Stärke

Stärke

Bearbeitet von: Todd Smith, PhD

Stärke Definition

Nomen
Plural: Stärke, Stärken
Stärke, stɑɹtʃ
Ein Polysaccharid-Kohlenhydrat (C6H10O5)n, das aus einer großen Anzahl von Glukosemolekülen besteht, die durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden sind, und kommt vor allem in Samen, Zwiebeln und Knollen vor

Übersicht

Stärke gehört zu einer Gruppe von Polysaccharid-Kohlenhydraten. Kohlenhydrate sind organische Verbindungen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen, normalerweise im Verhältnis 1:2:1. Sie sind eine der wichtigsten Klassen von Biomolekülen. Als Nährstoff lassen sie sich in zwei große Gruppen einteilen: einfache Kohlenhydrate und komplexe Kohlenhydrate. Einfache Kohlenhydrate, manchmal auch einfach als Zucker bezeichnet, bestehen aus einem oder zwei Saccharidresten. Sie sind leicht verdaulich und dienen als schnelle Energiequelle. Komplexe Kohlenhydrate (wie Zellulose, Stärke, Chitin und Glykogen) benötigen mehr Zeit, um verdaut und verstoffwechselt zu werden. Sie enthalten oft viele Ballaststoffe und verursachen im Gegensatz zu einfachen Kohlenhydraten seltener Blutzuckerspitzen. Vor allem Glykogen wird in der Leber gespeichert, um schnell Energie zur Verfügung zu haben, da es vor Fett verbrannt wird.

Geschichte und Terminologie

Stärke ist seit langem bekannt und wurde bereits vor 100.000 Jahren verwendet. Es wird vermutet, dass sie bei der Zubereitung von Nahrungsmitteln wie Brot und Breien verwendet wurde. Diese Hypothese stützt sich auf Steinwerkzeuge, die in alten Höhlen ausgegraben wurden. Die Werkzeuge dienten wahrscheinlich dazu, die Stärkekörner der wilden Sorghumhirse abzuschaben und zu mahlen. Diese Beobachtung veranlasste die Wissenschaftler zu der Vermutung, dass die Aufnahme von Stärke in die prähistorische Ernährung der frühen Menschen in den afrikanischen Savannen und Wäldern die Qualität der Nahrung verbesserte. Die Verarbeitung von Getreide zu einem Grundnahrungsmittel markierte die Umstellung der prähistorischen Ernährung und gilt als ein entscheidender Schritt in der menschlichen Evolution. (Ref.1) Das Wort Stärke stammt möglicherweise vom altenglischen stearc („stark, stark, rau“), das wiederum einen germanischen Ursprung haben könnte, d. h. starchī, was „stark“ bedeutet.

Eigenschaften

Eine Stärke ist ein komplexes Polysaccharid, das aus einer großen Anzahl von Glukoseeinheiten besteht, die durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden sind. Sie ist ein weißes, geschmack- und geruchloses Pulver. Sie hat eine variable molare Masse. Es ist unlöslich in Alkohol und in kaltem Wasser. Seine chemische Formel lautet (C6H10O5)n. Reine Stärke besteht aus zwei Arten von Molekülen: Amylose und Amylopektin. Sowohl Amylose als auch Amylopektin sind Polysaccharide, die aus Glukoseresten bestehen. Sie unterscheiden sich in ihrer Struktur: Amylose ist eine lineare Kette von Glukosemolekülen, die durch α-(1,4)-glykosidische Bindungen verbunden sind, während Amylopektin eine verzweigte Kette von Glukosemolekülen ist, die linear mit α-(1,4)-glykosidischen Bindungen und α-(1,6)-Bindungen in Abständen von 24 bis 30 Glukoseuntereinheiten verbunden sind. Da Stärke ein Polysaccharid ist, das im Wesentlichen aus D-Glucose besteht, gehört sie zur Gruppe der α-Glucane.

Amylopektin ist besser wasserlöslich und leichter verdaulich als Amylose. Seine Löslichkeit ist auf die vielen Endpunkte zurückzuführen, die Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser bilden können. Im Allgemeinen enthält Stärke 75-80 % Amylopektin und 20-25 % Amylose nach Gewicht.

Dehydratationssynthese

Der chemische Prozess der Verbindung von Monosaccharideinheiten wird als Dehydratationssynthese bezeichnet, da dabei Wasser als Nebenprodukt freigesetzt wird. Stärke wird durch Dehydratationssynthese hergestellt. Pflanzen speichern Glukose, die nicht gebraucht wird, als Stärke. Zunächst wird die Glukose zu Glukose-1-Phosphat phosphoryliert. Die Stärkekörnchen werden in den Amyloplasten gespeichert, die sich in den Zellen verschiedener Pflanzenorgane befinden. Stärkekörner finden sich in Früchten, Samen, Knollen und Rhizomen. Gänseblümchen, Sonnenblumen und Topinambur sind Beispiele für Pflanzen, die Inulin (ein Fruktan) anstelle von Stärke speichern.

