INHALTSVERZEICHNIS:
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Hinweis: Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule). Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht herunter geladen werden, unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende: http://online-media.uni-marburg.de/chemie/chids/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html INHALTSVERZEICHNIS: Seite: 1. ALLGEMEINE ASPEKTE UND GESCHICHTE DER LEBENSMITTELKONSERVIERUNG 2 1.1. Historische Konservierungsverfahren Demonstration 1: Trockenpilze bei den Yosemite-Indianern Demonstration 2: Konservierung von Champignons nach Runge 6 7 8 2. SCHWEFELN VON LEBENSMITTELN 10 2.1. Wirkung und Toxizität 10 2.2. Anwendungsgebiete Versuch 1: Schwefeln von Apfelringen Demonstration 3: Dörren von Apfelschnitzen Versuch 2a: Nachweis von SO2 mit Bleiacetat-Papier Versuch 2b: Nachweis von SO2 mit Kaliumiodat-Stärke-Papier 11 11 12 14 15 2.3. Schwefel in der Weinherstellung 17 Versuch 3: Quantitative Bestimmung des SO2-Gehaltes in Wein 18 EXKURS Demonstration 4: Einlegen von Eiern in Wasserglas 21 3. PÖKELN VON LEBENSMITTELN 22 3.1. Allgemeines 22 3.2. Wirkung und Toxizität Versuch 4: Kochsalz oder Pökelsalz? Versuch 5: „Umrötung“ von Hackfleisch Versuch 6: Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehaltes in Pökelsalz 23 24 26 4. LITERATURVERZEICHNIS - Konservierung von Lebensmitteln - 30 33 Seite 1 von 34 1. ALLGEMEINE ASPEKTE UND GESCHICHTE DER LEBENSMITTEL - KONSERVIERUNG Allgemeines Der Begriff Konservierung leitet sich vom lateinischen Verb conservare ab und bedeutet „erhalten, bewahren“. Unter Lebensmittelkonservierung im weiteren Sinne versteht man die Gesamtheit aller Maßnahmen gegen das Verderben von Lebensmitteln. Im engeren Sinne versteht man darunter Verfahren, die sich gegen den mikrobiellen Verderb richten. Schon von alters her bedient man sich hierzu zweier grundsätzlich voneinander verschiedenen chemischen. Hierbei ist es Methoden, nicht der physikalischen unbedingt notwendig, und der dass die vorhandenen Mikroorganismen abgetötet werden, sondern häufig genügt es, Bedingungen herbeizuführen, dass die vorhandenen Mikroorganismen keinen Verderb bewirken. 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 Solch eine mikrobiostatische Wirkung kann auf physikalische oder chemische Weise erreicht werden. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 2 von 34 Einteilung der Konservierungsverfahren Lebensmittelkonservierung chemisch physikalisch thermisch Schwefeln Zuckern (+Alkohol) Salzen Säuern Pökeln Räuchern Zusatz von: Konservierungsstoffen - Antioxidantien Bestrahlung WasserEntzug Trocknen Chemische Konservierung: Bei den chemischen Methoden geht es um den Zusatz von Stoffen, die antibakteriell wirksam und physiologisch unbedenklich sind. Im Idealfall wird die Entwicklung der Mikroorganismen nicht nur gehemmt, sondern sie werden abgetötet. Salzen, Einzuckern, Pökeln, Säuern [Essiggurken: Essig setzt pH-Wert ab] und Schwefeln sind die „klassischen“ Konservierungsverfahren, die seit langem bekannt sind und auch heute noch im Haushalt praktiziert werden. Physikalische Konservierungsverfahren: Diese zeichnen sich dadurch aus, dass man das Lebensmittel einer physikalischen Maßnahme unterwirft, die dem Mikrobenwachstum entgegenwirkt. Häufig werden physikalische und chemische Verfahren miteinander kombiniert. Dadurch setzt man den Verderbniserregern gewissermaßen - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 3 von 34 mehrere Hemmfaktoren entgegen. Außerdem benötigt man dadurch meist geringere Mengen an Konservierungsstoffen. Warum müssen Lebensmittel überhaupt konserviert werden? Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung Lebensmittel müssen schon immer konserviert werden, weil sie nur eine beschränkte Haltbarkeit haben, weil viele Rohstoffe nur während kurzer Ernteperioden zur Verfügung stehen, weil der Weg eines Lebensmittels oder Rohstoffes von der Erzeugung bis zum Verbraucher immer länger wird und weil der heutige Konsument aufgrund seiner Einkaufsgewohnheiten vermehrt haltbare Produkte wünscht (man geht seltener einkaufen). In neuerer Zeit wird ein medizinisch-toxikologischer Aspekt immer wichtiger: Konservierungsstoffe schützen nämlich auch vor Toxinen (u.U. stark cancerogen), Gifte die durch Mikroorganismen gebildet werden. (Schutz vor Schimmelbildung) Kontrolle der Lebensmittelzusatzstoffe Lebensmittelzusatzstoffe wurden unter Gesundheitsaspekten schon immer ambivalent beurteilt. Dem offensichtlichen Nutzen wurden zu allen Zeiten mögliche Risiken gegenübergestellt. Die derzeit zugelassenen Zusatzstoffe darf man nach dem heutigen Stand der Erkenntnis als unschädlich für die menschliche Gesundheit ansehen. Je neuer ein Stoff ist, umso besser untersucht ist er; die toxikologische Prüfung (Tierversuche) eines neuen Lebensmittelzusatzstoffes ist umfassender, als die eines neuen Arzneimittels. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat für viele Lebensmittelzusatzstoffe, so auch für die Konservierungsstoffe, sog. ADIWerte festgelegt (acceptable daily intake). 