Speisestärke - Ökologischer Fussabdruck

Ökologischer Fussabdruck - Tierwohl

Der Herstellungsprozess von Stärke ist teuer, wasser-, zeit- und energieintensiv. Zudem kommen Chemikalien, wie schwefelige Säure (H₂SO₃) zum Einsatz, die eine der sechs häufigsten Luftschadstoffe ist und sich negativ auf die Umwelt auswirkt. Methoden wie das enzymatische oder ultraschallgestützte Nassmahlen sollen den Chemie-Einsatz reduzieren und den Ertrag erhöhen.¹⁷

Maisstärke scheint trotzdem relativ klimafreundlich zu sein.¹⁹ Laut Carboncloud kommt österreichische Maisstärke auf einen CO₂-Fussabdruck von etwa 0,86 kg CO₂eq/kg, deutsche Weizenstärke auf 0,66 kg CO₂eq/kg und Kartoffelstärke (DE) auf 1,9 kg CO₂eq/kg.²⁰

Der Wasser-Fussabdruck beträgt im globalen Durchschnitt 1436 l/kg Weizenstärke, 1671 l/kg Maisstärke, 1512 l/kg Kartoffelstärke und 2254 l/kg Maniokstärke. Das sind keine dramatisch hohen Werte – Getreide kommt auf 1644 l/kg. Regenwasser bzw. das sogenannte 'grüne Wasser' macht jeweils den grössten Anteil des benötigten Wassers aus. Ökologisch gesehen ist Regenwasser natürlich eine gute Wasserquelle. Findet die Produktion von Speisestärke aber in regenarmen Gebieten statt, braucht es mehr künstliche Bewässerung ('blaues Wasser'). Ein höherer 'blauer' Wasserverbrauch in der Landwirtschaft führt dazu, dass weniger Wasser für andere Zwecke zur Verfügung steht. Im Vergleich zu Kartoffeln, die einen durchschnittlichen Wasser-Fussabdruck von 287 l/kg haben, schneidet die Stärke sehr schlecht ab.²¹

Ausführliche Erläuterungen zu verschiedenen Nachhaltigkeitsindikatoren (wie z.B. ökologischer Fussabdruck, CO₂-Fussabdruck, Wasser-Fussabdruck) lesen Sie in unserem Artikel: Was bedeutet der ökologische Fussabdruck?

Tierschutz - Artenschutz

Der Verlust an Biodiversität ist eines der grössten globalen Umweltprobleme, verursacht durch menschliches Schaffen. Die intensive Landwirtschaft und der vermehrte Anbau in Monokulturen sind Hauptgründe für den Artenverlust. Eine Studie zu den Effekten des Maisanbaus zeigte, dass sich der intensive Anbau selbst nach 30 Jahren des Anbaustopps immer noch negativ auf die Artenvielfalt auswirkt.²² Der intensive Anbau von Mais mit engen Fruchtfolgen und geringer Pflanzenvielfalt reduziert das Koloniewachstum von Hummeln.¹² Mit dem Verlust der biologischen Vielfalt gehen auch die Ökosystemleistungen verloren, auf die unsere Landwirtschaft angewiesen ist.²³

Weltweites Vorkommen - Anbau

Woraus besteht Speisestärke? Der Grossteil der heute im Handel erhältlichen Speisestärke besteht aus Mais (Zea mays). Die Produktion erfolgt vor allem in den Vereinigten Staaten, in China, Brasilien und Argentinien.⁷ 1492 entdeckte Columbus die Maispflanze in Kuba, also vermutete man dort auch ihren Ursprung.⁸ Die Herkunft von Mais ist nach wie vor nicht gänzlich geklärt. Vermutlich entstand Mais aus der wilden Pflanze namens 'Teosinte', die aber nicht essbar ist.¹⁵ ForscherInnen nehmen an, dass der Anbau von Mais erstmals in Mexiko um 3000 v. Chr. erfolgte.¹⁶

Die Nutzung von Stärke ist bis 3500 v. Chr. zurückverfolgbar. Im Vorläufer von Papier, Papyrusblättern, konnten ForscherInnen Spuren Klebstoffen aus Stärke nachweisen. Jahrtausende war Stärke vermutlich hauptsächlich für Anwendungen wie diese im Einsatz. Erst im 18. Jh. begannen die Menschen, Mais zur Stärkeherstellung zu verwenden. Im Zuge dieser Entwicklung ging die Stärke langsam in die Lebensmittelherstellung über. Ca. ein Drittel der produzierten Stärke findet im technisch-industriellen Sektor und zwei Drittel im Nahrungsmittel-Sektor Anwendung.¹¹

