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Chemie am
Frühstückstisch
Experimentalvortrag OC
04.06.2009
Teresa Maria Albrecht
2
Gliederung
I
Einleitung
II
Das Frühstück
Rezept 1 - 2
Versuche 1 - 5
Demonstration 1 - 2
III
Literatur
3
I. Einleitung
www.landwirtschaft-mlr.baden-wuerttemberg.de
4
I. Einleitung
Fisch, Fleisch, Eier
Fette, Öle
Milch,
Milchprodukte
Obst
Getreide,
Getreideprodukte,
Kartoffeln
Gemüse
www.landwirtschaft-mlr.baden-wuerttemberg.de
5
I. Einleitung
30%
gesunde Ernährung
55%
15%
Kohlenhydrate
Eiweiß
Fett
Alkohol
9%
35%
Zivilisationskost
43%
13%
6
I. Einleitung
Leistungskurve
7
I. Einleitung
Alter in Jahren
15 bis 19
19 bis 25
25 bis 51
51 bis 65
über 65
Energiebedarf in kcal
Frauen
Männer
2400
2200
2000
1800
1700
3000
2600
2400
2200
1900
Richtwerte für den Energiebedarf pro Tag (DGE)
Energiebedarf bei leichter Arbeit (Lehrer, Taxi-Fahrer, Büro, Laborant)
– mittelschwere Arbeit:
– Schwerarbeit:
– Schwerstarbeit:
600 kcal Zuschlag
1200 kcal Zuschlag
1600 kcal Zuschlag
8
II. Das Frühstück
Anteil an Gesamtenergiemenge in %
Energiemenge in
kcal
1. Frühstück
20
400
2. Frühstück
10
200
Mittagessen
30
600
Vesper
10
200
Abendbrot
20
400
„Spätstück“
10
200
Summe
100
2000
9
II. Das Frühstück
Anteil an Gesamtenergiemenge in %
Energiemenge in
kcal
1. Frühstück
20
400
2. Frühstück
10
200
Mittagessen
30
600
Vesper
10
200
Abendbrot
20
400
„Spätstück“
10
200
Summe
100
2000
10
II. Das Frühstück
Lebensmittel
Mehrkornaufbackbrötchen
Toastbrot
Margarine
Apfelgelee
Quark mit frischen Kräutern
Joghurt (3,5 %) mit
Brombeeren
Weizenkleie
Apfelspalte
Ei
Gewicht
75 g
20 g
5g
10 g
20 g
50 g
25 g
3g
15 g
48 g
11
1. Rezept
Apfelgelee
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1. Rezept : Apfelgelee
• Rezept:
–
–
–
–
Äpfel schneiden, entkernen
30 min im Wasser kochen
abseihen
Saft 1 bis 2 Stunden weiterkochen, portionsweise Zucker
zusetzen (pro kg Saft 1 bis 1,5 kg Zucker)
– unreife Äpfel besonders geeignet, da Pektingehalt höher
– Gelierung wird durch Säuren beschleunigt (Zitrone)
– bei säurearmen Früchten Zusatz von „Opekta“
(3 bis 6 % Pektin)
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1. Versuch
Fructosenachweis im Apfel
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1. Versuch: Fructosenachweis im Apfel
• Auswertung:
– Glucose: 2035 mg pro 100 g frischer Apfel
– Fructose : 5738 mg pro 100 g frischer Apfel
OH
HO
OH
O
H HO
H
H
OH
+
H oder OH
H
-
HO
H
H
O
H
OH
OH
HO
+
H oder OH
-
H
O
H HO
H
OH
H
OH
OH
α-D-Fructofuranose
D-Fructose
β -D-Fructofuranose
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1. Versuch: Fructosenachweis im Apfel
• Auswertung:
HO
H
O
H HO
∆
+H
+
HO
O
O
H
OH
H
+
H
OH
3 H2O
5-Hydroxymethylfurfural (HMF)
OH
H
OH
H
O
+
HO
C
+H
O
Resorcin
+
O
-H
OH
OH
HO
OH
H
OH
+
O
OH
16
1. Versuch: Fructosenachweis im Apfel
• Auswertung:
HO
HO
HO
OH
H
OH
OH
+H
H
+
OH
+
C
- H2O
O
O
OH
OH
OH
HO
OH
HO
H
-H
HO
+
O
+
OH
O
O
OH
OH
Seliwanoff-Farbstoff
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1. Versuch: Fructosenachweis im Apfel
• Schulrelevanz:
– Naturstoffe – Vorkommen, Nachweisreaktionen
(LK/GK 11G.2)
– fächerübergreifend mit Biologie
– Schülerversuch
• Resorcin: Xn, N
• Salzsäure, c(HCl(aq)) = 2 mol/L: C