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. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 4 von 34 Zusatzstoffe sind kennzeichnungspflichtig. Sie werden durch die von der EU bestimmten E-Nummern klassifiziert. Zulassung von KM erfolgt nur, wenn technische Notwendigkeit, aber gleichzeitig gesundheitliche Unbedenklichkeit besteht. Geschichte „Konservierung an sich ist so alt wie die Menschheit.“ Schon in der Urzeit begannen Jäger und Sammler Teile ihrer Beute bzw. ihrer Ernte gezielt haltbar zu machen, um Nahrungsreserven für den Winter, für ihre ausgedehnten Wanderungen, aber auch für Krisenzeiten zur Verfügung zu haben. So entstanden die ersten Konservierungsverfahren. (Trocknen, Räuchern). Bereits vor einigen tausend Jahren gab man Speisen durch Salz den rechten Geschmack. Später wurde entdeckt, dass Salz auch als Mittel zur Konservierung, vor allem von Fleisch und Fisch, eingesetzt werden kann. Schon die Sumerer und Babylonier handelten im Altertum mit Salzfleisch. Das Einlegen in Essig geht vermutlich auf die alten Ägypter zurück, während andere Konservierungsmethoden wie Einlegen in Honig oder Milch, Versiegeln der Gefäße, Schwefeln von Gefäßen bzw. Fässern vor allem im Römischen Reich zur Anwendung kamen. Um ca. 1000 n. Chr. kam die Konservierung von Früchten mit Alkohol durch die Araber über Spanien nach Europa. Häufig kombinierte man diese Methode mit Zuckerzusatz. (Bspw.: Rumtopf) Pökeln ist ein erweitertes Verfahren des Einsalzens von Fleisch. Salpeter (Kaliumnitrat) war eine häufige Verunreinigung des Kochsalzes, so dass das Verfahren an sich evtl. schon viel älter ist, als man vermutet. Der Begriff „Pökeln“ an sich geht wohl auf den Holländer Gillis Beukel zurück. Er soll um 1397 als erster Nitrat zur Konservierung genutzt haben. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 5 von 34 Als Begründer der Konservendosentechnik galt Napoleons Leibkoch, der französische Koch Appert, der bereits um 1809 Fleisch und Gemüse in verschlossenen Gläsern haltbar machte. In der zweiten Hälfte des 19. Jhd. entdeckte man die konservierende Wirkung verschiedener Carbonsäuren. Die antiseptische („fäulniswidrige“) Wirksamkeit von Salicylsäure (Benzoesäure) wurde 1865 von Kolbe beschrieben. Aufgrund der Erkenntnis, dass Nitrat erst in der reduzierten Form (Nitrit) konservierend wirkt, wurden die Einsatzmöglichkeiten und –formen des Nitrits eingehend untersucht. Die erste Genehmigung zur direkten Verwendung von Nitrit in Fleischprodukten wurde 1923 in den USA erteilt. In den 50er Jahren entstand die Lebensmittelkonservierung durch Bestrahlung. In den westlichen Industrieländern, der ehemaligen UDSSR und in Japan wurden Unteersuchungen zu Bestrahlungen von Lebensmitteln mit Cobalt- und Caesium-Isotopen durchgeführt. 1.1. Historische Konservierungsverfahren a) Trocknen von Lebensmitteln Das wohl älteste Konservierungsverfahren ist das Trocknen. Hierbei wird den für den Lebensmittelverderb verantwortlichen Mikroorganismen die wichtige Lebensgrundlage Wasser entzogen. So ist ein Lebensmittel fast unbegrenzt haltbar, wenn dessen Wassergehalt beim Trocknen unter 4% gesenkt und es anschließend vor Feuchtigkeit geschützt aufbewahrt wird. Zum Trocknen benötigte man warme, trockene Gegenden wie z.B. Nordamerika. Heute verwendet man dazu hauptsächlich Öfen. Zur Konservierung ist also nicht immer ein chemisches Verfahren notwendig. „Nudeln“ beispielsweise werden durch einfaches Trocknen haltbar und marktfähig gemacht. Ebenso wurden früher wie auch heute noch Pilze getrocknet. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 6 von 34 So wurde überliefert, dass auch die Yosemite-Indianer dieses Verfahren zum Trocknen von Pilzen anwandten. Demonstration 1: Trockenpilze bei den Yosemite-Indianern Aus verschiedenen Quellen geht hervor, dass die Yosemite-Indianer Pilze blättrig schnitten und trockneten. Zum Essen wurden diese gekocht und mit Salz gegessen oder als Pilzsuppe zubereitet. Materialien: Messer Trockenschrank Alufolie Papierhaushaltstücher Frische Champignons Durchführung: Die Champignons werden sorgfältig gesäubert und in Scheiben geschnitten. Die Pilzscheiben werden dann auf einer Alufolie locker ausgelegt und mitsamt der Folie in einen Trockenschrank gelegt. Zunächst wird bei 40°C getrocknet; nach 30 Minuten wird die Temperatur auf 70°C erhöht und weitere zwei Stunden getrocknet. [Zeit: 3 Stunden (inkl. Trockenzeit)] Kommentar: Das Dörren von frischen Champignons ist recht einfach und lässt auch ungeübte Schülergruppen schnell zu einem Ergebnis kommen. 300g frische Pilze ergeben etwa 8g Trockenpilze. Lohnend ist es auch, aus den selbst hergestellten Dörrpilzen eine Pilzsuppe zuzubereiten. Anstelle des Trocknens kann man den Lebensmitteln Substanzen zugeben, die das Wasser binden. Es ist dann im Lebensmitteln zwar noch vorhanden, für die Mikroorganismen aber nicht mehr verfügbar. Bspw. Zusatz von NaCl. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 7 von 34 b) Salzen von Lebensmitteln Wie man heute weiß, hatte das Salz die Aufgabe, dem zu konservierenden Lebensmittel Wasser und damit die Lebensgrundlage für Mikroorganismen zu entziehen. Allerdings benötigt man dazu erhebliche Mengen an Salz, die nicht gerade gesund sind. Erst eine etwa 8-24%ige Kochsalzlösung wirkt antibakteriell. So kann das als harmlos bzw. lebensnotwendig geltende Kochsalz auch beim Erwachsenen gesundheitliche Probleme (Bluthochdruck) bewirken. Kochsalz wird heute nur noch selten als alleiniges Konservierungsmittel verwendet, jedoch häufig Konservierungsstoffen (z.B. in Essig) Kombination und mit anderen Konservierungsverfahren (z.B. Trocknen). Diese Vorgehensweise hat zur Folge, dass der Kochsalzzusatz verringert und das Wirkungsspektrum gegen Mikroorganismen erweitert werden kann. [Ansäuern erschwert das Wachstum der meisten schädlichen Mikroorganismen.] Der Grund lag auch darin, dass in einem kühlen und feuchten Gebiet (Mitteleuropa) Lebensmittel nicht einfach getrocknet werden konnten. Demonstration 2: Konservierung von Champignons nach Runge In Runges ‚Hauswirthschaftlichen Briefen’ von 1866 findet sich folgende Anleitung zur Konservierung von Champignons: „Man nimmt auf: 50 Loth* frische Champignons 2 Loth Salz und 4 Loth Essigsäure, die man nachdem sie wohl gereinigt und zerschnitten, in einem flachen Gefäß mittels eines Porzellanlöffels behutsam vermengt und damit öfters fortfährt. Bald tritt der Saft aus und ist dessen nach 24 Stunden soviel, dass die Champignons völlig davon bedeckt sind. Man füllt sie nun in Gläser und bewahrt sie wohlverschlossen auf.“ * [1 Loth entspricht 16,6 g] - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 8 von 34 Dieses Rezept vereint die unterschiedlichen Konservierungsmethoden Salzen und Einlegen in Essig. Materialien: Große Porzellanschale Holzlöffel Mehrere kleine Schraubdeckelgläser (ca. 300ml) Messer Waage Papierhaushaltstücher Haushaltsfolie Chemikalien: Essigessenz Kochsalz Frische Champignons Durchführung: 200 g frische Champignons werden gewaschen und sorgfältig getrocknet. Anschließend werden sie in Scheiben geschnitten und in eine Porzellanschale gegeben. Nun werden 8g Kochsalz darüber gestreut, 16g Essigessenz zugegeben und umgerührt. Die Schale wird abgedeckt an einen kühlen Ort gestellt. (Kühlschrank) [Zeit: 1 Stunde (+ 2 Tage Wartezeit)] Am nächsten Tag wird vorsichtig umgerührt und nochmals 30 min gewartet. Dann werden die Champignons gemeinsam mit der entstandenen Flüssigkeit in die Schraubdeckelgläser gefüllt und an einem kühlen Ort aufbewahrt. Anmerkung: Reicht die entstandene Flüssigkeit nicht zum vollständigen Bedecken der Champignons aus, so kann mit verdünnter Essigessenz (1:3) aufgefüllt werden. Die mit Salz und Essig konservierten Pilze können bei Temperaturen um 8°C mindestens 12 Monate aufbewahrt werden. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 9 von 34 2. SCHWEFELN VON LEBENSMITTELN Schwefeln heißt nicht etwa, dass man Lebensmittel mit Schwefel-Pulver bestreut, sondern auf diese z.B. dessen Verbrennungsprodukt(e) einwirken lässt, bzw. sie in Schweflige Säure taucht. Das Schwefeln von Lebensmitteln bezeichnet also die Behandlung der Lebensmittel mit Schwefeldioxid bzw. den Salzen der schwefligen Säure, den Sulfiten. Diese sind durch die E-Nummern E220-227 gekennzeichnet. Das Verfahren an sich ist seit etwa 50 n.Chr. bekannt. Zunächst wurden überwiegend die Weinfässer durch Verbrennen von Schwefelfäden oder schnitten „desinfiziert“, später auch die Gläser, in denen man Obstkompott einmachte. Man muss bei der Bestimmung des Gehaltes an Schwefeldioxid bzw. Schwefliger Säure immer unterscheiden zwischen freier, gebundener und gesamter Schwefliger Säure. 2.1. Wirkung und Toxizität Lebensmitteltechnologisch bieten Schwefeldioxid und die Salze der schwefligen Säure (Sulfite) anderen Konservierungsmitteln (PHB-Ester, Ameisensäure, Propionsäure…) gegenüber erhebliche Vorteile, da sie nicht nur antimikrobiell, sondern auch antioxidativ und enzymhemmend wirken. Zudem sorgen sie dafür, dass die Lebensmittel ihre ursprüngliche Farbe beibehalten. Der ADI-Wert für SO2 bzw. Salze der schwefligen Säure liegt bei 0,7 mg/kg Körpergewicht, d.h. ein Erwachsener (KG = 70kg) kann ohne Gefahr täglich 49 mg SO2 zu sich nehmen. Aus toxikologischer Sicht sind SO2 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. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 10 von 34 2.2. Anwendungsgebiete: Schwefeln ist zugelassen für Trockenfrüchte oder –gemüse; für kandierte Früchte. Weiterhin ist Schwefeln zugelassen für getrocknete Kartoffelerzeugnisse und in der Weinherstellung. Für verschiedene Produkte gelten unterschiedliche, individuelle Höchstmengen. Ab einem Restgehalt von mehr als 50mg Schwefeldioxid pro kg Produkt, muss dieses als „geschwefelt“, bei mehr als 500mg als „stark geschwefelt“ deklariert sein. Versuch 1: Schwefeln von Apfelringen Versuchsbeschreibung: Materialien: Messer Verbrennungslöffel 2 Standzylinder mit Abdeckung Zwirn Tesa Bunsenbrenner Alufolie Chemikalien: Schwefelpulver Kleiner Apfel Durchführung: Den Apfel schälen und in dünne Scheiben schneiden. Die Apfelringe in die Standzylinder hängen und mit dem Zwirn an der Abdeckung befestigen. Durch Verbrennung des Schwefelpulvers entsteht eine Schwefeldioxid-Atmosphäre. Anschließend lässt man die geschwefelten - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 11 von 34 Apfelringe im Trockenschrank trocknen (bei ca. 40°C, erhöhen auf 6070°C). Zum Vergleich einige ungeschwefelte Apfelringe trocknen lassen. Reaktion: Der Schwefel wird durch den Sauerstoff der Luft zu Schwefeldioxid oxidiert. 