Stärke

Stärke (Stärkemehl, Satzmehl, Kraftmehl, Amylum), ein Inhaltsbestandteil vieler Pflanzenzellen, der in Form organisierter Körner (s. Abbildung und Arrowroot) auftritt. Dieselben besitzen sehr verschiedene Größen, sind kugelig, oval, linsen- oder spindelförmig, auch stabartig mit angeschwollenen Enden, oft durch gegen sei tigen Druck polyedrisch. Nicht selten treten mehrere Körner zu einem abgerundeten Ganzen zusammen (zusammengesetzte Stärkekörner).

Formen von Stärkemehlkörnern. a, a Kartoffelstärke mit einem Kern und mit zwei Kernen; b Roggenstärke, c zusammengesetztes Korn aus Sassaparille, d, e Körner aus dem Milchsaft von Euphorbia splendens.

Im Wasser liegende Stärkekörner lassen deutliche Schichtung (a, b) erkennen, da um eine innere, weniger dichte Partie, den Kern, Schichten von ungleicher Lichtbrechung schalenartig gelagert sind; der Kern liegt oft exzentrisch, und die Schichten haben ungleiche Dicke. In polarisiertem Licht zeigen alle Stärkekörner ein helles, vierarmiges Kreuz, dessen Mittelpunkt mit dem Schichtungszentrum zusammenfällt. Bei Einwirkung zuckerbildender Fermente auf Stärkekörner bleibt ein substanzärmeres Stärkeskelett zurück, das sich mit Jod nicht mehr blau, sondern violett oder gelb färbt, woraus man früher auf das Vorhandensein zweier verschiedener Substanzen schloß, leicht wandelbarer Granulose, die weitaus die Hauptmasse bildet und nicht angreifbarer Zellulose. In neuerer Zeit unterscheidet man die beiden wichtigsten chemischen Komponenten der S. als Amyloid, das durch Jodlösungen blau gefärbt wird, und Amylodextrin, dessen reichliches Vorhandensein sich durch weinrote Färbung der Stärkekörner in Jodlösungen verrät. Die S. tritt in den verschiedenartigsten Geweben aller Pflanzen mit Ausnahme der Pilze und einiger Algen (Diatomeen und Florideen) auf; bei letztern wird sie durch eine ähnliche Substanz (Florideenstärke) vertreten. Im Zellinhalt von Eugleua kommen stärkeähnliche Körner von Paramylon vor, und in den Epidermiszellen einiger höherer Pflanzen tritt eine mit Jod sich blau oder rötlich färbende Substanz in gelöster Form (lösliche S.) auf. Reich an S. sind die als Stoffmagazine dienenden Gewebe der Samen, Knollen, Zwiebeln und Rhizome sowie die Markstrahlen und das Holzparenchym im Holzkörper der Bäume. Die Bildung der S. erfolgt durch Assimilation (s. d.) innerhalb der Chlorophyllkörper (Assimilationsstärke), oder sie wird in farblosen Plasmakörnern, den Leukoplasten oder Stärkebildnern, abgelagert (Reservestärke). Die letztern treten besonders in solchen chlorophyllfreien Geweben auf, in denen die Assimilationsprodukte in Reservestärke übergeführt werden, wie in vielen stärkemehlhaltigen Knollen. Die in den Pflanzenzellen auf dem Wege der Wanderung von den Assimilationsorganen zu den Stellen des Verbrauches oder der Speicherung vorübergehend abgelagerte S. wird als transitorische S. bezeichnet. Bei vielen Chlorophyll-Algen, z. B. bei Spirogyra, treten die Stärkemehlkörner an besondern Bildungsherden im Umkreis von plasmatischen Kernen (Pyrenoiden) auf. Durch Fermente wird die S. in der lebenden Zelle wieder in lösliche Kohlehydrate übergeführt, die weitern Zwecken im Leben der Pflanze dienen. Über die Funktion der Stärkekörner als Statolithen in geotropisch reizbaren Pflanzenteilen s. Pflanzenbewegungen, S. 720.