Grob sind zwei Arten von Stärke zu unterscheiden: native Stärke, die man durch natürliche Extraktion gewinnt; und modifizierte Stärke, die durch enzymatische, physikalische oder chemische Prozesse entsteht. Letztere spielt aufgrund ihrer funktionellen Eigenschaften eine grössere Rolle in der Lebensmittelindustrie.¹¹

Anbau - Ernte

Mais als Hackfrucht lockert getreidebetonte Fruchtfolgen auf. Im biologischen Pflanzenbau ist Mais bezüglich Nährstoffversorgung und Unkrautregulierung eine anspruchsvolle Pflanze. Um Erosion, Nährstoffauswaschung und Bodenverdichtungen zu verhindern, benötigt Bio-Qualität ein gutes Bewirtschaftungsmanagement und weit gestellte Fruchtfolgen.⁹

Als Sommergetreide braucht Mais einen warmen, tiefgründigen, nährstoffreichen und humosen Boden, der eine regelmässige Wasserversorgung aufweist. Der beste Anbauzeitpunkt ist Ende April bis Mitte Mai, je nach Standort und Klimalage. Mais gilt auch als C4-Pflanze, da sie Kohlenstoff effizienter umsetzen kann als andere Kulturpflanzen. Zudem ist Mais toleranter gegen Hitzestress und Wassermangel.

Die zu den Süssgräsern gehörige Getreidepflanze liefert in günstigen Jahren einen sehr hohen Ertrag. Bei Körnermais erfolgt die Ernte Mitte Oktober. Obwohl Mais weitgehend selbstverträglich ist, ist der Anbau am gleichen Standort im Folgejahr im Bioanbau nicht erlaubt. Zudem begünstigt eine enge Fruchtfolge den Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera virgifera). Dieser kann enorme Schäden und grosse Ernteausfälle verursachen. Der Biolandbau versucht mit Pheromonfallen und dem Einsatz von Nematoden oder anderen natürlichen Gegenspielern, diesem Schädling entgegenzuwirken. Eine Anbaupause von mindestens 3 Jahren ist unbedingt einzuhalten.

Ein anderer Schädling ist der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis), dessen Raupe den Ertrag um bis zu 30 % mindern kann. Optimale Nachernte-Bewirtschaftung und nützlingsfördernde Untersaaten wirken hier positiv. Eine direkte Massnahme der biologischen Schädlingsbekämpfung ist der Einsatz von Trichogramma-Schlupfwespen, die Maiszünslerraupen parasitieren.⁹

Gentechnisch veränderte Maissorten sind seit Ende 1990 im Umlauf. Seit 2009 bauen 19 Länder, u.a. die USA, Brasilien, Argentinien und Kanada, diese schädlings- und herbizidresistenten Sorten an. Mittlerweile beträgt der Anteil transgener Maissorten in den USA 85 %.¹⁰ Befürworter der Gentechnik heben die Lösung für die Nahrungsmittelknappheit, wirtschaftliche und gesundheitliche Vorteile hervor. Gegner haben moralische Bedenken und bringen Argumente der Toxizität, Allergien und eines möglichen horizontalen Gentransfers. So gibt es immer wieder Diskussionen und unabhängige Risiko-Nutzen-Analysen sind noch ausständig.¹⁸

Industrielle Herstellung

Die Maispflanze speichert ihre Energie in Form von Polysacchariden in den Zellen ab. Maisstärke ist nicht zu verwechseln mit Maismehl, der Herstellungsprozess ist viel komplizierter. Native (natürliche) Stärke stellt den pflanzlichen Reservestoff dar und ist vergleichbar mit dem im menschlichen Körper gespeicherten Glykogen.

