PHILIPPS-UNIVERSITÄT MARBURGFACHBEREICH: 15LEITUNG: PROF. DR. BERNHARD NEUMÜLLER, PHILIPP REIẞREFERENT: LUISA WANKASS 2009

Lebensmittelkonservierung

AC-Experimentalvortrag

1. Allgemeine Aspekte und Geschichte der Lebensmittel-

konservierung

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 zwischen physikalischen und chemischen

Konservierungsmethoden. Am weitesten verbreitet sind die 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. Andere Methoden, etwa die Bestrahlung mit

energiereichen Strahlen, werden wenig verwendet oder befinden sich 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 Bakterien-

Befall 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.

4

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.5

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 („fäulniswidrige“) wirkende Salicylsäure als

Konservierungszusatzstoffe eingesetzt. Ende der zweiten Hälfte des 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

6

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 E-

Nummern 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.

7

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 ChampignonsAus 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

8

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.

9

Auswertung:

Durch das Salz und Essig sind die Champignons nun haltbarer, da sie das

Wachstum von Mikroorganismen verhindern.

3. Lebensmittelkonservierung durch Senkung des pH- Wertes3.1 Konservierung mit EssigsäureDas 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 pH-

Wert-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

10

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 GurkenwasserMaterialien:

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

11

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-Wert0 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-Wert14 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:12

Graphische Darstellung der gemessenen pH-Werte in Abhängigkeit deszugegebenen Volumina Natronlauge:

Bei Zugabe von Natronlauge zu der Lösung im Vorlagekolben findet eine Säure-

Base-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 pH-

Wertes 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:

13

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

14

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

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/mLm(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 AllgemeinesBeim 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.

15

4.2 Wirkung und ToxizitätSchwefeldioxid 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

16

Bunsenbrenner

Gummistopfen

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.

17

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

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:18

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

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 AllgemeinesPökelsalz besteht hauptsächlich aus Kochsalz (NaCl) und geringen Mengen an Nitrit-

Salzen. 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

19

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.

20

Für die Hemmung der Auskeimung von Clostridium botulinum-Sporen in Pökelware

ist ein Minimum von 100 mg Nitrit/kg nötig.

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 PökelsalzMaterialien:

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

21

und sah grau aus. Es hatte eine leicht schleimige Oberfläche, roch sehr unangenehm

und im Glas war etwas grünliche Flüssigkeit.

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) HNO2 (aq) + H2O

3 HNO2 (aq) 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 FleischNeben 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.

22

Durch Faltung werden aus dieser Polypeptidkette acht α-Helices gebildet, die durch

Schleifen miteinander verbunden sind. 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 .

Versuch 3: Umrötung von HackfleischMaterialien:

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.

Beobachtung:

Das ungepökelte Hackfleischbällchen wird nach kurzer Zeit des Kochens grau, das

gepökelte Hackfleischbällchen bekommt eine rote Farbe.

23

Quelle:http://www.jacksofscience.com/wp-content/uploads/2008/02/hemegroup.jpg

Quelle:http://1.bp.blogspot.com/_oN9Qi7HfHqA/RzyyMYu17XI/AAAAAAAAAWw/vaRKauDzD_Y/s320/Myoglobin.png

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.

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 24

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 PökelsalzDie 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 PökelsalzMaterialien:

Demonstrationsreagenzgläser

Meßpipette

Bechergläser

Messzylinder

Schliffflasche

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

gelöst25

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.

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

26

2. Schritt: Azo-Kupplung

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 PökelsalzMaterialien:

Bürette

Magnetrührer mit Rührfisch

300 mL-Erlenmeyerkolben

Thermometer

Messpipette (25 mL)

Vollpipette (20 mL)

Messzylinder

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.

27

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 Nitrit-

Ionen 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:

Oxidation:

Gesamtreaktion:

28

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.

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 29

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) NO+

(aq) + 2 H2O

3) R-NH + NO+ (aq) 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.

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 Leistungs-

und 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. 30

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.

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./WÖHRMANN, 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

31

http://www.chemie-macht-spass.de/2003-konservierungsstoffe.html#01

http://www.chids.de/dachs/expvortr/580Lebensmittelkonservierung_Damm_Scan.pdf

http://www.schule-bw.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

32