S. C₆H₁₀O₅ hat das spez. Gew. 1,650 (Kartoffelstärke), bei einem Wassergehalt von 15–20 Proz. 1,503–1,504. Trockene S. ist sehr hygroskopisch (in feuchter Luft enthält S. 35 Proz. Wasser), sie ist in den gewöhnlichen Lösungsmitteln unlöslich. In Wasser quillt sie beim Erwärmen sehr beträchtlich, verliert schließlich jede Form und bildet Kleister, aus dem sich die S. beim Gefrieren als faserige Masse abscheidet. Kleisterbildungstemperatur bei S. aus Kartoffeln 65°, Mais 75°, Reis, Gerste, Roggen, Weizen je 80°, Hafer 85°. Kleister wird in geschlossenen Gefäßen bei 125–130° flüssig, und beim Erkalten scheidet sich viel S. körnig wieder aus. S. wird durch Jodlösung blau gefärbt, und bei 0° zeigt sie noch ¹/₅₂₈₀₀ Jod an, bei 30° viel weniger und bei höhern Temperaturen verschwindet die Blaufärbung vollständig, tritt aber beim Erkalten wieder hervor. Aus dünnem Stärkekleister wird alle S. durch Barytwasser als Barytverbindung gefällt; auch mit Kalk und Strontian bildet S. unlösliche Verbindungen. Bei Einwirkung kalter, konzentrierter Säure und beim Erhitzen mit verdünnten Säuren, Glyzerin oder Chlorzink entsteht lösliche S., die beim Trocknen wieder unlöslich wird. Mit Kalilauge bildet S. dicken Kleister, aus dem Alkohol eine Kaliverbindung fällt. Lufttrockene S. bildet bei 212 bis 220°, mit verdünnten Säuren befeuchtet bei 110 bis 140° ein Gemisch von Dextrinen. Konzentrierte Schwefelsäure löst S. zu Stärkemehlschwefelsäuren, die leicht in Schwefelsäure und Traubenzucker zerfallen. Salpetersäure bildet mit S. Zuckersäure, Weinsäure, Oxalsäure. Rauchende Salpetersäure bildet explosive Salpetersäureester (Nitrostärke). Beim Kochen von S. mit verdünnter Säure entsteht Traubenzucker C₆H₁₂O₆ und als Zwischenprodukt Dextrin e. Ganz ähnlich verhalten sich gewisse Fermente, besonders Diastase, die am kräftigsten bei 54–63° wirkt. Wahrscheinlich bilden sich drei Dextrine: Amylo-, Erythro- und Achrodextrin und zwei Zuckerarten Isomaltose und Maltose.

