Lebensmittelkonservierung

PHILIPPS-UNIVERSITÄT MARBURG
FACHBEREICH: 15
LEITUNG: PROF. DR. BERNHARD NEUMÜLLER, PHILIPP REIß
REFERENT: LUISA WANKA
SS 2009
Lebensmittelkonservierung
AC-Experimentalvortrag
1. Allgemeine Aspekte und Geschichte der Lebensmittelkonservierung
1.1 Definition: Was bedeutet Konservieren?
Der Begriff Konservierung leitet sich allgemein vom lateinischen Wort conservare ab.
Dies bedeutet übersetzt „erhalten“ oder „bewahren“.
Lebensmittelkonservieren beabsichtigt Lebensmittel in einen Zustand zu versetzen,
in dem äußere und innere Verderbsursachen beseitigt oder der Prozess des
Verderbs verlangsamt wird, das heißt, Konservierung soll generell die Haltbarkeit
verlängern.
Ziel der Konservierung ist, dass das äußere Erscheinungsbild, der Geschmack und
die Konsistenz der Nahrung durch den Prozess der Konservierung so wenig wie
möglich
beeinträchtigt
werden.
Frische
Lebensmittel
können
durch
viele
verschiedene Einflüsse verderben oder an Qualität abnehmen. Zu diesen Einflüssen
gehören Mikroorganismen, vor allem Bakterien und Pilze, aber auch die in der
Nahrung
selbst
enthaltenen
Enzyme,
die
organische
Zerfallsreaktionen
beschleunigen und insbesondere den Geruch und die Konsistenz der Nahrung sowie
ihren Nährwert verändern. Atmosphärischer Sauerstoff kann mit bestimmten
Komponenten in der Nahrung reagieren und deren Farbe und Geschmack
verändern, so dass Lebensmittel unansehnlich werden oder etwa ranzig schmecken
und riechen.
Man
unterscheidet
heutzutage
Konservierungsmethoden.
Am
zwischen
weitesten
physikalischen
verbreitet
sind
und
die
chemischen
physikalischen
Methoden, insbesondere die thermischen Verfahren. Ca. 95 % der konservierten
Nahrungsmittel werden mit physikalischen Methoden haltbar gemacht, nur 5 %
werden
chemische
Substanzen
zugesetzt.
Verwendung
finden
chemische
Konservierungsmittel besonders in Fisch- und Fleischprodukten, Konserven,
Trocken- und Fertignahrung, sowie in vielen Getränken und Soßen.
Eine ideale Konservierung von Lebensmitteln gegen alle möglichen Schäden und für
alle Zeiten gibt es nicht. Neben modernen Methoden, wie der Konservierung von
Lebensmitteln in Dosen, dem Tiefgefrieren oder der Gefriertrocknung gibt es
traditionelle Verfahren der Haltbarmachung von Nahrung, wie das Trocknen,
2
Einsalzen
und
Räuchern.
energiereichen Strahlen,
Andere
werden
Methoden,
etwa
wenig verwendet
die
Bestrahlung
oder befinden
sich
mit
im
experimentellen Stadium.
1.2 Verursacher des Lebensmittelverderbs
Allgemein lässt sich sagen, dass ein durch Mikroorganismen verursachter
Lebensmittelverderb
sowohl
durch
Bakterien
als
auch
durch
Pilze
(meist
Schimmelpilze) und Hefen verursacht werden kann.
Bakterien können verschiedene Formen des Lebensmittelverderbs verursachen. Zu
diesen Formen zählen Fäulnis, Ansäuerung, Verfärbungen und Schleimbildung.
Fäulnis entsteht durch den Abbau von Aminosäuren und Proteinen unter Freisetzung
von Gasen wie Schwefelwasserstoff (H2S) oder Ammoniak (NH3). Aminosäuren und
Proteine befinden sich hauptsächlich in eiweißreichen Lebensmitteln, daher sind
besonders Lebensmittel, wie Fleisch, Fisch oder Meerestiere von einem BakterienBefall betroffen. In der Natur entsteht Schwefelwasserstoff bei Faulprozessen, z. B.
am Boden des Schwarzen Meeres durch Bakterien vermittelte Reduktion von
Sulfaten
zu
Sulfiden.
Ausgangsprodukte
bilden
schwefelhaltige,
organische
Substanzen wie Eiweiß und Tang. Den Verderb durch Bakterien erkennt man
meistens durch Veränderungen des Aussehens oder des Geschmacks.
Hefe verursacht einen Lebensmittelverderb in erster Linie in Form von Gärung.
Davon betroffen sind vor allem Lebensmittel mit hohen Zuckeranteilen wie Säfte,
Sirup oder Konfitüren. Typisch ist hierfür eine Schaumbildung an der Oberfläche, die
durch die Bildung von Kohlenstoffdioxid verursacht wird.
Durch Schimmelpilze hervorgerufene Verderbsformen sind das Verschimmeln und
die Erweichung von Lebensmitteln. Schimmelpilze benötigen für ihren Wachstum
keine bestimmten Lebensbedingungen, so dass fast alle Lebensmittel davon
betroffen sind. Kennzeichnend für verschimmelte Lebensmittel ist ein sichtbarer
Schimmelpilzrasen sowie der typisch unangenehme Geruch und Geschmack.
Die Vermehrung von Bakterien und Pilzen verläuft sehr schnell. Sie wird besonders
durch Faktoren, wie zum Beispiel der Temperatur oder den pH-Wert begünstigt.
1.3 Wirkungsweise von Konservierungsstoffen
Konservierungsstoffe können auf verschiedene Arten und Weisen wirken.
3
Generell kann man zwei Wirkungsklassen unterscheiden:
 mikrobiozide Stoffe (z.B. in Pflanzenschutzmitteln):
Abtöten von schädlichen Organismen
 mikrobiostatische Stoffe (z.B. Lebens- oder Futtermittelkonservierung):
Hemmen Vermehrung und Wachstum der Keime, verhindern die Bildung von
hoch giftigen Toxinen
Die mikrobiostatische Wirkungsweise kann auf zwei verschiedenen Methoden
erfolgen:
1.3.1 Physikalische Verfahren
Physikalische Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass man das Lebensmittel
einer
physikalischen
Maßnahme
unterwirft,
die
dem
Mikrobenwachstum
entgegenwirkt. Dabei ist die Temperatur der wichtigste Faktor, der das Wachstum
von Mikroorganismen beeinflusst. Bei niedrigeren Temperaturen, z.B. beim Kühlen
kommt das Wachstum zum völligen Stillstand, bei höheren Temperaturen werden die
Organismen abgetötet.
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1.3.2 Chemische Verfahren
Chemische Verfahren zur Konservierung von Lebensmitteln führen teils zur
Hemmung, teils zur Abtönung einzelner Gruppen von Mikroorganismen in
Lebensmitteln. Werden chemische Substanzen Lebensmitteln zum Zweck der
Konservierung zugesetzt, so sind sie auch zum Verzehr bestimmt und werden damit
selbst zu Lebensmittel. Aus diesem Grund müssen alle Lebensmittelzusatzstoffe, die
zur Haltbarmachung dienen, gesundheitlich unbedenklich sein.
2 Geschichte der chemischen Lebensmittelkonservierung
Die Konservierung von Lebensmitteln hat eine lange Tradition. Die ältesten,
bekannten Methoden sind das Trocknen, das Räuchern und das Salzen. Welche
dieser Methoden angewendet wurde, hing hauptsächlich von den klimatischen
Bedingungen ab. Archäologische Befunde belegen, dass schon um 7000 vor Chr.
