Stärke

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Stärke

Forschungsschwerpunkt der Abteilungen Starch Food & Non-Food liegt in der Entwicklung von Spezialstärken für den Einsatz im technischen Bereich und Lebensmittelbereich, die durch chemische, enzymatische oder physikalische Prozesse maßgeschneidert hergestellt werden.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt in der Durchführung von praxisnahen anwendungstechnischen Prüfung für die verschiedensten Einsatzbereiche. Ein vielfältig ausgestattetes Technikum ermöglicht den Einsatz von wichtigen Technologien z.B. Extrusion, Separation, Verdampfung, Trocknung, Stärkegewinnung u.v.a. in einem Pilotmaßstab von 1 bis 2000 kg.

Rohstoff

Rohstoff

Ziel ist die Weiterentwicklung der konventionellen als auch der biologischen Produktion v.a. der Kontraktkultur Kartoffel. Umfangreiche Feldversuche bilden die Basis der Beratung der in der Produktion von Weizen, Triticale, Mais und Kartoffel engagierten landwirtschaftlichen Betriebe..

Landwirtschaft

Der Fokus der Arbeiten liegt in der Sicherung der rechtzeitigen Erfassung des Auftretens tierischer Schädlinge bzw. pilzlicher oder viröser Schaderreger sowie hierauf aufbauend in der Entwicklung und Implementierung von Regulierungsprogrammen. Hinzu kommt die Prüfung pflanzenbauliche Strategien zur Vermeidung von Bodenerosion vor und unter Kartoffel, sowie – verbunden hiermit – von Maßnahmen zur Optimierung der Wassernutzungseffizienz dieser Kultur.

Technische Sortenbewertung

Die wichtigsten Stärke-Rohstoffe sind Mais, Weizen und Kartoffeln. Von diesen Rohstoffen gibt es Sorten, die für ihr jeweiliges Anbaugebiet züchterisch optimiert werden. Bei der Entwicklung neuer Sorten stehen vor allem agrarische Parameter wie Ertrag, Krankheitsresistenzen und Wuchs im Vordergrund, wohingegen ihre jeweilige Eignung zur Stärkegewinnung eine untergeordnete Rolle spielen.

Um dies beurteilen zu können, werden die Sorten vergleichende Untersuchungen unterzogen, wo die Extrahierbarkeit und die Qualität der Stärke und der anderen Bestandteile des Rohstoffes untersucht und bei der Sortenbeurteilung berücksichtigt werden. Diese Untersuchungen werden am ARIC durchgeführt und die Ergebnisse den Rohstoffabteilungen der AGRANA Stärkefabriken zur Verfügung gestellt.

Stärkesorten & Arten

Die Stärke besteht aus den Bestandteilen Amylose und Amylopektin, wobei sie sich bei den meisten Stärkearten zu 25% Amylose und 75% Amylopektin zusammensetzt. Amylose ist ein lineares Bio-Polymer, das aus Anhydro-Glucose-Einheiten besteht, die Molekular durch Alpha-1,4 Verknüpfungen verbunden sind. Amylopektin hat neben den linearen Verknüpfungen auch Verzweigungen durch Alpha-1,6 Verknüpfungen. In ihrer übermolekularen Struktur bilden diese Bestandteile in Stärke-Körner, die je nach Stärkeart unterschiedliche Größe und Form aufweisen. Nachdem dieser Aufbau in Schichten erfolgt, besteht das Stärkekorn aus kristallinen und semi-kristallinen Regionen, wodurch auch die Stärkeart bzw. botanische Herkunft durch mikroskopische Untersuchungen festgestellt werden kann.

Technische Stärkeartenbewertung

Die Stärkearten unterscheiden sich aufgrund ihrer Herkunft in ihrer Zusammensetzung, wobei neben der Hauptkomponente Stärke auch andere Inhaltstoffe die Qualität und die Eigenschaften der Stärke, wie z.B. Kleister-Viskosität, Aufschluss-Temperatur, Klebkraft, Wasserbinde-Vermögen und Verdickungsleistung, beeinflussen. Stärke setzte sich aus den Hauptkomponenten Amylose und Amylopektin zusammen. Das Verhältnis dieser beiden Komponenten entscheidet über die Einteilung der Stärke-Unterkategorien.

