D i e Starke F a c h z e i f s c h r i f f f i i r E r f o r s c h u n g , H e r s f e l l u n g u n d V e r w e n d u n g v o n S t a r k e u n d S t a r k e e r z e u g n i s s e n

Schriftleitung: Ernst Hees, Bonn, Marienstr. 32

WISSENSCHAFTLICHE VERLAGSGESELLSCHAFT M. B. H., STUTTGART, BIRKENWALDSTRASSE 44 ~~~

JAHRGANG 15 1 9 6 3 Nr. 8

Die Ermittlung der funktionellen Gruppen und des Substitutionsgrades von Starkederivaten")

Von M. HUCHETTE, Lestrcni (Frankreich)

CJbcr die Erinittlung der funktionellen Gruppen in ctrr St,iirke und in den Starketlerivaten Hind bereits zahlreiche Untersuchungen angestellt worden, und man kdnnte daruber ein umfangreiches Literaturver- zeiclinis schreiben , was aber nicht %week der vorliegen- den Arbeit ist. Viel wicht'iger erscheint es uns, einige Gruntlniit'zc aufzustellen als Ersat>z fur eine klassische, syst,cmat,ixclie Methotlo. Eine solche Methode, die wie beispiclswcisc in der anorganischen C'hemie durch strrngc und unveranderliche obersichtstabellen ge- stiitzt wird, existJicrt nicht.

Starlie und Stiirkederivatc bergen noch eine Viel- zahl von Geheimnissen in sich, und auch die Erfahrung reicht, oftmals nicht aus. Meistens kann man erst nach vielen Priifungen und zahlreichen Messungen die Natur eines Produktes bestimmen, denn darum handelt es sich schlieBlich. Die Unt'ersuchung eines Fabrika'tions- produkt'es von dem man die verwendeten Starken und vhcmischen Reagenzien kennt ist kein Problem. Hier gcnugt cs, die Kontrolle zu systcmatisiercn. Wenn man aber die Bcschaffenheit eines unbekannten Produktcs, worin zahlreiche uberschneidungcn der Bestinimungs- ivalitionen zix etwarten sind, ermitteln SOU, so ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten. Ich habe die Absicht, lhneo die einzelnen Schrittc einer solchen mehrfachen praktischen Untersuchung kurz darzulegeri.

Qunbitative Prujungen .Die Priifung einer Starke, besonders ihrer funk-

t ionellcn Gruppen und gegebenenfalb ihres Substi- tut)ionsgradcs, beginnt im allgemcinen mit recht ein- facheri Mcthotlcn. Dazu gehoren die Jodreaktion, dic mikroskopische Untersuchung, die Untersuchung des Ldsungsverhaltrns und der Wasser- oder Losungs- niittelldslichkeit sowie die Prufung der organolepti- schen und rheologischen Eigenschaften. Die ersten tlaraus gezogenen SchluRfolgerungen fiihren den Ana- Iytiker zu den modernen Methoden, wie die Infrarot- Spektralphotometrie, die Gaschromatographie und die cigentlichen chemischen Bestimmungen.

I. Einfache Methoden .

A ) nie Jodreaktion ist im allgemeinen cler erste Ar- beitsvorgang, der ausgefuhrt wird. Sie ermiiglicht,

*) Vortrag, gehalten auf der Starketagung 1963 in Det- - ~- ~ _ _

mold. I*

sofort festzustellen, ob das fragliche Produkt auf Starkebasis hergestellt wurde. Manchrnal vermittelt die Reakt,ion auch eine Vorstellung uber die statt'gc- funciene Umsetzung.

B ) Die mikroskopische Untersuchung (1) ermoglicht dieKlarung der Frage, welche Starke verwendet wurde, (1. h. ob es sich urn Kartoffel-, Tapioka-, Mais-, Weizeri- oder Reisstarke, um ein Starkegemisch, eine Mischung von nativen und vorverkleisterten Starken oder urn eineMischung von Starken und Zellulosederivaten han- delt. Die mikroskopische Untcrsuchung ermoglicht cs auBerdem herauszufinden, ob man es mit umgesetzten , verkleisterten oder abgebauten Produkten zu tun hat. Die Klarung dieser Fragen ist, Voraussetzung fur jedc weitere Untersuchung. Die durch Kalorimetrie cr- ganzte Mikroskopie ist eine Kunst, welche auf diesem Gebiet tatsachlich hervorragende Dienste leistet.