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2. Versuch
Klebstoff aus Magerquark
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2. Versuch: Klebstoff aus Magerquark
• Auswertung:
– Casein liegt in Form von Calciumcaseinat als
Makromolekül in der Milch vor
– bei RT quillt es nach Zugabe von Ca(OH)2 auf
– Wassereinlagerung = Weichmacher
– Klebkraft beruht auf Wasserstoffbrückenbindungen, DipolDipol-Wechselwirkungen und van-der-Waals-Kräfte
– beim „Abbinden“ Kohäsion und Adhäsion
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2. Versuch: Klebstoff aus Magerquark
• Auswertung:
Klebstoff
Caseinleim
Stärkekleister
Klebstoff aus
Polystyrol
Klebstoff aus
Polyvinylalkohol
Klebetest
Papier Holz Metall Kunststoff
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
-
-
Haltbarkeit
nicht haltbar
nicht haltbar
kann aufbewahrt werden
kann aufbewahrt werden
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2. Versuch: Klebstoff aus Magerquark
• Schulrelevanz:
– Naturstoffe – Aminosäuren, Peptide, Polypeptide
(LK/GK 11G.2)
– Nahrungsmittel – Milchverarbeitung (LK/GK 12G.2)
– fächerübergreifend mit Biologie
– Schülerversuch
• Calciumhydroxid (Ca(OH)2(s)): Xi
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2. Rezept
Naturjoghurt
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2. Rezept: Naturjoghurt
• Rezept:
– H-Milch
– 4 Esslöffel Joghurt als Startkultur
– Joghurtbereiter oder Backofen
– optimaler Temperaturbereich: 42 – 45 °C
– Laufzeit: 8 Sunden
– Streptococcus thermophilus ((S)-(+)-Milchsäure)
– Lactobacillus bulgaricus ((R)-(–)-Milchsäure)
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3. Versuch
Bestimmung des
Milchsäuregehalts im Joghurt
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3. Versuch: Bestimmung des Milchsäuregehalt im Joghurt
• Auswertung:
– Milchsäure stammt aus der Gärtätigkeit der
Milchsäurebakterien
– beide Enantiomere kommen im Joghurt vor
(R)-(-)-Milchsäure
kann leichter und schneller
abgebaut werden
(S)-(+)-Milchsäure
kann durch bestimmtes Enzym
in Leber und Nieren abgebaut
werden
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3. Versuch: Bestimmung des Milchsäuregehalt im Joghurt
• Auswertung:
O
O
H3C
OH
OH
+
NaOH
H3C
O
OH
-
+
+
H2O
Na
ˆ 9 mg
– 1 mL Natronlauge (c(NaOH) = 0,1 mol/L) =
Milchsäure
V ( NaOH ) ⋅ 0,009 g
⋅ 100 = w
1 mL ⋅ 20 g
– Milchsäuregehalt liegt zwischen w = 0,7 % und 1,3 %
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3. Versuch: Bestimmung des Milchsäuregehalt im Joghurt
• Schulrelevanz:
– Alkansäuren und Derivate im Alltag – Milchsäuregärung
(GK 11G.1) und Spiegelbildisomerie (LK 11G.1)
– Naturstoffe (LK/GK 11G.2)
– Quantitative Bestimmung von Säuren in Lebensmitteln
(fakultativ, LK/GK 12G.1)
– fächerübergreifend mit Biologie
– Schülerversuch
• Natronlauge, c(NaOH) ≈ 0,1 mol/L
• Phenolphthalein in Ethanol: F
• Salzsäure, c(HCl) = 0,1 mol/L
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4. Versuch
Brombeersaft – ein natürlicher
Indikator
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4. Versuch: Brombeersaft – ein natürlicher Indikator
• Auswertung:
R
1
R
R
A-
7
O
2
+
R
R
6
R
R
5
3
4
Grundstruktur der Anthocyane
HO
Cl
HO
OH
-
O
+
H
H
OH
Lebensmittel
Brombeeren
115
Himbeeren