Normale Stärke-Typen haben in der Regel einen Amylose-Gehalt von ca. 15% bis 25%. Waxy Stärketypen bestehen fast ausschließlich aus Amylopektin, Hochamylose-Typen haben Amylosegehalte bis zu 70%. Andere Nebenkomponenten, die einen Einfluss auf die Stärke-Eigenschaften haben, sind der Protein-, Asche- und Fett-Gehalt. Diese Untersuchungen werden routinemäßig am ARIC durchgeführt und bilden die Grundlage zur Entwicklung neuer Produkte auf Stärkebasis für Anwendungen in Lebensmittel und auch technischen Applikationen.

Prozess

Prozess

  Stärke hat ihrer nativer Form granuläre Struktur und wird so nur in sehr spezifischen Applikationen verwendet. In den gängigsten Anwendungen wird Stärke in vielfältiger Weise modifiziert, wobei dies durch den Hersteller aber auch durch den Anwender erfolgt. In beiden Fällen werden die Eigenschaften der Stärke entsprechend der späteren Verwendung optimiert.

Stärke kann auch fermentativ behandelt werden, wobei dabei Bioethanol in einem nachhaltigen Prozess gewonnen wird, der als Treibstoffzusatzmittel eingesetzt wird.

Die Prozesse zur Modifikation von Stärke werden einer stetigen Optimierung unterzogen, um die Verfahren vor allem dahingehend zu verbessern, den Einsatz an Chemikalien und Energie zu verringern und die Ausbeute der Stärke-Produkte zu erhöhen.

Derivatisierung

Grundsätzlich gibt es drei Arten der Modifikation, die auf eine chemische, physikalische und enzymatische Behandlung beruhen.

Stärke findet nur sehr beschränkt in seiner nativen, unbehandelten Form Verwendung. Meist muss die Stärke für ihre späteren Einsätze veredelt werden. Dazu stehen neben chemischer und physikalischer auch enzymatische Behandlungen bzw. Kombinationen aus den genannten Behandlungs-Verfahren zur Verfügung.

Bei den chemischen Verfahren wird die Stärke mit Reagenzien behandelt, die bewirken, dass sich chemische Verbindungen an die Stärke anlagern und dadurch unter anderem eine Veränderung des Quellverhaltens, der Viskosität, der Löslichkeit, der Hydrophobizität und der Klebkraft bewirken.

Durch physikalische Verfahren, das im Wesentlichen Behandlungen unter Druck und Temperatur im wässrigen aber auch trockenem Milieu beinhalten. Dabei wird vor allem die tertiäre Struktur des Stärkekorns verändert, wodurch die Stärke ihr Quellverhalten auch bei niedrigen Temperaturen verändert.

Alle dieser genannten Verfahren können am ARIC im Labor- und Pilotmaßstab mit wenigen Gramm bis 100 Kilogramm durchgeführt werden. Dadurch ist es möglich Produkt-Entwicklungen im Kleinmaßstab zu testen, bevor sie in den Produktionsmaßstab umgesetzt werden.

Fermentationstechnologie

Die Herstellung von Bioethanol durch alkoholische Gärung ist ein nachhaltiger Weg der Treibstoffgewinnung.

Die Herstellung von Bioethanol durch alkoholische Gärung ist ein nachhaltiger Weg der Treibstoffgewinnung. Dabei werden stärkehaltige Rohstoffe, wie Weizen oder Mais, mit Hilfe von Hefezellen in Ethanol umgewandelt. Die kontinuierliche Optimierung der Prozessbedingungen stellt einen besonders wichtigen Forschungsschwerpunkt für uns dar.

Derzeit stehen uns dafür zwei 3 L und ein 30 L Bioreaktor für Laborversuche zur Verfügung. Ein 300 L Fermenter im hauseigenen Technikum komplettiert die Möglichkeit zum schrittweisen Scale-up.

Prozess-Optimierung

Langjährige Erfahrungen garantieren ein rasches und erfolgreiches Upscaling in die Produktion.

