Präsentation ()

Gewürze
Die Chemie des
guten Geschmacks
Gliederung
1.
2.
3.
4.
Definition
Einteilung
Sensorik
Inhaltstoffe
- ätherische Öle
- Scharfstoffe
- ungesättigte Verbindungen
- Fette
- Stärke
- Eiweiße
- Farbstoffe
5.
6.
Wirkung
Schulrelevanz
Definition
Gewürze
„Gewürze und Kräuter sind
Pflanzenteile, die wegen ihres
Gehaltes an natürlichen
Inhaltsstoffen als geschmackund/oder geruchgebende
Zutaten zu Lebensmitteln
bestimmt sind.“
(Leitsätze für Gewürze und andere würzende Mittel des Deutschen
Lebensmittelbuches vom 27. Mai 1998, Abschnitt I A1)
Einteilung der Gewürze
Gruppenname
1. Samen und Früchte
2.
Kräuter und Blätter
Beispiele
Pfeffer, Vanille, Paprika,
Muskatnuss, Senf
Petersilie, Basilikum,
Thymian, Majoran, Lorbeer
3. Wurzeln und
Wurzelstöcke
Ingwer, Kurkuma
4. Blüten und Blütenteile
5. Zwiebeln
6. Rinden
Gewürznelken, Safran
Knoblauch, Zwiebel
Zimt
Grundbegriffe der Sensorik
Flavour
(oraler Gesamteindruck)
Geschmack
Tastempfinden
(Geschmacksstoffe über
Geschmacksrezeptoren)
(physikalische Reize)
Aroma
(Gesamtgeruchseindruck
über Geruchsrezeptoren)
nasaler Geruch
retronasaler Geruch
(Aromastoffe direkt über
die Nase)
(Aromastoffe indirekt vom
Rachenraum)
Der Geschmackssinn
Inhaltsstoffe
• Primäre Inhaltsstoffe:
Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren, Stärke,
Cellulose, Lignin
• Sekundäre Inhaltstoffe:
ätherische Öle, Scharfstoffe, Bitterstoffe,
Farbstoffe, Gerbstoffe, Harze, Glycoside
Ätherische Öle
• Gemische lipophiler, flüssiger, flüchtiger
Verbindungen
• Für jede Pflanze charakteristischer Geruch und
Geschmack
• Zusammensetzung von vielen Faktoren
abhängig
• Bisher weit über 3000 chemische Verbindungen
isoliert
• Häufige Bestandteile: Monoterpene (C10) und
Sesquiterpene (C15)
Nelken
V1: Wasser(dampf)destillation
Apparatur zur Wasserdampfdestillation
Nelken
V1: Wasser(dampf)destillation
• Beruht auf der Flüchtigkeit
und der (mäßigen)
Wasserlöslichkeit der
ätherischen Öle
• Ätherisches Öl löst sich in
heißem Wasser und
destilliert mit Wasserdampf
über
• Nelken: 15-20% ätherisches
Öl
Nelken
Hauptkomponenten des ätherischen Öls:
OH
OCOCH3
OCH3
OCH3
Eugenol
Aceteugenol
β-Caryophyllen
Humulen
(70-90%)
(2-5%)
(5-12%)
(bis 2%)
Nelken
Weitere Komponenten:
CHO
O
O
CH3
O
Furfurol
OH
Myrcen
