07.07.2011

Schule

Ideen für den Unterricht

Amylosefreie Kartoffel: Stärke als nachwachsender Rohstoff

Ziele

  • Bedeutung der biologisch abbaubaren Stärke kennenlernen
  • Kenntnisse über züchterische Veränderungen des Kohlenhydratstoffwechsels am Beispiel der amylosefreien Kartoffel
  • Bereitschaft zur sachlichen Auseinandersetzung mit züchterischen Zielen und Züchtungsmethoden unter Abwägung der Chancen und Risiken
Kursstufe Fach Umfang Voraussetzungen
GK, LK Biologie ca. 3-4 U-stunden als Einstiegseinheit möglich


Vorbemerkung

Stärke ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Und das nicht erst seit Stärke als Nachwachsender Rohstoff für die Produktion von Biokunststoffen eingesetzt wird. Denn noch wird dieser universelle Baustein hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie verwendet. Die wichtigsten stärkeliefernden Pflanzen sind in Deutschland die Kartoffeln mit dem höchsten Stärkegehalt aber auch Mais und Weizen haben große Bedeutung bei der Stärkegewinnung.

In den Stärkekörnern der Pflanzen liegt die Stärke in zwei unterschiedlichen Varianten vor: Amylose (20-30%) und Amylopektin (70-80%)

  • Amylopektin, der Hauptbestandteil in den Stärkekörnern, besteht aus großen, stark verzweigten Molekülen.
  • Amylose hingegen liegt in langen, kettenförmigen Molekülen vor.

Für die menschliche Ernährung sind beide Bestandteile gleichwertig. Für die industrielle Verarbeitung jedoch können sie nicht zusammen genutzt werden, da sie unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Für eine technische Nutzung in der Lebensmittel-, Papier- und chemischen Industrie wird in erster Linie das Amylopektin mit der für Stärke charakteristischen Eigenschaft der Wasserbindefähigkeit verwendet. Dieser Stärke-Bestandteil eignet sich etwa für Kleister, Kleb – und Schmierstoffe. Auch Stärkezutaten in Lebensmitteln nutzen die Eigenschaften von Amylopektin. Derzeit werden die beiden Stärketypen mit chemischen, physikalischen oder enzymatischen Verfahren getrennt.

Im März 2010 hat die EU-Kommission die gentechnisch veränderte Amflora-Kartoffel für den Anbau zugelassen. Sie liefert amylosefreie Stärke, um damit den aufwändigen und umweltbelastenden Prozess der Trennung beider Bestandteile zu vermeiden.

Unterrichtsgestaltung

Einstieg

Um einen Bezug zum Alltag herzustellen und um das Thema in einen größeren Kontext zu setzen, bieten sich verschiedene Einstiegsmöglichkeiten an:

  • Je nach Wissen der Schüler kann mit den folgenden Texten die Bedeutung der Kartoffel besprochen werden (Kopiervorlage S.1-4).
  • Versuche: Es bietet sich an, den Stärkenachweis auf einer Kartoffelhälfte mit Iod-Kaliumiodidlösung durchzuführen. In diesem Zusammenhang kann eine kurze mündliche Wiederholung des Wissens über die Zusammensetzung der Stärke erfolgen.

Die Schüler können in verschiedenen Lebensmitteln durch Zugabe von Kalium-Jod-Lösung die Anfärbung der Stärke beobachten.

Erarbeitung

In Kleingruppen erarbeiten die Schüler die folgenden Texte und beantworten anschließend die Fragen der Arbeitsblätter.

Ergebnissicherung

Die Schüler tragen ihre Ergebnisse der Gruppenarbeiten zusammen.

Lösungshinweise

Chancen: Amylopektin ist ein nachwachsender und umweltfreundlicher Rohstoff. Keine aufwendigen Reinigungsschritte notwendig. Kartoffeln allgemein haben außerdem den höchsten Flächenertrag an Stärke (z.B. Vorteil gegenüber Wachsreis und Wachsmais). Als Ergänzung kann hinzugefügt werden, dass in unseren Breiten neue Verdienstmöglichkeiten für landwirtschaftliche Betriebe entstehen, wenn gefragte Nachwachsende Rohstoffe produziert werden können.

Potenzielle Risiken: Auswirkungen auf Nahrungsketten im Ökosystem, unbeabsichtigte Wirkungen auf andere Faktoren des Systems wie den Boden durch evtl. neue Eigenschaften der Pflanze im System (wegen verändertem Kohlenhydratstoffwechsel) und unbeabsichtigte agronomische Veränderungen (z.B. Anfälligkeit für Schaderreger?).

Abschlussdiskussion

Versuch einer Gewichtung: Wie wahrscheinlich treten die Vor- und Nachteile wohl ein? Wie bedeutend sind diese Vor- und Nachteile? Wie würden sich die Schüler entscheiden - für einen Anbau mit Sicherheitsforschung oder für ein Verbot?

Es bietet sich an, Forschungsergebnisse hinzu zuziehen.