ISSN:
0022-3832
Keywords:
Chemistry
;
Polymer and Materials Science
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Chemistry and Pharmacology
,
Physics
Description / Table of Contents:
The starch granule is a naturally grown and therefore also organized product, the structure of which is decisively determined by the action of plastides. The elements of the existing structure cause the manifold properties of the starch; but it is important to ask to which of the special structure or building up elements a specific behavior has to be assigned. Besides morphologic structural problems, the starch granule also exhibits chemical problems. Microscopic studies have furnished some knowledge concerning the structure of the starch granule, but it often remains uncertain as to whether these structures were not secondary structure caused by the working technique. The layer structure of the starch granule frequently is emphasized too much. Formerly the want of a simple method for identifying amylopectine and amylose, the two elementary constituents of starch, was troublesome in all problems concerning the material composition of the starch granule and its variations. Only after the development of starch chromatography by means of an Al2O3 column, which makes it possible to identify the carbohydrates forming colored complexes with iodine, could important decisions concerning the structure of potato starch granule be provided. Amylopectine and amylose can be distinguished by their adsorbability on Al2O3, wherein no overlapping occurs. While no special outer sheath is to be assumed on the untreated starch granule, such a sheath is found on the swollen starch granule. It is only during the tangential expanding of the starch granule through the swelling process that a granule sheath is formed through compression of the amylopectine structure of the native granule. This sheath can be shown by chromatography to consist of amylopectine, whereas amylose is in the interior of the swollen granule. The ease of separation of amylopectine and amylose by the chromatographic Al2O3 column in an aqueous solution of pasty starch indicats that the two elementary constituents of starch form a mixture in the starch granule. Potato starch dissolved in the cold by a 4% alkali solution gives the same chromatogram as does pasty starch. Starch solubilized by a short vibratory grinding procedure, and producing no degradation, also gives a chromatogram corresponding to that of pasty starch and of starch dissolved by alkali. Thus it may be concluded with certainty that both the elementary constituents of starch, amylopectine and amylose, are present in the untreated starch granule only in the form of a mixture. The existing bonds must be very weak. Water, which may exist in the starch granule in various forms, should be considered as an essential, though at present mostly neglected, structural element of starch. A direct proof of the different ways water is bound may be performed by careful dehydration of starch by means of infrared radiation. Dehydration curves indicating discontinuities corresponding to a discontinuous decrease of the water vapor pressure of different kinds of water are obtained. The results given for the structure of the potato starch granule and obtained mainly by means of starch chromatography lead to a simple model of the starch granule which is able to serve as a safe base for further studies.
Notes:
Beim Stärkekorn hat man es mit einem natürlich gewachsenen und damit auch organisierten Produkt zu tun, dessen struktureller Aufbau durch die Tätigkeit von Plastiden massgebend mitbestimmt wird. Die vorliegenden Strukturelemente in ihrer Gesamtheit bedingen die mannigfaltigen Eigenschaften der Stärke, wobei jedoch stets zu fragen ist, welchen speziellen Struktur- oder Aufbauelementen des Stärkekornes ein bestimmtes Verhalten der Stärke zuzuschreiben ist. Neben den morphologisch-strukturellen hat man es beim Stärkekorn aber auch mit chemischen Problemen zu tun. Mikroskopische Untersuchungen haben wohl manche Erkenntnisse über den strukturellen Aufbau des Stärkekornes geliefert, doch bleibt es öfters unsicher, ob nicht nur durch die Arbeits- methode bedingte Sekundärstrukturen vorgelegen haben. Die Schichtstruktur des Stärkekornes wird häufig überbetont. Bei den Fragen der stoffichen Zusammensetzung des Stärkekornes und deren Veränderungen machte sich früher das Fehlen einer einfachen Nachweismethode für Amylopektin und Amylose, den beiden Grundkomponenten der Stärke, nebeneinander hindernd bemerkbar. Erst nach Entwicklung der Stärkechromatographie mit Hilfe einer Al2O3-Säule, mit welchem Verfahren es möglich ist, mit Jod farbige Komplexe gebende Kohlenhydrate nebeneinander nachzuweisen, gelang es verschiedene wichtige Entscheidungen im Hinblick auf den Aufbau des Kartoffelstärkekornes zu treffen. Amylopektin und Amylose unterscheiden sich eindeutig durch ihre Adsorptionsfähigkeit an Al2O3, wobei keinerlei Übergänge hervortreten. Während beim nativen Stärkekorn keine besondere Aussenhülle anzunehmen ist, findet man eine solche beim gequollenen Stärkekorn. Erst im Verlaufe der tangentialen Aufweitung des Stärkekornes beim Quellungsprozess kommt es durch Zusammendrängung der Amylopektinstruktur des nativen Kornes zur Ausbildung einer Kornhülle. Chromatographisch lässt sich zeigen, dass diese Hülle aus Amylopektin besteht, im Innern des gequollenen Kornes befindet sich dagegen Amylose. Schon die leichte Trennbarkeit des Amylopektins und der Amylose durch die chromatographische Al2O3- Säle bei Vorliegen einer wässrigen Lösung von verkleisterter Stärke sprach dafür, dass diese beiden Grundkomponenten der Stärke im Stärkekorn nur als Gemenge nebeneinander vorliegen können. Durch 4% ige Alkalilösung in der Kälte gelöste Kartoffelstärke gibt das gleiche Chromatogramm wie verkleisterte Stärke. Aber auch durch kurzzeitige, noch keinen Abbau hervorrufende Schwingmahling in Wasser löslich gewordene Stärke gibt ein Chromatogramm, das demjenigen der verkleisterten und der durch Alkali gelösten Stärke gleicht. Damit kann mit Sicherheit geschlossen werden, dass die beiden Grundkomponenten der Stärke, das Amylopektin und die Amylose, im nativen Stärkekorn nur in Form eines Gemisches vorliegen. Eventuell vorhandene Bindungen können nur sehr schwache sein. Als wesentliches, jetzt meist vernachlässigtes Strukturelement der Stärke dürfte auch das Wasser anzusprechen sein, welches im Stärkekorn in verschiedener Form vorliegen kann. Ein direkter Nachweis von verschiedenartig gebundenem Wasser gelingt durch schonende Entwässerung von Stärke vermittelst Infrarotstrahlen. Man erhält Entwässerungskurven, die Unstetigkeiten zeigen, entsprechend einer sprunghaften Abnahme der Wasserdampfspannung der verschiedenen Wasserarten. Die gebrachten, hauptsächlich mit Hilfe der Stärke-Chromatographie gewonnenen Einblicke in den Aufbau des Kartoffelstärkekornes führen zu einem einfachen Modell des Stärkekornes, das als gesicherte Grundlage für weitere Untersuchungen zu dienen vermag.
Additional Material:
3 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/pol.1958.1203012147
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