G ) Die Untersuchung der LBsungen ist ein weitercr Schritt. Man beschrankt sich meistens darauf, eine waBrige Suspension herzustellen. 1st das Produkt in kaltem Wasser loslich, so handelt es sich um vorver- kleisterte Starke, Dextrin, Phosphat,, durch Alkalien bzw. Salze, verkleisterte StirBe oder Carboxymethyl- Starke. 1st das Produkt in kaltem Wasser unloslich, so mu13 man eine Kochung durchfiihren. Erhalt man trot2 der Kochung keinen Starkekleister, so hat man es entweder mit speziellen hydrophoben Starken oder mit hoehsubstituierten Derivaten zu tun, die oft in organischen Losungsmitteln, wie z. B. Aceton, loslich sind. Diese Prufung ermoglicht bereits eine erste Klassi- fikation.

Die im folgenden beschriebene Beobachtung tlcr Kleister erlaubt eine zweite Klassifizierung der in dcr Warme loslichen Produkte. Triibe Losungen deuten in den meisten Fallen auf Getreidestarken hin (Mais, Wei- Zen). Kartoffel- oder Tapiokastarke ergeben durchweg klare Losungen Ebenso aufschluBreich ist das Aus- sehen des Gels, welches klebrig, glatt, lang, olig, kurz oder kornig sein kann, je nachdem ob es zu der einen oder der anderen Klasse gehort. Bei entsprechender Erfahrung kann man sagen, ob eine native oder bc- handelte Starke vorliegt.

Die Stabilitiitspriifung ist ebenfalls ein sicheres Kri- terium fur die Klassifikation. ANSART (2) wies auf dic bemerkenswerte Stabilitiit der Starkeiither und ihre Bestandigkeit gegeniiber Mikroorganismen hin. Native oder niedrig substituierte Starken werden vie1 schneller

276 D I E S T B R K E Nr. 8 / 1963

eo ~

60 - 40 -

abgebaut. AKSART zitiert auch die Arbeit von BEW- NINGA (3) uber den B. S. B. (biologischer Sauerstofl- bedarf) als Funktion des Substitutionsgrades. Der B.S.B. verringert sich bei einem Substitutionsgrad von 0,3 auf des ursprunglichen Wertes. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daI3 die Gel- stabilitat nach einer Sterilisierung sowie nach dem Ge- frieren und Auftauen auf bestimmtc Derivate hindeutet.

D ) Die organoleptischen Eigenschaften einer behan- delten Starke erlauben dem Fachmann oftmals, auf verschiedene Untersuchungen zu verzichten, denn Ge- schmack und Geruch von nativen Stiirken, Dextrinen, oxydierten oder acetylierten Starken sind selbst- verstiindlich sehr verschiedenartig.

E ) Mit der Messung der rheologischen Eigenschaften eines Starkekleisters schliel3t man meistens die Vor- untersuchung ab. Neben der Viskositat, welche bei na- tiver Starke vollig andere Werte ergibt als bei behan- delten Starken, liefert die graphische Darstellung des rheologischen Verhaltens eines Kleisters von der Ver- kleisterung bis zur Retrogradation oft gute Hinweise auf die Art der erfolgten Umsetzung. Wenn einmal die Retrogradation schon nach wenigen Stunden und in einem anderen Falle erst nach einigen Tagen beobach- tet werden kann, so handelt es sich dabei um fur be- stiinmte Starkederivate typische Retrogradations- erscheinungen. Auf diescm Wegc kann man mit groBer Sicherheit gewisse Gruppen von Derivaten und dem- nach gewissc funktionelle Gruppen eliminieren. Die Abbildung 1 enthalt einige typische Kurvenbilder.

: I . .

