Herstellung einer Folie aus Kartoffelstärke

Geräte:

ü      Chemiewaage

ü      Spatel

ü      Messzylinder

ü      Becherglas mit Deckel (oder ähnliches, abdeckbares Gefäß)

ü      3 Messpipetten (3 ml)

ü      Glasstab

ü      Topf (für Wasserbad)

ü      (Trockenschrank bzw. Ofen)

ü      (Thermometer)

Chemikalien:

ü      4 g native Kartoffelstärke, oder 2,5 g Kartoffelstärke aus dem Handel

ü      25 ml Wasser (dest.)

ü      2 ml Glycerin-Lösung (w(C₃H₈O₃) = 50%)

ü      3ml Salzsäure (c(HCL) = 0,1 mol/l)

ü      3 ml Kalilauge (c(KOH) = 0,1 mol/l)

ü       (Lebensmittelfarbe)

Durchführung:

Wiege 2,5 g trockene (oder 4 g feuchte) Kartoffelstärke ab, und gib sie in das Becherglas. Messe anschließend 25 ml Wasser ab, und gib es zur Stärke. Pipettiere nun 3 ml Salsäure und 2 ml 50%ige Glycerin-Lösung hinzu. Wenn du möchtest kannst du je nach Geschmack jetzt noch einige Tropfen Lebensmittelfarbstoff zufügen. Stell das Becherglas dann für 15 Minuten in ein kochendes Wasserbad. Rühre das Gemisch anfangs mit dem Glasstab um, bis die Masse zu gelieren beginnt. (Die Masse sollte während der 15 Minuten ungefähr auf 100°C erhitzt sein.) Decke das Becherglas anschließend ab. Nimm, nachdem die 15 Minuten vergangen sind, den Deckel ab, und pipettiere 3 ml Kalilauge dazu, womit die Reaktion gestoppt wird. Die Masse sollte jetzt flüssig genug sein um aus dem Becherglas zu fließen. (Sollte dies nicht der Fall sein, so gebe noch etwas Wasser dazu und rühre um, während du das Gemisch weiter erwärmst, bis es flüssig genug ist). Nun kann die Masse auf eine Plexiglasscheibe gegossen werden. (Dies sollte möglichst blasenfrei geschehen). Lass die Folie (am besten an einem warmen Ort) mindestens 24 Stunden trocknen (bis sie ganz fest ist, das kann bis zu drei Tage dauern). Du kannst sie auch für ca. zwei Stunden bei ungefähr 100°C im Trockenschrank trocknen lassen. Anschließend vorsichtig vom Rand her abziehen.

Die Durchführung des Versuchs in Bildern.

Beobachtung:

Zu Beginn löst sich die Stärke nicht im kalten Wasser, die anderen Substanzen lösen sich gut darin. Beim Erhitzen wird das Gemisch zu einer hochviskosen Lösung, welche nach weiterem Erhitzen dünnflüssig wird und sich so zu einer Folie ausgießen lässt, welche nach dem trocknen klar ist und sich von der Platte abziehen lässt.

Erklärung:

Stärke hat die Eigenschaft, beim Eintrocknen einer wässrigen Lösung einen Film zu bilden. Verantwortlich hierfür sind intra- und intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen, besonders zwischen den langkettigen Amylosemolekülen. Bei der Zugabe von Wasser quellen die Stärkekörner reversibel. Das geschieht umso besser, je höher die Temperatur ist, da (ca. ab 47°C) die Schichten der Stärkekörner platzen, und Wassermoleküle in die kristallinen Bereiche eindringen und dadurch das Volumen der Stärkekörner um bis zu 28% vergrößern. Dabei bilden sich weitere Wasserstoffbrücken, und zwar zwischen dem in die Stärkekörner eindringenden Wasser und freien Hydroxygruppen der Stärkemoleküle, wodurch die Filmbildung der Stärke weiter erhöht wird. Wird diese wässrige Suspension weiter erhitzt, so beobachtet man oberhalb von 62,3 °C eine abrupte Zunahme der Zähigkeit. Diese Erscheinung wird als "Verkleisterung" bezeichnet; die Temperatur, bei der das geschieht, ist die "Verkleisterungstemperatur". Die mehr oder weniger zähe Konsistenz eines Stärkekleisters wird "Viskosität" genannt. Bei kühlen Temperaturen bildet sich dieser Effekt langsam wieder zurück, man spricht von Retrogradation. Das unterschiedliche Gel-Bildungsvermögen hängt mit dem Verhältnis von Amylose zu Amylopektin zusammen, das bei Kartoffelstärke bei etwa eins zu vier liegt. Getreidestärken sind amylopektinreicher, bilden daher einen festeren Stärkekleister als Kartoffelstärke. Stärke kann also unter Hitzeinwirkung ein Vielfaches ihres Eigengewichtes an Wasser physikalisch binden, aufquellen und verkleistern. Jedoch hemmt das in der Stärke mengenmäßig überwiegende, verzweigte Amylopektin diese Filmbildung. Deshalb wird verdünnte Salzsäure hinzugefügt, das die partielle Hydrolyse bewirkt, und zum Schluss mit verdünnter Kalilauge neutralisiert wird. Die entstandene kolloidale Lösung würde jedoch aufgrund ihrer kristallinen Bereiche die Folie spröde werden lassen. Deshalb gibt man einen Weichmacher hinzu. Hier bietet sich Glycerin an, das verhindert, dass sich brüchige Stärkekristalle bilden, da sich seine Moleküle zwischen die der Stärke schieben, denn es hält aufgrund seiner, mit den Hydroxygruppen der Stärke eingegangen, Wasserstoffbrücken die Stärkemoleküle zusammen. Weiter sorgt das hygroskopische Glycerin dafür, dass auch die Stärkefolie immer etwas feucht und daher geschmeidig bleibt

Hinweise:

Glycerin wirkt als Weichmacher und sorgt für die Geschmeidigkeit der Folie. Das Glycerin, das üblicherweise erhältlich ist, ist 85%ig, da es aus der Hydrolyse von Fetten stammt. Wird diese Lösung 1:1 verdünnt, so muss man statt 2 ml im Versuch 2,5 ml einsetzen. Sonst fehlt Weichmacher, die Folie wird spröde und kann nicht von der Unterlage abgezogen werden.

Anstelle der Acrylglas- oder PE-Platte keine Glasplatte verwenden, da die Folie hierauf zu stark haftet.

Sollte die Folie einmal zu trocken werden, kann man sie kurze Zeit in Wasserdampf halten.

Der Rand der abgezogenen Folie sollte mit einer Schere beschnitten werden, um zu dünne oder eingerissene Stellen zu entfernen und um dadurch weiteres Einreißen zu vermeiden.