Stärke wird Polysaccharid genannt. Das bedeutet, dass es aus Monosacchariden besteht, die in langen Ketten verbunden sind. Tatsächlich handelt es sich um eine Mischung aus zwei verschiedenen polymeren Stoffen: Stärke besteht aus Amylose und Amylopektin. Das Monomer in beiden Ketten ist ein Glukosemolekül, sie unterscheiden sich jedoch erheblich in Struktur und Eigenschaften.
Gesamtkader
Wie bereits erwähnt, sind sowohl Amylose als auch Amylopektin Polymere von Alpha-Glucose. Der Unterschied liegt darin, dass das Amylosemolekül eine lineare Struktur hat und Amylopektin verzweigt ist. Die erste ist eine lösliche Fraktion von Stärke, Amylopektin ist es nicht, und im Allgemeinen ist Stärke in Wasser eine kolloidale Lösung (Sol), in der der gelöste Teil der Substanz mit dem ungelösten im Gleichgewicht steht.
Hier sind zum Vergleich die allgemeinen Strukturformeln von Amylose und Amylopektin angegeben.
Amylose ist aufgrund der Bildung von Micellen löslich - das sind mehrere Moleküle, die so zusammengesetzt sind, dass ihre hydrophoben Enden im Inneren verborgen sind und ihre hydrophilen Enden für den Kontakt mit Wasser nach außen verborgen sind. Sie stehen im Gleichgewicht mit Molekülen, die nicht zu solchen Aggregaten zusammengesetzt sind.
Amylopektin ist ebenfalls in der Lage, mizellare Lösungen zu bilden, jedoch in viel geringerem Maße, und ist daher in k altem Wasser praktisch unlöslich.
Amylose und Amylopektin in Stärke sind in einem Verhältnis von etwa 20 % der ersteren zu 80 % der letzteren. Dieser Indikator hängt davon ab, wie er gewonnen wurde (in verschiedenen stärkeh altigen Pflanzen sind die Prozentsätze auch unterschiedlich).
Wie bereits erwähnt, kann sich in k altem Wasser nur Amylose lösen, und auch dann nur teilweise, aber in heißem Wasser bildet sich aus Stärke ein Brei - eine mehr oder weniger homogene klebrige Masse aus aufgequollenen einzelnen Stärkekörnern.
Amylose
Amylose besteht aus Glukosemolekülen, die durch 1,4-Hydroxylbindungen miteinander verbunden sind. Es ist ein langes, unverzweigtes Polymer mit durchschnittlich 200 einzelnen Glukosemolekülen.
In Stärke ist die Amylosekette gewunden: Der Durchmesser der "Fenster" darin beträgt etwa 0,5 Nanometer. Dank ihnen ist Amylose in der Lage, Komplexe, zusammengesetzte Einschlüsse vom Typ "Gast-Wirt" zu bilden. Dazu gehört die bekannte Reaktion von Stärke mit Jod: Das Amylose-Molekül ist der „Wirt“, das Jod-Molekül ist der „Gast“, der sich in der Helix befindet. Der Komplex hat eine intensive blaue Farbe und wird zum Nachweis von Jod und Stärke verwendet.
In verschiedenen Pflanzen kann der Anteil an Amylose in Stärke variieren. Bei Weizen und Mais sind es standardmäßig 19–24 Gew.-%. Reisstärke enthält 17 % davon, und in Apfelstärke ist nur Amylose vorhanden - 100 % Massenanteil.
In der Paste bildet Amylose den löslichen Teil, und dieser wird verwendetAnalytische Chemie zur Auftrennung von Stärke in Fraktionen. Ein anderer Weg, die Stärkefraktionierung, ist die Ausfällung von Amylose in Form von Komplexen mit Butanol oder Thymol in kochenden Lösungen mit Wasser oder Dimethylsulfoxid. Die Chromatographie kann die Eigenschaft von Amylose nutzen, an Zellulose zu adsorbieren (in Gegenwart von Harnstoff und Ethanol).
