Versuchsprotokoll: Invertzucker-Creme

Transkript

1 Zeitaufwand: Vorbereitung: 5 Minuten Durchführung: 180 Minuten Abbau/Entsorgung: 5 Minuten Chemikalien: Chemikalie Menge R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol Schuleinsatz Citronensäure C g SI+SII Saccharose C g SI+SII Materialien: - eizplatte - Magnetrührer (oder Rührstab) - Petrischale - Becherglas

2 Versuchsaufbau: 1. Zugabe von Citronensäure 3. Umfüllen in Petrischale ml Erwärmen Citronensäure Saccharose-Lösung Abb.1 Aufbau des Versuchs Durchführung: 1. In einem Becherglas werden 70 g Saccharose in 100 ml Wasser gelöst. 2. Zu dieser Lösung werden nun 40 ml einer 10%igen Zitronensäure-Lösung gegeben. 3. Die Lösung wird anschließend bei C so lange erhitzt, bis die Lösung gelb und leicht zähflüssig wird (wie onig aus dem Supermarkt). 4. Nun kann der Kunsthonig auf die Petrischale gegossen werden. Wird der Versuch nicht im Labor durchgeführt, kann der onig auch verzehrt werden. 1 1 S. hierzu: Arbeitsblatt: Chemische ausaufgabe: Kunsthonig 2

3 Beobachtung: Abb.2 Beobachtung des Versuchs Die Lösung färbt sich durch das Erwärmen zunehmend gelblich. Des Weiteren nimmt auch die Viskosität der Lösung zu, bis am Ende des Versuchs der viskose, gelbe Kunsthonig entstanden ist. Entsorgung: Der entstandene onig kann in den Ausguss oder in den ausmüll entsorgt werden. 3

4 Auswertung: 1. Chemische Vorgänge des Versuchs In diesem Versuch wird durch die Zugabe von Citronensäure zur Saccharose-Lösung die Saccharose hydrolytisch gespalten. Durch diese ydrolyse wird ein Saccharose-Molekül in ein Molekül Glucose und ein Molekül Fructose gespalten (Abb.3). Das dabei entstehende äquimolare Gemisch von Glucose und Fructose wird auch als Invertzucker bezeichnet, da bei der Spaltung der Saccharose eine Inversion des optischen Drehwerts der Lösung stattfindet. 2 Saccharose C + + C D-Glucose -D-Fructose Abb.3 Reaktionsmechanismus der säurekatalytischen Saccharosespaltung 2 Vgl. hierzu Versuchsprotokoll: Polarimetrische Untersuchung von Saccharose 4

5 2. onig erstellung und Zusammensetzung onig ist ein stark süßschmeckendes Substanzgemisch, das von onigbienen erzeugt wird. Dabei verarbeiten diese Bienen Nektar von Blüten (Blüten oder Nektarhonig), Assimilationsabsonderungen von Blättern (Blatthonig) oder Blattausscheidungen (onigtauhonig). Die onigbereitung beginnt dabei beim Sammeln von Blütenpollen, Nektar und onigtau in der Sammelblase der Sammelbiene und wird dann von der Arbeitsbiene im Bienenstock fortgesetzt. Dabei umfasst die onigproduktion folgende Stufen: 1. Eindicken des Nektars und Zunahme des Invertzuckers. Dies geschieht durch Säuren des Ausgangsmaterials und des Bienenkörpers sowie durch Enzyme der Biene. Des Weiteren findet eine Isomerisierung von Glucose zu Fructose im Bienenmagen statt. 2. Aufnahme von Eiweißstoffen aus Pflanzen und der Biene sowie von Säuren aus dem Bienenkörper. 3. Aufnahme von Mineralstoffen, Vitaminen und Aromastoffen aus dem Futter 4. Aufnahme von Enzymen aus der Speicheldrüse und der onigblase der Bienen. 5. Wenn der Wassergehalt der onigmasse auf etwa % gesunken ist, wird die Zelle mit einem Wachsdeckel verschlossen. 6. In der Zelle findet eine weitere Reifung des onigs statt. Vor allem die Inversion des Zuckers. Das Eindicken des Nektars und die Zunahme des Invertzuckers (Punkt 1) finden statt, indem zunächst die Sammelbiene den Inhalt der onigblase herauswürgt. Dieser Inhalt wird von den Stockbienen gefressen und erneut in die Wabe erbrochen. Dieses Fressen und erbrechen wiederholt sich mehrmals, wobei der Wassergehalt verringert wird und das Speichelenzym Invertase die Saccharose in Fructose und Glucose spaltet. onig stellt im Wesentlichen eine konzentrierte wässrige Lösung von Invertzucker dar, enthält aber daneben eine sehr komplexe Mischung verschiedener Kohlenhydrate und außerdem Aminosäuren, organische Säuren, Mineralstoffe, Aromastoffe, Pigmente, Wachse, Pollenkörner und weitere Inhaltsstoffe (s. Abb.6). Der Wassergehalt von onig sollte dabei unter 20% gehalten werden, da sonst eine Gärung durch osmophile efen möglich ist. Ab einem Wassergehalt von < 17,1 % ist eine solche Gefahr nicht mehr gegeben. 3 Belitz,.-D. & Grosch, W. & Schieberle, P. (2008) S.912ff. und Sticher,. & änsel, R.(2007) S.505ff. 5