Fleisch geräuchert wurde.
Das Trocknen ist eine der ältesten Methoden. Beim Trocknen entweicht das Wasser
auf „natürliche” Weise durch Verdunstung, beispielsweise im Sonnenlicht. Das
Räuchern wird vor allem in der Herstellung von Würsten und Schinken angewandt.
Dabei hängt man das Räuchergut mehrere Stunden oder Tage in eine
Rauchkammer. Dabei produziert ein langsam schwelendes Holzfeuer den Rauch, der
auf die Nahrungsmittel einwirkt. Die konservierende Wirkung entsteht dabei durch
Formaldehyd und Kreosot, die im Rauch enthalten sind und die Lebensmittel
zugleich geschmacklich beeinflussen. Darüber hinaus entwickelt sich durch die
austrocknende Hitze ein konservierender Effekt. Vor dem Räuchern werden die
Lebensmittel mit Salz behandelt. Durch den Ruß verfärbt sich das Geräucherte
dunkel.
Um 3000 v. Chr. legte man in Mesopotamien die zu konservierenden Lebensmittel in
Öl ein, die Ägypter benutzten dazu um 2000 v. Chr. Essig und Honig. Essig als
Konservierungsstoff für Lebensmittel war allerdings schon seit dem 5. Jahrtausend v.
Chr. im Orient bekannt. Essig eignet sich aufgrund seines Säuregehalts sehr gut, um
Nahrung nach dem Erhitzen haltbar zu machen. Die meisten Mikroorganismen
(abgesehen von Pilzen) sind auf ein neutrales oder alkalisches Milieu angewiesen.
Sie werden deshalb beim Einlegen in Essig in ihrer Entwicklung gehemmt oder
abgetötet.
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Um 9000 v. Chr. nutze man die haltbar machenden Eigenschaften von Milch und
Pflanzensäften. Anschließend legte man um 1000 v. Chr. die Lebensmittel in Alkohol
(Arabien) oder in Milchsäure (Ostasien) ein. 1353 hatte dann das Konservieren mit
Zucker in Europa den Durchbruch und schließlich auch das Pökeln um 1397.
Moderne Techniken, wie zum Beispiel die Dosenkonservierung wurden erst ca. 1809
entwickelt. Erst seit 100 Jahren gilt es nicht mehr nur Lebensmittel „irgendwie“ zu
erhalten, sondern mithilfe von Konservierungsstoffen auch deren oft empfindliche
Inhaltsstoffe sowie ihren Nähr- und Geschmackswert. Dafür wurden die Borsäure
und
die
antiseptisch
Konservierungszusatzstoffe
(„fäulniswidrige“)
eingesetzt.
Ende
wirkende
der
zweiten
Salicylsäure
Hälfte
des
als
19.
Jahrhunderts kam zu den Konservierungsmitteln die Ameisensäure hinzu. Zu Anfang
des 20. Jahrhunderts begann man die heute noch im weiten Umfang verwendete
Benzoesäure in der Lebensmittelkonservierung zu verwenden. Natriumbenzoat in
geringen Konzentrationen (unter 0,1 Prozent) ist geeignet, Früchte vor Pilzbefall zu
schützen. Mitte der 1950er Jahre wurde die Konservierung mithilfe einer
Lebensmittelbestrahlung
entwickelt.
Die
Strahlung
(meistens
UV-Strahlung)
verlangsamt den Reifeprozess und verhindert das Wachstum von Mikroorganismen.
Es desinfiziert Saatgut, Getreideprodukte, Frisch- und Trockenfrüchte sowie Gemüse
von vorhandenen Insekten und tötet auch die Bakterien im Fleisch ab. Allerdings
werden dabei auch Geschmacksstoffe verändert, so dass diese Methode nur selten
verwendet wird. Vorteilhaft an dieser Methode ist, dass die Strahlenempfindlichkeit
der Moleküle von ihrer Größe abhängt und somit die Bestandteile, die für den
Nährwert des Lebensmittels entscheidend sind (Eiweiß, Fette, Kohlenhydrate,
Vitamine) – wegen ihrer geringen Größe-, nur wenig verändert werden.
Heutzutage spielt die Lebensmittelkonservierung eine besonders wichtige Rolle, da
hauptsächlich auf Vorrat eingekauft wird, der für längere Zeit haltbar sein muss. Dies
wird vor allem durch Kühlung erreicht. Durch das Einfrieren der Nahrung wird
verhindert, dass sich die darin enthaltenen Mikroorganismen vermehren. Weil dieses
Verfahren jedoch nicht alle Arten von Bakterien abtötet, vermehren sich einige
Bakterien nach dem Auftauen wieder, oft sogar (wegen der geringeren Konkurrenz
durch andere Arten) schneller als zuvor. Enzyme bleiben dagegen teilweise auch in
gefrorenem Zustand aktiv, wenn auch mit stark verlangsamter Geschwindigkeit.
Reichen physikalische Methoden zur Konservierung nicht aus, so werden
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Zusatzstoffe hinzugefügt. Der meist eingesetzte Zusatzstoff ist die Sorbinsäure. Die
konservierenden Eigenschaften der Sorbinsäure, des heute wohl bedeutendsten
Konservierungsstoffs, wurden 1939 von E. Müller bei Untersuchungen von
ungesättigten Fettsäuren entdeckt. Unabhängig davon stellte Gooding 1940 die
konservierende Wirkung von Sorbinsäure in Margarine fest.
2.1
Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung
In der heutigen Gesellschaft sind Konservierungsstoffe von wichtiger Bedeutung.
Durch die Trennung der Orte der Produktion und des späteren Konsums wird
Konservierung bei einer Vielzahl von Produkten notwendig. Für den internationalen
Warenaustausch ist es wichtig, frische und haltbare Produkte zu verkaufen, die
gesundheitlich unbedenklich sind. Die Entwicklung von Ballungszentren mit
umfassenden, differenzierten Ernährungsbedürfnissen fordert von der Produktion
lang haltbare Lebensmittel, da immer genügend neue Nahrungsreserven vorhanden
sein müssen.
Um
allerdings
einen
Missbrauch
beim
Einsatz
der
Konservierungsmittel
vorzubeugen, hat die Europäische Gemeinschaft in Zusammenarbeit mit der WHO
Richtlinien für Konservierungsstoffe entwickelt. In diesen Richtlinien wird dem Einsatz
der Konservierungsmittel mittels des ADI-Wertes (acceptable daily intake) ein Limit
auferlegt. Die ADI-Werte drücken in mg/kg-Körpergewicht die Menge eines Stoffes
aus, die man ohne Bedenken pro Tag ein Leben lang zu sich nehmen kann.
Darüber hinaus sind heutzutage Zusatzstoffe kennzeichnungspflichtig. Sie werden
durch die von der EU bestimmten E-Nummern kenntlich gemacht. Bei den ENummern handelt es sich um einen Code (z.B. E210 für Benzoesäure), mit dem die
derzeit zugelassenen Lebensmittelzusatzstoffe nummeriert und gekennzeichnet
werden. Die Zusatzstoff-Zulassungsverordnung weist heute den Charakter einer
Positivliste auf. Das heißt, alle nicht dort aufgeführten Stoffe dürfen nicht in
Lebensmitteln verwendet werden.