Stärke Prozess

Die Herstellung von Bioethanol durch alkoholische Gärung ist ein nachhaltiger Weg der Treibstoffgewinnung. Dabei werden stärkehaltige Rohstoffe, wie Weizen oder Mais, mit Hilfe von Hefezellen in Ethanol umgewandelt. Die kontinuierliche Optimierung der Prozessbedingungen stellt einen besonders wichtigen Forschungsschwerpunkt für uns dar. Derzeit stehen uns dafür zwei 3 L und ein 30 L Bioreaktor für Laborversuche zur Verfügung. Ein 300 L Fermenter im hauseigenen Technikum komplettiert die Möglichkeit zum schrittweisen Scale-up.

Prozess-Optimierung

Unter Nutzung der Labor- und Technikumseinrichtungen wird die Effizienz von chemischen, physikalischen und enzymatischen Reaktionen und die Leistung von technischen Prozessen optimiert. Fokus wird dabei auf hohe Umsetzungsraten und hohe Anlagenleistung bei gleichzeitiger Erhaltung der Qualität gelegt. Langjährige Erfahrungen garantieren ein rasches und erfolgreiches Upscaling in die Produktion.

Produkte / Anwendungen

Produkte & Anwendungen

Stärke kann in nativer oder veredelter Form in einer Vielzahl von Produkten des Lebensmittel-Sektors, technischen Produkten aber auch in Kosmetika und Pharmazeutika verwendet werden und verleiht dabei den Produkten einzigartige Eigenschaften. Zusätzlich können die Nebenprodukte bei der Stärkegewinnung aufgrund ihrer besonderen Zusammensetzung in Futtermitteln und als Dünger eingesetzt werden.

Food

AUFSTRICHE UND CREMEN

AGRANA Stärken verleihen süßen sowie herzhaften Aufstrichen und Cremen eine vollmundige und sämige Textur und tragen zu hervorragender Stabilität in der Lebensmittelanwendung bei. Entwicklungen und Forschungstätigkeiten in der ARIC GmbH konzentrieren besonders auf food trends wie Kalorienreduktion, palmfettfrei sowie auf die vegane und biologische Ernährungsweise. Es wird an Heiß- und Kaltprozessen gearbeitet, wodurch auch ready-to-eat Aufstriche mit AGRANA Stärken auch in Bio-Qualität mit ausgezeichneten Textur- und Geschmackseigenschaften unkompliziert und rasch hergestellt werden können.

BACK- UND KONDITORWAREN

Produktionsprozesse für Back- und Konditorwaren können durch die umfangreiche Ausstattung unseres Lebensmittelversuchslabors im backtechnologischen Bereich praxisnah nachgestellt werden. Im Bereich Brot- und Backwaren können Eigenschaften wie Mundgefühl, Saftigkeit oder Krumenbildung durch gezielten Einsatz verschiedenster AGRANA Produkte positiv beeinflusst werden. Bei Feinbackwaren werden aktuelle Herausforderungen zu veganen als auch glutenfreien Produkte aufgegriffen und gezielte Lösungen ausgearbeitet. Im Bereich Konditorwaren wird kontinuierlich an Produktlösungen für Füllungen und Überzüge, insbesondere im Hinblick auf Zucker- und Fettreduktion, sowie an eine verbesserte Verarbeitbarkeit geforscht.

FLEISCH- UND FLEISCHERZEUGNISSE

Das AGRANA Produktportfolio bietet verschiedenste Produkte für den Einsatz in Fleisch- und Fleischerzeugnissen an, die im ARIC durch umfangreiche anwendungstechnische Versuche in verschiedensten Formulierungen geprüft und laufend erweitert werden. Unsere Entwicklungen führen zu verbesserter Textur und Konsistenz, tragen zur Verlängerung der Haltbarkeit sowie zur Erhöhung der Wasserbindung in Wurstwaren, Hackfleischprodukten oder gegarten Muskelfleisch bei. Fortlaufende Forschungsaktivitäten mit bestehenden sowie neuentwickelten Produkten machen es möglich, unseren Kunden anwendungsorientierte Lösungskonzepte zu bieten.

