als Energie genutzt werden, ein enzymatischer Abbau findet auch bei der menschlichen Verdauung statt. Daher ist Stärke einer der wichtigsten Bestandteile in pflanzlichen Zellen.

Stärkegewinnung

Stärke wird aus Getreide, Kartoffeln, Mais und Reis gewonnen.

Amylose

800px-Amylose.jpg

Amylose ist der wasserlösliche, von Amylopektin umhüllter Bestandteil der Stärke.

Die Moleküle der Amylose bestehen aus bis zu 10.000 a-Glucose-Einheiten. Die Reste sind α-1,4-glykosidisch miteinander verbunden. In Lösungen liegt die Amylose als Wendel vor, in den sich Polyiodketten einlagern können. Jeder Wendel besteht aus 5-6 Glucoseeinheiten.


Amylose-Nachweis

Amylose-Wendel.JPG

Bei Zugabe von Iod/Kaliumiodid-Lösung zu einer stärkehaltigen Lösung entsteht ein Iod-Stärke-Komplex mit einer deutlichen Blaufärbung.

Allerdings kann die bei dem Versuch entstandene lodstärke je nach Konzentration auch eine andere Färbung aufweisen (tiefblau, blauviolett bis schwarz). Die Färbung kommt im Licht zustande, weil die Anregungsenergie der Valenzelektronen in der Lösung herabgesetzt wird. Dies ist ein Nachweis für lod und Amylose.
Die blaue Farbe ergibt sich durch den Einschluss des lods in die Wendel. Für die Reaktion sind lodid-Ionen notwendig.
Beim Verdünnen oder Erwärmen löst sich der Einschluss und die Färbung verschwindet.

Amylopektin

Amylopektin ist durchschnittlich zu 80% in Stärke enthalten. Es besteht genau wie Amylose aus Glucoseeinheiten. Davon gibt es bis zu 1 Millionen. Die Grundstruktur entspricht ebenfalls der Amylose. Allerdings ist Amylopektin verzweigter, da es an jedem 25. Glucoserest zusätzlich eine α-(1,6)-Verbindung hat.

Amylopektin-Nachweis

Der Nachweis entspricht dem der Amylose, nur das die Färbung braun bis violett und nicht blau ist. Das liegt daran, dass nur teilweise Einschlussverbindungen entstehen.

Versuch: Stärkenachweis mit Iod

Geeignet für die Durchführung in vier Gruppen. Zeitaufwand: 20 bis 25 Minuten.

Gerät

  • Becherglas (100 ml)
  • Pipette
  • Waage

Chemikalien

  • Iod-Kaliumiodid-Lösung
  • je Gruppe ein bestimmtes Stärkeprodukt wie Weizenmehl, Kartoffelstärke, Maisstärke, Puddingpulver und Kleisterpulver
  • destilliertes Wasser

Durchführung

  • Gebe 1g eures Stärkeproduktes in ein Becherglas.
  • Füge 50 ml destilliertes Wasser hinzu und verrühre die Lösung, bis kein "Klumpen" mehr enthalten sind.
  • Füge 5 Tropfen Iod/Kaliumiodid-Lösung hinzu.

Fragestellung

  1. (vor dem Versuch zu beantworten) Welche Reaktion ist durch das Zufügen von Iod/Kaliumiodid-Lösung zu den verschiedenen Stärkeprodukten?
  2. Welche Beobachtungen machst du?
  3. Wie lässt sich die Reaktion erklären?
  4. Vergleicht eure Reaktionen? Wie lassen sich die Unterschiede erklären?

Die Beispiel-Beobachtung und die Auswertung befinden sich hier.