I-IT: Umgewondelte Sfarken

a: Native Starke LV-Y-E:Starkeester (oxydierte und ddnnkochendel

Abb. 1

2 . Moderne Methodex und chenzische MethoderL Die crsten, aus solchen praktischen Untersuchungeri

gezogenen SchluBfolgerungen sind selbstverstandlich in den meisten Fallen nur hypothetisch. Zur Fortsetzung der Untersuchung mu8 man daher physikalisch-che- mische Methoden anwenden. Steht dem Analytiker die Spektralphotometrie zur Verfiigung, so bann er sich mit ihrer Hilfe einen genaueren Einblick in die Struk- tur eines Derivats verschaff en. Die verschiedenen Bin-

kennen, mit der man es zu tun hat. Naturlich muB trotzdem eine gewisse Erfahrung vorausgesetzt und unter bestimmten Bedingungen gearbeitet werden. Es

Amvlose

eo -

60 - Amylase LO - 13 % ige

20. 100

Acetylierung)

Unbehandeile eo - 60 - 40 - 20 -

7 2 3 4 5 5 7 8 9 10 ? I I 2 1 3 I4 75 15

Abb. 2

wurde zu weit fiihren, hier die spektralphotomstrischc Methode zu beschreiben. Dariiber gibt es eine sehr aus- fiihrliche Arbeit von VAN DER BIJ und VOGEL (4).

An dieser Stelle sollen nur die folgenden Einzelheiten crwahnt werden: Die Methode ist nur anwendbar, wenn der Substitutionsgrad hoch genug ist. Bei den Acetylderivaten mu13 beispielsweise mindestens einc 0,2o/,ige Acetylierung vorliegen. Sie ist nicht anwentl- bar, wenn man es mit hoheren Estern zu tun hat, weil deren Spektrum mit dem der nativen St'arke verwech- selt werden kann. Als Ausgangsprodukt dient im all- gemcincn das gelatiniert'e Derivat. Dieses wird ent- weder als Film eingesetzt, wodurch man ein sehrgenaues Spektrum crhalt, wenn dcr Film nicht zu dick ist, oder als auf einer (Si1ber)-Chlorid- Scheibc getrockneter Film. Einc solche physikalische Schncllmethode gibt ha,ufig gute Hinweise fur die chemischen Priifungen.

Die quwlitativen chenzischen Pr.i.i,j'mgen werclen mit Starken und Derivaten \-orgenon;men, die griintllich init destilliertem Waser (bei unloslichen Produkten) bzw. mit 70°/oigem A4thylalkohol (bei quellenden Por- dukten) ausgewaschen wurden. Als die am haufigsten angewandtcn chemischen Priifungen sollen hier die Hydroxylaminprufung , die klassischen Untersuchungs- verfahren der anorganischen Chemie und die allgemcine Met,hode von MORGAN, die mit der Gaschromatograpliie verbundeii wird, aufgefiihrt werden.

Die Wirkung von Hydroxylamin auf die (larboxyl- tlerivatc (Ester, Anhydride, Chloride) ist bcsonders gut erforscht. Derartige Derivate gebcn in alkalischer Ibsnng und bei Gcgenwart von Hydroxylamin dic Hydroxaminsauren R-C(OH)==N---OH, die mit Eisen-111-Ionen stark gefiirbt>e Chelate bilclen ( 5 , 6, 7 ) :

dungstypen sind meistens aus den Spektren zu ersehen. RCOOR, + KH,OH c"i-+ R('- NHOH ROH Die Abbildung 2 zeigt als Beispiel die Spektravon Mais- starke, Amyloseacetat (30/,ige Acetylierung) und 0

Durch den Vergleich mit Eichsubstanzen kann man

It

Amyloseacetat (430/,ige Acetylierung) . lLC0Cl -NH,OH - + RC-KHOH 1IC'I

auf diese Weise fast mit Sicherheit die Molekiilart er- I1 0

277 --___

Nr. _____ 8/15. Jehrg. D I E S T B R K E

(RCO),O -1- NH2OH --+ RC-NHOH + RCOOH I1 0

1/3 Fc+ + ++ RC-NHOH --+ R-C-N-H + H+ I1 I 0 0-

Fe+++/3 Kurze Beschreibung des Arbeitsverfahrens :