Demo 1: Trocknen und Einsalzen mit Essig
Das wohl älteste Konservierungsverfahren ist das Trocknen. Hierbei wird den für den
Lebensmittelverderb
verantwortlichen
Mikroorganismen
die
wichtige
Lebensgrundlage Wasser entzogen.
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Durch das Entziehen von Wasser ist ein Lebensmittel fast unbegrenzt haltbar, wenn
dessen Wassergehalt beim Trocknen unter 4% gesenkt und es anschließend trocken
aufbewahrt wird.
Zum Trocknen benötigt man warme, trockene Gegenden, wie zum Beispiel
Nordamerika. Heutzutage verwendet man zum Trocknen dazu hauptsächlich Öfen.
„Nudeln“ beispielsweise werden heutzutage durch einfaches Trocknen haltbar und
marktfähig gemacht. Ebenso wurden früher wie auch heute noch Pilze getrocknet.
Demo 1a: Trocknen von Champignons
Aus verschiedenen Quellen geht hervor, dass zum Beispiel die Yosemite-Indianer
früher Pilze klein schnitten und trockneten. Zum Essen wurden diese gekocht und mit
Salz gegessen oder als Pilzsuppe zubereitet.
Materialien:
Messer
Trockenschrank
Alufolie
Frische Champignons
Durchführung:
Zunächst werden die Champignons sorgfältig gesäubert und in Scheiben
geschnitten. Die Pilzscheiben werden auf einer Alufolie locker ausgelegt und mitsamt
der Folie in einen Trockenschrank gelegt und bei 70 °C für 3 Stunden getrocknet.
Beobachtung:
Die Pilzscheiben werden nach einiger Zeit kleiner und bekommen eine runzelige
Form.
Auswertung:
Durch den Wasser-Entzug sind die Champignons nun haltbarer als die nicht
getrockneten Champignons.
Neben dem Trocken kann noch zusätzlich das Salzen für das Konservieren
eingesetzt werden. Das Salz entzieht dem Lebensmittel das Wasser und damit die
Lebensgrundlage für Mikroorganismen. Allerdings benötigt man dazu erhebliche
Mengen an Salz, die gesundheitsschädlich sein können. Erst eine etwa 8-24 %ige
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Kochsalzlösung wirkt antibakteriell. So kann das als harmlos bzw. lebensnotwendig,
geltende Kochsalz auch beim Erwachsenen zu gesundheitlichen Problemen, wie
zum Beispiel zu Bluthochdruck, führen.
Kochsalz wird heute nur noch selten als alleiniges Konservierungsmittel verwendet,
jedoch häufig in Kombination mit anderen Konservierungsstoffen (z.B. Essig) und
Konservierungsverfahren (z.B. Trocknen). Diese Vorgehensweise hat zur Folge,
dass
der
Kochsalzzusatz
verringert
und
das
Wirkungsspektrum
gegen
Mikroorganismen erweitert werden kann.
Demo 1b: Konservierung mit Salz und Essig
Materialien:
Große Schüssel
Löffel
Schraubdeckelgläser
Messer
Waage
Haushaltsfolie
Chemikalien:
Speiseessig
Kochsalz
frische Champignons
Durchführung:
200 g frische Champignons werden gewaschen und sorgfältig getrocknet.
Anschließend werden sie in Scheiben geschnitten und in eine Schüssel gegeben.
Anschließend wird 8 g Kochsalz darüber gestreut, 16 g Essigessenz zugegeben und
umgerührt. Die Schale wird abgedeckt und in einen Kühlschrank gestellt.
Am nächsten Tag wird ein weiteres Mal umgerührt und 30 Minuten gewartet. Dann
werden die Champignons gemeinsam mit der entstandenen Flüssigkeit in die
Schraubdeckelgläser gefüllt und in einem Kühlschrank aufbewahrt.
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Auswertung:
Durch das Salz und Essig sind die Champignons nun haltbarer, da sie das
Wachstum von Mikroorganismen verhindern.
3. Lebensmittelkonservierung durch Senkung des pHWertes
3.1 Konservierung mit Essigsäure
Das
Einlegen
von
Lebensmitteln
in
Essig
ist
eines
der
ältesten
Konservierungsverfahren der Menschheit und wird auch heute noch in großem
Umfang durchgeführt. Essigsäure ist die E-Nummer 260 zugeordnet und sie wird
neben ihrer Verwendung als Konservierungsmittel auch als Genusssäure eingesetzt.
Sie gilt allgemein als gesundheitlich ungefährlich, so dass kein ADI-Wert festgelegt
ist. Die konservierende Wirkung der Essigsäure beruht allein auf einer Absenkung
des
pH-Wertes
im
Lebensmittel.
Dafür
notwendig
ist
jedoch
eine
Essigsäurekonzentration von mindestens 0,5%. Die konservierende Wirkung ist pHWert-abhängig und steigt deutlich mit sinkendem pH-Wert.
Bei niedrigen pH-Werten liegt Essigsäure als mittelstarke bis schwache Säure (pKS =
4,75) zum Großteil undissoziiert vor und kann so leicht die Zellmembran der
Mikroorganismen durchdringen. Im Zellinneren stellt sich ein neues Gleichgewicht
zwischen Essigsäure und Acetat-Ionen ein, wodurch der pH-Wert in der Zelle sinkt
und es zur Denaturierung vorhandener Zellproteine kommen kann.
3.2 Wirkung und Anwendung der Essigsäure
Die meisten Bakterienarten wachsen nur in einem neutralen Milieu, so dass die
Essigsäure besonders effektiv gegen einen Verderb durch Bakterien ist. Aufgrund
dessen, dass die konservierende Wirkung der Essigsäure insgesamt jedoch eher
gering ist, wird das Einlegen in Essig häufig mit weiteren Konservierungsverfahren,
wie dem Pasteurisieren oder dem Versetzen mit Kochsalz oder Sorbinsäure
kombiniert.
Von großer Bedeutung ist das Einlegen in Essig heute noch für Gemüseprodukte, bei
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denen das Gemüse in roher Form in 0,5 – 3 %igen Essigsäure-Lösungen eingelegt
wird, die zusätzlich Gewürze, Salz oder Zucker enthalten können. Um einen
mikrobiellen Verderb sicher zu verhindern, werden die eingelegten Gemüseprodukte
zusätzlich pasteurisiert oder sogar sterilisiert. „Saure Gurken“ sind aufgrund ihres
säuerlichen Geschmacks beim Verbraucher sehr beliebt. Im folgenden Versuch wird
das Einlegewasser von „Sauren Gurken“ daher qualitativ und quantitativ auf
Essigsäure hin untersucht.
Demo 2: Aufnahme einer Titrationskurve von Gurkenwasser
Materialien:
Glastrichter
Faltenfilter
Erlenmeyerkolben (300 mL)
Vollpipette (50 mL)
Peleusball
Becherglas (250 mL)
Glaselektrode
Magnetrührer mit Rührfisch
Bürette
Stativmaterial
Chemikalien:
Gurkenwasser (aus einem Glas „Saure Gurken“)
Natronlauge (c = 0,1 mol/L)
Durchführung:
Aus einem Glas „Saure Gurken“ wird das Gurkenwasser abgeschüttet und filtriert.