0 0 +4 -2 S8(s) + 8 O2(g) 8 SO2(g) Wozu wendet man dieses Verfahren an? SO2 wird häufig bei Obstprodukten als temporäres Konservierungsmittel verwendet. Es wird den Roh- und Halbfabrikaten zur Verhinderung von unerwünschten Farbveränderungen zugesetzt und im weiteren Verarbeitungsprozess durch Hitze oder Vakuum wieder weitgehend entfernt. Enzymatische Bräunungsreaktionen, die durch den Luftsauerstoff ausgelöst werden, werden so durch die enzymhemmende und antioxidative Wirkung von SO2 verhindert. [Die enzymatische Bräunung resultiert aus einer durch Phenoloxidasen katalysierten, enzymatischen Oxidation.] Die Deklaration der verbleibenden Restmenge entfällt, wenn sie nicht mehr als 10mg/kg beträgt. (Höchstmenge: 100mg/kg Frucht) Demonstration 3: Dörren von Apfelschnitzen Da die Apfelringe noch nicht getrocknet sind, kann man zur Demonstration zu Hause schon einige Apfelschnitze im Ofen dörren. Zum Vergleich einige handelsübliche gekaufte Apfelschnitze mit herumreichen. Wie man deutlich sehen kann, zeigen die ungeschwefelten Apfelringe/stücke eine deutliche Oxidationsvorgänge, Braunfärbung, während die als Folge geschwefelten enzymatischer Apfelringe - Konservierung von Lebensmitteln - keine Seite 12 von 34 Verfärbung zeigen. Das Braunwerden von Obst und Gemüsearten, z.B. Äpfeln, ist eine täglich beobachtbare Reaktion bei der Verarbeitung von Lebensmitteln. Die Techniken bei der Verarbeitung von Lebensmitteln (Schälen, Schneiden) stellen Eingriffe in ein intaktes Gefüge des Gewebes dar. Dabei werden Enzyme und andere Inhaltsstoffe freigesetzt. Das Dörren von Obst ist nichts anderes als das Trocknen von Pilzen, da den Früchten wieder das für Mikroorganismen lebensnotwendige Wasser entzogen wird. Der Wassergehalt der Äpfel wird von ursprünglich 80-90% auf einen relativ hohen Restfeuchtegehalt von ca. 25% reduziert. Dadurch haben die gedörrten Apfelscheiben, die man im Supermarkt erwerben kann, eine weiche, etwas zähe, Konsistenz. Die lange Haltbarkeit trotz der hohen Restfeuchte erhalten sie durch das eben beschriebene Behandeln mit Schwefeldioxid als Antioxidationsmittel und werden dann unter Schutzatmosphäre abgepackt. (wie in Versuch 1 durchgeführt) Erhitzt man die gedörrten Äpfel weiter, reduziert sich der Restfeuchtegehalt auf 5-7%, so dass sie eine krosse, knusprige Konsistenz erhalten. Die so genannten „Apfelchips“ (ungeschwefelt!) kann man häufig in „Bioläden“ erwerben. Der große Vorteil von Dörrobst, ist dessen ernährungsphysiologischer Wert. Die Mineralstoffe werden durch das Dörren kaum beeinträchtigt, im Gegenteil. Durch den Wasserentzug liegen sie in hochkonzentrierter Form vor, wie z. B. Eisen, Kalium und die verdauungsfördernden Ballaststoffe. Nur das hitze- und lichtempfindliche Vitamin C wird teilweise abgebaut, ebenso B1 (Thiamin), welches auch bei einer Schwefelung zersetzt wird. Um nun der Frage nachzugehen, ob und wie sehr ein Produkt überhaupt geschwefelt ist, kann man sich zweier prinzipiell verschiedener einfacher Nachweismethoden bedienen. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 13 von 34 Man muss dabei wieder unterscheiden zwischen freier, gebundener und gesamter Schwefliger entionisiertem Wasser Säure. Freie abwaschen, „H2SO3“ chemisch lässt sich gebundene direkt muss mit durch Einwirkung starker Mineralsäuren freigesetzt werden. Man kann das freigesetzte SO2 auf zwei unterschiedliche Arten nachweisen: entweder durch Reduktion zu Schwefelwasserstoff (V2a) oder durch Oxidation zu Sulfat (V2b). Versuch 2a: Nachweis von SO2 mit Pb(OAc)2-Papier Versuchsbeschreibung: Materialien: 200ml- Enghals-Erlenmeyerkolben (EEK) Korkstopfen mit Einschnitt Messer Spatel Messpipette (20ml) bzw. in kleiner Schliffflasche abgefüllt Magnetrührer, Rührfisch Filterpapier Messzylinder (50ml) Chemikalien: Zink-Pulver Salzsäure (c = 2,0 mol/l) Bleiacetet-Papier (1cm breite Filterpapierstreifen, an der Luft getrocknet) Geschwefeltes Trockenobst (TO): Aprikosen (sehr schnell) / Apfelschnitze (geht auch gut) Durchführung: Ca. 20g fein zerkleinertes TO und 50ml entionisiertem Wasser in EEK geben. Streifen Pb(OAc)2-Papier (angefeuchtet) in Unterseite des Korkstopfens so befestigen, dass ca. 1cm über Kolbeninhalt. Zusatz von Spatelspitze Zn-Pulver und 20ml HCl, EEK verschließen und auf Heizplatte leicht erwärmen. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 14 von 34 Beobachtung: Nach ca. 5min Braun- bzw. Schwarzfärbung (PbS) Reaktion: 0 +1 0 +4 3 Zn(s) + 6 HCl(aq) 6 H(nasc) + SO2(g) +2 0 3 ZnCl2(aq) + 6 H(nasc) +1 -2 +1 H2S(g) + 2 H2O H2S(g) + Pb(CH3COO)2(aq) PbS(s) + 2 CH3COOH(aq) In Gegenwart von Salzsäure wird das Zink-Pulver oxidiert, dabei bildet sich nascierender Wasserstoff. Dieser (starkes Red.