Konfitüre selbst machen ist im Grunde ein Kinderspiel: Man vermischt Zucker und Früchte, kocht sie eine Weile und füllt die erhaltene Masse ab.

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1 Wie aus Erdbeeren Marmelade wird "Konfitüre selbst machen ist im Grunde ein Kinderspiel: Man vermischt Zucker und Früchte, kocht sie eine Weile und füllt die erhaltene Masse ab." (Quelle: Hervé This-Benckhard, Rätsel der Kochkunst, Springer Verlag Berlin 1996 S, 205 Man kann bei der Marmeladenherstellung aber auch viel falsch machen, wie wir - dies ist eine Gruppe des Grundkurses Chemie im 12. Jahrgangs - selbst erfahren haben. Auf dieser Seite erfahren Sie, wie man von der Frucht zur Marmelade kommt und was dies mit Chemie zu tun hat. Bei der Herstellung von Marmelade aus Früchten und Zucker kommt es darauf an, eine streichbare, geschmeidige und gleichzeitig feste Masse ein Gel - zu erhalten. Für die Gelbildung, dem wichtigsten Prozess bei der Marmeladenherstellung, sind vor allem die Pektine verantwortlich. Gelbildung bedeutet, dass die langen Pektinketten durch chemische Bindungen miteinander verbunden werden, wobei sich ein dreidimensionales Netz ausbildet. Die einzelnen Pektinmoleküle können sich nicht mehr unabhängig voneinander bewegen, so dass der zuvor flüssige Fruchtsaft sehr zähflüssig und gallertartig wird. Durch ein Raumnetz aus Seilen, wie man es auf Spielplätzen findet, lässt sich die Bildung des dreidimensionalen Netzes veranschaulichen Für die Marmeladenherstellung werden vorwiegend hochveresterte Pektine verwendet. ein Gel bildet, muss Säure anwesend sein (ph-wert kleiner als 3,5) und die Zuckerkonzentration muss etwa bei 60% liegen. Die Säure sorgt dafür, dass die Pektinmoleküle nicht negativ aufgeladen werden und sich somit die Abstoßung zwischen diesen Molekülen verringert. Der Zucker bindet das Wasser, das ansonsten sehr gerne von den Pektinmolekülen aufgenommen wird, wodurch eine Bindung zwischen den Molekülen verhindert wird. Wenn die Mengen an Säure und Zucker richtig aufeinander abgestimmt sind und genügend Pektin vorhanden ist, dann werden die Pektinketten vorwiegend durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden. Mit Pektinen können sich Gele auch mit einer geringeren Menge von Zucker oder sogar ohne Zucker bilden. Hierzu benötigt man niedrig veresterte Pektine mit einer großen Zahl von Säuregruppen. Zusätzlich ist die Anwesenheit von Calcium-Ionen notwendig. Diese bilden bei höheren ph-werten ( etwa 6,5) als bei den hoch veresterten Pektinen mit den Säuregruppierungen verschiedener Pektinketten salzartige Bindungen, wodurch die Ketten zusammenhalten. Der Zucker hat hier ebenfalls die Aufgabe das Wasser zu binden. Da die Zuckermengen aber sehr viel geringer sein können als bei den hoch veresterten Pektinen kann man die niedrig veresterten Pektine zur Herstellung kalorienreduzierter Marmeladen verwenden. Bilderläuterungen: Bild 1: Geliermechanismus von hoch veresterten Pektinen (hydrophobe Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen) Quelle: Herbstreith & Fox, Die Spezialisten für Pektin S. 15 Bild 2: Geliermechanismus von niedrig veresterten Pektinen (Komplexierung von Calciumionen) Quelle: Herbstreith & Fox, Die Spezialisten für Pektin S. 15

2 ZUSATZINFORMATIONEN A: Pektine Bild: Teile einer Pektinkette Was sind Pektine? Pektine sind Polymere aus α-d-galacturonsäure-einheiten (Pektinsäure), die über die Kohlenstoff-Atome 1 und 4 miteinander verknüpft sind. Die α-d-galacturonsäure leitet sich von der α-d-galactose ab. α-d-galactose ist ein Zucker, der chemisch zu der gleichen Familie wie die Glucose der Traubenzucker gehört. Im Tier- und Pflanzenreich kommt sie in freier Form praktisch nicht vor. Bild: α-d-galactose Die Ketten der Pektine bestehen aus etwa 100 bis 400 Einheiten. Ein Teil der Carboxylgruppen ist mit Methanol verestert. Bei einem Veresterungsgrad von 7 bis 50% spricht man von niedrig veresterten Pektinen und bei einem Veresterungsgrad zwischen 50 und 75% handelt es sich um hoch veresterte Pektine. Herstellung von Pektinen Ausgangsmaterial: Citrusfrüchte, Äpfel, Rüben Keltern Auspressen der Früchte und Verarbeitung zu Apfelsaft, Citrussaft Trester Fruchtreste nach dem Entsaften und Ausgangsstoff für Pektine Rückstände werden getrocknet Extraktion der Pektine aus den Zellwänden: Pektinextrakt; die entpektinisierten Rohstroffe werden als Futtermittel verwendet Reinigung durch Filtration: Abtrennung unlöslicher Bestandteile durch Filtration Ausfällung der Pektine: Aus den wässrigen Filtrat wird durch Zugabe von Alkohol das Pektin ausgefällt

