the bean starch and to 18.9% for the pea starch. Therefore the crystallinity of pea and bean starch is a little bit lower than the crystallinity of the maize and potato starches (22%). The results reported in this study, especially the high correla- tion coefficients and the good coincidence between the experi- mental X-ray scattering curves prove that the starch C-type is not a third polymorphic structure of starch but a mixture of A- and B-unit cells. O n e can imagine two alternative models of the supramolecular structure of legumen starches. Firstly, there could coexist crystallites within a starch granule consisting of polysaccharide chains either only in the crystalline A-type or only in the crystalline B-type. Alternativly, each starch granule could consists of mixed crystals of A- and B-polymorphs. These alternative models can be discriminated experimentally in the following manner. Comparing starches from different legumes, one would expect in the first case that the sizes of the coherently scattering crystal domains are independent of the polymorph fractions, whereas in the second case the sizes of the crystallites depend on this ratio. Tab. 4 shows o u r results from the analysis of the (100) reflex of the B-polymorph. T h e crystallite size of the starches from Pisum satioum and from Vicia faba are

Table 4. The Integral Breadths fl of the 100-Peak and Calculated Crystallite Size

for Pea and Bean Starches and for Samples with Known Propor- tion of A- and B-Modification.

Starch sample fl [radian] * T(1inl) (nm)

Potato 80% B 6O% B 40% B 20% B

Pea starch Bean starch

2.109 1.932 1.912 1.804 1.863 I ,807 2.027

7.31 7.98 8.07 8.54 8.27 8.53 7.62

identical within the error limit. Therefore, our experimental results d o not provide a proof for the existence of mixed crystals.

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Adress of authors: Dipl.-Krist. Ch. Gernat and Prof. Dr. G . Dama- schun, Zentralinstitut fur Molekularbiologie der AdW der DDR, Robert-Rossle-Str. 10, 1115 Berlin (DDR). Dr. S. Radosta and Dr. sc. F. Schierbaunz, Zentralinstitut fur Ernah- rung der AdW der DDR, Arthur-Scheunert-Allee 114, 1505 Bergholz- Rehbrucke (DDR).

(Received: September 26, 1989).

Eigenschaften und Anwendungsmoglichkeiten von Erbsenstarken Teil 1 : Eigenschaften

R. Stute, Heilbronn, (Bundesrepublik Deutschland)

Wahrend Erbsen und Erbsenmehle seit Jahrtausenden Bestandteil der menschlichen Ernahrung sind, bemuht man sich erst seit wenigen Jahrcn urn die Gewinnung von Erbsenstarken. Besonders interessant ist der im Verglcich zu den ublichen Starken hohere und einen Bereich voii 30% bis uber 90% abdeckende Amylosegehalt der Erb- senstarke. Industriell hergestellt wird bisher nur die glatte, rund- ovale Korner aufweisende Palerbsenstarke (Amylosegehalt 32-37%). Bei den Markerbsen (Amylosegehalt >46%) sind viele der technischen Schwierigkeiten bei der Starkegewinnung auf die Form und den Aufbau der Starkekorner zuruckzufuhren. Typisch fur Erbsenstsrken sind eine hdhere Saure-, Enzym- und Scherstabilitat und ein erhohtes Gelbildungsvermogen. Trotz eines nur wenig ver- schiedenen Amylosegehaltes bestehen gerade auch in bezug auf diese Eigenschaften sowie bezuglich Viskositat und Gelbildung groRe Unterschiede zwischen den bisher industriell in Kanada bzw. Dane- mark hergestellten Palerbsenstarken.

Properties and Applications of Pea Starches. Part I : Properties Peas and pea flours have been part of human nutrition for centuries, whereas efforts for the production of pea starches have been started only a few years ago. Pea starches are of interest since their amylose spectrum covers the range from 30% to over 90% which cannot be covered by other starches. Up to now only the starch from smooth peas having plain, round-oval grains is being industrially produced (amylose content between 32 and 37%). Many technical problems are existing with respect to the starch isolation from wrinkled peas (amylose content >46%) and most of them are closely related to the shape and structure of the starch granules. Typical for pea starches are a higher acid, enzyme, and shear stability and an increased gel formation ability. Despite the only slightly different amylose content of the starches which are up to now produced on an industrial scale (Canada r a p . Denmark), there are big differences between these two starches not only with regard to these properties but also with respect to viscosity and gel formation ability.