Man gewinnt S. aus zahlreichen, sehr verschiedenen Pflanzen, namentlich aus Kartoffeln, Weizen, Mais, Reis (seltener aus Dinkel, Linsen, Bohnen, Roßkastanien), in den Tropen aus Manihot, Maranta, Canna, Curcuma und andern Pflanzen das Arrowroot und aus Palmen den Sago. Erntet man auf 1 Hektar 2000 kg Weizenkörner mit 68 Proz. S., so ergibt das 1360 kg S. Dagegen wiegt die Kartoffelernte von 1 Hektar durchschnittlich 16,000 kg, und bei einem Stärkegehalt von ca. 20 Proz. gewinnt man 3200 kg S. Die Kartoffel ist zwar das an S. bei weitem ärmste Rohmaterial, sie steht aber, wenn man das Verhältnis der S. zur Trockensubstanz in Betracht zieht, den andern Rohmaterialien an Reinheit ziemlich gleich, und da sie weniger Eiweißstoffe enthält, welche die Abscheidung der S. erschweren, so kann sie in technischer Hinsicht als das vorzüglichste Rohmaterial gelten. Zur Darstellung der Kartoffelstärke werden die Kartoffeln, die 9–26, im Durchschnitt 18–20 Proz. S. und, abgesehen vom Wasser, etwa 4 Proz. andre Substanzen enthalten, auf Waschmaschinen von Erde und Steinen befreit und auf schnell rotierenden Zylindern, die mit Sägezähnen besetzt sind, unter Zufluß von Wasser sein zerrieben, um die Zellen, welche die S. eingeschlossen halten, zu öffnen. Bei andern Maschinen werden die Kartoffeln durch rotierende Schaufeln gegen eine ruhende Reibfläche geschleudert. Oft wird das Reibsel auf einem Mahlgang, zwischen Mahlscheiben (Martens in Frankfurt a. O.), einer Kegelmühle etc. einer weitern Zerkleinerung unterworfen, die aber nicht zu weit gehen darf, weil sonst die Trennung der S. von den Zellenfragmenten schwierig wird. Diese Trennung bewirkt man durch Maschinen von verschiedener Konstruktion, bei denen der Kartoffelbrei unter Zufluß von Wasser auf Drahtgeweben, Seidengaze oder sein gelochten Kupferplatten meist mit Bürsten oder auf Schüttelsieben bearbeitet wird, um die S. aus den geöffneten Zellen herauszuspülen. Die von der Pülpe abfließende Stärkemilch, die außer S. und Fasern die löslichen Bestandteile der Kartoffeln (Fruchtwasser) enthält, leitet man zum Absetzen in gemauerte Bottiche, in denen sich auf der zuerst abgelagerten S. eine Schicht aus kleinen Stärkekörnchen und Fasern (Schlamm-, Schmutz-, Hinterstärke) sammelt. Vorteilhafter leitet man die Stärkemilch durch schwach geneigte Rinnen (Fluten), in denen sich reinere S. ablagert, während das Wasser in Bottiche fließt, in denen sich minderwertige S. am Boden sammelt. Die gewonnene S. wird raffiniert, d. h. wiederholt in einem Quirlbottich mit Wasser angerührt und nach jedesmaligem Absetzen durch Abziehen des aufliegenden Schlammes gereinigt, so daß man schließlich reine S. (grüne S., Naßstärke mit ca. 40 Proz. Wasser) gewinnt. Zum Entwässern der S. benutzt man Zentrifugen, wenn man aber in Zentrifugen mit undurchlässigem Mantel arbeitet, so lagert uch an diesen zuerst reine S. ab und auf dieser Fasern etc., so daß man die Zentrifugen auch zum Raffinieren der S. benutzen kann. Die Schlammstärke, die etwa 6–10 Proz. Fasern enthält, gibt man in die Fabrikation zurück oder verwertet sie als minderwertige Sorte. Grüne S. wird in der Dextrin- und Stärkezuckerindustrie ohne weiteres verwendet, für den Handel aber trocknet man die S. bei 30–45° auf Horden in Trockenkammern oder in besondern Trockenapparaten. Die Pülpe, die auf den Bürstmaschinen zurückbleibt, beträgt 50–60 Proz. vom Gewicht der Kartoffeln, sie enthält 7–12 Proz. Trockensubstanz, die selbst bei guter Arbeit aus 50 Proz. S. besteht. Um letztere zu gewinnen, hat man die Pülpe zerrieben oder einer Gärung (Verrottung) unterworfen und nochmals ausgewaschen. Im übrigen benutzt man die Pülpe als Viehfutter oder trocknet sie, um sie dann vorteilhafter als Viehfutter oder, nur teilweise entwässert, in der Brennerei, Brauerei oder Stärkezuckerfabrikation zu benutzen. Auch aus dem Fruchtwasser hat man Viehfutter zu bereiten gesucht, am vorteilhaftesten aber benutzt man es zum Berieseln von Wiesen.