Man wagt 0,5 bis 1 g Substanz in ein 50 ml-Becher- glas ein und setzt 0,5 ml Hydroxylaminlosung zu. Dann wird der pH-Wert mittels 100/,,iger Natronlauge auf 8,5 bis 9,0 eingestellt und das Gemisch vorsichtig zum Sieden gebracht. AnschlieBend kuhlt man mit kaltem Wasser auf Zimmertemperatur ab. Der pH- Wert wird danach auf 4,s bis 5,O eingestellt und 1 bis 1,5 rnl Eisen-111-Losung zugesetzt. Bei violett-roter Farbung liegt eine Esterverbindung vor.

Die klassischen Untersuchungsmethoden der an- organischen Chernie eignen sich besonders gut bei den Halogen-, Phosphoryl-, Sulfat-, Nitro- iind Stickstoff- (Amino- und Cyanathyl-) Derivaten.

Das Chlor la& sich beispielsweise leicht aus der or- ganischen in die anorganische Form uberfuhren und kann dann das Rhodanid-Ion aus dem Quecksilber- rhodanid verdrangen. Das freiwerdende Rhodanid-Ion reagiert mit Eisen-11-Ionen unter Bildung eines rotge- farbten Komplexes (8, 9, 10)

R- C1 %-+ HC1+ H,O + CO, C1+ Hg(SCN), -+ HgCI, + SCN- SCN- + Fe+ + + -+ Fe( SCN) + + + (rot)

Der Phosphor ist gewohnlich in den Stirkephos- phaten in grol3en Mengen anwesend. Es ist leicht, ihn darin als Phosphorammoniummolybdat nachzuweisen.

Die Bestimmung der SO,--- und NO,--1onen be- reitet keine Schwierigkeiten. Die Methode von SCHO- NIGER (11, 12) ermoglicht die Identifizierung des Schwefels als Bariumsulfat nach Veraschung des Deri- vates in einer Sauerstoff atmosphare bei Gegenwart von Wasser und Wasserstoffperoxyd. Diese Methode ermoglicht es auch, die Halogene und den Phosphor zu bestimmen (13, 14).

Die Aminoderivate konnen durch Absorption von Hydrochlorure iiber stark basische Ionenaustauscher nach Hydrolyse erkannt werden :

CH,OH CH,O-CH,CH,NR CH,OH

,- I 0, j-0, j-0,

wiederixm auf dem Infrarotspektrum crkennbaren Amiden und Siiuren bestiititigt :

R-0-CH,-CH,-CONH, + NaOH -+ ROCH,-CH,-COON:

Die zur Klasse der Atheroxyde gehorenden zahl- reichen Derivate weisen ebenfalls keine grooeren Schwierigkeiten auf. Ihre qualitative Untersuchung wird in zwei Stufen durchgefuhrt. Tn Betracht kommen hier die:

R-O-CH2-CH2CrN + H2O + ROCH,-CONH,

Methyl- (R-0-CH,), Athyl- (R- 0- CHZ- CH ,), Carboxymethyl- (R-0-CH,-COOH), Carboxyathyl- (R-0-CH,-CH,- COOH), Hydroxyathyl- Hydroxymethyl- (R-0-CH,-OH) und Hydroxypropyl- (R- 0- CH,- CH,- CH,- OH) -deri-

vate.

(R- 0- CH,- CH,- OH),

Man zerstort zunachst die Verbindung durch Zusatz von Jodwasserstoffsaure nach der bekannten Methode von MORGAN (24, 2 5 ) :

2) ROCH,CH, +2HJ -+ R J + CH,CH,J + H,O 3) ROCH,CH,C€€,+BHJ -+ RJ+CH,CH,CH,J+ H,O

1) ROCH, + 2HJ -+ R J + CH,J -t H2O

Die Reaktion ergibt nur Halogenalkyle. 1) ROCH,OH + 4 H J + R J + CH,J + H,O + J2 2) ROCH,CH,OH + 4 H J -+ R J i C,H,J +