Anschließend werden mithilfe einer Vollpipette 50 mL des filtrierten Gurkenwassers
in ein 250 mL Becherglas überführt und dort mit der gleichen Menge ention. Wasser
verdünnt. Mithilfe einer Glaselektrode wird der pH-Wert des Gurkenwassers
gemessen (vorher umrühren). Die Bürette wird mit Natronlauge (c = 0,1 mol/L) befüllt
und es werden nun schrittweise 1 mL Natronlauge zu dem Gurkenwasser hinzu
gegeben. Nach jeder Zugabe wird die Lösung im Vorlagekolben zunächst verrührt,
und es wird anschließend der pH-Wert gemessen und notiert. Die Messung wird
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beendet, wenn sich der pH-Wert der Lösung im Vorlagekolben bei Zugabe von
Natronlauge dauerhaft nicht mehr ändert.
Beobachtung:
Der pH-Wert des Gurkenwassers liegt vor der Zugabe von Natronlauge bei 2,74. Bei
Zugabe von Natronlauge steigt der pH-Wert zunächst relativ langsam, aber stetig an.
Ab einem zugegebenen Volumen Natronlauge von 10,0 mL steigt der pH-Wert bei
weiterer Zugabe stark an. Nach Zugabe von ungefähr 12,0 mL Natronlauge ändert
sich der pH-Wert bei weiterer Zugabe wieder nur sehr langsam und stetig. Die
gemessenen pH-Werte sind in folgender Tabelle aufgeführt:
V(NaOH)/mL
pH-Wert
V(NaOH)/mL
pH-Wert
0
2,74
7
4,92
1
3,66
8
5,16
2
3,94
9
5,50
3
4,16
10
6,90
4
4,37
11
12,14
5
4,53
12
12,44
6
4,74
13
12,63
V(NaOH)/mL
pH-Wert
14
12,74
15
12,86
16
12,94
17
13,02
18
13,08
19
13,12
20
13,13
Auswertung:
Zur Auswertung des Versuches werden die gemessenen pH-Werte in Abhängigkeit
des zugefügten Volumens Natronlauge in einer Graphik aufgetragen:
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Graphische Darstellung der gemessenen pH-Werte in Abhängigkeit des
zugegebenen Volumina Natronlauge:
Bei Zugabe von Natronlauge zu der Lösung im Vorlagekolben findet eine SäureBase-Reaktion nach Brønsted statt. Die im Gurkenwasser vorhandene Säure reagiert
mit den Hydroxid-Ionen der Natronlauge unter Bildung von Wasser und einem Salz.
Zu erkennen ist dies am langsamen Anstieg des pH-Wertes bei Zugabe von
Natronlauge. Die Titrationskurve zeigt zudem, dass es sich bei der im Gurkenwasser
vorhandenen Säure um eine schwache Säure handeln muss. Festgestellt werden
kann dies anhand des Verlaufs der Titrationskurve, sowie an der Lage des
Äquivalenzpunktes.
Die Titrationskurve zeigt zu Beginn einen langsamen, stetigen Anstieg des pHWertes und der Bereich des steilen Anstiegs in der Nähe des Äquivalenzpunktes ist
relativ schmal. Der Äquivalenzpunkt stimmt darüber hinaus nicht mit dem
Neutralpunkt überein, wie es bei der Titration einer starken Säure mit einer starken
Base wäre, sondern liegt im leicht basischen Milieu. Graphisch können mithilfe der
Titrationskurve der Äquivalenzpunkt, der pKS-Wert der Säure im Vorlagekolben und
der pH-Wert am Äquivalenzpunkt bestimmt werden. Die oben eingetragenen Punkte
werden dafür, der Einfachheit halber, durch eine Eichkurve miteinander verbunden:
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Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve:
Die graphische Auswertung wird mit der Bestimmung des Äquivalenzpunktes
begonnen. Hierzu werden an die beiden Kurven zu Beginn und am Ende des steilen
Anstiegs zwei zueinander parallele Tangenten angelegt und zwischen diese, genau
in der Mitte, eine weitere Parallele eingezeichnet. Der Schnittpunkt dieser Geraden
mit der Titrationskurve markiert den Wendepunkt und gibt so die Lage des
Äquivalenzpunktes an. Dieser liegt hier bei einem zugegebenen Volumen
Natronlauge von 11,5 mL und besitzt einen pH-Wert von 8,48. Im Anschluss kann
der Pufferpunkt bestimmt werden. Wird eine schwache Säure mit einer starken Base
titriert, so liegen nach Zugabe einer kleinen Menge der starken Base, die schwache
Säure und ihre konjugierte Base nebeneinander in der Lösung vor. Es handelt sich
hierbei um eine Pufferlösung. Für einen Puffer gilt, dass bei Vorliegen gleicher
Stoffmengen der schwachen Säure sowie der konjugierten Base der pH-Wert dieser
Lösung dem pKS-Wert der schwachen Säure entspricht. Für die oben betrachtete
Titration gilt, dass bei Zugabe von 5,75 mL Natronlauge die Hälfte der Säure
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umgesetzt worden ist und nun als konjugierte Base in der Lösung vorliegt. An diesem
Punkt entspricht der pH-Wert der Lösung dem pKS-Wert der schwachen Säure im
Vorlagekolben. Der pH-Wert an dieser Stelle liegt in der Messung bei 4,39.
Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass es sich bei der Säure im
Gurkenwasser um Essigsäure handelt. Gründe hierfür sind, dass Essigsäure eine
schwache Säure darstellt, als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen ist und der
graphisch ermittelte pKS-Wert in etwa mit dem pKS-Wert der Essigsäure (pKS = 4,75)
übereinstimmt. Die Reaktionsgleichung für die während der Titration ablaufende
Reaktion lautet damit wie folgt:
CH3COOH (aq) + Na+(aq) + OH-(aq)
CH3COO-(aq) + Na+(aq) + H2O
Anhand des Äquivalenzpunktes kann im Anschluss die im Gurkenwasser
vorhandene Menge Essigsäure bestimmt werden. Der Titer der Natronlauge betrug
hier t = 1,0.
n(CH3COOH) = c(NaOH)*V(NaOH)* t = 0,1*11,5 mL*1,00
= 1,15 mmol/mL
m(CH3COOH) = M(CH3COOH)*n(CH3COOH) = 60,05 mg/mmol*1,15 mmol
= 69,05 mg/mmol
In 50 mL Gurkenwasser sind demnach 69,05 mg Essigsäure enthalten.
4. Schwefeln von Lebensmitteln
4.1 Allgemeines
Beim Schwefeln werden die Lebensmittel mit Stoffen, wie Schwefeldioxid oder
Salzen der schwefligen Säure behandelt.
Das Schwefeln von Lebensmitteln zwecks Konservierung ist schon ein altes
Verfahren, welches sogar schon die Römer um 50 n. Chr. nutzten. Sie schwefelten
die Weinfässer, um den Pilz- und Schimmelbefall zu verringern. Ende des 15.
Jahrhunderts wurde in Teilen Deutschlands das Schwefeln aufgrund der Belästigung
der Natur des Menschen und der Gesundheitsgefährdung des Trinkers verboten.
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4.2 Wirkung und Toxizität
Schwefeldioxid und die Salze der schwefligen Säure (Sulfite) werden in der
Lebensmitteltechnologie
wegen
ihrer
antimikrobiellen,
antioxidativen,
enzymhemmenden und reduzierenden Eigenschaften eingesetzt.