Weizenstärke weicht in chemischer und physikalischer Hinsicht von Kartoffelstärke ab und ist für manche Verwendungszwecke wertvoller. Ähnlich verhält es sich mit Reis und Mais, und darauf beruht ihre Konkurrenzfähigkeit gegenüber der Kartoffelstärke. Weizenstärke wird aus weißem, dünnhülsigem, mehligem Weizen dargestellt. Dieser enthält etwa 58–78 Proz. S., 10 Proz. Kleber und 3–4 Proz. Zellstoff. Die Eigenschaften des Klebers bedingen die Abweichungen der Weizenstärkefabrikation. Nach dem unrationellen Halleschen oder sauren Verfahren, das nur noch da ausführbar ist, wo die Nebenprodukte als Viehfutter gut verwendbar sind und die übelriechenden Abwässer wenig belästigen, wird der Weizen eingequellt, gewaschen, zwischen Walzen zerquetscht und mit Wasser der sauren Gärung überlassen, wobei hauptsächlich Essigsäure und Milchsäure entstehen, die den Kleber lösen oder wenigstens derartig lockern, daß die S. sich in Waschtrommeln aus durchlöchertem Kupferblech oder auf Kollermühlen abscheiden läßt. Aus der Stärkemilch gewinnt man in Absatzbottichen S., treberhaltige S. (Schlichte) und eine Schicht aus groben Hülsenfragmenten. Die Rohstärke wird in ähnlicher Weise wie Kartoffelstärke weiter verarbeitet. Beim Trocknen erhält man Brocken, Pulver oder als geschätzteste Sorte Strahlen- oder Kristallstärke, die aus scharfkantigen Stücken besteht, in die der in Papier gehüllte Stärkekuchen in der Trockenstube zerfällt. Geringer Klebergehalt begünstigt die Strahlenbildung, macht aber die S. gelb und muß zur Herstellung der feinsten Marken entfernt und durch farbloses Dextrin, das als Bindemittel wirkt, ersetzt werden. Nach dem süßen Verfahren wird der Weizen gequellt, gequetscht und dann in muldenförmigen Apparaten unter beständigem Zufluß kräftiger Wasserstrahlen durch Rührarme geknetet. Man verarbeitet nach diesem Verfahren auch Mehl zwischen kannelierten Walzen oder in Zentrifugen, die sofort Rohstärke und Kleberbrei liefern. Die Rohstärke, die das süße Verfahren liefert, wird auf feinern Sieben raffiniert, auf schmalen Rinnen geflutet, dann unter Zusatz von Schwefliger Säure zur Lösung der letzten Kleberreste in Wasser aufgequirlt, gewaschen und zentrifugiert, schließlich getrocknet. Der Kleber, der bei dem sauren Verfahren verloren geht, liefert bei dem süßen Verfahren ein wertvolles Nebenprodukt. Er wird als Viehfutter benutzt oder auf der Kleberwaschmaschine, einer in Wasser rotierenden durchlöcherten Trommel mit radial stehenden Stiften, an denen der Kleber hängen bleibt, von Hülsen befreit und dann zu Nahrungsmitteln (s. Kleber) verarbeitet. – Mais mit 50–65 Proz. S. wird namentlich in Nordamerika und in Österreich-Ungarn auf S. verarbeitet; man weicht das Korn, vielfach unter Zusatz von Natron, Kalk, Ammoniak, Schwefliger Säure etc., und verfährt im übrigen im wesentlichen wie bei der Verarbeitung von Weizen nach dem süßen Verfahren. Man weicht den Mais auch in Wasser, eventuell bis zum Eintreten einer sauren Gärung und zerquetscht ihn dann zu seinem Brei. Die Rückstände besitzen sehr hohen Nährwert, und die Fabrikation wird deshalb zweckmäßig mit der Landwirtschaft verbunden; Reisstärke wird hauptsächlich aus dem in Reisschälereien abfallenden Bruchreis gewonnen, der 70–80 Proz. S. enthält. Diese ist aber im Reis mit den Eiweißstoffen so innig verbunden, daß sie sich auf mechanischem Wege nur sehr unvollständig davon trennen läßt. Man bringt deshalb den Reis in geschlossene Zylinder und saugt mittels einer Luftpumpe Natronlauge von 1,5 B. hinein, die den Reis in 6–8 Stunden so weit aufquellt, daß er wie Weizen weiter verarbeitet werden kann. Die kleberartigen Abfälle werden als Viehfutter verwertet, auch in verschiedener Form in den Handel gebracht. S. aus Roßkastanien ist nur für technische Zwecke verwendbar, da ein ihr anhaftender Bitterstoff durch Behandeln mit Soda kaum vollständig entfernt werden kann. Bessere Resultate gibt die Behandlung mit Alkohol. Die Ausbeute beträgt 19–20 Proz.

