Stärke, Cellulose, Zucker und Gelatine
Wie Stärke, Cellulose, Zucker, Zuckeralkohole und Gelatine chemisch aufgebaut sind und warum sie sich in Quellung, Löslichkeit, Hygroskopizität und Gelierfähigkeit unterscheiden.
Das Wichtigste in Kürze
- Stärke, Cellulose, Zucker und Gelatine sind hydrophile Hilfsstoffe. Stärke und Cellulose sind Glucosepolymere, Gelatine ist ein Polymer aus Kollagen.
- Stärke ist nichtionisch und \(\alpha\)-glykosidisch aufgebaut: Amylose ist linear, das verzweigte Amylopektin bestimmt die Quellung.
- Cellulose ist \(\beta\)-1,4-verknüpft. Weder Cellulosepulver noch Saccharose verdicken ölige Lösungen.
- Saccharose besteht aus Glucose und Fructose und ist nicht reduzierend. Lactose besteht aus Galactose und Glucose.
- Mannitol und Sorbitol sind isomere Zuckeralkohole. Mannitol ist nicht hygroskopisch, Sorbitol schon.
- Die Gelierstärke der Gelatine gibt der Bloom-Wert an. Typ A hat einen höheren isoelektrischen Punkt als Typ B.
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Worum es geht
Stärke, Cellulose, Zucker und Gelatine gehören zu den häufigsten hydrophilen Hilfsstoffen. Sie dienen als Füllmittel in Tabletten, als Süßungsmittel in Säften und als Hüllmaterial von Kapseln. Wer ihre Bausteine kennt, kann ihre Eigenschaften ableiten.
Stärke
Stärke ist ein Polymer aus Glucose-Einheiten, die \(\alpha\)-glykosidisch verknüpft sind. Sie trägt keine Ladung und zählt deshalb zu den nichtionischen Hilfsstoffen. Native Stärke besteht immer aus zwei Anteilen.
Amylose ist eine unverzweigte Kette aus \(\alpha\)-1,4-verknüpfter Glucose. Sie windet sich zu einer Helix. Amylopektin enthält dieselbe Kette, trägt aber zusätzlich \(\alpha\)-1,6-Verzweigungen. Es ähnelt einem Baum mit vielen Ästen, zwischen die Wasser eindringen kann. Amylopektin ist daher der quellbare Anteil, und das Quellungsverhalten einer Stärke hängt von ihrem Amylopektinanteil ab.
Stärke stammt aus Pflanzen. Kartoffelstärke wird aus den Knollen von Solanum tuberosum gewonnen und hat deutlich größere Körner als Reisstärke.
Cellulose
Auch Cellulose ist ein Polymer aus Glucose. Die Einheiten sind aber \(\beta\)-1,4-verknüpft, jede zweite ist um 180° gedreht. So entstehen gestreckte Ketten, die sich über Wasserstoffbrücken zu Fasern zusammenlagern. Cellulose ist deshalb in Wasser unlöslich.
Als Verdickungsmittel für ölige Lösungen eignet sich Cellulosepulver nicht. Öle verdickt man eher mit hochdispersem Siliciumdioxid.
Zucker und Zuckeralkohole
Zucker sind kleine Moleküle und damit keine Polymere. Sie sind hydrophil und lösen sich gut in Wasser. Glucose, Lactose-Monohydrat, Saccharose und Mannitol ergeben eine etwa 5%ige klare wässrige Lösung.
| Zucker | Einordnung | Bausteine | reduzierend |
|---|---|---|---|
| Glucose | Monosaccharid | – | ja |
| Fructose | Monosaccharid | – | ja |
| Saccharose | Disaccharid | Glucose + Fructose | nein |
| Lactose | Disaccharid | Galactose + Glucose | ja |
Saccharose ist ein weißes Pulver. In ihr sind beide anomeren C-Atome an der Bindung beteiligt. Deshalb fehlt eine freie Halbacetalgruppe, und Saccharose reduziert nicht. Galactose gehört zur Lactose, nicht zur Saccharose. Als Verdickungsmittel für Öle taugt Saccharose ebenso wenig wie Cellulosepulver.
Ein Zuckeralkohol entsteht, wenn die Carbonylgruppe eines Zuckers zur Hydroxylgruppe reduziert wird. Ihm fehlt die Aldehyd- oder Ketogruppe, er ist also keine Hexose mehr.
Mannitol und Sorbitol sind sechswertige Zuckeralkohole mit der Formel \(\ce{C6H14O6}\). Sie sind Isomere und unterscheiden sich nur in der Stellung der Hydroxylgruppe an C-2. Beide süßen schwächer als Saccharose. Sie werden weitgehend insulinunabhängig verstoffwechselt und dienen als Süßungsmittel für Diabetiker.
nicht hygroskopisch, daher gutes Füllmittel für Tabletten
hygroskopisch, daher auch als Feuchthaltemittel genutzt
Gelatine
Gelatine ist ein hydrophiles Polymer tierischer Herkunft. Man gewinnt sie durch Hydrolyse von Kollagen aus Haut und Knochen. Häufigster Baustein des Kollagens ist Glycin, etwa jede dritte Aminosäure. In kaltem Wasser quillt Gelatine nur und löst sich nicht schnell. Erst beim Erwärmen entsteht ein Sol, das beim Abkühlen geliert.
Anders als Kakaobutter geht Gelatine beim Erwärmen über 40 °C nicht in eine instabile Modifikation über.
Der Bloom-Wert beschreibt die Gelierstärke von Gelatine. Er gibt die Masse in Gramm an, mit der ein genormter Stempel ein standardisiertes Gel um 4 mm eindrückt.
Je nach Aufschluss unterscheidet man zwei Typen. Typ A wird sauer hydrolysiert, Typ B alkalisch. Die alkalische Behandlung spaltet Amidgruppen zu Carboxylgruppen. Typ B wird dadurch saurer, und sein isoelektrischer Punkt liegt bei etwa pH 5. Typ A hat den höheren isoelektrischen Punkt bei etwa pH 7 bis 9. Wie Gelatine zu Kapselhüllen verarbeitet wird, steht unter Kapselhüllen.
Quiz
Aussage 1
Saccharose ist ein reduzierendes Disaccharid aus Glucose und Galactose.
Saccharose besteht aus Glucose und Fructose und reduziert nicht, weil beide anomeren C-Atome gebunden sind. Galactose steckt in der Lactose.
Aussage 2
Sorbitol ist im Gegensatz zu Mannitol nicht hygroskopisch und eignet sich deshalb besonders als Tablettenfüllmittel.
Umgekehrt: Mannitol ist nicht hygroskopisch und ein gutes Füllmittel, Sorbitol ist hygroskopisch.
Aussage 3
Sauer hydrolysierte Gelatine (Typ A) hat einen höheren isoelektrischen Punkt als alkalisch hydrolysierte Gelatine (Typ B).
Die alkalische Behandlung wandelt Amid- in Carboxylgruppen um, Typ B wird saurer. Sein isoelektrischer Punkt liegt bei etwa pH 5, der von Typ A bei etwa pH 7 bis 9.
Aussage 4
Wie stark eine Stärke quillt, hängt vor allem von ihrem Anteil an verzweigtem Amylopektin ab.
Amylopektin ist der verzweigte, quellbare Anteil der Stärke, in seine Äste dringt Wasser ein.
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