3 Auspressen: Das ausgefällte Pektin wird ausgepresst, man erhält unstandartisiertes Reinpektin Trocknen: Schonendes Trocknen des Pektin Mahlen, Sieben: Herstellen eines homogenen Pulvers; fertiges Pektin Quellen: Verwendung von Pektinen Die Anwendungsgebiete von Pektinen sind sehr weit gefächert. Pektine dienen als Gelier-, Verdickungs- und Stabilisierungsmittel. Vor allem in der Lebensmittelindustrie werden sie zur Gelierung und somit zur Herstellung von Marmeladen, Konfitüren bzw. Gelees benutzt. Auch in Süßwaren, Backwaren und Milchprodukten findet man Pektine. Sie sind im Allgemeinen als Lebensmittelzusatzstoff E 440 gekennzeichnet. Pektine gewinnen immer mehr an Bedeutung, da den Verbraucherinnen und Verbraucher zunehmend Wert auf Naturprodukte legen. Daher finden Pektine unter anderem auch in der Pharma- und Kosmetikindustrie Verwendung. Hersteller von Kosmetika benutzen Pektine vor allem für die Produktion von Geles und Cremes. Hier ein paar Beispiele von Produkten, in denen Pektin vorhanden ist: Milchdesserts, Joghurt, Fruchtfüllungen in Backwaren, Tortenguss, Tomatenketchup, Erfrischungsgetränke. B: Gele Gelbildung mit hoch veresterten Pektinen Bindungen zwischen den Pektinketten: Nebenvalenzbindungen (Wasserstoff-brücken- Bindungen, van-der- Waalsche Bindungen, Dipol Wechselwirkungen). Voraussetzungen für die Bildungen der Bindungen zwischen den Pektinketten: Die Abspaltung des Protons aus der Carboxylgruppe muss verhindert werden; die negativ geladenen Carboxylat-Gruppen würden zu einer gegenseitigen Abstoßung der Pektinketten führen. Durch hohe Säurekonzentrationen (ph-wert < 3,3) lässt sich die Protolyse weitgehend unterbinden (Verwendung der natürlichen Fruchtsäure oder Zusatz von Citronensäure) Wassermoleküle müssen gebunden werden; die Pektine binden sehr leicht viel Wasser (Hydratation), wodurch die Bindung zwischen den Pektinketten verhindert wird. Durch große Mengen an Zucker (Saccharose) (Zuckergehalt etwa 60%) wird Wasser gebunden. Damit können die Pektinketten sich untereinander binden, so dass das Gel entsteht.

4 Gelbildung mit niedrig veresterten Pektinen Bindungen zwischen den Pektinketten: Hauptvalenzbindunge n (Calcium-Ionen- Komplexe mit den Carboxylat-Gruppen). Voraussetzungen für die Bildungen der Bindungen zwischen den Pektinketten: Die Abspaltung des Protons aus der Carboxylgruppe ist hier erwünscht, damit sich die Ionenbindung ausbilden kann. Wenn allein die Calcium-Ionen für die Bindung zwischen den Pektinketten verantwortlich sein sollen, dann muss der ph-wert über 6,5 liegen. Wassermoleküle müssen gebunden werden; die Pektine binden sehr leicht viel Wasser (Hydratation), wodurch die Bindung zwischen den Pektinketten verhindert wird. Durch Zucker (Saccharose) wird Wasser gebunden. Damit können die Pektinketten sich untereinander binden, so dass das Gel entsteht. Die Zuckerkonzentration kann kleiner sein als bei hoch veresterten Pektinen. C: ph-wert Der ph-wert ist ein Maß für den Säuregehalt in einer wässrigen Lösung. Die konventionelle ph-skala umfasst einen Bereich von 0 bis 14. Je kleiner der ph-wert ist, desto größer ist der Säuregehalt. Beispiele: - Haushaltsessig: 2,5 (sauer); - reines Wasser: 7 (neutral); - Seifenlösung: 9 (alkalisch) Eine Lösung mit einem ph-wert 3 hat einen zehnfach geringeren Säuregehalt als eine Lösung mit dem ph-wert 2.

5 D: Projektteilnehmer Projektteilnehmer (von links nach rechts): Daniel Losand Katrin Matulat Claas-Eike Seestädt Franziska Teichmann Franziska Stammer Julia Juschkat Franziska Szallies (hinten) Nicht abgebildet: Annika Janson, Theresa Kutz Projektleiter: Dr. Czieslik (nicht abgebildet)

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