2 H20 + J, ROCH,CH,OH + (3 + X) H J (I-X) CH, = CH,+ 2 H20 + J,

-+ R J + x CBH, J i-

3) ROCH,CH,CH,OH + 4 H J -+ R J + CH,CH,CH,J

(ROCH,CH,CH,OH + (3 + x) H J -+ R J +

Die Reaktion ergibt Halogenalkyle, Alkylene and Jod. 1) ROCH,COOH + 2 H J -+ R J + CH, J + H,O + CO, 2 ) ROCH,CH,COOH + 2 H J R J 3- CH,CH,J +

+ 2 H,O + J, x CH3CH2CH2J + (1-X) CH'SCH-CH, + H2O + CO,

-+ H,O + CO, (ROCH,CH,COOH + (1 + x) H J -+ R J + x C,H, J + (1 - x)CH,=CH, + H,O + CO,

3) ROCH,CH,CH,COOH + 2 H J -+ R J CH,CH,CH,J + H,O + CO,

/ \ / \ ROCE,CH,CH,CObH + (1 + x)HJ -> R J -k \ ,I- \ /'-(I x C3H,J + (1 - x)C,H,=CH, + H,O + CO,

0-<, O-\\l

I I \L

I

Hy drolysc Die R,eaktion ergibt Halogenalkyle, Alkylene und

Die Halogenalkyle werden entweder chemisch oder co, .

C1- gaschromatographisch identifiziert. + I

1 CH,O - CHZCH , - N- It, Quantitative Prujungen

Die quantitative Bestimmung der Substituenten ist zuweilen relativ einfach und inshesondere bei den

\I- Phosphorsiure-, Schwefelsaure- und Salpqterslure- estern kein Problem, wenn man geeignete Analysen- methoden anwendet. Zum Beispiel liil3t sich Phosphor einwandfrei auf kolorimetrischem Wege bestimmen. Dam wird das Phosphat in einer Sauerstoffatmosphare

,I-0 H Glucose + 1 >

I Die Cyanoiithylderivate sind auf Infrarotspektrum

wegen der -C=N-Gruppe, sehr gut sichtbar. Ihre An- wesenheit wird nach alkalischer Hydrolyse bis zu den 2

D I E S T A R K E Nr. 8 / 1963 ~

verascht und dann im Schoniger- Apparat in Ortho- phosphat umgewandelt. Das kolorimetrische Reagens, welches zu gleichen Teilen aus Ammoniummolybdat und Wismutcarbonat besteht, wird der erhaltenen Lo- sung zugesetzt und die Farbintensitat mit einer Phos- phat-Eichlosung verglichen. Unter giinstigen Urnstan - den kann auch die Potentiometrie vorteilhaft einge- setzt werden. Also der Phosphorylierungsgrad einer Stiirke 1aRt sich bestimmen.

Der Substitutionsgrad der Aminoderivate w ird nach dem durch die Kjeldahl-Methode bestimmten Stick- stoffgehalt berechnet.

In der Reihe der Carboxylderivate kann man die Acetylderivate mit Hilfe der Infrarot- Spektralphoto- metrie analysieren und somit den approximative11 Substitutionsgrad bestimmen. Es existieren jedoch bestens erprobte chemische Methoden.

Der Acetylwert wird, nach der Verseifung, acidi- metrisch bestimmt (16, 17).

R-C-CH, + NaOH 3 ROH + CH,COONa II 0

N - I1 43 CH,CO- Gehalt = ___ 100 TI , (Oio)

N = H,SO, in der Eichsubstanz, n = H,SO, in der Probe, T = Normalitat der H,SO,, P = Gewicht der Probe.

Durch diese Methode lassen sich auch sehr nietlrige Werte ermitteln.

Der Acetylgehalt kann auch durch Transveresterurlg (18 , lQ) des Acetats in wasserfreie Essigsaure bei Gege~i- wart von Natriumacetat bestimmt werden. Das gebil- dete Methylacetat wird nach dem Verfahren von FREU- DENBERG festgestellt (20). Eine umfangreiche Priifung diesesverfahrens wurde von WHISTLER und JEANES (18) durchgefuhrt.

