Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung des Potentials dual-modifizierter Stärken für die Anwendung als Geliermittel mit hoher Gelfestigkeit und -transparenz in Gummibonbon- und Gelee-Erzeugnissen

Hydrokolloide werden zur Gelstrukturierung und Wasserbindung u. a. in Süßwaren eingesetzt. Gummibonbon- und Gelee-Erzeugnisse machen bei Zuckerwaren (583.300 t/a) mengenmäßig mit über 55 % den größten Teil aus und werden vorwiegend mit Gelatine, Pektin oder modifizierter Stärke als Strukturgeber hergestellt. Gelatine genügt jedoch nicht den Ansprüchen für die Produktkategorien vegan, halal und koscher. Für derartige Produkte wären modifizierte Stärken prinzipiell eine Alternative, allerdings bestehen bei diesen im Vergleich zu anderen Hydrokolloiden Unterschiede in den technologischen und funktionellen Eigenschaften, z. B. bzgl. der Gelelastizität und -transparenz.

Ziel des Vorhabens ist die Identifizierung von Stärken, die für die Herstellung von Gummibonbon- und Gelee-Erzeugnissen als Alternative zu Gelatine oder Pektin genützt werden könnten. Es soll ein dualer Modifizierungsansatz aus chemischer Derivatisierung und säurehydrolytischem Abbau erarbeitet werden, um die technofunktionellen Anforderungen an die Lösungsviskosität sowie Transparenz und Festigkeit des Gels zu erfüllen.

Das Potential dual-modifizierter Stärke zur Teil- bzw. Vollsubstitution anderer Hydrokolloide ist als erheblich einzuschätzen. Auf Basis der Ergebnisse könnten sich insbesondere für KMU neue Märkte erschließen.

Das Projekt hat einen hohen innovativen Charakter und ist in Hinsicht auf die wirtschaftliche und technologische Relevanz insbesondere für die Süßwarenindustrie von hohem Interesse.

Der Erkenntnisgewinn aus den Forschungsergebnissen ist als sehr hoch einzustufen. Die Ergebnisse können von den KMU, also von den Stärkeherstellern und auch in der Süßwarenbranche, direkt umgesetzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Dual-modifizierte Stärken wurden durch Acetylierung (Ac) bzw. Hydroxypropylierung (HP) und anschließende partielle Säurehydrolyse (AT) auf Basis von Stärken unterschiedlicher Amylose (AM)-Gehalte (Waxy-Kartoffelstärke: WxPS [0-2 % AM], reguläre Kartoffelstärke: PS [etwa 25 % AM] und hochamylosige Maisstärke: HACS [etwa 65-70 % AM]) erfolgreich hergestellt. Die molekularen Eigenschaften konnten einerseits eindeutig mit dem Modifizierungsverfahren korreliert werden, andererseits stellte sich die initiale Stärkebasis (WxPS, PS und HACS) als erheblicher Einfluss heraus. Die technofunktionellen Eigenschaften ließen sich sehr gut über die variierten Faktoren Stärkeart, Modifizierung und Stärkekonzentration der Lösung steuern. Bezüglich funktioneller Charakteristika deutete hingegen wenig darauf hin, dass Ac bzw. HP und partielle Hydrolyse (duale Modifizierung) synergistisch im Sinne eines gewünschten Gelbildungsvermögens (hohe Gelfestigkeit) einerseits und einer hohen Geltransparenz andererseits in einem Stärkeprodukt wirken können. Das Potential regulärer PS, als Ac Modifikat eine verbesserte Transparenz bei ausreichender Festigkeit sicherzustellen, konnte jedoch bei Applikation in einer praxisrelevanten Modellrezeptur nachgewiesen werden. Insbesondere die Reduzierung der spezifischen Stärkemenge erwies sich als besonders effektives Instrument. Die herausragende Bedeutung der AM-Fraktion für die Geleigenschaften wurde mithilfe der Forschungsarbeit fundamental unterlegt – eine direkte Beziehung zwischen absolutem AM-Gehalt in einem System, dem Ausmaß der stattfindenden Retrogradation und mechanischer Festigkeit konnte hergeleitet werden. Das Forschungsprojekt verdeutlichte, dass die verlässliche Beurteilung von Stärken bezüglich ihrer industriellen Anwendung, insbesondere hinsichtlich des Gelbildungsvermögens, immer im Zusammenhang mit dem Lösungszustand zu tätigen ist. Infolge der Erkenntnisse sind Wettbewerbsvorteile für KMU und nicht-KMU beider Industrien zu erwarten.