178 Ytnrchlstarkc 42 (1990) Nr 5. S 178-184 0 VCH VerhgSge\dlschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1990 0038-9056/90/0505-0l7~$02 50/0

1 Einleitung

Leguminosen waren jahrhundertelang ein Grundnahrungsmit- tel i n der menschlichen Ernahrung weltweit. Mit Leguminosen wurde nicht nur ein wesentlicher Teil des Kohlenhydratbe- darfs, sondern vor allem auch des Proteinbedarfs gedeckt. In diesem Sinne sind und waren Leguminosen auch ein Ersatz fur Fleisch und diese Bedeutung haben sie z. T. auch heute noch in der Dritten Welt. Aus dem gleichen Grunde wurden Legumi- nosen aber auch zur Grundlage der modernen Suppenindu- strie. Vom Schweizer Fabrikinspektor F. Schiiler vorgeschla- gen als fleischersetzendes Lebensmittel fur Fabrikarbeiter begann J . Maggi 1883 mit der Produktion von Leguminosen- mehlen [ 11. In gleicher Weise bildeten zunachst Leguminosen- mehle (1873-7s) und wenig spater die legendare Erbswurst (1889) die Grundlage der Firma Knorr [2]. Trotz dieser Bedeu- tung in der Ernahrung und fur die Suppenindustrie waren und sind Leguminosen und Leguminosengerichte mit dem Image der .,Arme-Leute-Nahrung" behaftet. Mit der zunehmenden Verfugbarkeit von Fleisch und Fleischwaren als Proteinquelle ist deshalb in den industrialisierten Landern der westlichen Welt die Bedeutung der Leguminosen fur die menschliche Ernahrung in den vergangenen 100 Jahren stetig zuriickgegan- gen. Ob neuere Trends, wie die Vollwerternahrung [3] oder andere vegetarische Proteinquellen bevorzugende Ernahrungs- formen, den Verzehr von Leguminosen wieder steigern kon- nen; muR zumindest bezweifelt werden. Auch die zunehmende Beliebtheit ethnischer Kostformen (mexikanisch, agyptisch, indisch usw.), wo Leguminosen und Leguminosenmehle fur die Zubereitung der fur diese Kuchen typischen Speisen wichtige Rohstoffe sind. wird den Verzehr an Leguminosen in Europa wohl kaum wesentlich steigern. Im Gegensatz zu den ubrigen Grundnahrungsmitteln Kartof- feln, Mais. Weizen und Maniok ist von den Leguminosen zur Starkegewinnung bisher nur die Mungbohne im industriellen MaRstab eingesetzt worden. Mungbohnenstarke ist der tradi- tionelle und auch heute noch bevorzugte Rohstoff fur die Herstellung qualitativ hochwertiger Glasnudeln im asiatischen Raum, ebenso wie fur die Herstellung einer Reihe traditionel- ler asiatischer SuBspeisen [4]. Allerdings kann und wird Mung- bohnenstarke heute haufig durch die in groBeren Mengen verfugbare und auch preiswertere Kartoffel- oder SuBkartoffel- starke (z. T. bereits in Kombination mit Erbsenstarke) ersetzt [S]. Andere Bohnenstarken wurden ebenso wie Erbsen- oder Linsenstarken bis vor wenigen Jahren industriell nicht herge- stellt. vermutlich auch deshalb nicht, weil fur die meisten Verwendungen die das Protein noch enthaltenden Mehle aus- reichen, bzw. auf Grund ihres Proteingehaltes sogar bevorzugt werden. In diesem Sinne zielten die ersten Versuche zur erweiterten industriellen Nutzung der Leguminosen (insbesondere Erbsen und Bohnen) auch in Richtung Protein-Gewinnung bzw. -Anreicherung und nicht in Richtung Starkegewinnung [6]. Das hierfur zunachst angewandte Verfahren der Windsichtung [6- 151 war fur die Gewinnung moglichst reiner Proteinfraktio- nen konzipiert und fur eine ausreichende Anreicherung der Starke ungeeignet. Reine Starken konnen nur rnit den in der Starkeindustrie ublichen typischen NaRverfahren erhalten wer- den, die naturlich wesentlich aufwendiger sind als die Wind- sichtung, und die bei Leguminosen auf Grund der Loslichkeit der Proteine zusatzliche Schwierigkeiten bereiten. Ein indu- strielles NaBverfahren wurde deshalb erst Ende der 70er Jahre in Kanada von der Firma Woodstone entwickelt [16], nachdem in entsprechenden Vorarbeiten die Eigenschaften verschiede- ner Leguminosenstarken untersucht worden waren und ent- sprechende Verwendungsmoglichkeiten aufgezeigt werden konnten [ 17-21]. Spatere, sehr ausfiihrliche und systematische

