doc - ChidS

Hinweis:
Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule).
Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht heruntergeladen werden,
unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende:
http://online-media.uni-marburg.de/chemie/chids/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html
Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Chemie
Sommersemester 2004
Seminar: Übungen im Experimentalvortrag
Leitung: Prof. Dr. U. Koert, Prof. Dr. U. Müller,
Prof. Dr. B. Neumüller, Dr. P. Reiß
Schokolade
Speise der Götter
Vorgelegt von:
Hanna Tuszynski
Inhaltsverzeichnis
1 Schokolade – was ist das? .................................................S. 3
2 Die Kakaobohne: Theobroma cacao L. ..............................S. 4
3 Geschichte der Schokolade ...............................................S. 5
4 Inhaltsstoffe der Schokolade ..............................................S. 6
a) Fett
Experiment 1: Fettfleckprobe
Demonstration 1: Fett als Aromaträger
b) Emulgator
Experiment 2: Emulgatorwirkung von Lecithin
c) Zucker
Experiment 3: Erstellen eines Silberspiegels
Demonstration 2: Dünnschichtchromatographie
d) Aminosäuren und Proteine
Experiment 4: Nachweis mit Ninhydrin
e) Gerb- & Farbstoffe
Experiment 5: Nachweis mit Eisen(III)chlorid-Lösung
5 Herstellung von Schokolade ............................................S. 22
Experiment 6: Farbvertiefung mit Soda
6 Gerüchteküche .................................................................S. 26
7 Schokolade in der Schule? ..............................................S. 28
8 Quellennachweis ..............................................................S. 29
2
1 Schokolade – was ist das?
Schokolade ist in aller Munde – und das in verschiedenster Form. Wir genießen sie
in Form von Tafeln, als Pralinen, in weiß oder braun, sogar trinken können wir sie.
Intuitiv unterscheidet man zwischen „festen“ und „flüssigen“ Formen. Diese
Unterscheidung ist auch tatsächlich – zumindest im Groben - in die Fachsprache zu
übertragen.
Auf der einen Seite gibt es Produkte, die sich vom Kakaopulver ableiten. Dabei ist
hier der Backkakao gemeint und nicht das häufig für den Frühstückstisch genutzte
kakaohaltige Getränkepulver, dass eine Beimengung von bis zu 80 % Zucker
enthalten kann. Kakaopulver gibt es in stark oder in schwach entölter Form.
Auf der anderen – „festen“ – Seite stehen die Produkte, die sich von der
Schokoladenmasse ableiten. Da sind z.B. die verschiedenen Schokoladensorten, die
sich v.a. durch den Anteil der Kakaomasse unterscheiden. So liegt er bei weißer
Schokolade bei 0 %, bei Vollmilch bei 30 %, bei Zartbitter bei 43 %, um sich dann bis
zu 99 % bei Bitterschokolade zu steigern.
Bekannt ist auch die zum Backen verwendete Kuvertüre, die sich durch einen
höheren Fettanteil auszeichnet.
K
a
k
a
o
f
e
t
t
Kakaopulver
 stark entölt < 20 %
 schwacht entölt > 20%
Schokoladenmasse
 weiße Schokolade
 Vollmilch
 Zartbitter
 Bitter
0%
30%
43%
99%
K
a
k
a
o
m
a
s
s
e
Abb. 1 Unterscheidung Schokoladenprodukte
Dann gib es noch diverse Spezialschokoladen, die sich durch andere Zutaten
hervorheben. So wird bei Diabetikerschokolade eine andere Zuckersorte und bei
Tropenschokolade u.a. eine andere Fettsorte mit einem höheren Schmelzpunkt
verwendet.
Keine Schokolade i.e.S. sind Glasuren, sie sind bloß kakaohaltig.
Kakaopulver
und
Schokoladenmasse
sind
die
Endprodukte
des
Herstellungsverfahren von Schokolade (s. Kapitel 5 „Herstellung von Schokolade“).
3
Die genauen Regelungen darüber, wie Schokoladen zusammengesetzt sein müssen,
um sich als solche bezeichnen zu dürfen, finden sich in der „Verordnung über Kakaound Schokoladenerzeugnisse“ vom Dezember 2003.
Aber alle Produkte, sein sie nun fest oder flüssig, echte Schokolade oder „nur“
kakaohaltig, leiten sich von der Kakaofrucht ab.
2 Die Kakaobohne: Theobroma cacao L.
Den
lateinischen
Namen
hat
der
Kakaobaum von Carl von Linné (17071787), dem berühmten schwedischen
Naturforscher, bekommen. Theobroma
ist
aus
zwei
griechischen
Wörtern
zusammengesetzt: „theos“ (Gott) und
„broma“ (Speise), bedeutet also in etwa:
„Speise der Götter“. Das in Mittelamerika
übliche Wort cacao rückte Linné als
Artbezeichnung an die zweite Stelle.
Kakao ist ein Tropengewächs, kann also
nur in Äquatornähe angebaut werden.
Die Plantagen finden sich demnach
auch in Lateinamerika, Afrika und Asien. Es ist
Abb. 2 Theobroma cacao L.
eine ganzjährige Ernte möglich.
Als Besonderheit tritt bei Theobroma die Kauliflorie (Stammblütigkeit) auf. Die Blüten
