1 Tee Experimentalvortrag von Jasmin Schulte SS 07... Abwarten und Tee trinken

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Tee

Experimentalvortrag von Jasmin Schulte SS 07

... Abwarten und Tee trinken...

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Gliederung• Allgemeines und Geschichtliches• Produktionsverfahren• Eigenschaften• Inhaltsstoffe

• Xanthine • Polyphenole• Pigmente • Aromastoffe

• Schulrelevanz

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Was genau ist denn eigentlich Tee?Allgemeines

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• Klasse: Rosopsida• Unterklasse: Asterdae• Ordnung: Ericales• Familie: Theaceae • Gattung: Camellia• Arten:

Camellia sinensis (China, Darjeeling)

Camillia assamica(Indien, Sri Lanka)

Die Tee – Pflanze Allgemeines

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Geschichte des Tees

• wohltuende Wirkung bereits seit 5000 Jahren bekannt

• 2737 v. Chr.: chinesischer Kaiser Cheng Nung entdeckte Tee durch Zufall

• 552 n. Chr.: buddhistische Mönche bringen Tee von China nach Japan, Tee-Zeremonien entwickeln sich

Geschichtliches

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• Ab 618: Tee wird zur Handelsware; für alle Gesellschaftsschichten erhältlich

• 1610: erste Teelieferung aus Japan nach Amsterdam per Schiff

• 1669: auch England

• Mitte 17. Jh.: über Landweg nach Russland zum Zaren

Geschichtliches

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• 16.12.1773: Boston Tea-Party - Protest gegen Teesteuer

• 1869: Suezkanal wird eröffnet; Teeroute verkürzt sich

• Deutschland: ab 1753 von den Ostfriesen aus Holland importiert; erst ab Anfang 20. Jh. für jeden erschwinglich

Geschichtliches

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Herstellung von Tee• Pflücken

• Welken: Entziehung von Wasser von 80 % auf 60 % 20 Stunden

• Rollen: Aufbrechen der Pflanzenzellstruktur, Reaktion mit Luftsauerstoff beginnt eine Stunde

Tee-Produktion

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• Fermentation: enzymatische Oxidation, Aromastoffe entwickeln sich fünf Stunden

• Trocknen

• Sortieren: per Hand oder mit Sieben

Tee-Produktion

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Ernten

Welken

Fermentieren

Rollen Rollen

Fixieren

Sieben / Sortieren

Trocknen

schwarzer Tee grüner Tee

Tee-Produktion

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nicht fermentierter Tee Grüner Tee

leicht fermentierter Tee Weißer Tee

anfermentierter Tee Gelber Tee

halb fermentierter Tee Klassischer Oolong

stärker fermentierter Tee Yen Cha Oolong

fermentierter Tee Schwarzer Tee

postfermentierter Tee Pu-Errh-Tee

Einteilung nach FermentationsgradenTee-Produktion

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Anbaugebiete

Indien: 820.000 t

China: 785.000 t

Kenia: 324.000 t

Sri Lanka: 320.000 t

Türkei: 185.000 t

Indonesien: 165.000 t

Japan 100.000 t

Exporteure: Kenia, Sri Lanka, China

Importeure: Großbritannien, Russland, USA

Tee-Produktion

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Wie trinkt man Tee?

• Schwarzen Tee mit kochendem Wasser übergießen

• Grünen Tee mit 70-90 °C heißem Wasser• Lagerung: kühl und im geschlossenen

Behälter• Ziehzeit:

1 2 3 4 5 6

Zeit [min]

Ante

il

anregend beruhigend

Coffein

Gerbstoffe

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Demo 1

Bestimmung des pH-Werts im Tee

Eigenschaften

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• 4 Versuchsansätze mit schwarzem Tee und 100 mL Wasser:

2 g Tee RT70 °C

5 g Tee RT70 °C

• Messungen des pH-Werts im 15 sek. Abstand über 10 Minuten

Eigenschaften

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Ergebnisse

Menge Temperatur Anfangs pH-Wert

End pH-Wert

Δ pH

2 g 20 °C70 °C

7,617,42

5,004,67

2,612,75

5 g 20 °C70 °C

7,527,46

4,864,58

2,662,88

Eigenschaften

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pH-Wert-Änderung von Tee

44,24,44,64,8

55,25,45,65,8

66,26,46,66,8

77,27,47,67,8

0 100 200 300 400 500 600 700

t [s]

pH

2 g, RT

2 g, 70 °C

5 g, 70 °C

5 g, RT

Eigenschaften

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Schlussfolgerung:• je größer die Menge Tee, desto niedriger der

pH-Wert• je höher die Temperatur, desto niedriger der

pH-Wert

Begründung:• saure Reaktion der Gerbstoffe mit Wasser• bessere Löslichkeit der Gerbstoffe in warmem

Wasser

Eigenschaften

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Wie trinkt man wo Tee?