Untersuchungen in Frankreich zur Charakterisierung der ein- zelnen Fraktionen (Starke, Protein. Faser) und zur Optimie- rung des Trennverfahrens fuhrten nicht zu einem industriellen HerstellprozeB, sondern wurden im TechnikumsmaBstab abge- brochen [23-261. Im Zusammenhang mit diesen Bemuhungen zur industriellen Herstellung wurden auch die Moglichkeiten und Wirkungen der verschiedenen chemischen Modifizierungsverfahren einge- hend untersucht [27-301. Seit 1988 wird Erbsenstarke auch in Europa hergestellt und ist unter dem Namen ..Nutrio P-Star 33" im Handel [31]. Wahrend in dem Agrarland Kanada die Aufwertung eines i n der Landwirtschaft erzeugten Rohstoffes durch einen zusatzli- chen Verarbeitungsschritt im Vordergrund stand. wurde die Starkegewinnung fur Europa erst rnit der Subventionierung des Leguminosenanbaus (seit 1978 zuerst fur den Futter-. ah 1982 auch fur den Ernahrungssektor) interessant. Damit stieg die landwirtschaftliche Erzeugung steil an und Leguminosen, vor allem Erbsen und Bohnen, standen als Rohstoffe in ausreichen- dem MaBe zur Verfugung. Auf Grund dieser zunehmenden Verfugbarkeit werden Legu- minosen jetzt auch als ,,Nachwachsende Rohstoffe" diskutiert. wobei vor allem die amylosereichen Starken auf Grund ihrer speziellen Eigenschaften fur die chemische Industrie von Inter- esse sein konnten. Obwohl auf Grund der in den letzten Jahren intensivierten Untersuchungen an Leguminosen zu vermuten ist, daR in absehbarer Zeit eine ganze Reihe von Leguminosenstarken industriell verfiigbar sein werden, sol1 im folgenden bevorzugt auf die Eigenschaften und Verwendungsmoglichkeiten der heute bereits im industriellen MaBstab hergestellten Starken. d . h. Palerbsenstarken. eingegangen werden, und andere Legu- minosen- und Markerbsenstarken werden nur soweit heriick- sichtigt. wie dies zum Vergleich von Eigenschaften und Anwen- dungsmoglichkeiten erforderlich ist.

2 Die besondere Stellung der Erbsen- st a rken Bei Bohnen- und Erbsenstarken bzw. Leguminoscnstarkcn allgemein handelt es sich zunachst nicht wie bei Mais- oder Kartoffelstarke um in ihrer Zusammensetzung und ihren Eigenschaften vergleichsweise definierte und konstante Star- ken. Das ist offensichtlich nicht das Resultat ciner unterschied- lichen botanischen Herkunft. denn uberraschenderweise unter- scheiden sich Bohnenstarken (die innerhalb der Familie der Legurninosae bzw. Fubacne meist verschiedenen Gattungen angehoren) vergleichsweise wenig in bezug auf so wichtige Eigenschaften wie Kornform, KorngroRe und Amylosegehalt, wahrend Erbsenstarken (bei denen es sich lediglich urn ver- schiedene Sorten handelt) sich ganz erheblich in diesen Merk- malen unterscheiden. Vermutlich ist dies das Ergebnis der bei Erbsen zweifellos wesentlich intensiveren Bemuhungen der Zuchter, die uber eine EinfluBnahme auf den Zucker-, Protein- oder Amylosegehalt zu zahlreichen neuen Sorten (Futtererb- sen ebenso wie Speiseerbsen) fuhrte [32]. Unter diesem Hinter- grund findet man Eigenschaftsunterschiede bei Bohnenstarken vor allem bei solchen Eigenschaften, die stark von der inneren Kornstruktur abhangen, wie Quellfahigkeit , Brabenderviskosi- tatsprofil und Saure- oder Enzymstabilitat [ 11, 33-38]. Dies sind auBerdem Merkmale. die zuchterisch nur schwer zu beein- flussen und zu steuern sind. Demgegenuber ergeben sich bei Erbsen, wo die zahlreichen Sorten alle der Gattung pisum sativum angehoren, die Eigenschaftsunterschiede ganz wesent- lich aus Merkmalen wie dem unterschiedlichen Amylosegehalt . Man unterscheidet bei Erbsen 3 verschiedene Typen : 1. Palerbsen (smooth peas),