und damit auch später die Früchte wachsen direkt am Stamm.
Die
am
häufigsten
Sorten
sind
„Criollo“
und
„Forastero“,
wobei
erstere,
empfindlichere, dem Edelkakao und letztere, robustere, dem Konsumkakao als
Grundlage dient.
4
3 Geschichte der Schokolade
Es gilt als gesichert, dass die in Mittelamerika ansässigen
Olmeken schon um 1500 v. Chr. Schokolade tranken. Auch
der Wortursprung von cacao liegt hier.
Die Azteken (1200 n. Chr.) benutzen Kakaobohnen sogar
als Zahlungsmittel. Als Getränk war Schokolade den
Adeligen vorbehalten. Die Azteken prägten auch den
Begriff der xocolatl (= „bitteres Wasser“).
Die Europäer hatten erst um 1519 bei der Eroberung
Mexikos durch Hernán Cortés (1485-1547) Kontakt mit der
„Speise der Götter“. Besonders angetan waren sie vorerst
aber nicht, wie folgender Kommentar des Mailänders
Girolamo Benzoni (1519- 1570) belegt: „[Die Schokolade
Abb. 3 Azteke bei der
Kakaozubereitung
dünkt] mich eher ein Sautränke als eines Menschen Getränk zu sein“1 Das wird vor
allem an dem bitteren, für den europäischen Gaumen ungewohnten, Geschmack
gelegen haben.
Den Siegeszug durch Europa begann die Schokolade erst im 16. und 17.
Jahrhundert mit der Entdeckung des Rohrzuckers und dem Zusatz desselben in das
bittere Getränk.
1828 entwickelt der Holländer Conrad J. van
Houten
(1801-1887)
ein
Verfahren
zur
Trennung von Kakaobutter und Kakaopulver.
Ein
weiterer
wichtiger
Schritt
hin
zur
industriellen Fertigung ist die Erfindung der
Conche 1879 durch Rodolphe Lindt (18551909).
Durch
die
beiden
letztgenannten
Verfahren wurde nun auch neben der Trinkauch die Essschokolade populär. Heute ist
Schokolade eine äußerst beliebte Süßigkeit;
2002 lag der Verbrauch bei ca. 10 kg pro Kopf
Abb. 4 Franz. Adelige beim Genuss
von Trinkschokolade
F. Boucher, Le Déjeuner (1739)
1
in Deutschland.
zitiert nach Hengartner, 1999. S.122
5
4 Inhaltsstoffe der Schokolade
"Kein zweites Mal hat die Natur eine solche Fülle der wertvollsten Nährstoffe auf
einem so kleinen Raum zusammengedrängt wie gerade bei der Kakaobohne."2 sagte
schon Alexander von Humboldt (1769-1859) Die Inhaltsstoffe der Schokolade leiten
sich im wesentlichen von denen der Kakaobohne ab.
Tabelle 1 ; Diagramm 1 Chemische Zusammensetzung
Kakaobutter
Eiweiß
Cellulose
Stärke und Pentosane
Gerbstoffe und
farbgebende Bestandteile
Wasser
Mineralstoffe und Salze
Organische
Säuren
Geschmacksstoffe
Theobromin
verschiedene Zucker
Coffein
54,0 %
11,5 %
9,0 %
7,5 %
6,0 %
5,0 %
2,6 %
und 2,0 %
1,2 %
1,0 %
0,2 %
luftgetrockneter Kakaokerne
Natürlich verändert sich die anteilige Zusammensetzung im Laufe der Verarbeitung
bis zum Endprodukt. Außerdem werden weitere Aromen, Konservierungsstoffe,
Emulgatoren u.ä. zugesetzt. Zucker ist eine weitere wichtige beigefügte Komponente
in Schokoladenprodukten.
In den folgenden Versuchen werden die Bestandteile von Kakao und Schokolade
untersucht.
a) Fett
Experiment 1: Fettfleckprobe
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen
R-Sätze
S-Sätze
Kakaobohne
-
-
-
Geräte:
Filterpapier, Mörser, Pistill, Petrischale
2
www.theobroma-cacao.de
6
Durchführung:
Das Filterpapier wird in den Mörser gelegt. Nun wird darauf eine Kakaobohne
verkleinert. Das Filterpapier wird in einer Petrischale herumgereicht
Beobachtungen:
Auf dem Filterpapier sind Fettflecke zu erkennen. Besonders deutlich werden sie,
wenn man das Papier gegen das Licht hält.
Auswertung:
Eine Kakaobohne besteht zu über 50 % aus Kakaobutter. Diese wiederum besteht
H
H
O
CO
R1
H
O
CO
R2
H
O
CO
R3
H
zu 97% aus Triglyceriden, also „Fett“, was mit der Fettfleckprobe sichtbar gemacht
wurde. Weitere Bestandteile sind freie Fettsäuren (0,5-2 %), unverseifbare Stoffe
(0,2-0,5 %), Wasser (0,01-0,03 %), Asche (0,006-0,02 %) und Purine (0,005-0,03
%)Triglyceride sind Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerol mit Fettsäuren.
In der Kakaobutter sind hauptsächlich die ungesättigten Fettsäuren Öl- (32 %) und
Linolsäure (2 %), sowie die gesättigten Fettsäuren Stearin- (31 %) und Palmitinsäure
(24 %) vorhanden.
HOOC
H3C
Ölsäure
HOOC
H3C
7
Linolsäure
CH3
HOOC
Stearinsäure
CH3
HOOC
Palmitinsäure
Demonstration 1: Fett als Aromaträger
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen
R-Sätze
S-Sätze
Schokolade
-
-
-
Zwiebel
-
-
-
Knoblauch
-
-
-
Pfefferminze
Mandarine
Zitrone
Geräte:
5 Plastikdosen, Messer, Brettchen
Durchführung:
In jedes Gefäß werden einige Stückchen Schokolade gegeben und jeweils etwas
Zwiebel, Knoblauch, Pfefferminze, Mandarine oder Zitrone dazugegeben. Die
Gefäße werden fest verschlossen für mind. 1 Woche im Kühlschrank gelagert. Nun