Abbau

In Pflanzen findet der Stärkeabbau auf natürliche Weise in der Nacht statt. Das Enzym Glucan-Wasser-Dikinase phosphoryliert die Stärke, insbesondere an C-6 eines der Glucosereste. Anschließend phosphoryliert ein anderes Enzym (Phosphoglucan-Wasserdikinase) den Glucoserest an C-3. Nach der Phosphorylierung können die abbauenden Enzyme nun auf die Stärke einwirken, um Einfachzucker freizusetzen. Die beta-Amylase beispielsweise setzt zwei Glukosereste als Maltose frei. Ein weiteres abbauendes Enzym ist das disproportionierende Enzym-1, das am Ende des Abbauprozesses ein Glukosemolekül freisetzt. Beim Stärkeabbau entstehen vor allem Maltose und kleinere Mengen Glukose. Diese Einfachzucker werden dann über Transporter aus dem Plastid in das Cytosol transportiert: Maltose-Transporter für Maltose und plastidischer Glukose-Translokator für Glukose. Sie können später als Substrat für die Biosynthese von Saccharose verwendet werden, die für den mitochondrialen oxidativen Pentose-Weg, der nachts ATP erzeugt, unerlässlich ist. (Ref.2)

Hydrolyse

Hydrolyse ist der Prozess der Umwandlung eines Polysaccharids, wie Stärke, in einfache Zuckerbestandteile. Insbesondere der Prozess der Umwandlung von Polysacchariden in Monosaccharide wird als Verzuckerung bezeichnet. Beim Menschen werden komplexe Kohlenhydrate wie Stärke durch eine Reihe von enzymatischen Reaktionen verdaut. Diese Enzyme sind Speichelamylase, Pankreasamylase und Maltase. Die Speichelamylase wirkt auf die Stärke ein und spaltet sie zu Maltose auf. Wenn die teilweise verdauten Kohlenhydrate in den Dünndarm gelangen, sondert die Bauchspeicheldrüse Pankreassaft ab, der die Pankreasamylase enthält. Dieses Enzym wirkt auf die teilweise verdauten Kohlenhydrate ein, indem es sie in Einfachzucker zerlegt. Der Bürstensaum des Dünndarms setzt Verdauungsenzyme wie Isomaltase, Maltase, Sucrase und Laktase frei. Isomaltase verdaut Polysaccharide an den alpha-1-6-Bindungen und wandelt alpha-limitiertes Dextrin in Maltose um. Maltase spaltet Maltose (ein Disaccharid) in zwei Glukoseeinheiten auf. Sucrase und Lactase verdauen Saccharose bzw. Lactose in Monosaccharid-Bestandteile. Die Epithelzellen (Enterozyten) an der Bürstengrenze des Dünndarms nehmen Monosaccharide auf und geben sie dann in die Kapillaren ab. Die Einfachzucker werden dann vom Blutstrom zu den Zellen anderer Gewebe, insbesondere zur Leber, transportiert. Die Glukose im Blut kann vom Körper zur Herstellung von ATP verwendet werden. Andernfalls wird sie zusammen mit Galaktose und Fruktose (die größtenteils in Glukose umgewandelt werden) zur Leber transportiert, um als Glykogen gespeichert zu werden.

Resistente Stärke

Resistente Stärke ist eine Form von Stärke, die der Verdauung im Dünndarm des Menschen widersteht. Sie ist auch ein Ballaststoff. Stattdessen wird sie im Dickdarm von der Dickdarm-Mikrobiota verstoffwechselt. Die Mikroben im Dickdarm fermentieren es und erzeugen dabei Stoffwechselnebenprodukte wie Gase und kurzkettige Fettsäuren. Vor allem die kurzkettigen Fettsäuren werden absorbiert und bieten dem menschlichen Körper gesundheitliche Vorteile. Die Fermentierung resistenter Stärke trägt auch zur Förderung des Wachstums nützlicher Bakterien bei.