Limonen
Vanillin
OH
O
O
α-Pinen
β-Pinen
CH3
Salicylsäuremethylester
H
Nelken
V2: Dünnschichtchromatographie
• DC-Kieselgelkarten
• Aufgetragen 1. Eugenol, 2. Wasserdampfdestillat, 3. Chloroformauszug
• Fließmittel: Hexan/Essigsäureethylester 4:1
• Entwicklung mit Kaliumpermanganat-Reagenz
→ Im Nelkenöl ist Eugenol enthalten
Scharfstoffe
• Chemisch heterogene Gruppe von Verbindungen
• Erhöhen den Appetit, steigern Mundspeichel- und
Magensaftsekretion
• Stimulieren Nasenschleimhäute und Schweißdrüsen
• Empfindungen von Wärme bis Schmerz
• Biologische Bedeutung: Schutz vor Fraßfeinden
• Piperin in Pfeffer, Gingerol in Ingwer, Isothiocyanate in
Senf, Capsaicin in Paprika und Chilies
Paprika/Chilies
Demo 1: Capsaicin
CH3
O
HO
O
HN
CH3
H3C
Vanillylamid der 8-Methyl-trans-6nonensäure
• In reiner Form farblos,
stabil gegen Hitze und
Kälte, schlecht
wasserlöslich
• Enthalten in Paprika und
Chilies (Scheidewände)
• Schärfe noch in einer
Verdünnung von 1:106
wahrnehmbar
• Schärfe gemessen in
Scoville-Einheiten
Senf
V3: Glucosinolatspaltung
• Glucosinolate: Glucose β-pyranosidisch an zweiwertigen
Schwefel gebunden
R
OH
O
S
C
Weißer Senf: Sinalbin (bis zu 5%):
N
OSO3
p-Hydroxybenzyl-Glucosinolat
OH
R=
H2
C
HO
OH
OH
Schwarzer Senf: Sinigrin (bis zu 4,5%):
Allyl-Glucosinolat
R=
H2C
C
H
H2
C
Senf
• Das Enzym Myrosinase spaltet die β-ThioglucosidBindung der Glucosinolate
N
OSO3
N
pH 7
R
OSO3
R
S
+ Glucose
H2O
Glucose
S
(aq)
(aq)
Myrosinase
•
•
Abspaltung des Sulfats in einer Art Lossen-Umlagerung
Entstehung eines Isothiocyanats („Senföl“)
N
OSO3
pH 7
R
R
S
N
C
H2O
S
(aq)
(aq)
Isothiocyanat
+ SO42 (aq)
Senf
Isothiocyanate („Senföle“)
HO
Weißer Senf:
Schwarzer Senf:
p-Hydroxybenzylisothiocyanat
Allylisothiocyanat
H2
C
N
C
S
H2C
C
H
H2
C
N
C
S
• Die Isothiocyanate wirken auf Thermo- und Schmerzrezeptoren
• Reaktion bei Senfherstellung genutzt
• gleicher Vorgang beim Biss in eine Kaper, Radieschen oder einen Rettich
Ingwer
V4: Nachweis ungesättigter Verbindungen
• Ingwer enthält ungesättigte Verbindungen
Im ätherischen Öl (2-4%)
In ungesättigten Fettsäuren (bis 14%)
O
HO
Zingiberen (70%)
Linolsäure
Ingwer
Elektrophile Addition von Brom an Doppelbindungen
Reaktionsgleichung:
R
R
+ Br2 (aq)
H
Br
R
H
H
R
Br
H
Reaktionsmechanismus:
Br
R
H

