Biofolie aus Stärke - Lösungshinweise

Folie aus Stärke

Fragen

1. Stärke löst sich in kaltem Wasser nicht. Es ergibt sich eine Suspension: Körnchen des Feststoffs Stärke in der Flüssigkeit Wasser.

2. Durch kochendes Wasser quellen die Stärkekörnchen, Wasser drängt sich dazwischen und es ergibt sich ein Kleister.

3. Mondamin besteht aus Stärke (einem Kohlenhydrat) aus Körnern (=Samen) von Mais.

4. Aus den Sprossknollen von Kartoffeln, aus den Körnern (=Samen) von Gerste, Roggen, Weizen und Hafer.

5. Folie 1 ausschließlich aus Stärke ist spröde: es bilden sich wieder kristalline Bereiche wie in den Stärkekörnchen. Folie 2 ist zäh und kunststoffartig: die Glycerinmoleküle drängen sich zwischen die Stärkemoleküle und verhindern die Kristallbildung. Glycerin wirkt als Weichmacher. Folie 3 und Folie 4 haben ähnliche Eigenschaften wie Folie 2.

Hintergrundinformationen

Kunststoffe bestehen aus Makromolekülen, also Riesenmolekülen - Polymere, die durch die Vernetzung von kleinen Molekülen, die Monomere, entstehen. Ein einfaches Beispiel ist die Herstellung von Polyethen, aus dem die herkömmlichen Müllbeutel bestehen.

Polyethen wird aus Ethen hergestellt, einem kleinen Molekül aus 2 C-Atomen und 4 H-Atomen und einer Doppelbindung zwischen den beiden Kohlenstoffatomen:

n CH2=CH2 -> -[CH2-CH2]-

Das Ethen gewinnt man aus Erdöl. Man kann es aber auch aus Ethanol (=Trinkalkohol) gewinnen. Dieser kann heutzutage durch großindustrielle Gärung bspw. von Zucker aus Zuckerrohr - also einem nachwachsenden Rohstoff - hergestellt werden, so z.B. von der Firma Braskem in Brasilien.

Polyethen aus Ethen aus Bioethanol durch die Firma Braskem in Brasilien

Stärkefolie neigt dazu, Wasser auf zu nehmen und klebrig zu werden. Sie wird deshalb nur selten verwendet, bspw. als Kapseln für Medikamente. Deswegen werden heute Kunststoffblends hergestellt: aus einer Mischung der wasserliebenden Stärke und wasserabweisenden Polymeren wie bspw. Polyester.

Die Zugfestigkeit eines Materials hängt ab von der Kohäsion, der Anziehungskraft zwischen zwei Materialien bei Berührung, die auf den Anziehungskräften zwischen den Molekülen beruhen: Van der Waals-Kräfte zwischen unpolaren Molekülen und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen polaren Molekülen. Unter letzteren ist die Wasserstoffbrücke hervor zu heben, bei der ein leicht positiv geladenes Wasserstoffatom einer polaren Bindung durch ein leicht negativ geladenes anderes Atom eines anderen Moleküls angezogen wird. In der Stärkefolie ziehen sich die Stärkemoleküle durch Wasserstoffbrücken an, die zwischen den Hydroxylgruppen (-OH) der Traubenzuckermoleküle ausgebildet werden, aus denen das Stärkemolekül besteht.

Gentechnik für Stärke als nachwachsender Rohstoff

Pflanzliche Stärke besteht aus Amylose und Amylopektin. In Amylose sind Traubenzuckermoleküle über eine C-O-C-Bindung an den C-Atomen 1 und 4 verbunden. Es handelt sich also um eine lineare, unverzweigte Traubenzuckerkette. In Amylopektin sind an diese Kette zusätzlich Traubenzuckerzweige angehängt und zwar an das C-Atom 6, auch wieder über eine C-O-C-Brücke.

In normalen Kartoffeln sind Amylose und Amylopektin im Verhältnis von etwa 1:4 enthalten. Beide Stärkeformen haben aber unterschiedliche Eigenschaften: Amylose geliert und Amylopektin kann verdicken und verbinden.

Amylopektin wird deswegen in der Papier- und Textilstoffindustrie sowie bei der Kleb- und Bausstoffherstellung verwendet. Amylose verwendet man dagegen zur Herstellung von biologisch abbaubaren Folien. Also muss nach der Ernte die Kartoffelstärke erst einmal in diese beiden Komponenten getrennt werden. Dies geschah früher unter hohem Verbrauch von Energie und Wasser. Bei der Trennung werden pro Tonne Stärke bei Kartoffeln etwa 7000 l benötigt (bei Mais 1500 l und bei Weizen 6000 l. Dieses Wasser ist danach stark mit organischen Stoffen belastet und muss in einer Kläranlage gereinigt. werden.Heute ist es aber auch möglich, die gewünschte Stärkeform durch chemische Reaktionen zu erhalten.

Gewünscht wäre eine Kartoffel, die ausschließlich Amylose oder Amylopektin herstellt. Durch Gentechnik ist jetzt eine Kartoffel entwickelt worden, die ausschließlich Amylopektin produziert.. Dabei hat man in der Kartoffel das für die Bildung von Amylose verantwortliche Gen mit der sogenannten Antisense-Technik blockiert.

Die Kartoffel mit reinem Amylopektin wurde von BASF Plant Science entwickelt und wird unter dem Markennamen Amflora in Europa vermarktet. Die ersten Anträge zur Zulassung wurden schon 1996 gestellt, am 2. März 2010 wurde der Anbau von Amflora durch die EU-Kommission zugelassen.