10 - 60
schwarze
Johannesbeeren
Rubrobrassin
(Cyanidin)
130 - 400
Blutorangen
200
Rotkohl
25
Auberginen
750
Rotwein
HO
Anthocyangehalt
in mg / 100 g
Frischgewicht
24 - 35
30
4. Versuch: Brombeersaft – ein natürlicher Indikator
• Auswertung
HO
HO
OH
HO
O
+
O
+ OH - H2O
HO
+H
O
+
OH
OH
HO
HO
Farbe: rot
pH < 5,8 (sauer)
Flavylium-Kation
Farbe: violett
pH = 5,8 - 7,2 (neutral)
+H
+ OH
+
- H2O
HO
O
O
H
-
O
HO
-
O
+H
O
-
+
O
-
O
-
+ OH - H2O
OH
HO
Farbe: gelblich - farblos
pH > 10,8 (stark alkalisch)
Chalkon
OH
HO
Farbe: blaugrün
pH = 7,2 - 10,8 (schwach alkalisch)
Flavenolat-Anion
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4. Versuch: Brombeersaft – ein natürlicher Indikator
• Schulrelevanz:
– Prüfen von Stoffen mit natürlichen Indikatoren (fakultativ,
experimentelle Hausaufgaben, 7G.1)
– Farbstoffe – pH-Indikatoren (GK/LK 12G.2)
– Schülerversuch
• Natronlauge, c(NaOH) = 0,1 mol/L
• Salzsäure, c(HCl) = 0,1 mol/L
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5. Versuch
Proteinnachweis in Weizenkleie
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5. Versuch: Proteinnachweis in Weizenkleie
• Auswertung:
– 100 g Weizenkleie enthalten 16 g „Proteine/Eiweiße“
O
R
OH
2
OH
+
O
H2N
OH
O
Ninhydrin
- H2O
Aminosäure
O
O
-
O
+
N
+
R
O
CO 2
H
O
Ruhemann-Purpur
34
5. Versuch: Proteinnachweis in Weizenkleie
• Auswertung:
O
O
OH
O
OH
O
+
H2O
O
Trionform
O
O
R
+
O
HO
O
N
H2N
OH
O
O
O
+
H2O
R
Imin
O
O
H
N
H
R
OO
O
- CO 2
N
CHR
O
35
5. Versuch: Proteinnachweis in Weizenkleie
• Auswertung:
O
O
+ H2O
H
N
CHR
NH2
O
O
+
H
R
O
O
O
H
NH2
O
H
+ OH
+
-
O
O
-
O
N
- H2O
O
O
O
Ruhemann-Purpur
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5. Versuch: Proteinnachweis in Weizenkleie
• Schulrelevanz:
– Naturstoffe – Nachweisreaktionen für Aminosäuren und
Eiweiße (LK/GK 11G.2)
– fächerübergreifend mit Biologie
– Schülerversuch
• Ethanol:
F
• Ninhydrin: Xn
• 2-Propanol: F
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37
1. Demo
Ei chemisch geschält
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1. Demo: Ei chemisch geschält
• Auswertung:
Bestandteile der Schale:
- Calciumcarbonat
95 %
- Ca3(PO4)2
- Mg3(PO4)2
2%
- MgCO3
- organische Substanzen 3 %
www.huehner-info.de
CaCO3 (s) + 2 H3O+(aq)
Ca2+(aq) + CO2 (g) + 3 H2O
39
1. Demo: Ei chemisch geschält
• Schulrelevanz:
– Nahrungsmittel – Herstellung, Analyse, Struktur
(GK/LK 12G.2)
– Schülerversuch
• keine Laborchemikalien
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40
2. Demo
Sublimation von Coffein aus
schwarzem Tee
41
2. Demo: Sublimation von Coffein aus schwarzem Tee
• Auswertung:
O
H3C
N
N
O
– Coffein sublimiert ab 178 °C
– 1 bis 4,5 % im schwarzen Tee
(vgl. 0,7 bis 2,5 % im Kaffee)
CH3
N
N
H3C
Coffein
(1,3,7-Trimethylxanthin)
42
2. Demo: Sublimation von Coffein aus schwarzem Tee
• Auswertung:
– Coffein gehört zu den Xanthinen
O
H
N
O
N
CH3
O
N
H3C
N
O
H3C
Theobromin
(3,7-Dimethylxanthin)
H
N
N
N
N
H3C
Theophyllin
(1,3-Dimethylxanthin)
43
2. Demo: Sublimation von Coffein aus schwarzem Tee
• Schulrelevanz:
– Nahrungsmittel – Herstellung, Analyse, Struktur
(GK/LK 12G.2)
– Schülerversuch
• keine Laborchemikalien
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44
Vielen Dank
für ihre
Aufmerksamkeit !