• gesüßt mit Honig oder Zucker• Russland: aus Samowaren

mit Marmelade• Ostfriesland: Sahne und Kluntjes

(nicht umrühren)• Tibet: Butter• überall: weitere Aromazusätze

wie Rose, Vanille, Jasmin, unzählige Fruchtaromen, Gewürze, Kakao

• England: Milch oder Zitronensaft

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Demo 2

Tee mit Milch?

Eigenschaften

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Ausfällen von Casein

• hat bei pH 4,6 den IEP• k-Casein kann fällbaren α- und β-Caseine

nicht mehr stabilisieren• Caseinmicellen aggregieren und fallen aus

Calciumphosphat

hydrophobes Zentrum

k-Casein-Oberfläche

„CMP-Haar“ (hydrophil)

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Gliederung• Allgemeines und Geschichtliches• Produktionsverfahren• Eigenschaften• Inhaltsstoffe

• Xanthine • Polyphenole• Pigmente • Aromastoffe

• Schulrelevanz

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• Polyphenole ("Gerbstoffe") ca. 20-35 % • Proteine, Aminosäuren ca. 20-30 %• Kohlenhydrate (Zellstoff) ca. 20-25 %• organische Fette ca. 8 % • Alkaloide (Coffein) ca. 3-5 %• organische Säuren ca. 3 % • Pigmentstoffe (Chlorophyll) ca. 1 %• Vitamine (A, B1, B2, C, D) ca. 0,6 % • Aromastoffe ca. 0,03 % • Enzyme ca. 0,005 %

Inhaltsstoffe

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Alkaloide: Xanthine

N

N

N

N

O

CH3

O

CH3

CH3

• sind Stoffwechselprodukte der Pflanze

• dienen als Abwehr von Fressfeinden

• ein Stickstoffspeicher der Pflanze

• Purin-Grundgerüst

Namen: 1,3,7-Trimethylxanthin, Methyltheobromin, Coffein, Thein, Tein, Guaranin

Inhaltsstoffe: Xanthine

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Wirkungen auf Menschen

• Anregung des Zentralnervensystems

• Erhöhung der Herztätigkeit, Pulssteigerung

• Erhöhung des Blutdrucks

• Bronchialerweiterung

• Steigerung der Harnbildung

• Blut-Hirnschranke wird ungehindert passiert

Inhaltsstoffe: Xanthine

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Versuch 1

Extraktion von Coffein

Inhaltsstoffe: Xanthine

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Extraktion

• ex (lat.; „heraus“) trahere (lat.; „ziehen“) • Stofftrennungsverfahren• Komponente wird aus einem Stoffgemisch

herausgelöst• Coffein gut in Chloroform löslich (181,82 g/L)

Inhaltsstoffe: Xanthine

N

N

N

N

O

CH3

O

CH3

CH3 Chloroform:

Cl

ClH

Cl

28

Versuch 2

Dünnschichtchromatographie von Xanthin-Derivaten

Inhaltsstoffe: Xanthine

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• DC Kieselgelplatte• Fließmittel Chloroform : Ethanol 9 : 1• Standard – Lösungen von Coffein,

Theobromin und Theophyllin• Coffein-Extrakt aus Versuch 1• Laufzeit: etwa 20 Minuten

Vorgehensweise

Inhaltsstoffe: Xanthine

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NH

NH

N

NH

O

ON

N

N

N

O

CH3

O

CH3

CH3

N

N

N

N

O

H

O

CH3

CH3

N

N

N

N

O

CH3

O

CH3

H

Xanthin-Derivate im Tee:

Coffein

Theobromin

Xanthin

Theophyllin

C Tb Tp

Inhaltsstoffe: Xanthine

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Polyphenole

• hauptsächlich Catechine

• wirken sich auf Teefarbe und –geschmack aus• Wirkung: harntreibend, antioxidativ

O

R'

OH

OH

OH

OH

OH

R

Inhaltsstoffe: Polyphenole

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Fermentationsprozess bei Catechinen

Theaflavin und Thearubigen sind Ox.-produkte von Catechin:

O

OH

OH

OH

OH

OH

O

OHO

OH

OH

OH

O

R'