starchkarke 42 (1990) Nr. 5 . S . 178-184 I70

2. Markerbsen (wrinkled peas), 3. Erbsen mit der gerunzelten Kornform der Markerbsen, aber mit einer der Palerbsenstarke ahnlichen Starke. Je nach Sorte und Wachstumsbedingungen sind fur diese drei Erbsentypen Amylosegehalte zwischen 30 und nahezu 100% moglich [39]. Dies ist ein breites Spektrum, das bei keinem der bisher fur die Starkegewinnung eingesetzten Rohstoffe vorliegt und diese Variationsbreite der Amylosegehalte ist der Grund, warum der Rohstoff Erbse fur die Starkegewinnung so interessant gewor- den ist (auch wenn wegen der bekannten Schwierigkeiten bei der Amylosebestimmung die meisten der bisher publizierten Amylosewerte nicht sehr zuverlassig sind). Da fur eine indu- strielle Starkegewinnung geeignete Prozesse zur Verfiigung stehen, muBte sich mit einiger Sicherheit aus dem Rohstoff Erbse eine ganze Palette von Starken nicht nur mit unterschied- lichen Amylosegehalten. sondern vor allem sehr unterschiedli- chen Eigenschaften herstellen lassen. Erbsenstarken unter- scheiden sich hier ganz entscheidend von den derzeit bevorzugt industriell gewonnenen Starken Mais-, Kartoffel- und Weizen- starke, bei denen nicht nur Amylosegehalte in einem sehr engen Bereich zwischen etwa 20 und 28% liegen, sondern bei denen umgekehrt gerade die weitgehende Konstanz der Eigen- schaften eine wesentliche Voraussetzung fur die Produktion in groRem MaBstab darstellt. Im Bereich oberhalb 30% Amylose hat bisher nur der Amylo- mais eine gewisse industrielle Bedeutung erlangt. Letztlich decken aber die verschiedenen Ziichtungsvarianten des Amy- lomais (mit Amylosegehalten zwischen etwa 55-70%) nur einen relativ schmalen Bereich ab und fur Amylosegehalte von 30-60% und uber 70% stellen derzeit eigentlich nur Erbsen einen fur die Starkegewinnung geeigneten Rohstoff dar.

30

25

% 20

P

P

1 a t i

n 10

0

I5

0

5

C

3 Einige typische Unterschiede zwischen Mark- und Palerbsenstarken

3.1 KorngroOe und Kornform

In bezug auf Kornform und KorngroBenverteilung unterschei- det sich Markerbsenstarke von der Palerbsenstarke in den folgenden Punkten: a) Markerbsenstarken besitzen ein sehr vie1 breiteres Korngro- Benspektrum mit vor allem einem sehr hohen Anteil kleiner Korner (Abb. I). Auch in der Volumenanteilskurve (keine Abb.) liegt das Maximum bei kleineren KorngroBen. Das sehr vie1 einheitlichere KorngroRenspektrum der Palerbsenstarke zeigt auch der mikrophotographische Vergleich (Abb.2). b) Markerbsenstarken zeichnen sich aus durch eine sehr unre- gelmaBige Kornform haufig rnit radialen Spalten im Gegensatz zu der uberwiegend glatten, rundovalen Form der Palerbsen- starke. c) Bei den groBeren Markerbsenstarkekornern handelt es sich urn zusammengesetzte Starkekorner, die nur bei unzureichen- der VergroRerung rund aussehen, bei starkerer VergroBerung jedoch selbst beim Fehlen der radialen Spalte als solche zu erkennen sind (Abb. 3). Bei starker mechanischer Belastung konnen diese zusammengesetzten Korner auch zerbrechen (Abb. 4) und erhohen dann den Feinkornanteil. Die Unterschiede in der Kornform und KorngroBenverteilung und der hohe Anteil zusammengesetzter Starkekorner sind ein erster Grund fur die Schwierigkeiten bei der Gewinnung von Markerbsenstarke im Vergleich zu Palerbsenstarke. Als wei- tere Schwierigkeit kommt die starkere Haftung des Proteins an den Starkekornern hinzu. Auch dies zeigt die Mikroskopie. Neben einer wohl generell starkeren Haftung des Proteins findet man vor allem in der Mitte und in den Spalten der zusammengesetzten Starkekorner Protein, das mit Proteinfarb- stoffen (wie z . B . Fast Green) leicht angefarbt werden kann (Abb. 3). Dieses Protein laBt sich mechanisch bzw. durch Waschen rnit Wasser nicht entfernen, sondern erfordert die Verwendung von z. B. Alkali. Gerade die zusammengesetzten Starkekorner der Markerbsenstarke (Abb. 3, 4) leisten somit offenbar einen wesentlichen Beitrag zur schlechten Abtrenn- barkeit des Proteins. Einer von zahlreichen Grunden, warum Markerbsenstarke bisher nicht industriell hergestellt wird.