Verbesserungsvorschläge

  • Zinkiodid-Stärkelösung: Während Stärkelösung vor Gebrauch frisch hergestellt werden muss, ist Zinkiodid-Stärkelösung nahezu unbegrenzt haltbar. Herstellung: Man löst 1 g Stärke (lösl.) u. 10 g Zinkchlorid in 50 mL siedendem Wasser. Nach dem Erkalten wird mit einer farblosen Lsg. von 0,5 g Zinkpulver u. 1 g Iod in 5 mL Wasser versetzt, mit Wasser auf 500 mL verdünnt u. filtriert. Alternativ: Statt Zinkchlorid die gleiche Menge Zinkiodid einsetzen, nach Erkalten weitere 1,6g Zinkiodid hinzufügen und mit Wasser auf 500 mL auffüllen.
  • Mit Hilfe eines Fotometers lassen sich die Aussagen des Versuches präzisieren. Hierfür wird zunächst eine Konzentrationstabelle angelegt. Diese Tabelle soll die Lichtintensität, die für bestimmte Konzentrationen von Amylose gemessen wurde, darstellen. Die Bestimmung der Konzentration von Amylose, im oben erläuterten Versuch, lässt sich nun durch Messen der Lichtintensität und Vergleichen der erhaltenen Werte mit der zuvor erstellten Tabelle genauer bestimmen.
    Tipp: Das Extinktionsmaximum des blauen Iod-Stärke-Komplexes liegt bei 576 nm.

Stärkeverkleisterung

Stärke ist im Allgemeinen in Wasser fast unlöslich. Dieses liegt am Aufbau der Stärke. Der unlösliche Amylopektin umgibt die lösliche Amylose. Beim Erhitzen des Wassers auf 40°C bis 60°C quillt die Stärke jedoch auf, da die äußeren Schichten aufplatzen. Während der Quellung nimmt das Volumen des Stärkekornes stark zu, da es viel Wasser aufnimmt.

Wird das Wasser weiter bis zu einer Temperatur von 55°C bis 87 °C erhitzt, verkleistert die Stärke. Das bedeutet, dass die Struktur sich noch weiter auflöst und das Wasser sich in den entstandenen Zwischenräumen einlagert. Es entsteht eine zähflüssige Lösung. Beim Abkühlung der Lösung verfestigt sich diese. Dieser Prozess ist ein wichtiger Vorgang für das Herstellen von Gebäcken.

Die Retrogradation ist der umgekehrte Vorgang der Verkleisterung.

Quellung.JPG Verkleisterung.JPG

Nahrung und Verdauung

Stärke ist in fast jeder pflanzlichen Nahrung enthalten. Eine Ausnahme bilden z. B. Zuckerrohr und Zuckerrüben.
Für die menschliche Ernährung ist Stärke das wichtigste Kohlenhydrat, da es große Mengen von Energie enthält.

Energie

Fragestellung:

  1. Warum ist Stärke so bedeutend für die menschliche Ernährung?
  2. Warum ist es gut, wenn ein Marathonläufer vor dem Wettkampf Nudeln ist?
  • Energiegewinnung aus KH ist ökonomischer als die aus Fetten, da weniger Sauerstoff benötigt wird Pfeil.gif besondere Bedeutung beim Sportler
  • komplexe KH sind besser, da sie einen längeren, kontinuierlichen Blutzuckerspiegel verursachen
  • können sowohl im aeroben, als auch im anaeroben Stoffwechsel zur Energiegewinnung dienen
  • Nachteil: Glykogen kann nur begrenzt gespeichert werden
  • länger andauernde sportliche Betätigungen sind KH wichtig, da Fette nicht so eine hohe Belastungsintensität sichern können
  • Breitensportler haben einen erhöhten KH-Bedarf
  • Zweifachzucker (Maltose) und Mehrfachzucker sind gleichgut zur Energiebereitstellung geeignet
  • größerer Teil jedoch durch Stärke, da die stärkereichen Produkte gleichzeitig Mineralstoffe, Ballaststoffe und Vitamine liefern

Die Verdauung

Bei der Verdauung dient das Enzym Amylase der Amylose als Katalysator und das Enzym Isomaltase dem Amylopektin als Katalysator. Die Enzyme beschleunigen die Hydrolyse von Amylose und Amylopektin.
Diese werden zu Dextrin gespalten. Danach findet der weitere enzymatische Abbau zunächst zu Maltose und dann zu Glucose statt.
Diese dient dem Körper dann als Energie.