-Mittel!) reduziert das Schwefeldioxid zu Schwefelwasserstoff. Das Bleiacetat-Papier färbt sich durch den Schwefelwasserstoff nach kurzer Zeit braun, später schwarz, durch das entstehende Bleisulfid (+ Essigsäure). Versuch 2b: Nachweis von SO2 mit KIO3-Stärke-Papier Versuchsbeschreibung: Materialien: 200ml- Enghals-Erlenmeyerkolben (EEK) Korkstopfen mit Einschnitt Messer Spatel Vollpipette (5ml) Magnetrührer, Rührfisch Filterpapier Messzylinder (50ml) - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 15 von 34 Chemikalien: Phosphorsäure (w = 25%) Kaliumiodat-Stärke-Papier (0,1g KIO3 und 1g Stärke in 100ml H2O, 1cm breite Filterpapierstreifen, an der Luft getrocknet) Geschwefeltes Trockenobst (TO): Aprikosen (schnell) / Apfelschnitze (nicht) Durchführung: Ca. 20g fein zerkleinertes TO und 50ml entionisiertem Wasser in EEK geben. Streifen Kaliumiodat-Stärke-Papier in Unterseite des Korkstopfens so befestigen, dass ca. 1cm über Kolbeninhalt. Zusatz von 5ml H3PO4, EEK verschließen und auf Heizplatte leicht erwärmen. Beobachtung: Nach ca. 5-10 min Blaufärbung. Reaktion (vgl. Landold-Zeitversuch): +4 +5 3 SO2(g) + IO3-(aq) + 9 H2O +6 langsam -1 3 SO42-(aq) + I-(aq) + 6 H3O+(aq) 5 -1 I-(aq) +5 + +4 IO3-(aq) +6 schnell H3O+(aq) 0 3 H2O + 3 I2(aq) 0 SO2(g) + I2(aq) + 6 H2O +6 -1 SO42-(aq) + 2 I-(aq) + 4 H3O+(aq) Das Iodat wird durch „schweflige Säure“ bzw. Schwefeldioxid zunächst zu Iodid reduziert. Iodid und Iodat reagieren in saurer Lösung durch Komproportionierung zu elementarem Iod, wobei das Iodat-Ion reduziert und das Iodid-Ion oxidiert wird. Das entstandene Iod wird aber auch von schwefliger Säure bzw. Schwefeldioxid schnell zu Iodid weiter reduziert, so dass nun erst die blaue Färbung sichtbar wird, denn die blaue Farbe wird durch die Reaktion von Iod mit Iodid-Ionen hervorgerufen, da diese zu Polyiodidionen (z.B. Pentaiodide I5-) reagieren, die mit Stärke eine blaue Amylose-Einschlussverbindung (Iod-Stärke-Komplex) bilden. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 16 von 34 (Nach wissenschaftlichen Untersuchungen besteht die blaue Einlagerungsverbindung aus dem Komplex der Amylosekomponente der Stärke mit dem Polyhalogenidanion I5-.) [I5-: gewinkelt, 94°, loser Zusammenschluss von I2-Einheiten mit Iodid] 2.3. Schwefel in der Weinherstellung Das Schwefeln des Weins ist seit alters her eine bewährte (und wohl immer noch nötige) Methode, um Wein längere Zeit lagern zu können. Das Schwefeln der Fässer erfolgte durch Verbrennen von elementarem Schwefel in Form von Schwefelfäden, die man früher in jedem Kramladen erwerben konnte. Dadurch wurden Pilz und Schimmel bildende Keime gänzlich zerstört. Auch ein Braunwerden des Weines konnte so verhindert werden. Ende des 15. Jhd. wurde das Schwefeln von Wein durch ein Erlass stark eingeschränkt, aufgrund der „Gesundheitsgefährdung des Trinkers“ durch die großen Mengen, die damals verwendet wurden. Laut Weingesetz gelten daher folgende Höchstwerte für den Gesamtgehalt an Schwefeldioxid bzw. Schweflige Säure: in Rotwein 175mg/l, in Weiß- und Roséweinen 225 mg/l. In geringen Mengen ist schweflige Säure wohl unbedenklich, wobei aber der einzelne Organismus auf die gleiche Dosis unterschiedlich reagiert. Das „Schädelbrummen“ nach manchem Weingenuss ist u.a. auf das zugesetzte Schwefeldioxid zurückzuführen. Wie viel an Sulfiten nun wirklich in einem BILLIGEN Weißwein erhalten ist, kann man quantitativ bestimmen. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 17 von 34 Versuch 3: Quantitative Bestimmung des SO2-Gehalts in Wein Versuchsbeschreibung: Materialien: Bürette (25ml) Magnetrührer mit Rührfisch 2 Erlenmeyerkolben (300ml) Vollpipette (50ml) Vollpipette (25ml) Messkolben (500ml) Tropfpipette Filterpapier Bunsenbrenner Dreifuß mit Drahtnetz Chemikalien: Natronlauge (c = 2 mol/l) Schwefelsäure (c = 2,5 mol/l) Stärkelösung (w = 1%) Iod-Kaliumiodid-Lösung (c(½ I2)= 0,1 mol/l) KI p.a., I2 Weißwein (Edeka: Mosel-Saar-Ruwer, Qualitätswein 2004) Herstellen der Stärkelösung: Etwa 1,5g lösliche Stärke werden mit wenig kaltem Wasser in einem BG aufgeschlemmt und anschließend in 100ml siedendes Wasser eingerührt und einige Minuten lang gekocht. Anschließend abkühlen lassen (im Kühlschrank ein paar Tage haltbar). Herstellen der Iod-Kaliumiodid-Lösung: 12g reines KI p.a. in einem 500ml-Messkolben in ca. 20ml H2O lösen und 6,35g I2 zugeben. Den Kolben verschließen und so lange schütteln, bis alles Iod in Lösung gegangen ist. Dann erst mit Wasser bis zur Marke auffüllen. Nicht zu früh mit Wasser verdünnen, da sonst der noch - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 18 von 34 ungelöste Iodrest außerordentlich langsam in Lösung geht. Die so hergestellte Lösung hat eine Konzentration von ungefähr c(½ I2)= 0,1 mol/l. Durchführung: Bestimmung des SO2-Gehalts von Wein Zwei Weinproben von je 100ml Weißwein mit je 25ml NaOH (c = 2 mol/l) versetzen und 15 Minuten stehen lassen. Um den Gesamtgehalt des SO2 im Wein zu