3.2 DSC-Kurven

Im Prinzip scheint rnit zunehmendem Amylosegehalt die Ver- kleisterungstemperatur (gemessen am Peakmaximum) anzu- steigen (Abb. 5). Gleichzeitig verbreitert sich der Verkleiste- rungsbereich, wobei der Verkleisterungsbeginn nicht in glei-

- 1 I I I I I I I r Abb. 1. Korngrijflenverteilung von Palerb- ::a*..

5 10 iS 20 25 30 55 40 45 50 55 60 65 senstarken (C = Canada Woodstone, D = Danemark DDS Nutrio) und Markerbsenstar- ke (Amylosegehalt 55 bzw. 73%). m i c r o m e t e r

180 starchktarke 42 (1990) Nr . 5. S. 178- 184

chem MaBe ansteigt. Dadurch ergeben sich fur Markerbsen zunehmend flachere DSC-Kurven. Typisch ist auch die Abnahme der Verkleisterungsenthalpie (Tabelle in Abb. 5 ) . Insgesamt besteht aber wohl kein hinreichend sicherer Zusam- menhang zwischen dem Amylosegehalt und der Verkleiste- rungstemperatur. Wahrend bei Palerbsen auf Grund der nur Ivenig verschiedenen Verkleisterungstemperaturen (Peakma- xima zwischen 58 und 70°C) und des engen Verkleisterungsbe- reiches (scharfe Peaks) eine Korrelation zum Amylosegehalt angenommen werden konnte, ist bei Markerbsen auf Grund der sehr flachen und breiten Peaks die genaue Bestimmung des Peakmaximums schwierig und eine Korrelation mit dem Amy- losegehalt deshalb nicht zu sichcrn. Auf jeden Fall erfiillt die Markerbsenstarke neben den in 3.1 aufgefuhrten Problemen eine weitere industrielle Forderung nicht bzw. sehr unzurei- chend. namlich die nach Starken mit einem engen Verkleiste- rungsbereich. \vie dies fur viele Anwendungen gefordert wer- den muB. Abb. 1. Lichtmikroskopische Aufnahrne eines zusarniiiengewtzteii

Markerhsenstarkekorns (VergroBerung ca. 1000fach) vor und nach leichter Druckbelastung.

HEAT FLOW [mw]

3.3 Viskositats- und Gelbildungseigenschaften

In vergleichenden Brabenderuntersuchungen konnte gezeigt werden. daB fur Mark- ebenso wie fur Palerbsenstarke her- kunfts- und sortenbedingt unterschiedliche Viskositatsprofile erhalten werden. Allerdings entwickeln Markerbsenstarken

0

0.5

1

1.5

2 57.6

80 90 40 50 60 70

Temperature [" C] Ahb. 5 . halt. Palerbsenstarke D (36% AmYlose. Tma, = 58°C). Markerbsenstarke (56% Amylose. T,,,,, = 69°C). Markerbsenstarke (73'6 Arnylose. T,,,,, = 83°C). (Setararn DSC I l l . 30 mgil50 pl. Aufheizrate 2'Cirniii).

Veranderung der DSC-Kurken init steigendem Amylosqe-

Abb. 2. Lichtmikroskopische Aufnahme \'on Markerbsenstarke (links) und Palerbsenstarke (rechts). VergroBerung ca. 250fach.

unter den iiblichen Bedingungen praktisch keine Viskositit und erst bei Verdoppelung der Konzentration lassen sich uberhaupt Brabenderkurvcn aufnehmen [39. 401. Wahrend bei Markerbsenstarke herkunfts- und sortenbedingte Einfliisse auf Grund der gleichzeitig sehr unterschiedlichen Amylosegehalte schwer zuzuordnen sind, gelingt dies bei den Palerbsen auf Grund der nahezu gleichen Amylosegehalte sehr vie1 besser (siehe 4.2).