Verwendung

Stärke wird sehr vielfältig verwendet. Einige Beispiele sind:

Lebensmittelverarbeitung:

  • Herstellung von Cremes, Flammeries, Dekorplatten
  • Binden von Suppen und Soßen
  • Standfestmachen von Schlagsahne
  • Herstellung von Dextrinen und Traubenzucker
  • Herstellung mehlhaltigen Nahrungsmitteln (z.B. Brot) und Nährmittel


In der Lebensmittelindustrie wird es häufig unter dem Namen modifizierte Stärke verwendet. Dieses ist Stärke, die chemisch bearbeitet ist.
Durch die chemische Verarbeitung hat die Stärke eine bessere Hitzestabilität, Säurestabilität, Schwerstabilität und ein besseres Gefrier- und Auftauverhalten.
Modifiziere Stärke gilt als Lebensmittelzusatzstoff und muss auf den Verpackungen gekennzeichnet werden.

E 1404 Oxidierte Stärke (oxidativ abgebaute Stärke)
E 1410 Monostärkephosphat
E 1412 Distärkephosphat
E 1413 Phosphatiertes Distärkephosphat
E 1414 Acetyliertes Distärkephosphat
E 1420 Acetylierte Stärke
(siehe auch: E-Nummern)

Weitere Verwendungszwecke:
• Beizen von Baumwolle
• zur Färbung mit Anilinfarben
• zum Leimen von Papier
• zum Verdicken von Farben
• usw.

Historisches

  • war bereits in der Antike bekannt Pfeil.gif amylon
  • 16. Jh.: Holländer

Pfeil.gif Herstellung großer Mengen Stärke
Pfeil.gif bedeutendes Exportprodukt

  • Stärkeindustrie
  • landwirtschaftliches Gewerbe
  • zunächst mäßige Ausbeute
  • Verbesserung Maschinen
  • größere Ausbeute
  • Verwendung: in Tabletten als Bindemittel, Füllmittel, Sprengmittel
Bild 1

Übungen

Fragen

  1. Woraus wird Stärke gewonnen?
  2. Was passiert mit Stärkeprodukten (z.B. einem Stück Brot), wird es in wässriger Lösung gegeben und erhitzt?
  3. Was findet im Vorgang der Verkleisterung statt?
  4. Wie heißt der umgekehrte Vorgang der Stärkeverkleisterung und was findet statt?
  5. Was ist der Unterschied bei der Verdauung von Amylose und Amylopektin?
  6. Nenne Verwendungsmöglichkeiten für Stärke!
  7. Welche Eigenschaften sind bei modifizierter Stärke verändert?

Hier findest du die Pfeil.gif Antworten.

Zusatzmaterialien

Powerpointpräsentation
Verdauung (Word-Datei)
Aufgabenblatt (Word-Datei)

Sicherheitshinweise

Bei der Verwendung von Stärke beim Experimentieren gilt:

Achtung.gif Auf Chemikalien-Gefäßen finden sich codierte Hinweise auf Gefährdungen und entsprechende Vorsorgemaßnahmen beim Umgang mit dieser Chemikalie. Diese sogenannten H- & P-Sätze hängen gemeinsam mit den Arbeitsregeln für Schülerexperimente als Betriebsanweisung im Chemieraum aus und müssen in jedem Fall beachtet werden!

Experimente

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen
zum Thema Stärke:
Chemie FOS-T

auf Seite
-

Chemie heute

auf Seite
366

Elemente Chemie

auf Seite
368

Weblinks

Quellen

  1. Chemie heute - Sekundarbereich II, Schroedel Verlag, Kapitel 19.4, S. 366/367
  2. Römpp Lexikon Chemie, Thieme Verlag, Version 2.0, Artikel: Stärke
  3. Microsoft Encarta Enzyklopädie Professional 2005, Artikel: Stärke, Dextrin
  4. Grundfragen der Ernährung, Cornelia A. Schlieper, Handwerk und Technik Dr. Felix Büchner - Verlag, Kapitel: 2 Kohlenhydrate, S.22/40/41
  5. Versuch: http://cc.uni-paderborn.de/studienarbeiten/seidel/allgem_chem/versuche/staerke.html
  6. Bild vom Weizen: http://www.muehlenchemie.de/deutsch/know-how/index.html
  7. Bilder vom Stärkekorn: Arbeitsblätter Ernährungslehreunterricht (11. Klasse): "Stärkeverkleisterung"
  1. Anja
  2. Jenny
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