45
III. Literatur
•
•
•
•
•
•
•
Cornelia A. Schlieper: Grundfragen der Ernährung, 12. überarbeitete
Auflage, Hamburg, Verlag Dr. Felix Büchner – Verlag Handwerk und
Technik, 1992
Gaby Hauber-Schwenk, Michael Schwenk: dtv-Atlas Ernährung, München,
Deutscher Taschenbuch Verlag, 2000
Prof. Dr. I. Elmadfa, Prof. Dr. E. Muskat: Die große GU Nährwert
Kalorien Tabelle, 2002/2003
K. Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, 4. Auflage,
Weinheim, WILEY-VCH, 2005
Römpp/Raaf: Chemie des Alltags, 24., neubearb. Aufl. d. von Hermann
Römpp begr. Werkes, Stuttgart, Franckh, Kosmos 1979
Georg Schwedt: Wenn das Gelbe vom Ei blau macht, Weinheim, WILEYVCH Verlag GmbH & Co, 2008
Hans-Dieter Belitz, Werner Grosch und Peter Schieberle: Lehrbuch der
Lebensmittelchemie, 6., vollständig überarbeitete Auflage, Berlin,
Springer, 2008
46
•
•
•
•
•
•
•
•
Schwedt, Georg: Experimente mit Supermarktprodukten. Eine chemische
Warenkunde, 2. korr. u. akt. Aufl.,Weinheim, Wiley-VCH, 2003
Praxis der Naturwissenschaften – Chemie in der Schule, Heft 7/44,
Halbergmoos, Aulis, Jahrgang 1995, S. 23
Praxis der Naturwissenschaften – Chemie in der Schule, Heft 8/47,
Halbergmoos, Aulis, Jahrgang 1998, S. 38 – 42
Praxis der Naturwissenschaften – Chemie in der Schule, Heft 7/48,
Halbergmoos, Aulis, Jahrgang 1999, S. 8
Raabits II/C (9 von 24)
Unterricht Chemie, 15, Nr. 80, Jahrgang 2004, S.15
Hessisches Gefahrstoff-Infomations-System-Schule (HessGISS)
Ministerium für Ernährung und ländlichen Raum Baden-Württemberg,
Ernährungskreis
www.landwirtschaft-mlr.baden-wuerttemberg.de
47
•
Bernhard Watzl, Karlis Briviba und Gerhard Rechkemmer: Anthocyane, in:
Ernährungs-Umschau 49 (2002) Heft 4
• http://www.mri.bund.de/nn_1187686/SharedDocs/Publikationen/ka__pflan
zenstoffe/Anthocyane,
templateId=raw,property=publicationFile.pdf/Anthocyane.pdf
• Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V.: 10 Regeln der DGE, 2009
www,dge.de/pdf/10-Regeln-der-DGE.pdf
• Dr. A. Geuther, H. Barth: Chemische Schulexperimente zu
makromolekularen Stoffen, Justus-Liebig-Universität Gießen; Didaktik der
Chemie, September 2006
www.uni-giessen.de/~ge1016/skripte/MakroSept06.pdf
• Lehrplan Gymnasium Chemie (G8)
www.kultusministerium.hessen.de (letzter Zugriff: 20.10.2009)
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