werden die Schokoladenstückchen in ein neues Gefäß gegeben. Das Publikum
riecht an den Schokoladen und soll den Geruch identifizieren.
Beobachtungen:
Die Schokoladenstückchen haben den Geruch der Substanz angenommen, mit der
sie zusammen gelagert worden sind.
8
Auswertung:
Die meisten Aroma- und Geschmacksstoffe sind lipophil, also fettlöslich.
Wie z.B. das Allicin des Knoblauchs:
O
S
H2C
CH2
S
,
das Citral der Zitrone:
CHO
H3C
OH
CH3
CH3
und das Menthol der Pfefferminze:
CH3
HO
H3C
CH3
Da Schokolade einen sehr hohen Fettanteil besitzt, ist sie in der Lage, die Aromen
der anderen Lebensmittel, die durch Diffusion zu ihr gelangen, einzulagern.
b) Emulgator
Experiment 2: Emulgatorwirkung von Lecithin
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen
R-Sätze
S-Sätze
Speiseöl
-
-
-
9
Paprikapulver
Lecithin
(aus
-
-
-
der -
-
-
-
-
-
Apotheke)
Wasser
Geräte:
Filterpapier,
Trichter,
Becherglas
(250
mL),
Glasstab,
2
Demonstrationsreagenzgläser, 2 Stopfen, Demonstrationsreagenzglasständer, Löffel
Durchführung:
In dem Becherglas wird das Speiseöl mit Paprikapulver angefärbt. Anschließend wird
es
mittels
Filtration
von
den
Schwebstoffen
gereinigt.
Nun
wird
je
ein
Demonstrationsreagenzglas ca. ¼ mit dem angefärbten Öl befüllt. In beide
Reagenzgläser wird nun bis auf ca. ¾ mit Wasser aufgefüllt. In eines der
Reagenzgläser gibt man nun noch ca. 1 Löffel Lecithinpräparat hinzu. Beide
Reagenzgläser werden mit einem Stopfen fest verschlossen und gut geschüttelt.
Beobachtungen:
In dem Reagenzglas mit Lecithin vermischen sich die beiden Phasen Öl und Wasser;
in dem Reagenzglas ohne Lecithin tun sie das nicht.
Auswertung:
Öl bzw. Fett und Wasser lassen sich normalerweise nicht mischen. Erst der Zusatz
eines Emulgators wie Lecithin macht dies möglich.
10
O
O
O
lipophil
O
O
O
P
-
O
O
hydrophil
N+
Lecithin bezeichnet eine Gruppe von Phosphoglyzeriden; die Fettsäurereste variieren
dabei. Es besitzt einen lipophilen wie auch einen hydrophilen Rest. Dadurch bilden
sich Micellen, die die wasserlöslichen Bestandteile bzw. Wasser selbst einschließen
und im Fett lösen bzw. umgekehrt.
Kakaobutter
Kakaobutter
Zucker u.ä.
Kakaobutter
Abb. 5 Emulgatorwirkung in Schokolade
11
Bei Schokolade wird Lecithin verwendet, um die hydrophilen Bestandteile wie z.B.
den Zucker gleichmäßig in der Kakaobutter zu verteilen. Der Emulgator trägt auch
dazu bei, dass die flüssige Schokolade besser in die gewünschte Form gegossen
werden kann, da die Masse homogener ist.
Erhitzt man Schokolade, z.B. durch Sonneneinstrahlung, so wird Lecithin zerstört und
es kommt zur Ausbildung von Fettkristallen, dem sog. Fettreif. [uni-koeln.de, 2006]
Um in der Schokoladenherstellung die Bildung von Fettreif zu verhindern, wird die
Schokoladenmasse vor dem Erkalten mit Musterkristallen geimpft.
c) Zucker
Experiment 3: Erstellen eines Silberspiegels
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen
R-Sätze
S-Sätze
AgNO3(aq)
C, N
34-50/53
26-45-60-61
C
35
26-36/37/39-45
C, N
34-50
26-36/37/39-45-61
mit -
-
-
ohne -
-
-
(w = 10 %)
NaOH(aq)
(w = 10 %)
Ammoniak (konz.)
Kakao
Zuckerzusatz
(Schovit)
Backkakao
Zuckerzusatz
(nederland Kakao)
Glucose (C6H12O6)
-
-
-
ention. Wasser
-
-
-
Geräte:
Glasflasche mit Stopfen (braun, 100 mL), Glasstab, Messzylinder (50 mL),
Pasteurpipette, Saughilfe, 3 Bechergläser (100 mL), Spatel, 3 Reagenzgläser
12
(sauber,
fettfrei),
3
Gummistopfen,
Reagenzglasständer,
Reagenzglashalter,
Becherglas (250 mL), heizbarer Magnetrührer
Durchführung:
Tollens-Reagenz wird hergestellt. Dazu werden je 50 mL Silbernitratlösung und
Natronlauge in die Flasche gegeben und dort vermischt. Man tropft so lange
konzentrierten Ammoniak hinzu, bis sich der Silberoxid-Niederschlag wieder gelöst
hat.
In jedes der drei 100-mL-Bechergläser wird etwas Trinkkakao, Backkakao oder
Glucose gegeben. Die Proben werden in Wasser gelöst und in die drei
Reagenzgläser verteilt, so dass sie etwas zur Hälfte gefüllt sind. Nun füllt man bis zu
¾ mit Tollensreagenz auf und verschließt die Reagenzgläser mit Gummistopfen. Die
verschlossenen Reagenzgläser werden nun in ein vorgeheiztes, ca. 80° C warmes
Wasserbad (250-mL-Becherglas, heizbarer Magnetrührer) gestellt.
Beobachtungen:
[Herstellung Tollensreagenz: Bei Zusammengeben der Silbernitratlösung und der
Natronlauge fällt ein brauner Niederschlag aus, der sich bei Zugabe von Ammoniak
wieder löst.]
In den Reagenzgläsern mit dem Trinkkakao (mit Zucker) und der Glucose bildet sich
schon
nach
wenigen
Minuten
im
Wasserbad
ein
Silberspiegel
an
der
Reagenzglasinnenwand. Bei dem Reagenzglas mit Backkakao (ohne Zucker) ist