Auf gleiche Weise kann man die in anderen Fett- siureestern anwesenden R- CO- Acetylgruppen be- stimmen. So beschreiben MULLEN und PACSU (21) ausfuhrlich die Eigenschaften und den Substitutions- grad von Starkeacetaten, -propionaten und -butyraten. WOLFF, ODDS und HUBERT (22, 23) haben auf diese Weise die Starke-. Amylose- und Amylopektin- formiate, -acetate. -propionate, -butyrate, -capronate, -palmitate und -benzoate analysiert. Ein geringfiigig modifiziertes Verfahren kann auf die hoheren Ester stngewandt werden.

Die letzte groRe Btheroxydgruppe, zu der man die Carboxymethylstarke rechnen kann, ist in analytischer Hinsicht besonders interessant . Hier identifiziert man das nach der Zerstorung des Derivates durch Jod- wasserstoffsaure gebildete Halogenalkyl entweder gaschromatographisch oder auf chemischem Wege.

A ) Die gaschromatographische Methode Es geniigt, die Halogenalkyle in einer 2,2,5-Tri-

methylhexan als Losungsmittel enthaltenden Gefrier- falle aufzufangen. Eine aliquote Menge dieses Losungs- mittels wird danach chromatographiert. Als Eich- substanzen wendet man Verbindungen an, welche Methoxy-, Propoxygruppen USW. enthalten. Bei den- jenigen Hydroxyderivaten, die Athylenverbindungen

bilden (Sdp.- 101 “C), verwendet man zweckmaRiger- weise Brom als Absorptionsmittcl, weil die Tempera- tur von Kohlensaureschnee (-80 “C) zu hoch ist.

B ) Die chemische Methode Der in der Abbildung 3 dargestellte Apparat ersetzt

die Chromatographie und ermoglicht eine Reihe von chemischen Bestimmungen, Er besteht aus einem

A

Abb. 3

Kolben ( A ) , in den man die Probe und die Joclwasscr- stoffsaure einfullt, einem mit einer waljrigen Losung von Natriumbicarbonat gefullten Blasendurchleiter (B) , einem mit einer titrierten 0,OB-normalen Silber- nitratlosung gefiillten Blasendurchleiter (C), eineni lichtgeschiitzten Rohr ( D ) , welches eine Bromlosung (3,s ml/Liter) in bromgesattigtem Methanol enthalt, und einem 200/,,ige Kaliumjodidlosung enthaltenden Rohr (E) . Der Apparat arbeitet im CO,-Strom, der vor der Beheizung eingestellt wird. Die Methode ist recht einfach und ermiiglicht es, das Olefin in der Broni- losung und das Alkyljodid in der Silbernitratlosung aufzufangen. Entsprechend den oben erwahnten Bei- spielen ergeben sich zahlreiche Anwendungsmoglich- keiten. In unserem Laboratorium wurden insbesondere die Methyl-, Carboxymethyl-, Hydroxyathyl- und Hydroxypropylderivate grundlich untersucht. Die Er- gebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefaRt worden. Die Tabelle 1 zeigt den groRen Anwendungsbereich der MORGAN’schen Methode auf und vermittek eine Vor- stellung iiber die maximalen Bestimmungsfehler.

Bei den Carboxymethylderivaten mu13 auch die Methode von PASCAULT und BOUTTEMY (26) erwahnt werden. Diese fur Carboxymethylcellulose entwickelte Methode besteht darin, daR die Menge der in den Deri- vaten anwesenden Natrumionen entweder durch Kal- zinierung oder acidimetrisch ermittelt, wird. Sie diirfte auch fur die Carboxymethylstarke geeignet sein.