Die schlechte Löslichkeit von nativer Stärke in Wasser begrenzt ihre Verwendung in der Industrie, weshalb man mithilfe von physikalischen, chemischen und enzymatischen Modifizierungstechniken ihre Funktionen verbessert.²⁶

Bei physikalisch modifizierter Stärke (Instantstärke, kaltquellende Stärke, vorverkleisterte Stärke oder Quellstärke) erfolgt die Modifikation auf physikalischer Ebene, mithilfe thermischer und nicht thermischer Verfahren. Beispiele für änderbare Faktoren sind: Mahlen, Feuchtigkeit, Temperatur, Druck, pH-Wert, Strahlung, gepulstes elektrisches Feld, Ultraschallwellen.²⁶ Zuerst findet die Abtrennung der entkeimten, gequollenen Körner mithilfe mehrstufiger Auswaschverfahren und Kochsalzlösungen von der enthaltenen Stärke statt. Es folgt vier- bis fünfmaliges Einweichen der Maiskörner für je 24 Stunden in 35-50 °C warmem Wasser. Nach dem "Waschen" mahlt man den Mais zweimal nass. Mit Wasser vermengt, filtert man die grobe Kleie heraus. Die Stärke presst man durch feine Seidengewebe. Auf wenig geneigten, 80-100 m langen Schiefertafeln lagert sich die Stärke ab. Das abgeflossene Wasser, das kaum noch Stärke enthält, presst man zu Kuchen und verwendet es als Viehfutter. Bei der physikalischen Modifizierung sind vor allem die Vorverkleisterung (Walzentrocknung, Extrusion, Sprühtrocknung, etc.) und die hydrothermische Behandlung (z.B. Hitze-Feuchtbehandlung) zu nennen.²⁵

Bei chemisch modifizierter Stärke finden folgende Verfahren Anwendung: Stärkeabbau (durch Säure, Oxidation, Dextrinierung), Substitution (Veresterung, Veretherung), Vernetzung (Veresterung) und Bleichen oder Alkali-Behandlungen. Durch diesen Vorgang bleibt Stärke stabiler bei den Behandlungen mit Hitze, Säuren oder beim Gefrieren und ist interessanter für die Industrie. Sie sind als Lebensmittelzusatzstoff mit E1400 bis E1451 zu deklarieren.²⁵

Enzymatisch modifizierte Stärke spaltet man mithilfe von Enzymen (Amylasen) - sie ist (wie auch die physikalisch modifizierte Stärke) als Zutat (z.B. Maisstärke) auszuweisen.²⁵ Gelegentlich findet man die enzymatische innerhalb der chemischen Methoden eingeordnet.

Die älteste Beschreibung (ca. 200 v. Chr.) zur Herstellung von Stärke sieht folgendermassen aus: Weizenkörner begoss man zehn Tage lang in einer Mulde zweimal täglich mit frischem Wasser. Nach dem Quellungsprozess entwässerte man die Masse durch Ausdrücken, mischte die erhaltene Flüssigkeit erneut und presste sie mittels Leinen-Beuteln abermals aus. Die im Presswasser enthaltene Stärke entstand durch Trocknung an der Sonne. Zusätzlich siebte man aufschwimmende Kleie ab.¹¹

Weiterführende Informationen

Stärke als organische Verbindung bestehend aus α-D-Glucose-Einheiten und hat die Formel C₆H₁₀O₅. Die in der Stärke enthaltene Amylose färbt sich bei Zugabe von Jod blau. Dieser Vorgang ist reversibel.¹³

Alternative Namen

Alternative Bezeichnungen, Volksnamen, auf Englisch, Drogenbezeichnung etc.

Stärke heisst auf Englisch 'starch' oder 'modified starch', Maisstärke ist 'corn starch' oder 'maize starch'.

Sonstige Anwendungen

Maisstärke findet viele Anwendungen in der technischen Industrie.¹¹ Sie findet als nachwachsender Rohstoff in chemisch-technischen Herstellungsverfahren für Papier oder Wellpappen aus Papierstärke Verwendung. Es gibt aus Maisstärke auch Verpackungsflocken, Löffel, Tragetaschen, etc. Auch in der Fermentationsindustrie für Plattformchemikalien und Bioethanol ist Stärke ein wichtiger Stoff. Insbesondere in den USA steht Maisstärke für die Erzeugung von Biokraftstoff an erster Stelle, in Deutschland ist es Weizen, in Brasilien verwendet man Zuckerrohr.

Biobasierte Kunststoffe in Form von thermoplastischer Stärke oder Stärke-Duroplast als aufgeschäumtes Polstermaterial in Paketen sind ein relativ neues Einsatzgebiet. Diese Materialien (PLA, Polyactid) sind kompostierbar und aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.¹⁴

In der Pharmazie dient Stärke als Füllstoff, als Sprengmittel (Zerfallsmittel), Bindemittel in Tabletten und als Pudergrundlage.¹¹