keine Reaktion zu erkennen.
Auswertung:
[Herstellung Tollensreagenz:
In wässriger Lösung dissoziiert Silbernitrat nahezu vollständig:
AgNO3(aq)  Ag+(aq) + NO3-(aq)
Mit den Hydroxidionen der Natronlauge bildet sich dann schwerlösliches Silberoxid:
2 Ag+(aq) + OH-(aq)  Ag2O(s) + H2O(l)
13
Der Niederschlag löst sich bei Zugabe von konzentriertem Ammoniak unter Bildung
von Diaminsilber(I)-Komplexen:
Ag2O(s) + 4 NH3 + H2O  2 [Ag(NH3)2]+(aq) + 2 OH-(aq)
]
Bei der Nachweisreaktion von reduzierende Substanzen mit Tollens-Reagenz
werden die Silber(I)-Ionen zu elementaren Silber reduziert, dass sich als Spiegel an
der Reagenzglasinnenwand niederschlägt.
+1
Reduktion:
0
[Ag(NH3)2]+(aq)
+
e-
 Ag(s)+ 2 NH3(aq)
Reduzierende Zucker, also solche mit einer freien Aldehyd- oder Ketofunktion,
werden oxidiert. In diesem Fall v.a. die Glucose zur Gluconsäure.
H
+1 O
HO +3
C
C
H
Oxidation:
OH
HO
+ 3 H2O
O
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
CH 2OH
D-Glucose
- 2 H3O+
H
H
OH
H
OH
+
2 e-
CH 2OH
D-Gluconsäure
Insgesamt ergibt sich also folgende Redoxreaktion:
+1
Redox: 2
+1
[Ag(NH3)2]+(aq)
0
2 Ag(s)
+ C5H11O6CHO(aq) + H2O 
+3
+ C5H11O6CHOOH(aq) +2 NH3(aq) + 2 NH4+(aq)
Hauptsächlich ist der Trinkschokolade zwar Saccharose zugesetzt, doch dieses
Disaccharid wirkt nicht reduzierend, da die Monomere Glucose und Fructose über
die reduzierende OH-Gruppe acetalartig verknüpft sind.
14
Demonstration 2: Dünnschichtchromatographie
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen R-Sätze
S-Sätze
K4(CN)6Fe  3 H2O
-
52/53
50.1-61
-
-
24/25
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
iso-Propanol (C3H8O) F, Xi
11-36-67
7-16-24/25-26
n-Butanol (C4H10O)
10-22-37/38-41-67
7/9-13-26-37/39-46
10-35
23.2-26-36/37/39-
(w = 1,5 %, Carrez I)
(C2H3O2)2Zn  2 H2O
(w = 2,3 %, Carrez II)
Glucose-Lösung
(C6H12O6) (w =1 %)
Fructose-Lösung
(C6H12O6) (w =1 %)
Saccharose-Lösung
(C12H22O11) (w =1 %)
Lactose-Lösung
(C12H22O11) (w =1 %)
Maltose-Lösung
(C12H22O11) (w =1 %)
Xn
Essigsäure (C2H4O2) C
(konz.)
H3BO3(aq)
45
-
-
-
T, N
23/24/25-33-50/53
28.1-36/37-45-60-
(w = 0,5 %)
Diphenylamin
(C12H11N)
Anilin (C6H7N)
61
T, N
20/21/22-40-
28.6-36/37-45-61
48/23/24/25-50
Methanol (CH4O)
F, T
11-23/24/25-
7-16-36/37-45
39/23/24/25H3PO4(aq) (w = 85 %)
C
34
26-36/37/39-45
Diabetikerschokolade -
-
-
Vollmilchschokolade
-
-
-
15
ention. Wasser
-
-
-
Geräte:
Haushaltsreibe, 7 Messkolben (100 mL), Waage, 2 Erlenmeyerkolben (250 mL), 2
Gummistopfen, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Becherglas (250 mL), Messzylinder (25
mL), Messzylinder (100 mL), Glastrichter, Faltenfilter, DC-Fertigplatten (Kieselgel),
Mikrokapillaren, DC-Laufkammer, Zerstäuber, Trockenschrank
Durchführung:
Es werden ca. 10 g von jeder Schokoladensorte abgewogen und geraspelt. Die
Schokoladenraspeln werden je in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit ca. 60 mL
heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Lösungen werden jeweils
mit je 5 mL der Klärungsreagenzien Carrez I (Kaliumhexacyanoferrat(II)-Lösung) und
Carrez II (Zinkacetat-Lösung) versetzt. Nach jeder Zugabe wird kräftig geschüttelt.
Nun wird in jedem Erlenmeyerkolben das Volumen mit entionisiertem Wasser auf
100 mL aufgefüllt. Die Suspension wird filtriert.
In die DC-Kammer wird etwas frisch angesetztes Laufmittel gegeben. Das Laufmittel
besteht aus 63 mL Iso-Propanol, 37 mL Butanol, 2,5 mL Essigsäure und 12,5 mL
Borsäurelösung.
Auf eine DC-Platte werden mit den Mikrokapillaren je ein Tropfen der geklärten
Schokoladenlösungen und der Zuckerlösungen gegeben. Die so präparierte Platte
wird nun in die vorbereitete DC-Kammer gestellt. Es wird chromatographiert bis die
Laufmittelfront bis ca. 3 cm unterhalb der Oberkante der DC-Platte gekommen ist.
Nun wird die Platte getrocknet.
2 mL Anilin werden in 100 mL Methanol gelöst. Dazu werden 2 g Diphenylamin und
10 mL Phosphorsäure gegeben. Das Sprühreagenz wird in einen Zerstäuber gefüllt.
Die getrocknete DC-Platte wird damit besprüht und dann für wenige Minuten bei 103
± 2° C erneut getrocknet.
Beobachtungen:
Auf der entwickelten Platten lassen sich die Zucker anhand von braunen Flecken
identifizieren. Saccharose konnte in diesem Experiment entgegen der ursprünglichen
16
Versuchsbeschreibung [Juchelka, 1998] nicht detektiert werden.
Auswertung:
Die Klärungsreagenzien Carrez I und Carrez II
werden in der Literatur zum Entfernen von
störenden Stoffen, v.a. Proteinen, angegeben.
[Matissek, 1989
]
Es
ist
zu
vermuten,
dass
diese
Zinkhexacyanoferrat-Niederschlag