OH

OH

OH

OH

OH

R

Allgemeine Formel für Catechine Theaflavin

Reaktion mit Luft, Enzyme

Inhaltsstoffe: Polyphenole

33

Bsp. der im Tee vorhandenen Catechine:

O

O

OH

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

Epigallocatechin-gallat

O

OH

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

OH

OH

OH

Epicatechin

Epigallocatechin

Inhaltsstoffe: Polyphenole

34

Versuch 3

Indikatorverhalten von Tee

Inhaltsstoffe: Polyphenole

35

Reaktion im sauren Bereich:

O

R'

OH

OH

OH

OH

OH

RO

R'

OH

OH

OH

OH

O H

H

H

R

O

R'

H

OH

OH

OH

OH

R

HO

R'

OH

OH

OH

OH

RH

H

+ H+

- H2O

rotbraune Lösung

Inhaltsstoffe: Polyphenole

Wagner-Meerwein-Umlagerung

++

36

O

R'

OH

OH

OH

OH

H

H

R

gelbliche Lösung

Verschiebung der Absorption in den kurzwelligen Bereich

Inhaltsstoffe: Polyphenole

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O

R'

OH

R

OH

OH

OH

O

R'

OH

R

OH

OH

OH

OO

H

R'

OH

R

OH

OH

OH

O

O H

Reaktion im alkalischen Bereich:

+ OH- - H2O

rotbraune Lösung

dunkelbraune Lösung

chinoide Gruppe

Inhaltsstoffe: Polyphenole

38

Versuch 4

Herstellung von Tinte aus schwarzem Tee

Inhaltsstoffe: Polyphenole

39

OH

OH

OH

O

OH

Fe3+

O

O

OO

OO

OH

OHOH

OH

OH

OH

OHOH

OH

Fe3+

Reaktion der Gerbstoffe mit dem Eisenion:

Gallussäure

Oktaedrischer Chelatkomplex

3+

- 3 H+

Inhaltsstoffe: Polyphenole

Fe2+ Fe3+ + e- O2

40

Versuch 5

Nachweis von Antioxidantien

Inhaltsstoffe: Polyphenole

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Reaktion: Briggs-Rauscher-Reaktion

• oszillierende Reaktion: läuft nicht linear, sondern periodisch ab

• farblos: c(I2) und c(I- ) klein

• gelb: c(I2) groß und c(I-) klein

• blau: c(I2) und c(I- ) groß

Inhaltsstoffe: Polyphenole

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Prozess 1

Iodid wird verbraucht, Iod wird gebildet; Reaktion mit Malonsäure

Prozess 2

Reaktion über Mn - Komplexe und Iodat

radikalisch

Prozess 3

Iodid wird gebildet; Edukt für Prozess 2 gebildet

radikalisch

Inhaltsstoffe: Polyphenole

43

Prozess 1: nur bei c (I-) > c (I-) krit.

5 I- (aq) +IO3

- (aq) +6 H3O+

(aq) 3 I2 (aq) + 9 H2O

3 I2 (aq) + 3 CH2(COOH)2 (aq) + 3 H2O

3 ICH(COOH)2 (aq) + 3 I- (aq) +3 H3O+

(aq)

Gesamtgleichung:

IO3-(aq) + 2 H2O2 (aq) + CH2(COOH)2 (aq) + H3O+

(aq)

ICH(COOH)2 (aq) + 2 O2 (g) + 4 H2O

Inhaltsstoffe: Polyphenole

Mn2+

-1 0

-20

-1-1 0

+5

-1 0 0

-2+5 -1

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2 •IO2 (aq) + 2 [Mn(H2O)6]2+(aq)

2 HIO2 (aq) + 2 [Mn(H2O)5(OH)]2+(aq)

Inhaltsstoffe: Polyphenole

Prozess 2: nur bei c (I-) < c (I-) krit.

OH OH

O O

OH OH

O OH

I I

OH OH

O O

I

IH

+-

Keto-Enol-Tautomerie

+

+3

+4 +2

+3

45

Prozess 3: Bildung von neuem Iodid

2 [Mn(H2O)5(OH)]2+(aq) + 2 H2O2 (aq)

2 [Mn(H2O)6]2+(aq) + 2 •OOH (aq)

2 H2O2 (aq) +2 [Mn(H2O)5(OH)]2+(aq)

+ HIO (aq)

2 O2 (g) + 2 [Mn(H2O)6]2+(aq) + I-

(aq) + H3O+ (aq)

Inhaltsstoffe: Polyphenole

+3

+3 -1

+2

-1

0 -1

+2

46

Prozess 1

Iodid wird verbraucht, Iod wird gebildet, Reaktion mit Malonsäure

Prozess 2

Reaktion über Mn - Komplexe und Iodat

radikalisch

Prozess 3

Iodid wird gebildet, Edukt für Prozess 2 gebildet,

radikalisch

Inhaltsstoffe: Polyphenole

Antioxidans

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Welche Rolle spielt nun das Antioxidans?