Um vollstandig zu sein, miiljte dieser Aufsatz noch enthalten : - die sehr komplexe und diffizile Untcrsuchung der

Allyl- und Vinylderivate (27, 28),

Nr. 8 / 15. Jahrg. D I E S T A R K E ~~

279

Tabelle 1

a-Methyl- glucosid

Carboxy- irietliylstLrke

2,64 2,55 3.54 3 3 9

Hydroxyathyl- liartoffelstiirke

16,8 16,15 17,9 2,35 2,15 2,83 2,27 3,79 4,02 6,44 7,36

3,17 2,96 2,86

14,6 14,7 0,21 0,88 0,52 0,67 1,63 0,41

Oxypropylen- Sorbitol 1

I.-- :;:: 1 ;:; 61,3 I 4,3

4,04

2,64 2,55 ]0,07

3,54

niax. Fehler 0

5

2

- - die Untersuchung der Hydrate und Alkalistarken

untl - die sehr gut ausgearbeitete Untersuchung der Re-

duktions-, Carbonyl-, Aldehyd-, Carboxyl- und Uronfunktionen, welche die fliissigen Starken, die oxytlierten Starken und die Dextrine charakteri- sieren, d. h. diejenigen Produkte, deren chemische Untersuchung bereits allgemein durchgefuhrt wird und uber deren Analytik umfangreiche Literatur zur Verfiigung steht.

Zusammenfassung In dem komplexen Gebiet der Starkeprodukte gibt

cs selbstverstandlich keine systematische oder mathe- matische Methode, mit deren Hilfe man die Beschafien- heit einer Starke oder eines Starkederivates ermitteln liann. Die in der vorstehenden Arbeit beschriebenen Methoden ermoglichen jedoch in den meisten Fdlen dem Fachmann, die Zugehorigkeit eines Starkederi- vates zu einer bestimmten Klasse herauszufinden. Als moderne, heute ubliche Untersuchungsmethoden wur- den die Infrarot- Spektralphotometrie und die Gas- chromatographie genannt. Neben diesen kostspieligen Verfahren, die eigentlich mehr in das Gebiet der For- schung gehoren, stehen die konventionellen, aber sehr gut anwendbaren Methoden zur Verfugung : die Mikroskopie, die Viskosimetrie, die optische Unter- suehung, die organoleptischen Priifungen, die chemische Analyse und die physikalischeUntersuchung, mit deren Hilfe man bei genugender Erfahrung die Zusammen - setzung, die funktionellen Gruppen und den Substi- tutionsgrad von Starkederivaten bestimmen kann.

Sumrnar y I n the complex sector of starch products, there is 7za-

turally no systematic of mathematical method with the 2.

help of which the nature of a starch or a starch derivative can be established.

The methods described in the above paper, however, make it possible in most cases for the expert to find to which class a starch derivative belongs. Mentioned as mo- dern and usual methods of analysis are infra-red spectral photometry and gas chromatography. I n addition to these expensive processes which really belong more to the research field, there are also conventional but very useful methods available, namely microscopy, viscosi- metry, optical examination, organoleptic examination, chemical analysis and physical examination, with the help of which, i f enough experience is on hand, the composition, the functional groups and the degree of substitution of starch dervatives can be established.

Rdsumd I1 n'est pas dtonnant que dans un domaine aussi

conaplexe que celui des amylacds, il n'existe pas de mhthode systdmatique ou mathdmatique pour ddfinir la nature d'un amidon ou d'un ddrivd de l'amidon. Ndan- moins, d'aprbs ce qui a dtd dit, les moyeizs actuels per- mettent le plus souvent a un homme d'expdrience de deviner ic quelle classe peut appartenir un ddrivd de l'amidon.

Ces moyens sont d'ordre diffdrent. Nous avons citd comme mo yens modernes d 'utilisation

maktenant courante, la spectrophotomdtrie infrarouge, et la chromatographie en phase gazeuse.

If faut rattacher ci ces mdthodes coiiteuses et souvent d u domaine de la recherche, les mdthodes traditionelles et trbs utiles, le microscope, les viscosimbtres, l'examen visuel, les tests organoleptiques, l'analyse chimique, les essais physiques, qui permettent le plus souvent, l'ex- pdrience aidant, de se faire une bonne idde de la consti- tution des groupes fonctionnels et d u degrd de substitution des ddrivbs de l'amidon.