am
adsorbiert
werden. Außerdem ist vorstellbar, dass die ZinkIonen selbst einen Einfluss auf die Proteine
haben und eventuell zu deren Denaturierung
führen.
Das
Detektionsreagenz führt
zu
folgenden
Reaktionen: Das Erhitzen der Zucker mit der
starken Phosphorsäure erzeugt eine MaillardReaktion und es entstehen Furfural-Derivate.
Aldohexosen (z.B. Glucose) können unter
diesen
Bedingungen
Formaldehyd
und
Wasser abspalten und direkt in Furfural
übergehen. Dieses reagiert mit Aminen zu
farbigen – da mit einem konjugierten -
Vollmilchschokolade
Diabetikerschokolade
Glucose
Fructose
Saccharose
Lactose
Maltose
System ausgestatteten - Schiff`schen Basen.
Abb. 6 Dünnschichtchromatogramm von
Schokolade
(s. Reaktion I)
Ketohexosen (z.B. Fructose) kondensieren mit Diphenylamin bei gleichzeitiger
Oxidation zu einem ebenfalls aufgrund eines konjugierten -Systems farbigen
Reaktionsproduktes (s. Reaktion II).
Reaktion I (Aldohexosen):
OH
O
NH2
O
+
+
+ H+
NH2
+
N
2
- H2O
Furfural
Anilin
Schiff`sche Base
17
Reaktion II (Ketohexosen):
O
OH
O
O
O
O
O
CH2
2
O
CH2
- H2 O
Furfural-Derivat
+ 2 H+
+4
NH
- 2 H2O
Diphenylamin
2+
+
+
NH
O
NH
O
CH2
O
CH2
NH
NH
Die
Auswertung
des
Dünnschichtchromatogramms
ergibt,
dass
beide
Schokoladensorten Milchzucker (Lactose) enthalten, was bei Vollmilchschokolade
auch nicht weiter verwundert.
In der Diabetikerschokolade ist Fructose enthalten. Diabetikerprodukte zeichnen sich
meistens dadurch aus, dass sog. Zuckeraustauschsstoffe wie Fructose verwendet
werden, wobei „Zucker“ dann Glucose und Saccharose meint. Allerdings ist man
heutzutage der Meinung, dass die Verwendung dieser Zuckeraustauschstoffe
keinerlei Vorteile für Diabetiker bietet.
Leider konnte mit diesem Experiment nicht gezeigt werden, dass sich in der
„normalen“ Vollmilchschokolade hauptsächlich Saccharose befindet.
18
d) Aminosäuren und Proteine
Experiment 4: Nachweis mit Ninhydrin
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen R-Sätze
S-Sätze
Ninhydrin-Lösung
Xn
22-36/37/38
-
Vollmilchschokolade
-
-
-
ention. Wasser
-
-
-
(C9H6O4) (w = 1 % in
Isopropanol)
Geräte:
Haushaltsreibe, Erlenmeyerkolben (250 mL), Gummistopfen, Brenner, Dreifuß,
Drahtnetz, Becherglas (250 mL), Messzylinder (100 mL), Glastrichter, Faltenfilter,
Pasteurpipette,
Saughilfe,
2
Demonstrationsreagenzgläser,
Demonstrationsreagenzglasständer, heizbarer Magnetrührer, Becherglas (300 mL)
Durchführung:
Es werden ca. 10 g Schokoladenraspeln in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit
ca. 100 mL heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Suspension
wird filtriert.
20 mL der erkalteten Lösung werden in ein Demonstrationsreagenzglas gegeben
und mit ein paar Milliliter Ninhydrin-Lösung versetzt. Das selbe geschieht mit einer
Blindprobe aus entionisiertem Wasser. Beide Proben werden in ein vorgeheiztes
Wasserbad (heizbarer Magnetrührer, 100-mL-Becherglas) gestellt.
Beobachtungen:
Die Schokoladenlösung färbt sich violett, wohingegen die Blindprobe farblos bleibt.
Auswertung:
Die Ninhydrin-Reaktion dient zum Nachweis von Aminosäuren. Dabei addiert sich
zunächst die Amino-Gruppe der Aminosäure an die hoch reaktive Carbonylgruppe
der Triketoform des Ninhydrins. Das resultierende Imin decarboxyliert zu einer
19
Schiffschen Base. Die Schiffsche Base hydrolysiert dann zu einem Amin und einem
Aldehyd.
O
O
H
O
NH2
O
+
R
CH
O
N
COOH
- H2O
R
O
O
OH
OH
+ H2O
N
- CO2
NH2
- RCHO
R
O
O
Nun reagiert das Amin mit einem weiteren Ninhydrin-Molekül in der Triketoform. Es
bildet sich ein violettes Imin.
OH
NH2
+
HO
O
O
N
O
- H2O
O
O
O
O
violett
In Kakaobohnen und damit auch in Schokolade befinden sich freie Aminosäuren. In
fermentierten Kernen sind es 12,3 %, in unfermentierten nur 2,5 %. Zu den freien
Aminosäuren gehören Tyrosin, Iso-Leucin, Threonin, Histidin, Asparaginsäure, Aminobuttersäure, Methionin, Glutaminsäure, Phenylanalin, Agrinin, Leucin. Cystein
und Lysin.
CH3
O
NH2
Tyrosin
CH3
O
OH
CH3
NH2
Iso-Leucin
O
OH
NH2
Threonin
20
Als Eiweißstoffe sind bisher Globulin, Albumin, Prolamin und Glutein identifiziert.
Infolge der eingeschränkten Löslichkeit ist ihre Bestimmung schwierig. Ihr Anteil an
der fettfreien Trockenmasse fermentierter Kakaokerne wird auf 20 – 24 % geschätzt.
e) Gerb- & Farbstoffe
Bei den in der Kakaobohne vorkommenden Farb-, Gerbstoffe sowie deren Vorstufen
handelt es sich um Polyhydroxyphenole.
So finden sich die als Pflanzenfarbstoffe weit verbreiteten Anthocynane (Glykoside
der Anthocyanidine) wie auch Anthocyanidine vor. Die Anthocyane der Kakaobohne
werden auch als „Kakaorot“ bezeichnet.