3.4 Saure- und Enzymstabilitat

Wahrend uber die Saure- und Enzymstabilitat von Bohnenstar- ken ebenso wie von Palerbsen- und Linsenstarken eine ganze

Enzymstabilitat verschiedener Markerbsenstarken bisher nicht in gleicher Weise untersucht (Stabilitatsunterschiede der bisher industriell hergestellten Palerbsenstarken. siehe Kapitel 4.4).

Abb, 3 , Lichtmikroskopische (links) und rasterelektronenmikrosko- Reihe Untersuchungen vorliegen [33i. wurde die Saure- llnd

pische Aufnahme cines Markerbsenst~rkekorns (mit proteinanfarhen. den Reagenzien wie z. B. Fast Green kann in der Mitte und den Spalten festhaftendes Protein nachgewiesen werden).

starchlstarke 42 (1990) Nr. 5. S. 178-184 181

4 Eigenschaftsunterschiede industriell hergestellter Erbsenstarken

4.1 Korngrofienverteilung, Beschadigungsgrad und Quellfahigkeit der Starkekorner Verkleisterungstemperatur und DSC-Kurven

Bereits beim Vergleich der KorngroBenverteilung mit den Markerbsen (Abb. 1) deutete sich an, daR die beiden industriell hergestellten Palerbsenstarken sich unterscheiden. Das eben- falls bei 20 p liegende Maximum der kanadischen Starke liegt sehr viel niedriger, und es ist ein hoherer Anteil kleinerer Partikel vorhanden, der allerdings in den Volumenkurven (keine Abb.) kaum ins Gewicht fallt. Zuriickzufuhren sind diese Unterschiede auf zwei Faktoren: Die kanadische Starke enthalt: a) einen hoheren Anteil beschadigter Starkekorner [Abb. 61. Dies ist herstellbedingt durch die Trockenvermahlung vor der StarkelEiweiRFaser-Trennung im NaRprozeR; b) einen hoheren Feinfaseranteil (s. Tab. 1). Der hohe Anteil an beschadigten Starkekornern ebenso wie der hohere Feinfasergehalt erhohen die Kaltquellbarkeit dieser Starke signifikant (Tab. 1). In der Applikation kann dies sowohl einen Vor- wie auch einen Nachteil darstellen. Eine hohe Kaltquellbarkeit stort z. B. bei den meisten NaRverfahren der chemischen Modifizierung,

Abb. 6. Lichtmikroskopische Aufnahmen industriell hergestellter Palerbsenstarken. Kanadische Starke C (links), danische Starke D (rechts). VergroBerung 100fach. Kongorotfarbung (1% in Wasser) der beschadigten Starke- korner.

Tabelle 1. Arnylosegehalte, Gelbildungsvermogen (im Kochpudding), Quellvolu- mina (native Starke) und Gehalt an unloslichen Ballaststoffen (Feinfa- sergehalt) verschiedener Palerbsenstarken (D und C s. Abb. 1, S = Ziichtung Frh. u . Rotenhan) sowie Linsenstarke L (Woodstone, Ka- nada).

Sorte Amylose' Gel- Unlosl. Quell- [Yo 1 bildungs- Ballast- volumen'

vermogen stoffe ~~ ~~

C 37.2 (34) 30 4,1 3 2 D 36.5 (33) 25 1,6 1 8 S 33.3 27.5 0,9 1,6 L 32.2 25 2,4 -

0

0.5

1

1.5

HEATFLOW [mw]

I 58

40 50 60 70 80 90 100 110 120

TEMPERATURE [" C]

Abb. 7. starke (Bedingungen wie Abb. 5).

DSC-Kurven der kanadischen und der danischen Erbsen-

umgekehrt konnen bereits bei relativ niedrigerer Konzentra- tion ausreichend viskose Suspensionen hergestellt werden, was bei manchen Anwendungen, z. B. bei der Herstellung von Teigen, von Vorteil sein kann. Auf Grund des hoheren Beschadigungsgrades und Feinfaseran- teils ist auch der DSC-Peak der kanadischen Starke flacher und die Verkleisterungsenthalpie liegt niedriger als bei der dani- schen Starke (Abb. 7). Sorten- bzw. herkunftsbedingt ist dagegen die etwa 7°C hohere Verkleisterungstemperatur am Peakmaximum.

