13 März 2007

Die Kartoffel als Nachwachsender Rohstoff

Übersichtsartikel: Die Stärke der Kartoffel

Wenn auch die Bedeutung der Kartoffel als Grundnahrungsmittel stetig abnimmt, so wächst aber die Wertschätzung gegenüber einem ihrer Bestandteile, nämlich der Stärke. Die Stärkegewinnung aus Kartoffeln hat sich seit den 80er Jahren verdreifacht.

Neben den beiden anderen großen Stärkelieferanten Weizen und Mais hatte die Kartoffel 2005 in Deutschland einen Anteil von 44 Prozent an der Stärkeproduktion, bei einem Rohstoffaufkommen von sogar 65 Prozent. Das ist deshalb so hoch, weil die Kartoffel vergleichsweise wenig Stärke enthält, nämlich nur etwa 17 Prozent – Weizen und Mais dagegen um die 60-70 Prozent. Dennoch liefert die Kartoffel den größten Ertrag pro Hektar Anbaufläche.

Kartoffelstärke – Vor- und Nachteile
Die Kartoffel ist – insbesondere in Deutschland – sehr beliebt als Stärkelieferant. Sie liefert hohe Erträge pro Hektar, hat eine höhere Quellkraft und Viskosität als ihre Konkurrenten, und sie besitzt die größten Stärkekörner. Ein Nachteil ist, dass der Rohstoff Kartoffel nicht kontinuierlich verfügbar ist. Die stärkehaltigen Kartoffelsorten sind späte Sorten und eine Lagerung über das gesamte Jahr ist nicht möglich. Außerdem fällt bei der Isolierung der Stärke aus Kartoffeln eine große Menge Abwasser an, dass mit löslichen Kohlenhydraten und Proteinen angereichert ist. Dadurch fallen hohe Reinigungskosten an.

Stärke als Nachwachsender Rohstoff
Aufgrund ihrer Fähigkeit zu verbinden und zu verdicken ist Stärke ein ausgesprochen vielseitig nutzbarer Rohstoff- längst nicht mehr nur in der Lebensmittelindustrie.

Stärke ist auch ein so genannter Nachwachsender Rohstoff. Darunter versteht man land- und forstwirtschaftliche Erzeugnisse, die nicht für die Ernährung verwendet werden. Stärke als Nachwachsender Rohstoff ist biologisch abbaubar und – im Gegensatz zu fossilen Rohstoffen – vor allem erneuerbar, weil die Pflanzen, die Stärke produzieren, immer wieder neu angebaut werden können. In den letzten Jahren hat es eine Fülle von Produktentwicklungen auf Stärkebasis gegeben z.B. bei Verpackungen. Es gibt ihn schon, den kompostierbaren Joghurtbecher und auch das Einweggeschirr, welches im Bioabfall landen darf. Solche Produkte befinden sich allerdings noch weitgehend im Versuchsstadium.

Stärke und ihre Bestandteile
Nun ist aber Stärke nicht gleich Stärke, ihre Eigenschaften hängen davon ab, in welchem Mengenverhältnis die beiden Stärke-Komponenten Amylose und Amylopektin in der Pflanze vorhanden sind. In der Regel ist das Verhältnis Amylose zu Amylopektin etwa 1:4 bis 1:5. Die meisten an Stärke geschätzten Eigenschaften wie z.B. die guten Kleistereigenschaften verdankt diese dem Amylopektin, das deshalb der begehrtere Bestandteil ist. Aber auch die Amylose hat ihre speziellen Fähigkeiten, sie hat sehr gute Filmeigenschaften und wird deshalb zur Herstellung von Filmen und Folien verwendet.

Die Trennung der beiden Stärkebestandteile für die industrielle Verarbeitung ist sehr aufwändig und führt zu einer hohen Abwasserbelastung. Deshalb wird entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen auf Rohstoffpflanzen mit hohem Amylose- bzw. Amylopektingehalt zurückgegriffen. Beim Mais etwa gibt es einen Mutanten, der fast ausschließlich Amylopektin ausbildet. Da die Maiskörner dann ein wachsartiges Aussehen haben, heißt die Mutation “waxy”.

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Rohstoffe nach Maß
Die industrielle Verarbeitung stellt völlig neue Anforderungen an die Rohstoffpflanzen. Bei einer Kartoffel, aus der Stärke gewonnen werden soll, ist es völlig egal, ob sie mehlig oder festkochend, klein oder groß ist, sie muss vor allem einen hohen Stärkegehalt haben, die Stärkezusammensetzung soll optimal sein, und sie muss von gleichmäßiger Qualität und Beschaffenheit sein für den industriellen Prozess.

Die Züchter sind bemüht, all diese Anforderungen zu bedienen, aber die Möglichkeiten der Kartoffelzüchtung sind begrenzt. Die Kultur-Kartoffel ist tetraploid, d.h. sie hat vier Chromosomen sätze und deshalb sehr komplizierte Vererbungsmuster. Es ist ausgesprochen schwierig, eine oder gar mehrere gewünschte Eigenschaften einzukreuzen – zumal für eine Eigenschaft in der Regel mehrere Gene zuständig sind. Eine Kartoffel zu züchten, die nur die bevorzugte Amylopektin-Stärke bildet, ist mit konventionellen Methoden bislang nicht gelungen.

Eine gentechnisch veränderte Kartoffel, die vorwiegend Amylopektin-Stärke produziert, befindet sich in der EU im Zulassungsverfahren. Bei dieser Kartoffel wurde mit Hilfe der Antisense -Technik ein Gen (gbss), das in der Kartoffel-Knolle an der Bildung der Stärke beteiligt ist, inaktiviert. Dadurch verändert sich die Stärkezusammensetzung, der Anteil der Amylopektin-Särke nimmt zu.

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Abbildung: Stärkeproduktion in Deutschland 2005 (4,58 Mio. t)

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Abbildung: Rohstoffaufkommen für die Stärkeproduktion in der EU 2005 (22,6 Mio. t)

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Abbildung: Verbrauch von Stärkeprodukten in der EU nach Sektoren 2005

Stärke wird heute zunehmend im “Non-Food-Bereich” eingesetzt (42%) für Baustoffe und Verpackungsmaterialien, Tapetenkleister und Wasch-Pulver, für Folien und Kosmetika. Der Löwenanteil geht dabei an die Papierindustrie.

(Vgl. Meldungen vom 2006-12-14, 2006-06-19 und 2005-12-27.)

Quelle Grafiken: Fachverband der Stärke-Industrie

Source: biosicherheit, 2007-03-09.

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