Schwefeldioxid wird häufig bei Obstprodukten als temporäres Konservierungsmittel
eingesetzt. Es wird den Produkten zur Verhinderung von Bräunungsreaktionen und
unerwünschten Farbänderungen zugesetzt und im weiteren Verarbeitungsprozess
durch Hitze oder Vakuum wieder weitgehend entfernt. Bei der Weinherstellung dient
der Zusatz von Schwefeldioxid neben dem Schutz der Weine vor dem Braunwerden,
der Verhinderung des Wachstums schädlicher Mikroorganimsen.
Der ADI-Wert für Schwefeldioxid bzw. Salze der schwefligen Säure liegt bei 0,7
mg/kg Körpergewicht, d.h. ein Erwachsener (KG = 70 kg) kann ohne Gefahr täglich
49 mg SO2 zu sich nehmen.
Aus toxikologischer Sicht sind Schwefeldioxide bzw. die Sulfite heftig umstritten, vor
allem deshalb, weil sie das Vitamin B1 im Organismus zerstören. Außerdem können
Allergien und Krämpfe der Bronchialmuskulatur ausgelöst werden.
4.3 Anwendungsgebiete
Der Einsatz von Schwefeldioxid und den Salzen der schwefligen Säure ist
beschränkt auf Trockenfrüchte oder –gemüse, Konfitüre, Marmelade oder kandierte
Früchte. Weiterhin ist Schwefeln zugelassen für getrocknete Kartoffelerzeugnisse
und in der Weinherstellung.
Ab einem Restgehalt von mehr als 50 mg Schwefeldioxid pro kg Produkt muss
dieses als „geschwefelt“, bei mehr als 500 mg als „stark geschwefelt“ gekennzeichnet
sein. Rotwein hat zum Beispiel in den meisten Fällen einen Gesamtgehalt an
Schwefeldioxid von 175 mg/L.
Versuch 1: Schwefeln von Apfelstücken
Materialien:
Messer
Erlenmeyerkolben
Porzellanschale
Bunsenbrenner
Gummistopfen
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Chemikalien:
Schwefelpulver
Apfel
Durchführung:
Zunächst wird der Apfel geschält und in kleine Stücke geschnitten. Anschließend
werden in einer Porzellanschale zwei Spatel Schwefelpulver mithilfe eines
Bunsenbrenners erhitzt. Das entstehende Gas wird mit einem Erlenmeyerkolben
aufgefangen. Nach wenigen Minuten werden mehrere Apfelstücke in den mit Gas
gefüllten Erlenmeyerkolben gegeben. Der Erlenmeyerkolben wird mit einem
Gummistopfen verschlossen. Nach ca. drei Minuten werden die Apfelstücke aus dem
Kolben heraus genommen und mit ungeschwefelten Apfelstücken, die an der Luft
lagen, verglichen.
Beobachtung:
Die geschwefelten Apfelstücke bleiben selbst nach Stunden unverändert gelb und
saftig. Im Gegensatz dazu werden die ungeschwefelten Apfelstücke braun.
Auswertung:
Der Schwefel wird durch den Sauerstoff der Luft zu Schwefeldioxid oxidiert.
Das entstandene Schwefeldioxid-Gas wirkt konservierend auf die Apfelstücke, indem
es die Bräunungsreaktion durch Phenoloxidation verhindert. Äpfel besitzen
verschiedene Phenole, die für den Geschmack des Apfels verantwortlich sind. Ist ein
Apfel
ungeschnitten,
dient
die
Ascorbinsäure
dazu,
den
Apfel
vor
einer
Phenoloxidation und somit einer Braunfärbung zu schützen. Wird der Apfel in Stücke
geschnitten, kann die Ascorbinsäure die Oxidation nicht mehr komplett verhindern.
Um Lebensmittel vor einer Oxidation an der Luft zu schützen, verwendet man
heutzutage Antioxidantien (hier: SO2). Diese Antioxidantien können Luftsauerstoff
abfangen und somit eine Braunfärbung verhindern.
Nach
dem
eigenständigen
Schwefeln
von
Apfelstücken
kommt
folgende
Fragestellung auf: Kann man anhand von ausgewählten Versuchen nachweisen, ob
ein Produkt tatsächlich geschwefelt ist? Für die Untersuchung lassen sich generell
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zwei Nachweismethoden anwenden. Man kann Schwefeldioxid
entweder durch
Reduktion zu Schwefelwasserstoff mithilfe von Bleiacetat-Papier oder durch
Oxidation zu Sulfat mit KIO3-Stärke-Papier nachweisen.
In diesem Fall wird das erste Nachweis-Verfahren angewandt.
Versuch 2: Nachweis von SO2 in Trockenobst mit Bleiacetat-Papier
Materialien:
200 mL-Erlenmeyerkolben
Gummistopfen
Tesafilm
Magnetrührer mit Rührfisch
Messer
Chemikalien:
Zink-Pulver
Salzsäure (c = 2 mol/L)
Bleiacetat-Papier
Geschwefeltes Trockenobst: Aprikosen
Durchführung:
In einem 200 mL-Erlenmeyerkolben werden ca. 20 g fein zerkleinerte, getrocknete
Aprikosen mit 50 mL ention. Wasser übergossen. Anschließend werden eine
Spatelspitze Zink-Pulver und 20 mL Salzsäure zugesetzt. Darauf wird der Kolben
sofort mit einem Gummistopfen verschlossen. An dem Stopfen wird mit Tesafilm ein
angefeuchtetes Bleiacetat-Papier befestigt, dass sich etwa 1 cm über dem
Kolbeninhalt befindet. Der Kolben wird nun auf einem Magnetrührer leicht erwärmt.
Beobachtung:
Nach wenigen Minuten zeigt sich eine Braun-bis Schwarzfärbung.
Auswertung:
Die Braun-bis Schwarzfärbung des Bleiacetat-Papiers beruht darauf, dass in
Gegenwart von Salzsäure das Zink-Pulver oxidiert wird. Dabei bildet sich
nascierender
Wasserstoff.
Dieser
reduziert
das
Schwefeldioxid
zu
18
Schwefelwasserstoff.
Das
Bleiacetat-Papier
färbt
sich
dann
durch
den
Schwefelwasserstoff nach wenigen Minuten langsam braun. Die Schwarzfärbung
erfolgt durch die Bildung von Bleisulfid.
5. Pökeln von Lebensmitteln
5.1 Allgemeines
Pökelsalz besteht hauptsächlich aus Kochsalz (NaCl) und geringen Mengen an NitritSalzen. Der Massenanteil an Natriumnitrit in Pökelsalz muss laut gesetzlichen
Richtlinien zwischen 0,4 % und 0,5 % liegen.
Zusätzlich
enthält
Pökelsalz
häufig
noch
Saccharose
und
so
genannte
Pökelhilfsstoffe wie L-Ascorbinsäure zur Umrötung. Das mit Abstand wichtigste
Anwendungsgebiet der Konservierung mit Pökelsalz sind Fleischwaren. Bezüglich
des Verfahrens der Konservierung wird zwischen Trockenpökelung, bei der das
Pökelsalz in fester Form zugefügt wird, Nasspökelung, bei der das Fleisch in eine so
genannte Pökellake eingelegt wird und Spritzpökelung, bei der die Pökellake direkt
ins Fleisch injiziert wird, unterschieden. Eine Trockenpökelung wird häufig mit einer
im Anschluss stattfindenden Nasspökelung kombiniert
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Pökelarten
 Trockenpökelung:
Das Fleisch wird mit dem Kochsalz-Pökelstoff-Gemisch eingerieben und
gekühlt mehrere Wochen bis Monate gelagert.