GUMMI- UND GELEEARTIKEL

Produkteigenschaften wie Elastizität, Bissfestigkeit und Transparenz sind wesentliche Qualitätsparameter, die mit AGRANA Stärkeprodukten in Gummi- und Geleeartikel erzielt werden können. Spezielle Stärkeentwicklungen ermöglichen es, komplett auf tierische Gelatine zu verzichten und vegetarische/vegane Produkte herzustellen. Zusätzlich finden auch AGRANA Stärkeverzuckerungsprodukte Einsatz, welche für vegane Bio-Gummi- und Geleeartikel geeignet sind. Durch den im ARIC etablierten, industrienahen Herstellungsprozess, können Optimierungen an Rezepturen sowie Prozessparametern vorgenommen werden. Auch individuelle, anwendungstechnische Fragestellungen können durch unser know how gelöst werden.

SUPPEN, SAUCEN, DRESSINGS

Stärken spielen eine wesentliche Rolle in Produkten wie Salatdressings, Instantsuppen oder emulgierten Saucen und tragen dabei maßgeblich zur Produktstabilität und Texturgebung bei. Dabei müssen Stärken in diesen Anwendungen eine besonders hohe Stabilität aufweisen, um während des intensiven Herstellungsprozesses ihre funktionellen Eigenschaften beibehalten zu können. Im ARIC wird deshalb an Lösungen für säure-, scher- und lagerstabile Stärken gearbeitet und Optimierungen hinsichtlich verbesserter Prozessstabilität vorgenommen. Somit ergibt sich ein breiter Anwendungsbereich für modifizierte AGRANA Stärken, Maltodextrine sowie für Kartoffelfasern zur Ballaststoffanreicherung.

SPEZIALITÄTEN

Neben anwendungstechnischen Testungen und Weiterentwicklungen von bestehenden AGRANA Produkten, entwickelt das ARIC als Forschungs- und Innovationscenter GmbH fortlaufend neuartige Produkte entsprechend aktueller Marktentwicklungen und Kundenbedürfnissen. Kernthemen wie Bio und Clean Label, vegane Ernährung und Fleischersatz, Zuckerreduktion und Fettersatz, sowie Ballaststoff- und Proteinanreicherung spielen eine zentrale Rolle in den Forschungsaktivitäten. Mit Innovationen wie Agenovum® und Agenovum®-glutenfrei wurden im ARIC beispielsweise vegane Vollei-Ersatzprodukte entwickelt. Darüber hinaus bieten Entwicklungen im biologischem Stärkesegment, sowie AGRANA Clean Label Stärkeinnovationen überzeugende Alternativen zu konventionellen modifizierten Stärken.

NON-FOOD

Stärke und Stärkeprodukte finden im technischen Bereich breite Anwendung in den unterschiedlichsten Einsatzgebieten.

In der Papierindustrie findet sich Stärke zur Steigerung der Papierfestigkeit. Die Verklebung von Papier und papierähnlichen Werkstoffen mit stärkehaltigen Produkten erstreckt sich von der Wellpappe bis hin zu Sack- und Etikettierklebstoffen.

Im Textilbereich stehen die Schlichterei und der Druck im Vordergrund, hochmodifizierte Stärkeether finden breite Anwendung als Zusatzmittel für hydraulische Bindemittel in der Bauindustrie.

Mit thermoplastischer Stärke in Kombination mit weiteren abbaubaren Polyestern lassen sich biologisch abbaubarer Biokunststoffe, wie bspw. Folien herstellen. Neben den genannten Applikationen gibt es noch eine Reihe weiterer Einsatzgebiete, sei es als Flockungshilfsmittel, im Farbenbereich oder als Bindemittel.

COSMETICS / PHARMA

KOSMETIK

Partikuläre stärkebasierte modifizierte und native Produkte werden u.a. in Cremen & Lotionen, Sonnencremen, Babypudern, Gesichtspudern und Make-Up Produkten zugesetzt, um auf der Haut ein angenehmes, "samtiges" Gefühl mit reduzierter Öligkeit zu verleihen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet für diese Stärken ist auch der Einsatz in Trockenhaarshampoos und Dry Shampoo Mousses. In Wasser quellende Stärken werden zudem als Verdicker in Cremen, Shampoos und Haar- und Gesichtsmaskenprodukten verwendet. Stärkeabbauprodukte wie Maltodextrine, Dextrine und Trockenglukosesirupe werden neuerdings als Styling Polymere in Haarschaumfestigern eingesetzt.