4.2 Viskositat und Gelbildung

Im Gegensatz zu den weitgehend vom Beschadigungsgrad und den vom Feinfasergehalt gepragten Eigenschaften in 4.1 treten bei den Brabenderviskositaten die herkunfts- und sortenbe- dingten Unterschiede in den Vordergrund (Abb. 8). Uberraschenderweise spielen der hohere Beschadigungsgrad und der sehr viel hohere Faseranteil der kanadischen Starke in der vergleichenden Betrachtung der Brabenderviskositaten keine wesentliche Rolle, ebenso wie die zwischen verschiede- nen Lieferungen zwar nachweisbaren, im direkten Vergleich aber gering zu bewertenden Viskositatsunterschiede (in Abb. 8 dargestellt als Bandbreite der Brabenderkurven). Dieser Befund iiberrascht vor allem unter dem Hintergrund der in anderen Untersuchungen nachgewiesenen erheblichen Abhan- gigkeit der Viskositat von der Reinheit der Starke (Faser- und Proteingehalt) sowie den Bedingungen der Isolation [42]. Ein so ausgepragter SorteneinfluB ist ein weiteres interessantes Merkmal von Erbsenstarken, denn auf Grund dieser Tatsache sollte es kein Problem darstellen, durch Einsatz verschiedener Sorten eine ganze Reihe von Erbsenstarken mit unterschiedli- chen Viskositatsprofilen herzustellen. DaB dies moglich erscheint, wird unterstiitzt durch einen Vergleich mit insgesamt 7 Starken aus verschiedenen deutschen Sorten bzw. Ziichtun- gen, die unter gleichen Bedingungen im LabormaRstab isoliert wurden. Je nach Sorte werden Viskositatskurven erhalten, die mit der kanadischen Starke iibereinstimmen oder Kurven, die zwischen der kanadischen und der danischen Starke liegen (Abb. 8). Entsprechend der hoheren Viskositat und des ausge- pragten Set-backs besitzt die danische Starke auch ein wesent- lich starkeres Gelbildungsvermogen (Tab. 1). Statt 30 g bei der kanadischen Starke werden nur 25 g zur Ausbildung eines sturzfahigen Gels benotigt. Moglicherweise hat jedoch der

182 starchktarke 42 (1990) Nr. 5 . S. 178-184

BE ' 2200

2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

50 65 80 95 95 80 65 50 "C

0 10 20 30 40 50 60 70 80 min.

Brabenderkurven verschiedener Palerbsenstarken (C und D Abb. 8. wie Abb. 1. S = verschiedene deutsche Sorten).

Diffraction Angle 28

4 r 30 25 20 15 10 5

Abb. 9. Linsenstarke (Bezeichnung wie Tab. 1).

Rontgenspektren industriell hergestellter Palerbsen- und

hohe Feinfaseranteil einen starkeren EinfluB auf die Gelbil- dung als auf die Brabenderviskositat, zumindest werden von einer im Brabenderprofil mit der kanadischen Starke vergleich- baren feinfaserfreien Starke aus einer deutschen Erbsensorte nur 27,s g benotigt. AuBerdem besteht in bezug auf die Gelbil- dung offenbar weder eine Korrelation zum Amylosegehalt (Tab. 1) noch zur Molekulargewichtsverteilung innerhalb der Amylosefraktion, die fur die ebenfalls ein hohes Gelbildungs- vermogen aufweisende Linsenstarke zwar deutlich verschieden ist, fur die beiden Erbsenstarken dagegen nicht [43].

4.3 Kornstruktur und Rontgenspektren

Leguminosenstarken besitzen ein Rontgenspektrum des C,- Typs, d. h . bezogen auf die Elementarzelle liegt eine Misch- form zwischen einem A-Typ und einem B-Typ vor [44]. Die scharfsten Peaks und damit die hochste Kristallinitat besitzt die danische Starke (Abb. 9). Demgegeniiber haben die kana- dische Linsen- und Erbsenstarke u. a. auch wegen des hohen Beschadigungsgrades ein auf hohere amorphe Anteile hinwei- sendes Spektrum. Eine hohere Kristallinitat ist deshalb nicht - zumindest nicht bei diesen beiden kanadischen Starken - die Ursache fur die hohere Saurestabilitat (siehe 4.4).

4.4 Saure- und Enzymstabilitat

Die bei Leguminosenstarken allgemein zu beobachtende hohere Saure- und Enzymstabilitat [33] liegt auch bei den industriell hergestellten Starken vor (Abb. 10). Fur die Praxis interessant ist dabei allerdings nur die durch einen geringen Saurezusatz zu erzielende Viskositatserhohung,

BE

2200

2M)o

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

i

50 65 80 95 95 80 65 50 "C ~

0 10 20 30 40 50 60 70 80 min.