bestimmen, muss auch (an Aldehyd- und Ketogruppen) gebundenes SO2 erfasst werden. Der Zusatz der NaOH dient der Hydrolyse der Bisulfitadditionsverbindungen. Anschließend werden die Proben mit je 20ml Schwefelsäure (c = 2,5 mol/l) (plus 1ml H2SO4 konz.!!!) angesäuert, mit etwas Stärkelösung versetzt und gegen die Iod-Kaliumiodid-Lösung titriert. pH 3-4 Der Endpunkt der Bestimmung wird durch Entstehen des blauen IodStärke-Komplexes angezeigt (ca. 30 sec stabil). Reaktion: 0 +4 I2(aq) + "H2SO3(aq)" + 3 H2O 2 -1 I-(aq) +6 + H2SO4(aq) + 2 H3O+(aq) „H2SO3“ (Schweflige Säure) existiert eigentlich nicht, da es sich hierbei um aquatisiertes Schwefeldioxid handelt! Auswertung: Der Endpunkt der iodometrischen Titration ist durch das Auftreten des blauen Iod-Stärke-Komplexes gekennzeichnet. Zunächst wird das elementare Iod durch die freie schweflige Säure zu Iodid-Ionen reduziert. Erst nach dem vollständigen Verbrauch der schwefligen Säure, kann sich der blaue Komplex bilden, da überschüssiges Iod mit den Iodid-Ionen zu Polyiodid-Ionen reagiert. (siehe oben) - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 19 von 34 Ergänzung: Der lösliche Bestandteil der Stärke besteht aus Amylose, unverzweigten Ketten aus Glucosemolekülen in α(1,4)-glycosidischer Bindung. Mit ihr bildet Iod eine blaue Einschlussverbindung. Darunter versteht man Verbindungen, deren Aufbau und Zusammensetzung weitgehend durch räumliche Verhältnisse und nicht durch Bindungsverhältnisse bestimmt werden. Die Glucoseketten der Amylose sind helixartig aufgewickelt, wodurch im Inneren kanalartige Hohlräume entstehen. In diese lagert sich das Iod in Form linearer Polyiodidketten (z.B. I5- -Einheiten) ein. Die Einheiten sind durch Bindungen miteinander verknüpft, wodurch eine Elektronendelokalisierung entlang der Kette erleichtert wird und sich das Auftreten der blauen Farbe erklären lässt. Berechnung: 1ml Iodlösung, c(½ I2)= 0,1 mol/l, entspricht 3,203mg SO2. Verbrauch an Iodlösung: V1= 4,8ml (13.Mai) V2= 4,7ml (13.Mai) Mittelwert: V = 4,75ml (13.Mai) Gehalt: m(SO2 in 100ml Weinprobe) = 15,21 mg m(SO2 in 1000ml Wein) = 152,10 mg c m m ; M(SO2)= 64,06 g/mol M V 64,06 100 Folglich waren in 100ml der Weinprobe 15,21 mg SO2, das entspricht einer Konzentration von 2,345∙10-3 mol/l. Dies entspricht 152,1 mg/l (13.Mai). Für Weißweine sind nach EG-Richtlinien 225 mg/l Schwefeldioxid erlaubt, bei Rotwein 175 mg/l. Das Ergebnis liegt folglich gut im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 20 von 34 EXKURS Ein völlig anderes Konservierungsverfahren, das vermutlich „erst“ knapp hundert Jahre alt ist, ist das Konservieren von Eiern mittels WasserglasLösung. Demonstration 4: Einlegen von Eiern in Wasserglas Früher wurden rohe Eier zunächst in Kalk eingelegt, um sie länger haltbar zu machen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde der Kalk dann durch Wasserglas abgelöst. In einem alten Kochbuch von 1925 lässt sich folgende Beschreibung des Verfahrens finden. Aus Paula Horn: Kochbuch – […] für den hauswirtschaftlichen Unterricht in der Fortbildungsschule, 1. Auflage (1925). Man legt die rohen Eier kopfüber in ein gut verschließbares Gefäß und übergießt sie mit einer abgekühlten Lösung von Natron-Wasserglas, das man zuvor in heißem Wasser gelöst hatte. Natron-Wasserglas ist (vereinfacht gesagt) eine viskose wässrige Lösung von Natriumsilicat (Salz der Kieselsäure). - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 21 von 34 Das Einlegen der Eier in Wasserglas bewirkte, dass durch das dünnflüssige Kieselgel sich die Poren der Schalen zusetzten und einen Sauerstoffzutritt verhinderten. Alternativ wurde auch Kalkwasser, eine stark verdünnte Lösung von Ca(OH)2, bzw. das handelsübliche GARANTOL® verwendet. Der Grund für das Konservieren von Eiern bestand darin, dass die frei laufenden Hühner Erntedankfeier, im Winterhalbjahr Winzerfeste, kaum Hochzeiten, Eier legten, und Weihnachtsbäckereien für und sonstige familiäre Feiern vorgesorgt werden musste. Ab August wurden daher Eier in ein Gefäß mit „Wasserglas“ gelegt. Sie hielten sich dann bis Weihnachten- und noch viel länger. Nachteilige Wirkungen waren allerdings eine brüchige Schale und ein laugiger Geschmack. Entnommene Eier kann man auch nicht mehr als Frühstücksei, Spiegelei verwenden, da es zerfließt. Ansonsten kann man aber die Eier ganz normal zum Kochen und Backen verwenden. 3. PÖKELN VON LEBENSMITTELN 3.1. Allgemeines Pökeln ist ein altbewährtes Verfahren zur Konservierung von Fleisch durch Einsalzen, und zwar durch Zusatz von Kochsalz (NaCl), Salpeter (KNO3), Natriumnitrat und Natriumnitrit (NaNO2). Diese sind durch die E-Nummern E249-252 gekennzeichnet. Beim Pökeln können zusätzliche Umrötungshilfsstoffe wie Ascorbinsäure sowie Geschmacksverstärker zugesetzt werden. Dies ist nur zugelassen für rohe Fleisch- und Wursterzeugnisse (z.B. Salami, Kasseler, Kochschinken…). Der Massenanteil an Natriumnitrit in Pökelsalz muss laut gesetzlichen Richtlinien zwischen 0,4% und 0,5% liegen. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 22 von 34 Der Zusatz von Kochsalz und Pökelstoffen zu Lebensmitteln (v.a. Fleisch) kann auf drei unterschiedlichen Wegen erfolgen: 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 Pöklellake 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. 3.2. Wirkung … Nitrite wirken 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“ besonders gefürchtet. Das von ihm gebildete Gift gehört zu den stärksten bekannten Giften [Typ A: 10μg oral aufgenommen schon tödlich für Menschen]. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 23 von 34 Die optimale antimikrobielle Aktivität erreicht Nitrit bei einem erniedrigten pH-Wert des Milieus, bei niedrigen Lagertemperaturen und bei Erhitzung und Keimarmut des zu konservierenden Lebensmittels. Nachteilige Wirkungen des Pökelns sind der Verlust von Vitaminen und Mineralstoffen, es kommt außerdem zum Austritt von Eiweißstoffen. Neben der Konservierung hat das Pökeln eine geschmackliche und kosmetische Wirkung. Die Bildung von Nitrosomyoglobin durch die so genannte Umrötung verhindert die Braun- bis Graufärbung zugunsten der optisch wirkungsvollen roten Farbe der Wurst- und Fleischwaren. Diese lässt allerdings oft das Fleisch frischer aussehen, als es eigentlich ist! Versuch 4: Kochsalz oder Pökelsalz? Versuchsbeschreibung: Materialien: 3x Demo-Reagenzgläser Reagenzglasständer 3x Gummistopfen Bechergläser Bunsenbrenner Dreifuß mit Drahtnetz Messzylinder, Messpipetten Spatel Chemikalien: α-Naphthylamin entionisiertes Wasser Essigsäure (w = 30%) Sulfanilsäure Eisessig Pökelsalz Kochsalz - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 24 von 34 Herstellung des Lunges-Reagenz: Lösung 1: 1g Sulfanilsäure werden unter Erwärmen in 100ml 30%iger Essigsäure gelöst. Lösung 2: 0,3g α-Naphthylamin werden in 70 ml Wasser aufgekocht, vom dunklen Rückstand dekantiert und anschließend mit 30ml 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 50ml Wasser. Zum Vergleich wird in einem anderen Reagenzglas ebenfalls ein Spatel voll Kochsalz in gleich viel Wasser gelöst. Das dritte Demo-RG enthält nur entionisiertes Wasser. In alle drei Demo-RGs gibt man nun nacheinander jeweils ca. 1ml der Lösungen 1 und 2 und schüttelt diese kurz durch. 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. Dies ist ein sehr empfindlicher Nachweis, noch 10-6g Nitrit lassen sich in 1L Wasser nachweisen! 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. Im zweiten Schritt handelt es sich um eine elektrophile, aromatische Substitution, wobei das Diazonium-Kation als - Konservierung von Lebensmitteln - elektrophiler Seite 25 von 34 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 NH2 + HO3S N O OH + H3O+(aq) Sulfanilsäure + Diazotierung HO3S N N Diazonium-Ion (farblos) + 3 H2O (aq) 2. Schritt: Azo-Kupplung + HO3S N N Diazonium-Ion (farblos) + NH2 + H2 O (aq) -Naphthylamin (Kupplungskomponente) (farblos) Kupplung HO3S N N NH2 + H3O+(aq) Azofarbstoff (intensiv rot) Name Azoverbindung: 4-(1’-Amino-4’-naphthalin-azo)-benzolsulfonsäure (???) - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 26 von 34 Versuch 5: „Umrötung“ von Hackfleisch Jeder kennt die bekannte, gewohnte braungraue Farbe, die Hackfleisch beim Anbraten oder Kochen erhält. Hackfleisch könnte aber auch ganz anders aussehen, nämlich leuchtend rot/rosa. Diese erhält man, wenn man etwas Pökelsalz in das Hackfleisch einarbeitet und es dann erst kocht. Neben konservierenden Eigenschaften besitzt Nitrit nämlich die Fähigkeit, sich an den Muskelfarbstoff Myoglobin unter Bildung des kochbeständigen Nitrosomyoglobins anlagern zu können. Dadurch erhält Fleisch eine frische rote Farbe („Umrötung). Dass wir diese Farbe gewöhnlich nicht zu sehen bekommen, liegt ganz einfach daran, dass es gesetzlich verboten ist, Hackfleisch mit Nitritpökelsalz zu versetzen! Während meine beiden Hackbällchen munter vor sich hin kochen, kann man schon mal erklären, was bei diesen Reaktionen passiert: Bild 1 Bild 2 Struktur des Myoglobins (Mb): Tertiärstruktur von Mb: (His) Globin NH N C N HC N Fe2+ N CH N C H purpurrot N N H Die (His) purpurrote Farbe des rohen Hackfleisches wird durch den Muskelfarbstoff Myoglobin (Mb) hervorgerufen. (Bild 1) Dieser weist eine dem Hämoglobin (Hb) (Blutfarbstoff) sehr ähnliche Struktur auf. (Bild 2) Beide besitzen Häm als prosthetische Gruppe und eine in ähnlicher Weise - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 27 von 34 mehrfach gefaltete, das Häm taschenförmig umhüllende Polypeptid-Kette (das Globin). Hb ist jedoch tetramer, Mb dagegen monomer. Was passiert, wenn kein Pökelsalz dazugegeben wurde, also das Hackfleisch ganz normal in Wasser gekocht wird: Reaktion ohne Pökelsalz-Zugabe Mb(Fe2+)-His beim Kochen Mb(Fe3+)-His MetMb, grau-braun Myoglobin, purpurrot Das purpurrote Metmyoglobin Myoglobin wird umgewandelt, indem beim Kochen zum graubraunen das zentrale Eisen(II)-Ion zum Eisen(III)-Ion oxidiert wird. Der Mechanismus der Umrötung ist weitaus komplexer, als er jetzt vorstellen wird. Man kann ihn auf folgende, parallel ablaufende Reaktionen beschränken: Übersicht der Reaktionen der „Umrötung“: 2+ + H3O (aq) NO(g) Mb(Fe )-His Mb(Fe2+)NO leuchtend rot NO2-(aq) 2+ Mb(Fe )-His NO(g)+ Mb(Fe3+)-His 3+ Mb(Fe )-His Mb(Fe3+)NO leuchtend rot - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 28 von 34 Im Einzelnen heißt das: 1. Schritt: Nitrit-Reduktion Mb(Fe2+)-His + NO2-(aq) + 2 H3O+(aq) Myoglobin, purpurrot Mb(Fe3+)-His + NO(g) + 3 H2O MetMb, grau-braun 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. 