Beide Stoffklassen basieren auf dem Flavyliumkation:
R
3'
OH
4'
HO
O
+
5'
1
7
R
3
5
R
OH
Flavyliumkation
OH
3'
OH
4'
HO
O
+
5'
1
7
3
5
OH
OH
Cyanidin
21
Die Gerbstoffe der Kakaobohne leiten sich zum Teil von den Catechinen (Flavan-3ole) ab. So hat man in Kakao u.a. die zwei Diastereomere Catechin und Epicatechin
gefunden:
OH
OH
OH
HO
OH
O
HO
O
OH
OH
OH
OH
(+)-Catechin
(-)-Epicatechin
Des weiteren leiten sich andere Gerbstoffe von den Pro-anthocyanidinen (Flavan –
diole bzw. Flavan-triole ab)
O
OH
OH
Flavan –3,4-diol
Für die typische braune Kakaofarbe sind hochkondensierte, wasserunlösliche
Gerbstoffe verantwortlich, die sog. Phlobaphene, wohingegen die nur wenig
kondensierten Gerbstoffe (di- oder trimer) wasserlöslich und nahezu farblos sind.
22
Experiment 5: Nachweis mit Eisen(III)chlorid-Lösung
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen R-Sätze
S-Sätze
FeCl3-Lösung
Xn
22-38-41
26-39
Backkakao
-
-
-
ention. Wasser
-
-
-
(w = 10 %)
Geräte:
Erlenmeyerkolben (250 mL), Gummistopfen, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Becherglas
(250
mL),
Glastrichter,
Faltenfilter,
Pasteurpipette,
Saughilfe,
2
Demonstrationsreagenzgläser, Demonstrationsreagenzglasständer
Durchführung:
Es werden ca. 10 g Kakaopulver in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit ca. 100
mL heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Suspension wird
filtriert.
20 mL der erkalteten Lösung werden in ein Demonstrationsreagenzglas gegeben
und mit ein paar Milliliter Eisen(III)chlorid-Lösung versetzt. Das selbe geschieht mit
einer Blindprobe aus entionisiertem Wasser.
Beobachtungen:
Die Kakaolösung färbt sich grünlich, wohingegen die Blindprobe farblos bleibt.
Auswertung:
Phenolische Stoffe wie die im Kakao vorhandenen Gerb- und Farbstoffe bilden mit
Eisen(III)-Ionen farbige Chelatkomplexe. Dies wird z.B. auch bei der Herstellung von
Eisengallustinte benutzt.
23
O
O
Fe
Fe3+
HO
O
O
O
O
OH
OH
HO
OH
OH
5 Herstellung von Schokolade
Vom Ernten der Kakaobohne bis zum fertigen
Schokoladenprodukt
müssen
viele
Schritte
geernteten
Bohnen
durchlaufen werden.
Zunächst
werden
die
fermentiert. Während der Fermentation steigt die
Temperatur auf bis zu 50 °C und die Samen
verlieren ihre Keimfähigkeit.
Abb. 7 Fermentation
Die geöffneten Früchte werden mit den Samen in der
Sonne ausgebreitet, meist mit Bananenblättern abgedeckt. Die Fermentationsphase
gliedert sich in drei Unterphasen: 1. Anaerobe Phase, 2. Aerobe Phase und 3.
Postmortale Phase.
In der anaeroben Phase werden höhermolekulare Kohlenhydrate von Bakterien
abgebaut, so wird z.B. die Saccharose in Glucose und Fructose gespalten.
Außerdem vergären Hefen den Zucker zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid. In der
aeroben Phase oxidieren dann Essigsäurebakterien den Alkohol zu Essigsäure.
Die Fermentation ist wesentlich für das Aroma und die Farbe des Kakaos.
Nach Abschluss der Fermentation werden die Bohnen etwa eine Woche in der
Sonne getrocknet.
Nun werden die Bohnen meist exportiert und dann an einem anderen Ort weiter
verarbeitet. Dort werden sie geröstet. Das Rösten bewirkt, dass unerwünschte
flüchtige
Stoffe,
wie
die
Essigsäure,
entfernt
werden und Geruchs- und
Geschmacksstoffe gebildet werden. Anschließend werden die Kakaokerne beim
Brechen von ihren Schalen befreit. Dieser Kakaokernbruch wird nun gemahlen,
24
dadurch werden die Zellen zerstört und die Kakaobutter wird frei. Diese zähe
Kakaomasse dient nun als Grundlage für weitere Verarbeitungsprozesse.
Zum einen wird die Kakaomasse zum Kakaopulver verarbeitet. Dazu wird sie
zunächst mit alkalisierenden Substanzen, meist Kaliumcarbonat, versetzt. Das führt
zu einem angenehmeren Geschmack und zu einer dunkleren Farbe. Nun wird die so
behandelte Kakaomasse gepresst. Dadurch entsteht der nun zum Teil entfettete
Kakaopresskuchen
und
Kakaobutter.
Letztere
wird
v.a.
in
der
Schokoladenproduktion, aber auch für Kosmetika, benutzt.
Durch Mahlen des Kakaopresskuchens entsteht Kakaopulver.
Soll die Kakaomasse allerdings zu Schokolade weiter verarbeitet werden, so werden
zunächst weitere Schokoladenbestandteile wie Kakaobutter, Zucker und Würzstoffe
wie Vanille dazugegeben und vermischt. Diese Mischung wird nun vor- und
anschließen feingewalzt. Nun folgt das Conchieren, wobei unter weiterem Zusatz von
Zutaten wie der restlichen Kakaobutter die Masse mehrere Stunden bis Tage in
einem Längs- oder Rundreiber bewegt werden. Dieses im 19. Jahrhundert von
Rodolphe Lindt entwickelte Verfahren ist für den Schmelz verantwortlich. Es wirkt v.a.
entwässernd.