PHARMA

Eine besondere Funktion haben Stärkederivate in Tabletten, nämlich jene des Tablettensprengmittels. Speziell modifizierte Stärkederivate verleihen den Tabletten einerseits eine gute Festigkeit, geringen Abrieb und stabile Konsistenz. Im angefeuchteten Zustand, d.h. bei oraler Aufnahme, quellen die Stärken dann stark an, was den Zerfall der Tablette beschleunigt und dazu führt, dass der eigentliche Wirkstoff freigeben wird. Weitere Anwendungen in der Pharmazie sind Stärken für die Herstellung von Hart - und Weichkapseln als auch hoch gereinigte Stärkederivate als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Blutplasmaersatz. Hoch vernetzte Produkte finden zudem eine direkte Anwendung als Gleitmittel bei Latexprodukten (Handschuhe, Kondome).

FEED

Futtermittel sind wichtige Produkte aus der Stärke- und Zuckerverarbeitung. Weizenkleie, Maiskleber sowie Kartoffelprotein stellen zum Beispiel hochwertige Eiweißquellen dar, während Melasse, Rübenschnitzel und Maiskeime als Energielieferanten dienen.

Gute Verdaulichkeit im Tier und hohe Verfügbarkeit der enthaltenen Nährstoffe sind wichtige Qualitätsmerkmale für Futtermittel. Durch von uns entwickelte Laboranalysen können diese Parameter bestimmt und diverse von Agrana hergestellte Futtermittel charakterisiert werden.

FERTILIZERS

Neben Stärke und Kartoffelpülpe fällt im Zuge der Verarbeitung der Kartoffel das in deren Zellen gebundene Fruchtwasser an, welches – nach Eindickung – als sogenanntes Kartoffelrestfruchtwasserkonzentrat wieder an die Landwirte abgegeben wird. In diesem finden sich bedeutende Mengen an Kalium, Phosphor als auch organisch gebundenem Stickstoff wieder. Prüfungen in Feldversuchen dokumentieren die hohe Wirksamkeit dieses Düngemittels. Der Einsatz ist dem Prinzip der „gelebten Kreislaufwirtschaft“ verpflichtet.

Analytik

Analytik

Das AGRANA Research & Innovation Center beschäftigt sich mit unterschiedlichen Fragestellungen aus den Bereichen Frucht, Stärke und Zucker. Projektthemen aus den Abteilungen befassen sich neben Produktinnovationen auch mit Prozessoptimierungen und neuen Produktionstechnologien. Für viele dieser Projekte ist eine individuelle analytische Begleitung notwendig.

Für eine optimale Projektabwicklung haben wir es uns zur Aufgabe gemacht einen Großteil der erforderlichen Analysen bei uns in-house durchzuführen. Dabei bietet die Stabstelle Analytik als zentraler Ansprechpartner für alle Abteilungen unterschiedlichste instrumentelle Analysen an. Andere Fragestellungen machen anwendungstechnische Untersuchungen notwendig, müssen mikrobiologisch analysiert werden, oder können von unserem geschulten Sensorik-Panel beantwortet werden.

Anwendungstechnik

Neben der physikalischen und chemischen Charakterisierung von Stärken, Stärkederivaten und Stärkenebenprodukten liegt ein besonderer Schwerpunkt in der anwendungstechnischen Prüfung in deren vielfältigen Einsatzgebieten. Erst die Anwendung der Produkte in praxisnahen Formulierungen zeigt, ob diese den hohen Qualitätsansprüchen der AGRANA standhalten.

Im technischen Bereich finden Stärkeprodukte breite Anwendung vor allem in der Papierindustrie, der Bauindustrie, als Komponente in biologisch abbaubaren Kunststoffen und auch als Klebstoffe. Breite Anwendungsfelder sind ebenfalls im Lebensmittelbereich zu finden. Diese erstrecken sich von den Back- und Konditoreiwaren, über Fleischerzeugnisse, bis hin zu Süßwaren, sowie Feinkostprodukten. Auch bei Kosmetika, wie Trockenhaarshampoos oder Hautcreme, finden AGRANA Produkte Anwendungen.