Amylopectin
Stärke hat eine verzweigte Struktur. Dies wird dadurch erreicht, dass darin neben 1- und 4-Hydroxylbindungen auch Glucosemoleküle Bindungen an der 6. Alkoholgruppe eingehen. Jede dieser "dritten" Bindungen im Molekül ist ein neuer Zweig in der Kette. Die allgemeine Struktur von Amylopektin ähnelt im Aussehen einem Bündel, das Makromolekül als Ganzes liegt in Form einer kugelförmigen Struktur vor. Die Anzahl der darin enth altenen Monomere beträgt ungefähr 6000, und das Molekulargewicht eines Moleküls Amylopektin ist viel größer als das von Amylose.
Amylopektin bildet auch mit Jod eine Einschlussverbindung (Clathrat). Nur in diesem Fall ist der Komplex rotviolett (näher an Rot) gefärbt.
Chemische Eigenschaften
Die chemischen Eigenschaften von Amylose und Amylopektin sind bis auf die bereits angesprochenen Wechselwirkungen mit Jod genau gleich. Sie können bedingt in zwei Teile unterteilt werden: Reaktionen, die für Glucose charakteristisch sind, dh mit jedem Monomer getrennt auftreten, und Reaktionen, die die Bindungen zwischen Monomeren betreffen, wie z. B. Hydrolyse. Daher werden wir im Folgenden über die chemischen Eigenschaften von Stärke als Mischung aus Amylose und Amylopektin sprechen.
Stärkebezieht sich auf nicht reduzierende Zucker: Alle glykosidischen Hydroxylgruppen (Hydroxylgruppe am 1. Kohlenstoffatom) sind an intermolekularen Bindungen beteiligt und können daher nicht an Oxidationsreaktionen teilnehmen (z. B. Tollens-Test - eine qualitative Reaktion für eine Aldehydgruppe oder Wechselwirkung mit Felling's). Reagenz - frisch gefälltes Kupferhydroxid). Konservierte glykosidische Hydroxyle sind natürlich verfügbar (an einem Ende der Polymerkette), aber in kleinen Mengen und beeinflussen die Eigenschaften der Substanz nicht.
Stärke ist aber wie einzelne Glukosemoleküle in der Lage, mit Hilfe von Hydroxylgruppen, die nicht an den Bindungen zwischen Monomeren beteiligt sind, Ester zu bilden: Sie können mit einer Methylgruppe, einem Essigsäurerest, „aufgehängt“werden, und so weiter.
Stärke kann auch mit Jodsäure (HIO4) zu Dialdehyd oxidiert werden.
Es gibt zwei Arten der Stärkehydrolyse: enzymatisch und sauer. Die Hydrolyse mit Hilfe von Enzymen gehört zum Fachgebiet der Biochemie. Das Enzym Amylase zerlegt Stärke in kürzere Polymerketten aus Glukose - Dextrine. Die Säurehydrolyse von Stärke ist beispielsweise in Gegenwart von Schwefelsäure vollständig: Stärke wird sofort in das Monomer Glucose zerlegt.
In der Wildnis
In der Biologie ist Stärke in erster Linie ein komplexes Kohlenhydrat und wird daher von Pflanzen als Nährstoffspeicher genutzt. Es wird bei der Photosynthese (zunächst in Form einzelner Glukosemoleküle) gebildet und in Form von Körnern in Pflanzenzellen abgelagert - in Samen, Knollen, Rhizomen usw. (später zu verwenden als"Lebensmittellager" mit neuen Embryonen). Manchmal findet sich Stärke in den Stängeln (z. B. hat die Sagopalme einen mehligen, stärkeh altigen Kern) oder Blättern.
Im menschlichen Körper
Stärke in der Nahrungszusammensetzung gelangt zuerst in die Mundhöhle. Dort zerlegt ein im Speichel enth altenes Enzym (Amylase) die Polymerketten von Amylose und Amylopektin, wandelt die Moleküle in kürzere um – Oligosaccharide, baut sie dann ab und schließlich bleibt M altose zurück – ein Disaccharid, das aus zwei Glukosemolekülen besteht.
M altose wird durch M altase zu Glucose, einem Monosaccharid, abgebaut. Und schon wird Glukose vom Körper als Energiequelle genutzt.