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Ansehrift des Verfussers: Michel Huchette, Ing . Chem., Roquatte National Chimie, Amidonnerie-GEucoserie-l)m- trinerie, Lestrem (P.-d.-C.) Frankreich

Preparation of Schardinger Dextrins on a Larger-than-laboratory Scale *) *')

By D. FRENCH, A. 0. PULLEY, Ames, Iowa (USA), and W. J. WHELAN, London (England)

Introduc~ion The Schardinger dextrins are a family of ~ - 1 - 4 - l i n k -

ed cyclic polyglucoses synthesized from starch by a transglycosylase produced by Bacillus rnlccerans (1). The two preponderant constituents of the enzymolysis mixture are the alpha and beta dextrins, containing six and seven glucose residues per molecule respectively.

In connexion with a proposed programme of chemi- cal and biochemical studies on the Schardinger dextrins (l), the alpha and beta dextrins were needed in pure form on a kilogram basis. Previously described me- thods of preparation (2-7) werc satisfactory for amounts of the order of 10-100 g, but for the larger quantities, scaling up the procedures would have re- quired working with large volumes, €or which con- ventional laboratory glassware would not have been adequate. Moreover, there was no published description of the factors involved in obtaining optimum yields of crystalline products. The present paper reports an at- tempt to improve yields of the alpha and beta dextrins and to simplify procedures so that these materials may be more readily accessible in quantity.

Some of the factors which may change the purity and yield of Schardinger dextrins are as follows: (a) the type of starch substrate used; ( b ) the concen- tration of substrate; ( c ) the method of dispersing the starch; ( d ) the temperature of the enzymolysis; ( e ) thc amount of enzyme added; (f) the time of reaction ; and (9) the effect of precipitants. These factors are not completely independent, and some of them have re- ceived little attention in the present work. However, since the yields of' Schardinger dextrins we have obtained are substantially higher than those previ- ously reported, our procedure represents a significant improvement,.

Starch substrate In most previous work potato starch was used as

the substrate. Defatted maize or waxy-maize starch *) Supported by grants from the Department of Scicnti-

fic and Industrial Research (U.K.), the National Science Foundation, the National Starch and Chemical Corporation and the Corn Industries Research Foundation (USA).

**) Journal Paper No. 5-4585 of the Iowa Agricultural and Home Economics Experiment Station, Ames, Iowa, USA. Projekt Nr. 1116.

or branched fraction were also used successfully. Very high yields of Schardinger dextrins have been obtained from amylose (8), but the very low concen- trations of amylose employed precluded large-scale production. Since difficulties occassionally arise in dispersing raw starch on a 10 1 scale, solubilized starches were examined as possible substrates. One com- mercial ,,soluble starch" examined gave poor disper- sions containing lumps of partially gelatinized starch. A soluble starch was prepared in the laboratory by treating 350 g of air-dry potato starch with 1 1 of 7.5 N-hydrochloric acid. After standing overnight, the starch was filtered and washed with dilute sodium bicarbonate. On heating with water i t gave a very good dispersion of neutral pH. A commercial Lintner soluble starch was also examined for yields of Schardinger dextrins.

None of these soluble starches gave yields as great as with unmodified pot,ato starch, and in some cases the yields were reduced by 500/, or more.

Accordingly unmodified potato starch was adopted as the most practical substrate €or large-scale work.

Effect of substrate concentratioii The optimum starch concentration represents a com-

promise of several factors. From theoretical considera- tions, the best yields are to be expected from the most dilute solutions. Moreover, enzyme action appears to be somewhat more rapid in more dilute (e.g. 0.10/,) substrate solutions than in the concentrations ordina- rily used (3-50i0)., On the other hand. since starch is a cheap raw materlal, there is no significant economic advantage in obtaining high per cent conversions. However, high concentrations of starch pastes are difficult to handle and the presence of much uncon- verted or residual starchy material makes the isolation and purification of the Schardinger dextrins more difficult l).

In large-scale laboratory runs, i t has not been fea- sible to work with unmodified starch pastes more concentrated than 50 / , , without getting poor dig-

l) Some of the products from previous large-scale pre- parations have contained large amounts of starchy impurities.