 Nasspökelung:
Die zu pökelnde Ware wird in eine 15-20 %ige wässrige Lösung von
Nitritpökelsalz, die weitere Pökelhilfsstoffe (Kaliumascorbat) enthalten kann,
ein bis mehrere Tage eingelegt.
 Spritzpökelung:
Das Fleisch wird durch Injektion von Pökellake mit genau dosierten Mengen
Pökelsalz versetzt und anschließend einen Tag in Pökellake gelegt.
Der Vorteil der Spritzpökelung besteht darin, dass durch die Injektion das Pökelsalz
schneller ins Innere des Fleisches dringt und dieses so viel besser und eher
durchgepökelt ist.
5.2 Wirkung
Die konservierende Wirkung von Pökelsalz kommt im Wesentlichen durch zwei
Faktoren zustande. Zum einen durch die Senkung der Wasseraktivität durch Zugabe
hoher Konzentrationen an Natriumchlorid und zum anderen durch die Anwesenheit
von Nitrat beziehungsweise Nitrit, die als Konservierungsstoffe in spezifischer Weise
auf die Zellen der Mikroorganismen einwirken. Nitrite wirken hauptsächlich
antibakteriell
und
antioxidativ
und
verstärken
so
synergetisch
die
haltbarkeitsverlängernde Wirkung des Kochsalzes.
In den letzten Jahren haben Untersuchungen gezeigt, dass der Einsatz von
Natriumnitrit in der erwähnten Konzentration zur Hemmung von toxigenen Keimen in
Pökelwaren unentbehrlich ist. Clostridium botulinum ist als „Wurstvergifter“ bekannt.
Für die Hemmung der Auskeimung von Clostridium botulinum-Sporen in Pökelware
ist ein Minimum von 100 mg Nitrit/kg nötig.
20
Die optimale antimikrobielle Aktivität erreicht Nitrit bei einem erniedrigten pH-Wert
des
Milieus,
bei
niedrigen
Lagertemperaturen
und
Keimarmut
des
zu
konservierenden Lebensmittels.
Einsalzen ist eines der ältesten Methoden in der Konservierung. Ähnlich diesem
Einsalzen funktioniert das Pökeln. Auch dieses Verfahren ist bereits seit dem
Mittelalter bekannt, der Unterschied zum normalen Einsalzen liegt allein in der
Mischung der unterschiedlichen Salze. Beim heutigen Pökeln wird mit einer
Kochsalzmischung mit 0,4% NaNO2 - Anteil gearbeitet.
Demo 3: Wirkung von Pökelsalz
Materialien:
Einmachgläser
Messer
Spatel
Chemikalien:
Pökelsalz: 100 Teile NaCl + 0,5-0,6 Teile NaNO2
Fleisch (Schwein)
Durchführung:
Zwei Fleischstücke (je 100 g) werden eine Woche lang in Einmachgläsern gelagert.
Eines der Gläser wird zuvor mit 500 ml 11 %iger Pökellake befüllt, so dass eines der
Fleischstücke in der Lake schwimmt. Das andere Stück liegt im leeren Einmachglas.
Nach einer Woche werden beide Fleischstücke aus den Einmachgläsern
herausgeholt und beobachtet.
Beobachtung:
Zum Zeitpunkt des Umlagerns des Fleischstückes in der Lake war sein Zustand recht
ähnlich dem, den es ursprünglich hatte, es war ein rotes, rohes Stück Fleisch. Das
nicht gepökelte Fleisch hatte jedoch nach einer Woche bereits seine Farbe verloren
und sah grau aus. Es hatte eine leicht schleimige Oberfläche, roch sehr unangenehm
und im Glas war etwas grünliche Flüssigkeit.
21
Nach 1 Woche Lagerung
Gepökeltes Fleisch
Ungepökelte Fleisch
Auswertung:
Die antimikrobielle Wirkung des Nitrits beruht auf der freigesetzten salpetrigen Säure
und den daraus entstehenden Stickoxiden. Durch Protonierung des Nitrits wird
daraus zunächst salpetrige Säure gebildet, die über mehrere Zwischenschritte in
Salpetersäure
und
Stickstoffmonoxid
zerfällt.
Der
Zerfall
läuft
als
Disproportionierungsreaktion ab.
NO2- (aq) + H3O+ (aq)
3 HNO2 (aq)
HNO2 (aq) + H2O
HNO3 (aq) + 2 NO (aq/g) + H2O
Der gebildete Stickstoffmonoxid wirkt also nicht nur konservierend, sondern auch
farbbildend, aromabildend und antioxidativ.
5.3 Weitere Wirkungen des Nitrits: Umrötung von Fleisch
Neben der Konservierung hat das Pökeln eine geschmackliche und kosmetische
Wirkung. Nitrit ist nicht nur fähig aktiv gegen Bakterien zu wirken, sondern kann
darüber hinaus noch mit dem Muskelprotein Myoglobin zu Nitrosomyoglobin
reagieren, indem es sich daran bindet. Myoglobin fungiert im Muskel als
Sauerstoffspeicher und ist aus einer Proteinkomponente, dem Globin, und einer
prosthetischen Gruppe, dem Häm, aufgebaut. Das Globin besteht aus einer einzigen
Polypeptidkette, die aus 153 Aminosäuren aufgebaut ist.
Durch Faltung werden aus dieser Polypeptidkette acht α-Helices gebildet, die durch
Schleifen miteinander verbunden sind.
22
Durch die Fähigkeit des Nitrits sich an den Muskelfarbstoff Myoglobin unter Bildung
des Nitrosomyoglobin anlagern zu können, erhält das gekochte Fleisch eine rote
Farbe, die so genannte Umrötung. Diese verhindert somit die Braun- bis Graufärbung
nach dem Erhitzen. Diese lässt allerdings oft das Fleisch frischer aussehen, als es
eigentlich ist .
Quelle:
http://www.jacksofscience.com/wpcontent/uploads/2008/02/hemegroup.jpg
Quelle:
http://1.bp.blogspot.com/_oN9Qi7HfHqA/RzyyMYu17
XI/AAAAAAAAAWw/vaRKauDzD_Y/s320/Myoglobin.
png
Versuch 3: Umrötung von Hackfleisch
Materialien:
Petrischalen
Magentrührer mit Rührfisch
Gabel
Chemikalien:
Pökelsalz
Hackfleisch
Durchführung:
Das Hackfleisch wird zunächst zu zwei Hackbällchen geformt. In eins der beiden wird
Pökelsalz eingeknetet. Das gepökelte und „unbehandelte“ Hackfleischbällchen
werden jeweils in eine Petrischale, gefüllt mit etwas Wasser, gekocht.
23
Beobachtung:
Das ungepökelte Hackfleischbällchen wird nach kurzer Zeit des Kochens grau, das
gepökelte Hackfleischbällchen bekommt eine rote Farbe.
Auswertung:
Beim Erhitzen von ungepökeltem Fleisch wird das enthaltene Myoglobin stark
verändert. Zum einen wird das Eisen(II)-Ion zum Eisen(III)-Ion oxidiert, wobei aus
dem Myoglobin das Metmyoglobin entsteht, zum anderen wird das Protein
denaturiert.