2. Schritt: Reaktion mit NO a) Mb(Fe2+)-His + NO(g) b) Mb(Fe3+)-His + NO(g) Mb(Fe2+)NO + "His" Nitrosomyoglobin Mb(Fe3+)NO + "His" Nitrosometmyoglobin 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 (<6). Diese Reaktionsfolge wird als Umrötung bezeichnet. … und Toxizität (zu Kap. 3.2.) ADI-Werte: Nitrat: ~4mg/kg KG; Nitrit: ~0,06mg/kg KG Hier ist zu beachten, dass sich der ADI-Wert für Nitrat wie für das durch Reduktion auch im Organismus daraus entstehende Nitrit nur auf die direkte - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 29 von 34 Toxizität dieser Verbindungen bezieht. Folgereaktionen sowie deren Folgeprodukte und deren Toxizität sind nicht berücksichtigt. Akute orale Toxizität (LD50 Ratte): 85mg/kg Körpergewicht- Das eigentliche Problem besteht aber darin, dass unter den chemischen Bedingungen im Magen mit sekundären und tertiären Aminen die stark cancerogenen Nitrosamine gebildet werden können. Diese können auch entstehen, wenn stark gepökeltes Fleisch gegrillt wird. Die derzeit gültige Richtwerte für die Zusatzstoff-Zulassungsverordnung (ZZulV) enthält 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. Versuch 6: Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehaltes in Pökelsalz Die Manganometrische Bestimmung von Nitrit beruht auf dem großen Oxidationsvermögen von Kaliumpermanganat. Im sauren Milieu wird das violettrote Permanganation unter Aufnahme von 5 Elektronen, die das Reduktionsmittel liefert, zum farblosen Mangan(II)-Ion reduziert. Versuchsbeschreibung: Materialien: Bürette (50ml) Magnetrührer mit Rührfisch Erlenmeyerkolben (300ml) Thermofühler Messpipette (10ml) Messpipette (20ml) - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 30 von 34 2 Messkolben (100ml) Becherglas (100ml) Trichter Messzylinder Stativmaterial Wasserbad (1000ml-BG) Chemikalien: Kaliumpermanganat-Lösung, c(1/5 KMnO4) = 0,1 mol/l Schwefelsäure, c(H2SO4) = 2,5 mol/l Pökelsalz (vom Metzger) Herstellung der Probelösung: Ca. 25g Pökelsalz abwiegen, die exakte Masse notieren! Diese Stoffportion in einem Becherglas mit wenig entionisiertem Wasser lösen und dann quantitativ in einen 100ml-Messkolben überführen und mit dem Wasser bis zur Eichmarke auffüllen. Gut durchmischen. Die so hergestellte Lösung in die Bürette füllen und auf die Nullmarke einstellen. Durchführung: Im Erlenmeyerkolben 6,25ml der KMnO4-Lösung (c = 0,02 mol/l) mit 20ml Schwefelsäure (c = 2,5 mol/l) versetzen, die Lösung mit dem Wasser auf ca. 300ml verdünnen, mit Hilfe des Wasserbades auf ca. 40°C erwärmen und unter ständigem Rühren die Pökelsalzlösung zutropfen. Den Endpunkt erkennt man an der Entfärbung der Lösung. Reaktion: 2 +7 MnO4-(aq) 5 +5 +3 + 5 NO2-(aq) + 6 H3O+(aq) NO3-(aq) +2 + 2 Mn2+(aq) + 9 H2O farblos - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 31 von 34 Auswertung: Einwaage Pökelsalz: m(Pökelsalz) = 25,008g (18.Mai) Verbrauch: V(PS-Lösung)= x ml V1Analyse = 19,25ml (18.Mai) V2Analyse = 19,50ml (18.Mai) Mittelwert: VAnalyse = 19,375 ml (18.Mai) Berechnung des Massenanteils w(NaNO2) in Pökelsalz: [M(NaNO2)=69 g/mol] 1ml KMnO4-Lösung, c(KMnO4) = 0,02 mol/l, entspricht 3,45mg NaNO2. 6,25ml KMnO4-Lösung entsprechen 21,56mg NaNO2. nach Äquivalenzbeziehung: m(NaNO2)= x ml · 25008mg/100ml= y mg m(NaNO2)= 19,375ml · 25008mg/100ml = 4845,3mg NaNO2. Massenanteil: w(NaNO2)= 21,56mg/ y mg · 100 (in %) w(NaNO2)= 21,56mg/4845,3mg · 100% = 0,45% Erinnerung: Massenanteil zwischen 0,4% und 0,5%. Somit lässt sich der Gehalt an Natriumnitrit im Salz auf 0,45% bestimmen, was exakt im Rahmen der lebensmittelrechtlichen Bestimmungen liegt. - Konservierung von Lebensmitteln - Seite 32 von 34 4. LITERATURVERZEICHNIS ABKÜRZUNGEN: PdN-Ch. = Praxis der Naturwissenschaften – Chemie NiU-Ch = Naturwissenschaften im Unterricht Chemie BALTES, W.: Lebensmittelchemie, 5. Auflage, Springer Verlag, Berlin. S. 133-153. FLUCK, E./MAHR, C.: Anorganisches Grundpraktikum, 6. Auflage, VCH, Weinheim 1985 GERSTNER, E.: Skriptum zum Anorganisch-Chemischen Praktikum für Lehramtskandidaten (Teil I und II), 3. Auflage, Marburg 1993. Handbuch des Chemie-Unterrichts Sekundarbereich I, Band 5, Chemie – Mensch – Natur. Hrsg.: K. Freytag und E. Thomas, Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Köln 2000. S. 252-257. HOLLEMANN, F./ WIBERG, E.: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin - New York 1995. JANDER, G./BLASIUS, E.: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie, 14., neu bearb. Auflage, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1995. LEDIG, M./WITTKE, G.: Nitrat in Lebensmitteln. In: NiU-Ch. 5, Heft Nr. 23, 1994. S. 7-12. 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