Mikrobiologie

Zur Aufrechterhaltung der hohen Qualität und Sicherheit der Produkte von AGRANA, werden laufend mikrobiologische Analysen durchgeführt. Dies beinhaltet einerseits die Qualitätskontrolle diverser Produkte aber auch Maßnahmen wie

  • Hygienemonitorings mittels Luftkeimmessungen und Oberflächenverfahren 
  • Stufenkontrollen in den Produktionsstätten zur Überprüfung des Herstellungsprozesses
  • Desinfektion von Produktionsanlagen (Wärmetauscher, Kühltürme, Lagerhallen, etc.)
  • Hilfestellung bei Hygieneproblemen
     

Die mikrobiologischen Analysen werden mittels klassischer Agarplattenverfahren aber auch mit molekularbiologischen Methoden durchgeführt. Dazu stehen uns u.a. neben herkömmlichen PCR-Geräten auch ein digitales und ein quantitatives PCR-Gerät zur Verfügung.

Für komplexere Anforderungen wurde ein Labor der Sicherheitsstufe 2 eingerichtet. Dadurch ist es uns möglich auch mit pathogenen Bakterien und Viren arbeiten zu können.

In der eigenen Stammsammlung wird eine große Auswahl an Mikroorganismen, darunter Bakterien, Hefen und Schimmelpilze aufbewahrt und laufend erweitert. Für Fermentationen benötigte Prüfstämme und Mikroorganismen zur Herstellung spezifischer Impfgüter sind somit ständig verfügbar.

Instrumentelle

Analytik

Um die wachsenden Aufgabenstellungen der Projekte abzudecken ist die instrumentelle Analytik zu einem wichtigen Bestandteil geworden und ist als Stabstelle Analytik zentral organisiert. Sie ist Ansprechpartner für chemisch-analytische Fragestellungen, Methodenentwicklung und Validierung.

Derzeit stehen für die instrumentelle Analytik mehrere HPLC Systeme mit RI-, UV/VIS-, FLD und CAD zur Verfügung. Zusätzlich werden HPLC Systeme mit MS Detektion zur quantitativen Bestimmung von Mykotoxinen eingesetzt. Für die Analyse von flüchtigen organischen Substanzen kommen Gaschromatographen mit FID zur Anwendung. Anionen werden mittels IC analysiert und eine Elementanalytik mit ICP-OES komplettiert die analytischen Möglichkeiten. 

Chemische Analyse

Am ARIC werden klassische chemische Analysen durchgeführt, welche sich mit der Identifizierung und Mengenbestimmung von chemischen Substanzen befassen. Es werden feste, flüssige und gasförmige Substanzen untersucht. Je nach Schwerpunkten sind die Bereiche Life Science & Fruit Technology Stärke (Food & Non Food), und Zuckertechnologie mit verschiedenen Analysegeräten ausgestattet. Der Gerätepark besteht aus verschiedenen Messgeräten zur photometrischen und enzymatischen Bestimmung von Analyten.

Auf Anfrage werden auch Auftragsanalysen durchgeführt. Für genauere Information melden Sie sich unter info-ric@Remove thisagrana.com

Sensorik

Das analytische Sensorikpanel im ARIC besteht aus 35 trainierten Panellisten. In einem professionell eingerichteten Sensorikraum befasst man sich mit der sensorischen Evaluierung von Aussehen, Geruch, Geschmack und Textur des AGRANA-Produktportfolios, als auch daraus hergestellter Fertigprodukte. Die langjährigen Erfahrungswerte umfassen mit über 100 sensorischen Prüfungen im Jahr die Produktkategorien: 

  • Frucht Division: Fruchtsnacks, Fruchtjoghurts, Eiscreme und Schokoladenzubereitungen
  • Stärke Division: Backwaren; Feinkost wie Saucen, Cremen und Aufstriche; Kosmetik wie Hautcremen und Lotionen
  • Zucker Division: Sortiment der Biozucker- und Zuckerprodukte wie Staubzucker, Gelier- und Sirupzucker, Streuzucker
     

Damit trägt das Sensorikpanel entscheidend zur erfolgreichen Produkt- und Technologieentwicklung innerhalb der AGRANA bei.

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