F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R A N G E W A N D T E P O LY M E R F O R S C H U N G I A P
Fraunhofer-Institut für
Angewandte Polymerforschung IAP
Wissenschaftspark Potsdam-Golm
Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam-Golm
Kontakt
Dr. Jens Buller
Telefon +49 331 568 -1478
jens.buller @ iap.fraunhofer.de
www.iap.fraunhofer.de
Stärke und stärkehaltige Rohstoffe bieten ein
vielfältiges Potenzial zur Entwicklung und
Optimierung von Produkten für gewünschte
Anwendungen. Neben physikalischer, säure-
hydrolytischer und enzymatischer Behandlung
der Stärke gewinnt die chemische Derivati
sierung zunehmend an Bedeutung. Kationi
sche, neutrale und hydrophobe Substituenten
bedingen ein breites Spektrum unterschiedli-
cher physikalischer Eigenschaften.
Sowohl in der Lebensmittelherstellung als
auch im technischen Bereich wird Stärke
hauptsächlich verwendet als Viskositäts-
regulator, Dispergierhilfsstoff, Emulgator,
Gelbildner, Bindemittel und Filmbildner.
Korrelationen zwischen Verfahrens-
bedingungen und Eigenschaften
Die Eigenschaften modifizierter Stärke
produkte sind nicht nur abhängig 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 Eigen-
schaften, sondern auch die enzymatische
und chemische Modifizierbarkeit.
Die Charakterisierung beinhaltet die Bestim-
mung der molekularen Zusammensetzung,
die molekulare Degradation der beiden
Stärkekomponenten und die Verteilung der
Substituenten auf die unterschiedlichen
Molmassenbereiche bzw. auf Amylopektin-
und Amylosefraktionen. Zur Ermittlung
von Zusammenhängen zwischen Struktur
und Applikationseigen schaften werden
Untersuchungen zur Löslichkeit, Disper-
gierbarkeit, Filmbildung, Extrudierbarkeit,
ENTWICKLUNG VON STÄRKEPRODUKTEN
1 Morphologie nativer Kartoffelstärke.
2 Anhydroglucoseeinheit (AGE).
3 Jetkocher.
4 Parr-Reaktor.
5 Stärkefolie.
6 Kontaktwinkelmessung.
O
OH O
HOO
CH2OH
n
1 2 3
A Übersicht zur Modifizierung von Stärke.
Modifizierung der Stärke
enzymatisch chemisch physikalisch
Ester Ether Vernetzung OxidationPfropfung
30 μm1
4 5
zum rheologischen Verhalten, zum Einsatz
in Trennprozessen als auch zur Wechsel-
wirkung mit anderen Polymeren und nieder-
molekularen Substanzen durchgeführt.
Die Molmassenverteilungen von Stärke-
produkten können zielgerichtet eingestellt
werden (Fig. B).
Papieradditive
Kationische Stärke ist ein wichtiges
Retenti onsmittel in der Papierproduktion
und trägt zur Störstoffbindung während
des Herstel lungsprozesses und zur Festig
keitssteigerung des Papiers bei. Für die Ver-
fahrensoptimierung der Oberflächenleimung
werden produktimmanente und verfahrens-
technische Parameter beim Aufschluss und
bei der Verarbeitung von Stärke untersucht.
Eigenschaften wie Bindekraft, Viskosität und
Penetration stehen im Zusammenhang zu
den Eigenschaften des Papiers. Adsorptions-
mengen von kationischer Kartoffelstärke an
Cellulosefasern hängen von deren DSWert,
der Art des Faserstoffs und der Wasserhärte
ab (Fig. C; SEK – Sekundärfaserstoff,
SFZ – Sulfatzellstoff).
Stärke mit Film- und
Barriereeigenschaften
Stärkeprodukte mit speziellen Barriere-
eigenschaften sowie mit dem Vermögen
zur Bildung transparenter, flexibler und
reissfester Schichten erfahren eine zuneh-
mende Nachfrage. Sowohl wasserlösliche,
partiell quellbare als auch wasserstabile
Filme mit speziellen Eigenschaften werden
für verschiedene Applikationen entwickelt.
Der DSWert eines Stärkeacetats wird ent-
spechend der Erfordernisse der Anwendung
eingestellt (Fig. D).
Wellpappenkleber
Das Anwendungsgebiet der stärkehältigen
Klebstoffe erstreckt sich von der breiten
industriellen Verwendung bis zu den
Alltagsklebern. Für die Anwendung modifi-
zierter Stärke auf Wellpappen-Produktions-
maschinen werden Produkte entwickelt, die
die Ausbildung der Verklebung bei hohen
Maschinenlaufzeiten garantieren.
Enzymatische Modifikate
Die enzymatische Modifizierung ist
gekenn zeichnet durch die Anwendung
hydrolysierender Enzyme, die eine Spaltung
von 1,4 - αDBindungen und /oder
1,6- αDBindungen sowohl in der Amylose
als auch im Amylopektin bewirken. Es ent-
stehen grundsätzlich molekular abgebaute
Produkte. Eine Totalhydrolyse wird zur
Herstellung des Produktes Dextrose
(ca. 100 Prozent Glucose) durchgeführt. Eine
partielle Hydrolyse der Stärke führt zur Re-
duzierung der Viskosität von Stärkekleistern,
was auch durch SäureAbbau, Dextrinierung
oder Oxidation erzeugt werden kann.
In Fig. E ist die Wirkung verschiedener
Enzyme dargestellt.
5 6
101 102 103 104 105 106 107 108 109
dW/d [log M]
Molmasse [g/mol]
MW [106 g/mol]
Kation.2 6.8 Kation.1 13.9
Kst. 43.9 Kst. abgeb. 9.5
B
SFZ SEK SFZ SEK
0
4
8
12
16
20
Wasser 55°dH
Adsorbierte Stärke [mg/g]
Wasser 18°dH
C
1 2 3 4 5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
DS
Essigsäureanhydrid [mol/mol AGU]
R2 = 0,98604
D
C-Kette
A-Kette
B-Kette
α-Amylase
β-Amylase
Pullulanase
E
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