Grundsätzlich lässt sich also sagen, dass das purpurrote Myoglobin beim Kochen
zum graubraunen Metmyoglobin umgewandelt wird, indem das zentrale Eisen(II)-Ion
zum Eisen(III)-Ion oxidiert wird.
Bei Anwesenheit von Nitrit findet die so genannte Umrötung von Fleisch statt. Dabei
wird aus Nitrit zunächst Stickstoffmonoxid gebildet, das anschließend mit Myoglobin
zu Nitrosomyoglobin oder Nitrosomyoglobonin reagiert.
Als erstes wird das zugegebene Nitrit reduziert. Generell wird Nitrit im sauren Milieu
unter Aufnahme eines Elektrons (über Zwischenstufen) zu Stickstoffmonoxid
reduziert. Es kann daher auch mit dem purpurroten Myoglobin reagieren, indem es
dieses zum graubraunen Metmyoglobin oxidiert.
24
Im weiteren Verlauf kann das entstehende Stickstoffmonoxid entweder mit noch
vorhandenem Myoglobin zum leuchtend roten Nitrosomyoglobin reagieren, indem es
sich an eine der sechs Koordinationsstellen des Eisenatoms anlagert. Als
Reaktionspartner des NO kommt auch das dunkel gefärbte vorher entstandene
Metmyoglobin in Frage, wobei das ebenfalls leuchtend rote Nitrosometmyoglobin
gebildet wird. Beide Verbindungen sind kochbeständig.
Die Reaktion hängt entscheidend vom pH-Wert des Fleisches ab. Dieser sollte wenn
möglich nicht höher als 6 sein.
5.4 Nachweis und Gehalt-Bestimmung von Nitrit in Pökelsalz
Die Menge an Pökelsalz, und somit an Nitrit für ein bestimmtes Produkt ist gesetzlich
festgeschrieben. Die derzeit gültige Zusatzstoff-Zulassungsverordnung (ZZulV)
enthält Richtwerte für die maximale Zugabemenge. Danach soll gepökelten
Fleischerzeugnissen, die nicht hitzebehandelt wurden, nicht mehr als 100 mg/kg Nitrit
über Pökelsalz zugegeben werden. Die Zugabe darf als Kaliumnitrit (E249) oder
Natriumnitrit (E250) einzeln oder gemischt erfolgen.
Für den Nachweis von Nitrit verwendet man meistens Lunges-Reagenz, und
Kaliumpermanganat für die Bestimmung des Gehalts an Nitrit in Pökelsalz.
Versuch 4: Qualitativer Nachweis von Nitrit in Pökelsalz
Materialien:
Demonstrationsreagenzgläser
Meßpipette
Bechergläser
Messzylinder
Schliffflasche
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Chemikalien:
α-Naphthylamin
30 %ige Essigsäure
Sulfanilsäure
Eisessig
Herstellung des Lunges-Reagenz:
Lösung 1: 1 g Sulfanilsäure werden unter Erwärmen in 100 mL 30 %iger Essigsäure
gelöst
Lösung 2: 0,3 g α-Naphthylamin werden in 70 mL Wasser aufgekocht, vom
dunklen Rückstand dekantiert und anschließend mit 30 mL Eisessig
versetzt.
Die Lösungen jeweils in eine dunkle Schliffflasche füllen. Die Mischung beider
Lösungen im Verhältnis 1:1 ist als Lunges-Reagenz bekannt.
Durchführung Nitrit-Nachweis:
In einem Demo-Reagenzglas löst man einen Spatel Pökelsalz in etwa 50 mL ention.
Wasser. Zum Vergleich wird in einem anderen Reagenzglas ebenfalls ein Spatel voll
Kochsalz in gleich viel Wasser gelöst.
In beide Demo-RGs gibt man nun nacheinander jeweils ca. 1 mL der Lösungen 1
und 2 und schüttelt diese kurz durch.
Beobachtung:
Bei der Lösung des Pökelsalzes tritt augenblicklich eine intensive Rotfärbung auf,
während die Zugabe von Kochsalzlösung keinerlei Farbveränderungen hervorruft.
Bei zu hohem Nitritgehalt bilden sich braune Flocken.
Auswertung:
In saurer Lösung bildet die unbeständige Salpetrige Säure das aktiv nitrosierend
wirkende Nitrosylkation. Mit primären aromatischen Aminen wie Sulfanilsäure kann
das intermediär gebildete Nitrosyl-Kation zu einem Diazoniumsalz umgesetzt
werden.
26
Im zweiten Schritt handelt es sich um eine elektrophile, aromatische Substitution,
wobei das Diazonium-Kation als elektrophiler Reaktionspartner fungiert und das fast
farblose α-Naphthylamin als Kupplungskomponente.
Es bildet sich eine intensiv rote Azoverbindung, deren Farbe aus dem vergrößerten
delokalisierten Pi-Elektronen-System resultiert.
Reaktion:
1. Schritt: Diazotierung
O
HO
S
NH2 +
O
O
N
+
O
+
+ H3 O
(aq)
OH
HO
+
S
N
+ 3 H2O
N
O
Sulfanilsäure
(aq)
Diazonium Ion (farblos)
2. Schritt: Azo-Kupplung
+
O
HO
S
+
N
NH2
N
+
O
(aq)
+ H2O
O
HO
S
N CH3
N
NH2
+ H3O
+
(aq)
O
Diazonium Ion (farblos)
Azofarbstoff (rot)
Die am häufigsten verwendete Methode für einen Nitrit-Nachweis, die bei
Pökelsalzen und ähnlichen größeren Mengen Nitrit enthaltenden Salzlösungen zum
Einsatz kommt, ist die Titration mit Kaliumpermanganat im sauren Milieu.
Versuch 5: Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehalts in Pökelsalz
Materialien:
Bürette
Magnetrührer mit Rührfisch
300 mL-Erlenmeyerkolben
Thermometer
Messpipette (25 mL)
Vollpipette (20 mL)
Messzylinder
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Chemikalien:
Kaliumpermanganat-Lösung (c = 0,02 mol/L)
Schwefelsäure (c = 2 mol/L)
Herstellung der Kaliumpermanganat-Lösung:
0,316 g Kaliumpermanganat werden abgewogen und in ention. Wasser gelöst,
anschließend in einen Messkolben filtriert und auf 100 mL mit ention. Wasser
aufgefüllt.
Durchführung:
Zunächst werden 25 g Pökelsalz in 100 mL ention. Wasser gelöst. Die Lösung wird in
eine Bürette gefüllt. Dann werden 6,25 mL der Kaliumpermanganat-Lösung mit 20
mL Schwefelsäure versetzt, die Lösung wird auf ca. 300 mL verdünnt, auf 40 °C
erwärmt und mit der Pökelsalz-Lösung langsam bis zur Entfärbung titriert.
Beobachtung:
Verbrauchte Volumina an Pökelsalz-Lösung bis zur Entfärbung der Lösung:
V1 = 18,4 mL
V2 = 18,3 mL
Auswertung:
Während der Titration läuft eine Redoxreaktion ab. Die Permanganat-Ionen im
Vorlagekolben werden unter Aufnahme von jeweils fünf Elektronen nach folgender
Reaktionsgleichung zu Mangan(II)-Ionen reduziert. Gleichzeitig werden die NitritIonen aus der zugefügten Pökelsalz-Lösung unter Abgabe von je zwei Elektronen zu
Nitrat-Ionen oxidiert. Ist kein Permanganat mehr in der Lösung vorhanden, so ist die
Lösung nur noch schwach rosa bis farblos, woran der Endpunkt der Titration
erkennbar ist.