Die gereinigte S. des Handels (kaufrechte) enthält, abgesehen von dem Wassergehalt lufttrockener Ware (etwa 12 Proz.):

S. dient zur Darstellung von Dextrin (Stärkegummi) und Traubenzucker (Stärkezucker, Stärkesirup), künstlichem Sago, überhaupt als Nahrungsmittel (Kartoffelmehl, Kraftmehl etc.), ferner zur Appretur, zur Darstellung von Schlichte, zum Steifen der Wäsche, zum Leimen des Papiers, zum Verdicken der Farben in der Zeugdruckerei, zur Herstellung von Farblacken, als Puder, zu Kleister etc. Die S. ist auch der wesentliche Bestandteil im Getreide und in den Kartoffeln, aus der sich bei der Bierbrauerei und Branntweinbrennerei, nachdem sie in Zucker und Dextrin übergeführt worden, der Alkohol bildet.

Die Stärkeindustrie ist in Deutschland eng an die Landwirtschaft geknüpft und liefert in vielen landwirtschaftlichen Betrieben nur Rohprodukte, die einer weitern Bearbeitung in industriellen Anlagen unterliegen. Auch wird die hergestellte S., oft in demselben Fabrikbetrieb, zur Herstellung andrer Produkte (Stärkesirup, Stärkezucker) benutzt. Die Stärkeindustrie ist in den östlichen Landesteilen besonders stark vertreten, wo sie die mit den geringsten technischen Mitteln darstellbare Kartoffelstärke liefert, während Weizen und Reis mehr im westlichen Deutschland verarbeitet wird. Auf 2–3 Mill. dz Kartoffel stärke werden etwa 50–100,000 dz Weizenstärke, 25–50,000 dz Maisstärke und 200–250,000 dz Reisstärke gewonnen. Die Stärkeausfuhr ist starken Schwankungen unterworfen. Sie betrug:

1905 wurden ausgeführt: Kartoffelstärke 132,870 dz, Sago, Tapioka etc. 1156 dz, Reisstärke 65,781 dz, Weizen-, Maisstärke, Arrowroot etc. 5815 dz. Eingeführt wurden 1905. Kartoffelstärke 976 dz, Sago, Tapioka etc. 35,524 dz, Reisstärke 209 dz, Weizen-, Maisstärke, Arrowroot etc. 14,179 dz. – S. war bereits den Alten bekannt, nach Dioskorides wurde sie amylon genannt, weil sie nicht wie andre mehlartige Stoffe auf Mühlen gewonnen wird. Nach Plinius wurde sie zuerst auf Chios aus Weizenmehl dargestellt. Im Mittelalter stand die Stärkefabrikation bei den Holländern in großer Blüte. Kartoffelstärke wurde zuerst 1816 in Frankreich dargestellt, aber erst seit Mitte des 19. Jahrh. gewann dieser Industriezweig größere Bedeutung, und heute beträgt die Produktion von Kartoffelstärke ⁹/₁₀ der deutschen Gesamtproduktion. Seit Mitte des 19. Jahrh. wird neben Weizen in Deutschland auch Mais und seit 1870 Reis auf S. verarbeitet. In den Vereinigten Staaten übertrifft die Herstellung von Maisstärke diejenige der andern Stärkearten um etwa das Sechsfache. Große Fortschritte hat die Stärkefabrikation gemacht durch Vervollkommnung der Maschinen und Apparate, um die sich Fesca durch Einführung eigentümlich konstruierter Zentrifugalmaschinen wesentliche Verdienste erwarb. Vgl. Nägeli, Die Stärkekörner (Zürich 1858) und Beiträge zur nähern Kenntnis der Stärkegruppe (Leipz. 1874); Stohmann, Die Stärkefabrikation (Berl. 1878); Höhnel, Die S. und die Mahlprodukte (Kassel 1882); Wagner, Handbuch der Stärkefabrikation (2. Aufl., Weim. 1884) und Die Stärkefabrikation (in Otto-Birnbaums »Lehrbuch der landwirtschaftlichen Gewerbe«, 2. Ausg., Braunschweig 1886); Rehwald, Stärkefabrikation (3. Aufl., Wien 1895); Saare, Die Industrie der S. und der Stärkefabrikate in den Vereinigten Staaten (Berl. 1896) und die Fabrikation der Kartoffelstärke (das. 1897); »Zeitschrift für Spiritus- und Stärkeindustrie« (Leipz., seit 1900).