Br 
Br
Br
R
R
H
H
Br
R
R
H
H
R
Br
H
Ingwer
V5: Nachweis von Aminosäuren mit
Ninhydrin
• Ingwer enthält Proteine, sowie freie Aminosäuren
Gesamtreaktion:
O
O
R
O
O
2
O + H3N
N
O
O
- H2O, -CO2,
- RCHO
O
O
Ruhemanns Purpur
Ingwer
Reaktionsmechanismus
(verkürzt)
O
O
OH
H2O
O
OH
O
Indan-1,2,3-trion
O
O
O
HO
OH
COOH

O + H2N

Halbaminol
R
N
H
H
O
O
R
H
O
O
HO
OH
H
R
R
- H2O
N
H
N
H
R
H
O
+ OH(aq)
O
N
O
O
O
OH
O
O
O
O
Ingwer
O
O
O
R
R
N
H
N
H
O
O
R
O
H
O
O
OH
OH
R
+ H2O
- OH(aq)
R
+ H2 O
- H(aq)
NH2 + O
...
N
H
H
H
O
O
O
OH
NH2 + O

O
+ C
N
H
H
O

N
- H2O
O
O
O
O
Ruhemanns Purpur
O
O
Muskatnuss
V6: Fettverseifung
• Muskatnuss enthält 40% fette Öle
(Muskatbutter)
• Hauptbestandteil: Triglycerid der Myristinsäure
• Basische Esterhydrolyse
Reaktionsgleichung:
H
O
O
H
H
C
O
C
O
C13H27
H
C
O
H
C13H27
C
O
O + K(aq)
H
C
O
C
O
C13H27 + K(aq) + OH(aq)
H
C
O
H + C13H27
C
O
O + K(aq)
H
C
O
C
C13H27
H
C
O
H
C13H27
C
O + K(aq)
H
H
Muskatnuss
Reaktionsmechanismus der basischen Esterhydrolyse
O
O
R
C13H27
+ OH (aq)
O
O
O
C13H27
R
+ OR (aq)
OH
C13H27
tetraedrische
Zwischenstufe
Ester
O
O
+ HOR
+ OR (aq)
C13H27
OH
Carbonsäure
R = Rest des Fettsäuretriglycerids
C13H27
O
Carboxylat
(aq)
Alkohol
OH
Pfeffer
V7: Stärkenachweis
•
•
•
•
Pfeffer enthält bis zu 50% Stärke
Nachweis mit Lugolscher Lösung
Iod-Stärke-Reaktion: Blau durch CT-Komplex
Einlagerung von Polyiodid-Ionen (I3-, I5-, I7-…) in die
Stärke-Amylose-Helix
Safran/Kurkuma
V8: Echter Safran?
• Gewürz und Lebensmittelfarbstoff in
einem
• Gewürz = Narben der Safranblüte
• 100.000 bis 250.000 Blüten für 1 kg
Safran
• Hoher Preis
• Verfälschungen: z.B. verschiedene
Pflanzenteile der Färberdistel,
Paprikapulver, Kurkumapulver
Safran/Kurkuma
Safran
• Enthält den wasserlöslichen Farbstoff Crocin
CH3
CH3
O
R
O
O
O
R
CH3
Digentiobioseester des α-Crocetins
OH
OH
R=
HO
HO
OH
OH
OH
O
O
O
CH3
Safran/Kurkuma
Kurkuma (Gelbwurz)
• Gemisch dreier Farbstoffe: Curcumin (60%),
Desmethoxycurcumin (25%), Bisdesmethoxycurcumin (15%)
O
O
Curcumin
HO
OH
OCH3
Keto-Form
OCH3
OH
O
Enol-Form
HO
OH
OCH3
OCH3
Safran/Kurkuma
OH
O
Curcumin
+ OH-(aq)
- H2O
HO
OCH3
OH
OCH3
OH
O
HO
O
OCH3
OCH3
OH
O
HO
O
OCH3
OCH3
Rote
Farbe
Safran/Kurkuma
Curcumin
• In Wasser gering, in Alkalien, Alkohol und Öl leicht löslich
• Natürlicher pH-Indikator (Umschlagbereich bei 7,5-8,5)
• Lebensmittelfarbstoff E100
• Färbt z.B. Currypulver, Speisesenf, Reisgerichte (Paella)
Wirkung von Gewürzen
• Volksglaube contra Wissenschaft?
• Große Rolle in der Heilkunde Indiens und Chinas
• Heilwirkungen: appetit- und verdauungsfördernd,
antibakteriell, fungizid, krebshemmend, blutdrucksenkend,
krampflösend
• Gewürze als funktionelle Lebensmittel
• Vorsicht bei Muskatnuss: halluzinogen
Cassia-Zimt: leber- schädigendes Cumarin
Zimt/Nelken
Demo 2: Fungizide Wirkung
• Nährboden: Agar mit Glucose (1%)
• Hemmung des Wachstums von Schimmelpilzen
bei Zusatz von Nelken oder Zimt (2%)
• Antimykotische Wirkstoffe
OH
OCH3
O
Eugenol
H
Zimtaldehyd
Schulrelevanz
• Projektarbeit (fächerübergreifend: Chemie, Biologie,
Geschichte, Geographie, Wirtschaft)
• GK/LK 11G:
- Alkansäuren und ihre Derivate (Esterverseifung)
- Alkene (elektrophile Addition)
- Naturstoffe: Fette, Kohlenhydrate, Aminosäuren,
Peptide
• GK/LK 12G.2:
Farbstoffe, Nahrungsmittel (Inhaltsstoffe,
Zusatzstoffe)
(Hessischer Lehrplan für das Fach Chemie an Gymnasien (G8))
„Unter allen Künsten der Menschheit
gibt es keine, die sich einer richtigeren
Beurteilung erfreut und deren
Produkte allgemeinere Anerkennung
genießen als die, welche sich mit der
Zubereitung der Speise beschäftigt.“
(Liebig, Chemische Briefe)
Na dann – Guten Appetit!
OH
O
OCH3
O
N
O
Piperin
O
OCH3
Gingerol
O
O
O
Myristicin
Cumarin
O