Reduktion:
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Oxidation:
Gesamtreaktion:
Berechnung: (Beispiel vom 25.6.09)
Einwaage Pökelsalz: m(Pökelsalz) = 25,000 g
Verbrauch: V(PS-Lösung)= x ml
V1Analyse = 18,3 mL
V2Analyse = 18,4 mL
Mittelwert: VAnalyse = 18,35 mL
Berechnung des Massenanteils w(NaNO2) in Pökelsalz: [M(NaNO2)=69 g/mol]
1 mL KMnO4-Lösung, c(KMnO4) = 0,02 mol/L, entspricht 3,45 mg NaNO2.
 6,25 mL KMnO4-Lösung entsprechen 21,56 mg NaNO2.
m(NaNO2)= 18,35 mL · 2500 mg/100mL = 4575 mg NaNO2.
w(NaNO2)= 21,56 mg/4575 mg · 100 = 0,0047  0,47 %
 Richtwert: Massenanteil zwischen 0,4% und 0,5%.
6. Nachteile der Lebensmittelkonservierung
Die Lebensmittelkonservierung dient dazu, verschiedene Nahrungsmittel lange
haltbar zu machen. Sie hat jedoch neben ihren vielen Vorteilen auch Nachteile
aufzuweisen.
Nachteilig an der konservierenden Wirkung von schwefeliger Säure beim Schwefeln
ist, dass sie auch Vitamine zerstört und bei empfindlichen Menschen (z.B.
29
Asthmatikern) Überempfindlichkeitsreaktionen auslöst. Außerdem reagieren viele
Menschen ab 25 mg Schwefel, z.B. pro Liter Wein, mit Kopfschmerzen.
Nachteilige Wirkungen des Pökelns sind der Verlust von Vitaminen und
Mineralstoffen, es kommt außerdem zum Austritt von Eiweißstoffen. Ein weiterer
Nachteil vom Pökeln ist, dass im Pökelsalz Nitrit, welches zu Nitrosaminen
umgewandelt werden kann, enthalten ist. Grundsätzlich wirken diese stark
krebserregend. Sie kommen besonders in einigen Lebensmitteln, wie z.B. in Bier,
Fischprodukten, in gepökelten Fleischerzeugnissen und im Käse direkt vor, sie
können aber auch bei der Zubereitung von Lebensmitteln und teilweise auch im
menschlichen
Körper
entstehen.
Als
wahrscheinlichster
Entstehungsort
für
Nitrosamine gilt der Magen, da hier die chemischen Bedingungen am geeignetsten
sind.
Bei der Bildung von Nitrosaminen wird zunächst im sauren Milieu aus Nitrit die
salpetrige Säure gebildet. Diese reagiert weiter zu dem Nitrosylkation, welches mit
einem Amin zu dem so genannten Nitrosamin weiter reagiert.
1) NaNO2 (aq) + H3O+(aq)
HNO2 (aq) + H2O + Na+ (aq)
2) HNO2 (aq) + H3O+ (aq)
3) R-NH + NO+ (aq)
NO+(aq) + 2 H2O
R-N-NO + H+
7 Schulrelevanz
Nach
der
Beleuchtung
des
theoretischen
Hintergrundes
des
Themas
„Lebensmittelkonservierung“ stellt sich nun die Frage, ob dieses Thema in der Schule
behandelt
werden
kann
und
wenn
ja,
in
welchen
Jahrgangsstufen
und
Themenfeldern.
Zunächst einmal ist festzustellen, dass das Thema „Lebensmittelkonservierung“ in
einen direkten Bezug zur Alltags- und Lebenswelt der Schüler besitzt. Die
Behandlung des Themas „Lebensmittel“ im Chemieunterricht erregt bei Schülern
häufig überaus großes Interesse, da es sich hier um ein Thema handelt, von dem sie
direkt betroffen sind und bei dem sie bereits über praktische Vorkenntnisse verfügen.
Dieser Aspekt bietet gerade Schülern, die sich ansonsten nur gering am Unterricht
beteiligen oder nicht besonders leistungsstark sind, die Chance, sich aufgrund ihrer
Erfahrungen im Alltag aktiv ins Unterrichtsgeschehen einzubringen.
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Beim genaueren Blick in den hessischen Lehrplan für das Fach Chemie fällt auf,
dass das Thema nur an wenigen Stellen berücksichtigt wird. Vorgeschlagen wird
eine Behandlung der Themen „Konservierung“ und „Zusatzstoffe“ nach G8-Lehrplan
allein in der Jahrgangsstufe 12.2. Die Behandlung des Themas kann im Leistungsund Grundkurs innerhalb des Kurses „Angewandte Chemie“ zum Themenbereich
„Nahrungsmittel“
erfolgen.
Des
Weiteren
können
Aspekte
des
Themas
„Lebensmittelkonservierung“ im Unterricht nach Vorschlag des Lehrplans auch in der
Jahrgangsstufe 11.1 zum Thema „Konservierung und Zusatzstoffe“ beziehungsweise
dem fakultativen Unterrichtsinhalt „Alkansäuren und Derivate im Alltag“ behandelt
werden.
Neben der Behandlung des Themas in der Jahrgangsstufe 12.2 bietet sich das
Thema auch äußerst gut zur Durchführung innerhalb einer Projektwoche an, da
sowohl eine praktische als auch eine theoretische Auseinandersetzung mit dem Stoff
möglich ist, konservierte Produkte selbst hergestellt werden können und zudem
außerschulische Lernorte, wie z.B. Supermärkte mit einbezogen werden können.
Abschließend ist es möglich fächerübergreifend zu unterrichten. Dafür bietet sich vor
allem das Fach Biologie an. In den Jahrgangsstufen 8-10 kann dort beispielsweise
vertiefend auf die Thematik der Mikroorganismen, speziell der Bakterien und Pilze,
eingegangen werden.
31
8 Literatur
BALTES,
W.:
Lebensmittelchemie,
5.
Auflage,
Springer
Verlag,
Berlin.
S. 133-153.
FLUCK, E./MAHR, C.: Anorganisches Grundpraktikum, 6. Auflage, VCH, Weinheim 1985
RIEDEL, E.: Anorganische Chemie, 5. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin - New York
2002
SEABERT, H./W ÖHRMANN, H.: Konservierung von Lebensmitteln mit und ohne Chemie.
Materialien für den Unterricht. Hrsg.: AG Naturwissenschaften - sozial, Marburg 1992
STUTE, R.: Lebensmittel haltbar machen – die Entwicklung einer Technologie. In: NiU-Ch 10,
Heft Nr. 49, 1999. S. 7-11
http://www.chemie-macht-spass.de/2003-konservierungsstoffe.html#01
http://www.chids.de/dachs/expvortr/580Lebensmittelkonservierung_Damm_Scan.pdf
http://www.schulebw.de/unterricht/faecher/nwt/unterrichtseinheiten/bausteine/ernaehrung/bilder/01Geschichte
%20Lebensmittelkonservierung.pdf
http://www.chemieunterricht.de/dc2/wsu-bclm/kap_05.htm
http://de.encarta.msn.com/encyclopedia_761560675/Lebensmittelkonservierung.html
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