Starke Experimente

Teil 1: Wie ist Stärke aufgebaut und wie kann man sie nachweisen?

Stärke ist ein sehr guter Energiespeicher. Pflanzen können durch Stärke die während der Photosynthese nutzbar gemachte Energie für einen späteren Gebrauch speichern. Man findet Stärke daher vor allem in Speicherorganen wie Knollen, Zwiebeln und Samen. Stärke ist ein Hauptnahrungsmittel der Menschen und vielen anderen Organismen auf der Welt. Stärke wird vom Menschen aber auch als nachwachsender Rohstoff in der chemisch-technischen Industrie, zum Beispiel als Biodiesel oder zur Herstellung von Papier eingesetzt. 

In diesem Experiment werden wir eine Stärkelösung mit Maizena erstellen und diese mit Lugol’scher Lösung färben. Als Nulltest werden noch eine reine Wasserlösung und eine Zuckerlösung mit Lugol’scher Lösung versetzt.

So wirds gemacht:

1. Gib ganz wenig Maizena in ein Glassgefäss und fülle dieses mit 100 bis 200 ml Wasser auf. Die Lösung soll leicht milchig-trüb sein (weniger ist mehr).
2. In ein zweites Glassgefäss gibst du etwas Rohrzucker und gleich viel Wasser wie bei Punkt 1.
3. In ein drittes Glasgefäss gibst du gleich viel Wasser wie in Punkt 1 und 2, sonst nichts.
4. Tropfe nun in alle drei Glasgefässe jeweils einige Tropfen der Lugol-Lösung. Fange mit der Zugabe von kleinen Mengen an und tropfe bei ständigem Schwenken des Glasgefässes nach und nach so viel Lugol-Lösung hinein bis sich die Lösung kräftig färbt.

Man stelle sich die Stärke als eine lange Kette, bestehen aus vielen einzelnen sechseckigen Bausteine vor. Die Grundbausteine sind Zuckermoleküle, welche miteinander verbunden sind. Die langen und teilweise verzweigten Stärkeketten sind nicht gerade, sondern bilden lange Röhren. Die in der Lugol’schen Lösung enthaltenen Iodid-Ionen lagern sich in den Stärkeröhren ein, wodurch eine intensive schwarz-violett Färbung entsteht. Im Wasser gelöst erschienen die selben Iodid-Ionen bernsteinfarben.

Take home message: Nicht die Identität der Zuckermoleküle, sondern deren räumliche Anordnung im Stärkemolekül ermöglichen einen sensitiven und eindeutigen Nachweis von Stärke mit Lugol’scher Lösung.

Teil 2: Wo und wie wird Stärke in der Natur gebildet?

Stärke wird in der Natur entweder in grünen Chloroplasten, dort wo auch die Photosynthese stattfindet, oder in speziellen, chlorophyllfreien Plastiden in gewissen Speicherorganen von Pflanzen hergestellt. Dies weisen wir mit Hilfe von panaschierten Blätter und einer Alufolie nach.

So wirds gemacht:

1. Erhitze in einem grossen Becherglas Wasser auf etwa 80°C.
2. Nimm ein panaschiertes Pflanzenblatt, welches partiell mit einer Alufolie abgedeckt war und über Nacht belichtet wurde.
3. Gib das Blatt in ein kleines Glassgefäss und fülle dieses mit Ethanol auf.
4. Stelle das kleine Glassgefäss mit dem Blatt in das grosse Becherglas und lass dieses für mindestens 10 Minuten im heissen Wasserbad. Durch das Kochen in Ethanol geht das Chlorophyll in Lösung, und man kann den Farbversuch durchführen.
5. Entferne das kleine Glassgefäss aus dem Becherglas. Das Blatt sollte nun weich und entfärbt sein.
6. Transferiere das Blatt mit einer Pinzette vom Glassgefäss in eine Petrischale.
7. Gib so viel Lugol’sche Lösung in die Petrischale, dass diese das Blatt vollständig bedeckt, um Stärke nachzuweisen wie in Teil 1. 

Take home message: Nur an den belichteten und ursprünglich grünen Stellen wurde Stärke gebildet! Stärke wird nämlich aus Produkten der Photosynthese synthetisiert. Die Chloroplaste in den Pflanzen verarbeiten Kohlendioxid mit Hilfe von Wasser und Licht in kurzkettige Kohlenhydrate. Da diese kleinen Zuckermoleküle die Eigenschaft haben, viel Wasser anzuziehen und in der Pflanze daher viel Platz benötigen, verbindet die Pflanze diese zu langen, verzweigten Ketten, welche dann Stärke genannt werden. Da die langen Stärkeketten nur wenig Wasser anziehen, können Pflanzen so sehr platzsparend momentan nicht benötigte Energie für einen späteren Zeitpunkt speichern. Die Stärke besteht daher aus sehr vielen einzelnen Zuckermolekülen, die miteinander verbunden sind.

Quelle: Unterlagen des Verbands Schweizer Wissenschafts-Olympiaden (heute Wissenschafts-Olympiade) für den Stand an der tunZürich, 2011.

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