Die nun erhaltene Schokoladenmasse kann nun in die gewünschte Form, z.B. als
Tafel, gegossen werden. Wie in Kapitel 2 a) beschrieben, wird ein spezielles
Kristallisationsverfahren benutzt.
25
Fermentation u. Trocknung
der Bohnen
Rösten
Brechen
Mahlen
Kakaomasse
Alkalisierung
Zucker,
Milchpulver,
Kakaobutter,
Würzstoffe
Pressen
Kakaopres
skuchen
Kakaobutter
Mahlen
Mischen
Walzen
Lecithin,
Kakaobutter,
Würzstoffe
Conchieren
Schokoladenmasse
Kakaopulver
Abb. 8 Verfahren zu Herstellung von Schokolade
26
Experiment 6: Farbvertiefung mit Soda
Chemikalien:
Substanz
Gefahrenzeichen R-Sätze
S-Sätze
Na2CO3
Xi
36
22-26
Backkakao
-
-
-
-
-
Entfärbersalz
mit Xn
Dithionit und Soda
ention. Wasser
-
Geräte:
Erlenmeyerkolben (250 mL), Gummistopfen, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Becherglas
(250
mL),
Glastrichter,
Faltenfilter,
3
Demonstrationsreagenzgläser,
Demonstrationsreagenzglasständer, Löffelspatel, Glasstab
Durchführung:
Es werden ca. 10 g Kakaopulver in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit ca. 100
mL heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Suspension wird
filtriert.
In jedes Demonstrationsreagenzglas werden 20 mL der erkalteten Lösung gegeben.
Das erste Reagenzglas dient zum Farbvergleich. In das zweite Reagenzglas wird ein
Löffel Soda, in das dritte ein Löffel Entfärbersalz gegen.
Beobachtungen:
Die Kakaolösung, die mit Soda versetzt wurde, erhält eine dunklere Farbe. Die mit
dem Entfärbersalz versetzte Lösung behält ihre Farbe, obwohl dort auch Soda
enthalten ist.
Auswertung:
Die Farbvertiefung beruht auf einer Dissoziation der phenolischen Stoffe (s. Kapitel 4
e)) wie z.B. Cyanidin.
27
OH
OH
O
OH
- H+
HO
O
HO
+
O
+
+H
OH
OH
OH
OH
OO
- H+
HO
O
+
+H
OH
OH
Dithionit reduziert die Farbstoffe zum Teil und verhindert so eine Farbänderung.
Reduktion:
OH
OH
OH
OH
+1
+
O
HO
0
HO
O
+ 2 e- + 2 H2O 
+1
+ 2 OH-
0
OH
OH
-1
-2
OH
OH
Oxidation:
+3
S2O4-(aq)
+4
+4
OH-(aq)
 SO32-(aq) + 2 H2O + 2 e-
Redox:
2 Cyanidin + 3 S2O42-(aq) + 8 OH-(aq)  2 Catechin + 6 SO32-(aq) + 2 H2O
6 Gerüchteküche
Gerade weil Schokolade so ein beliebtes Lebensmittel ist, ranken sich zahlreiche
Legenden um die Süßigkeit. Einige solle hier aufgeklärt werden
28
Süchtig nach Schokolade?
Schokolade enthält einige Substanzen wie Anandamid, Phenylethylamin, Serotonin
und Theobromin, die eine Wirkung auf den menschlichen Körper haben können.
Allerdings sind sie so gering konzentriert, dass man 20 bis 30 kg Schokolade essen
müsste, damit sie ihre Wirkung entfalten könnten. Der „Suchtfaktor“ der Schokolade
beruht eher auf dem hohen Fett- und Zuckerhaushalt sowie psychologische Effekte
(„Belohnung“, „Trost“).
Berauscht?
Anandamid hat eine Cannabis-ähnliche Wirkung im Gehirn. Allerdings müsse man
mindestens 300 Tafeln Schokolade essen, um diesen Effekt zu verspüren. Auch wird
Anandamid schon nach 30 Minuten im Körper wieder abgebaut.
O
OH
NH
Verliebt?
Wenn wir verliebt sind, schüttet der Körper Phenylethylamine aus. Dieses ist auch in
Schokolade enthalten – allerdings auch in Käse. Der „tröstende“ Effekt bei
Liebeskummer ist wohl eher auf andere Faktoren (s. „Süchtig nach Schokolade“)
zurückzuführen.
NH
Glücklich?
Durch den Konsum von Süßem, wie auch Schokolade, wird die Synthese von
Serotonin, dem „Glückshormon“, im Körper angeregt. Schokolade macht also
tatsächlich glücklich!
NH2
HO
NH
29
Wach?
Schokolade enthält die Alkaloide Theobromin und Coffein, die sich beide vom Purin
ableiten. Beide Stoffe wirken auf das zentrale Nervensystem und machen wach.
Allerdings hat das Coffein eine deutlich stärkere Wirkung. Beide Stoffe kommen nur
in geringen Mengen in Schokolade vor und haben somit kaum einen Einfluss. Eine
Tasse Kakao enthält nur halb so viel Coffein wie eine schwache Tasse Kaffee.
O
H
NH
N
N
N
N
CH3
Theobromin
CH3
H 3C
N
N
O
O
CH3
N
N
N
O
N
N
CH3
Purin
Coffein
7 Schokolade in der Schule?
Schokolade bzw. Kakao ist ein chemisches Kaleidoskop. Man kann anhand der
Schokolade die drei Nahrungsgrundbausteine Fett, Eiweiß und Kohlehydrate
behandeln. Darüber hinaus finden sich u.a. noch Alkaloide, Gerb- und Farbstoffe.
Die Schokolade verdeutlicht auch sehr gut die Komplexität von Nahrungsmitteln.
Außerdem bietet sich gerade beim Thema Schokolade die Möglichkeit eines
fächerübergreifenden Unterrichts, der vernetztes Wissen fördert. So können hier
auch biologische, sozialwissenschaftliche und geschichtliche Aspekte betrachtet
werden.
Nicht zuletzt birgt das Thema durch seinen hohen Alltagsbezug
eine hohe
Schülermotivation.
30
8 Quellennachweis
Bücher/ Zeitschriften:

Dickhaut, Sebastian: Schokolade. Gräfe und Unzer. München. 1998. S.4-23

Hengartner,
Thomas/
Merki,
Christoph
M.
(Hg.):
Genußmittel:
ein
kulturgeschichtliches Handbuch. Campus Verlag. Frankfurt/Main [u.a.]. 1999.
S. 117-139

Jork,
Hellmut/
Funk,
Werner/
Fischer,
Walter/
Wimmer,
Hans:
Dünnschichtchromatographie: Reagenzien und Nachweismethoden. Band 1a.
VCH. Weinheim. 1990, 1. korr. Nachdr. d. 1. Aufl. S.179-184

Juchelka, Sigrid/ Bader, Hans J.: Schokolade aus der Sicht der Chemie. In:
Frankfurter Beiträge zur Didaktik der Chemie. Band I. Thun. Frankfurt/ Main.
1998. S.43-74

Matissek, Reinhard/ Schnepel, Frank/ Steiner, Gabriele: Lebensmittelanalytik.
Grundzüge. Methoden. Anwendungen. Springer-Verlag. Berlin [u.a.]. 1989. S.
120

Merck Chemikalien Reagenzien 2002. Parzeller. Fulda. 2002

Nuhn,
Peter:
Naturstoffchemie:
mikrobielle,
pflanzliche
und
tierische
Naturstoffe. 2. neu bearb. u. erw. Aufl. Hirzel. Stuttgart. 1990. S. 541-543

Schwedt, Georg: Chemische Experimente in Schlössern, Klöstern und
Museen. Aus Hexenküche und Zauberlabor. Wiley-VCH. Weinheim. 2002

Schwedt, Georg: Experimente mit Supermarktprodukten. Eine chemische
Warenkunde. 2. korr. u. akt. Aufl.. Wiley-VCH. Weinheim. 2003

Streitwieser, A./ Heathcock, C. H., Kosower, E. M.: Organische Chemie. VCH.
Weinheim. 1994
Internetquellen:

http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/phenol/nachw.htm (10.07.2006)

http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/tip/12_03.htm (10.07.2006)

http://de.wikipedia.org/wiki/Girolamo_Benzoni

http://de.wikipedia.org/wiki/Lecithin (10.07.2006)

http://de.wikipedia.org/wiki/Schokolade (10.07.2006)

http://www.diabsite.de/infos/fragen/ernaehrungsfragen/2012zuckeraustauschstoffe.html (10.07.2006)
31

http://www.theobroma-cacao.de/ (10.07.2006)

http://www.theobroma-cacao.de/wirtschaft/de/KakaoverordnungDez2003.pdf
(10.07.2006)

http://www.uni-koeln.de/ew-fak/Chemie/schulen/material_schoko.htm
(10.07.2006)
Abbildungsquellen:

http://content.answers.com/main/content/wp/en/thumb/9/9a/250pxBoucherRococo.jpg(10.07.2006) [Abb. 4]

http://meyve-terevez.iatp.az/meyve-terevez/img/kakao.gif (10.07.2006) [Abb.
2]

http://www.chocosuisse.ch/WebObjects/Chocosuisse.woa/Contents/WebServ
erResources/schokolade.jpg (10.07.2006) [Titelblatt]

http://www.theobroma-cacao.de/geschich/gindex.htm (10.07.2006) [Abb. 3]

http://www.vivani.de/Bilder/Schokologie/Fermentation.jpg (10.06.2006) [Abb.
6]
Hinweis: Nicht aufgeführte Abbildungen sind Werke der Autorin.
32