Abb. 10. Saurestabilitat industriell hergestellter Erbsenstarken (Bezeichnung wie Abb. 1; Normalbrabender 40 g/SOO g durchgezo- gene Kurven; Saurebrabender gestrichelte Kurven 40 g Starke + 30 g 1%ige Zitronensaureh00 8) .

starchktarke 42 (1990) Nr . 5. S. 178-184 183

die zu einem hoheren Set-back und damit einer verbesserten Gelbildung, z. B. in Fruchtzubereitungen, fuhrt. Ansonsten ist die erhohte Saurestabilitat fur Anwendungen, bei denen ubli- cherweise chemisch modifizierte Starken eingesetzt werden, nicht ausreichend, bzw. in den Fallen, wo sie ausreichen wurde, stort haufig die ohnehin schon starke und durch den Saurezu- satz noch verstarkte Gelbildung. Auch in der Saurestabilitat bestehen wiederum deutliche Unterschiede zwischen der kanadischen und danischen Erbsen- starke. Welche Struktureigenschaften des Korns fur die sehr vie1 geringere Saurestabilitat der danischen Starke verantwortlich sind, laBt sich derzeit nicht beantworten, eine zunachst zu vermutende geringere Kristallinitat [ 171 ist es zumindest nicht (Abb. 9) und auch die Molekulargewichtsverteilung kann diese Unterschiede nicht erklaren [43].

5 Zusammenfassung

Innerhalb der Leguminosenstarken stellen Erbsenstarken inso- fern eine Besonderheit dar, weil sie z. B. im Gegensatz zu den verschiedenen Gattungen angehorenden Bohnen alle der Gat- tung pisum sativum angehoren. Dennoch und vermutlich als Resultat langjahriger intensiver Zuchtungsbemuhungen unter- scheiden sich Erbsenstarken sowohl in der Zusammensetzung (z. B. Amylosegehalte von 30 bis uber 90%) als auch in den Eigenschaften z. T. erheblich starker als die iibrigen Legumino- senstarken. Dies gilt selbst fur die sich im Amylosegehalt nur wenig unterscheidenden Palerbsenstarken und in besonderem MaBe auch fur die beiden bisher industriell in Kanada bzw. Danemark hergestellten Palerbsenstarken. Wahrend ein Teil der Eigenschaftsunterschiede als prozeBbedingt angesehen werden kann (Beschadigungsgrad, Feinfaseranteil), mussen das erheblich hohere Gelbildungsvermogen, die hohere Visko- sitat bei gleichzeitig geringerer Saure- und Scherstabilitat der danischen Starke Sortenunterschiede darstellen, und zwar Sor- tenunterschiede, die sich nicht bzw. noch nicht mit Unterschie- den in der Kornstruktur (Rontgenspektren) oder dem Moleku- largewicht und der Molekulargewichtsverteilung (Gelchroma- tographie) korrelieren und erklaren lassen. Im Gegensatz zu Palerbsenstarken werden Markerbsenstarken bisher nicht industriell hergestellt. Die derzeit noch zu uberwin- denden technologischen Schwierigkeiten (neben Rohstoffer- trag usw.) hangen in hohem MaBe von der speziellen Kornform und Struktur der Markerbsenstarkekorner a b (hoher Feinan- teil, zusammengesetzte Korner, starke Proteinhaftung). Unter diesem Hintergrund konnten die Anwendungsmoglichkeiten von Markerbsenstarken bisher nur sehr begrenzt untersucht werden.

Dank

An den in dieser Arbeit zusammengestellten Ergebnissen waren betei- ligt - entweder an der Durchfuhrung der Arbeiten selbst oder durch Zurverfiigungstellung von Daten - A. Melwitz (CPC/E Consumer R+D Center, Heilbronn), Dr. D. Glittenberg (Cerestar, Krefeld) und M. Fitton (Cerestar, Vilvorde/B). Dariiber hinaus danke ich Prof. Dr. R. W. Klingler, Fachhochschule Berlin, fur die Durchfiihrung von Starkeisolierungen und Amylosebestimmungen; Prof. Dr. H. Lechert, Universitat Hamburg, fur die rontgenographischen Untersuchungen und Frau Dr. M. Grote, Universitat Munster, fur die rasterelektronen- mikroskopischen Aufnahmen.

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