Pflanzliche Stärke vs. tierische Stärke

Tierische Stärke ist keine Stärke an sich. Sie bezeichnet den Bestandteil des tierischen Glykogens aufgrund der Ähnlichkeit in Struktur und Zusammensetzung des Amylopektins. Während Pflanzen überschüssige Glukose in Form von Stärke speichern, tun dies die Tiere auch in Form von Glykogen. Glykogen ist ein verzweigtes Polymer aus Glukose, das hauptsächlich in Leber- und Muskelzellen gebildet wird und als sekundärer Langzeit-Energiespeicher in tierischen Zellen fungiert. Ähnlich wie Stärke ist auch Glykogen ein komplexes Kohlenhydrat, das in erster Linie als Speicherkohlenhydrat dient. Der Unterschied zwischen dem Amylopektin in Pflanzen und dem Amylopektin in Tieren besteht darin, dass letzteres alle 8 bis 12 Glukoseeinheiten eine stärkere Verzweigung aufweist.

Biologische Bedeutung

Alle Pflanzensamen und -knollen enthalten Stärke, die überwiegend als Amylose und Amylopektin vorliegt. Pflanzen nutzen Stärke, um überschüssige Glukose zu speichern, und verwenden Stärke auch als Nahrung über die oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien während der Nacht oder wenn die Photosynthese unwahrscheinlich ist. Pflanzen speichern überschüssige Stärke in Amyloplasten, die Leukoplasten sind, die in erster Linie dazu dienen, Stärkekörner durch Polymerisation von Glukose zu speichern und diese Reserven wieder in einfachere Zucker (z. B. Maltose und Glukose) umzuwandeln, vor allem, wenn kein Licht verfügbar ist. Chloroplasten, pigmentierte Organellen, die in erster Linie an der Photosynthese beteiligt sind, sind ebenfalls in der Lage, Stärke zu speichern.

Tiere speichern überschüssige Glukose nicht als Stärke, sondern als Glykogen. Bestimmte Tiere ernähren sich jedoch von stärkehaltiger Nahrung.
Stärke ist in vielen Grundnahrungsmitteln wie Mais, Reis, Weizen, Kartoffeln, Maniok, Gerste, Roggen, Taro, Yamswurzeln usw. enthalten. Sie ist auch in verschiedenen Lebensmitteln wie Getreide, Nudeln, Pfannkuchen, Brot, Nudeln usw. enthalten. Stärke liefert etwa 4,2 Kilokalorien pro Gramm. Beim Menschen kann Stärke als Hauptquelle für Glukose dienen. Glukose ist essenziell, da sie am allgemeinen Stoffwechsel beteiligt ist, z. B. an der Glykolyse (für die Energiesynthese), der Glykogenese (für die Glykogensynthese) und dem Pentosephosphatweg (für die Pentose- und NADPH-Synthese zur Verwendung in der Nukleinsäuresynthese bzw. Lipidsynthese).
Stärke hat viele kommerzielle Verwendungszwecke, z.B. in der Papierherstellung, als Nahrungsmittel, bei der Herstellung von handelsüblichem Traubenzucker, zur Versteifung von Wäsche in Wäschereien, bei der Herstellung von Kleister, in der Druckindustrie, bei der Wasserstoffproduktion usw.

Gesundheitsrisiko

Zuviel Stärke in der Ernährung wird mit Zahnkaries, Fettleibigkeit und Diabetes mellitus in Verbindung gebracht. Stärke (vor allem gekochte und in verarbeiteten Lebensmitteln enthaltene) kann den Blutzuckerspiegel nach einer Mahlzeit in die Höhe schnellen lassen. Daher sollte der Verzehr von Stärke in Maßen erfolgen. Personen mit Zöliakie und angeborenem Sucrase-Isomaltase-Mangel müssen stärkehaltige Nahrungsmittel möglicherweise meiden. (Ref.3)

Etymologie

• Altenglisch stearc („stark, stark, rau“)

Chemische Formel

• (C6H10O5)n

Verwandte Begriffe

• Tier Stärke
• Lösliche Stärke
• Stärkeäquivalent
• Stärkegummi
• Stärkezucker
• Stärkesynthase
• Stärke-Essen
• Stärke-Jodtest

Vergleiche

• Glykogen

Siehe auch

• Polysaccharid
• Kohlenhydrat
• Amylose
• Amylopektin
• Jodtest

1. Brei wurde vor 100,000 Jahren gegessen. (2009, December 18). Abgerufen von telegraph.co.uk/news/uknews/6834609/Porridge-was-eaten-100000-years-ago.html Link
2. Wikipedia Contributors. (2019, February 25). Starch. Abgerufen von de.wikipedia.org/wiki/Stärke#Energiespeicher von Pflanzen Link
3. Stärke: Foods, Digestion, Glycemic Index. (2016, June 4). Abgerufen von nutrientsreview.com/carbs/polysaccharides-starch.html Link