Antioxidans: Oxidationsinhibitor oder Peroxidzersetzer

Polyphenole sind „Radikalfänger“: brechen durch Übertragung einesWasserstoffatoms die Reaktionskette ab Absättigung der Radikale

Inhaltsstoffe: Polyphenole

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Reaktion

• Entstehung von freien Hydroxyl- und Hydroperoxid-Radikalen

HO• bzw. HOO• bzw. O2I• = R•

• physiologische Aspekte:freie Radikale haben krebserregende Wirkung auf Zellen, können z.B. auch Beweglichkeit von Spermien verringern

Inhaltsstoffe: Polyphenole

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OH

OH

R'R

O

OH

R'

O

O

R'

HO

O

R'

H

O

O

R'

H

RH

+ viele weitere Möglichkeiten und mesomere Grenzformeln

Bildung reaktionsträger Polyphenolradikale durch Mesomeriestabilisierung

. +

+

Inhaltsstoffe: Polyphenole

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Gliederung• Allgemeines und Geschichtliches• Produktionsverfahren• Eigenschaften• Inhaltsstoffe

• Xanthine • Polyphenole• Pigmente • Aromastoffe

• Schulrelevanz

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Mg2+N

NN

N

H2C

H3C

OO

H3C

RCH3

CH3

OH3COOC

CH3

CH3 CH3 CH3 CH3

R = CH3 Chlorophyll aR = CHO Chlorophyll b

N

HNN

NH

H2C

H3C

OO

H3C

RCH3

CH3

OH3COOC

CH3

CH3 CH3 CH3 CH3

R = CH3 Phaeophytin a

R = CHO Phaeophytin b

Chlorophyllasen

während Fermentation

Inhaltsstoffe: Pigmente

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Versuch 6

Extraktion von Chlorophyll mit Benzin

Inhaltsstoffe: Pigmente

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Löslichkeit von Pigmenten

Benzin: unpolar, Hauptbestandteile sind Alkane, Aromaten, Alkene, Benzol

Chlorophyll:unpolar, in Wasser unlöslich

Inhaltsstoffe: Pigmente

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Aromastoffe• durch Fermentation entstanden• Schwarzer Tee: enthält etwa die 5-fache

Menge wie grüner Tee

OH

OH

O

H

H

O

O H

Phenylacetaldehyd (Honig)

Linalool (Zitrus) (Z)-3-Hexen-1-ol

Geraniol (Rose)

Benzaldehyd (Marzipan)

Hexanal

OH

Inhaltsstoffe: Aromastoffe

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Demo 3

Destillation von Aromastoffen

Inhaltsstoffe: Aromastoffe

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DestillationInhaltsstoffe: Aromastoffe

• destillare (lat.; herabtröpfeln)

• thermisches Trennverfahren

für flüssige Stoffgemische

• basiert auf Flüchtigkeit der

Stoffe

• Duftstoffe werden durch

Wasserdampf mitgezogen

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Tee und Gesundheit

• Polyphenole im Tee hemmen Wachstum von Krebszellen (besonders EGCG)

• senkt Kariesrisiko• senkt Schlaganfallrisiko• Steigerung der Elastizität von Blutgefäßen• enthält viele Mineralstoffe und Vitamine• schmeckt gut• Vorsicht! Auch Tee in Maßen genießen!

(Gefahr durch Herzrasen, etc.)

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Ergebnis von Versuch 2

C Tb Tp C.E.

C: Coffein

Tb: Theobromin

Tp: Theophyllin

C.E.: Coffein Extrakt

aus Versuch 1

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Schulrelevanz

• 9 G: Stoffe, Stoffeigenschaften und Stoffgruppen: Methoden der Stofftrennung • 10 G.2: radikalische Reaktionen• 11 G.2: Aminosäuren, Peptide, Polypeptide • 11 G.2: Farbstoffe, Mesomerie• 12 G.2: Komplexchemie oder Farbstoffe:

pH-Indikatoren• fächerübergreifend in Biologie und Geschichte• weckt Interesse da alltägliches Konsumgut

60

Die erste Tasse für den Feind, die zweite Tasse für den Freund