6 Abb.4 Zusammensetzung von onig 2.2 intergrundwissen: onig Die Verwendung von onig geht in prähistorische Zeiten zurück. So spielte im Altertum sowohl der Bienenwachs als auch der Bienenhonig bei vielen Kulturvölkern eine wichtige Rolle. onig wurde Verstorbenen als Grabbeilage (Seelenspeise) gegeben und auch im Alten Testament wird ein wohlhabendes Land erwähnt, in dem Milch und onig fließt. onig war ein geschätztes Süßungsmittel, wurde aber auch als eilmittel verwendet, das bereits von Aristoteles empfohlen wurde. Im Mittelalter galt onig als hervorragendes Stärkungsmittel und bis zur Entdeckung des Rohrzuckers war onig das einzige Süßungsmittel der Welt. Neben seiner Verwendung als Speisehonig wird onig auch zum Backen (onigkuchen etc.) und zur erstellung von alkoholischen Getränken (oniglikör, Bärenfang, Met) verwendet. Des Weiteren wird onig zur Aromatisierung von Tabakwaren verwendet sowie in der Medizin in reiner Form oder in Zubereitung verordnet (onigmilch, Fenchelhonig). Deutsche sind mit einem pro Kopf-Verbrauch von etwa 1,4 kg onig, das Land mit dem höchsten onigverzehr. Dabei werden etwa 80 % des benötigten onigs importiert. Eine Biene besucht bis zu 1000 Blüten um die onigblase mit etwa 70 mg Nektar zu füllen. Zur Produktion von 1 kg onig ist das Sammeln von 3 kg Nektar nötig, was in etwa Sammelflüge mit einem Besuch von mehreren Millionen Blüten notwendig macht. 6

7 3. Invertzucker-Creme (Kunsthonig) 4 Unter Invertzuckercreme versteht man aus mehr oder weniger stark invertierter Saccharose (Rüben- oder Rohrzucker) mit oder ohne Verwendung von Stärkezucker oder Stärkesirup hergestellte, aromatisierte, in Aussehen, Geruch und Geschmack dem onig ähnliche Erzeugnisse, die von ihrer erstellung her organische Nichtzuckerstoffe, Mineralstoffe und Saccharose sowie stets ydroxymethylfurfural enthalten. 5 Die Invertzucker-Creme wird meist säurehydrolytisch (durch Salz-, Schwefel-, Phosphor-, Kohlen-, Ameisen-, Milch-, Wein-, und Citronensäure) oder seltener auch enzymatisch durch Invertase aus einer 75%igen Saccharose-Lösung gewonnen. 6 Nach Ablauf der Reaktion wird der Säurezusatz durch Zugabe von Natriumcarbonat oder -hydrogencarbonat, Ätzkalk u.a. neutralisiert. Der entstandene Invertzuckersirup wird nun noch aromatisiert. Dies geschieht auch teilweise mit stark schmeckenden onigen, ansonsten durch den Zusatz von Farb- und Aromastoffen. Verwendet wird Invertzucker-Creme als Brotaufstrich sowie in der erstellung von Backwaren und Süßigkeiten, wie beispielsweise Lebkuchen, Printen und Bonbons. Der frühere Name Kunsthonig ist heute nicht mehr zulässig. Didaktische Auswertung: Einordnung in den Lehrplan: Im Lehrplan ist dieser Versuch in der Qualifikationsphase im Bereich Kohlenstoffchemie II: Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen einzuordnen. In diesem Bereich ist das Thema Kohlenhydrate ein genannter Schwerpunkt. Unter anderem soll auf die Reaktionen der Kohlenhydrate und die Bedeutung und Verwendung von Kohlenhydraten eingegangen werden. Der apparative Aufwand dieses Versuchs ist relativ gering, die Durchführung ist einfach und auch die verwendeten Chemikalien müssten an der Schule vorhanden sein. Laut ess- Giss -Datenbank dürfen alle verwendeten Chemikalien uneingeschränkt von den Schülern verwendet werden, so dass dieser Versuch auch als Schülerversuch durchgeführt werden kann. Des Weiteren ist dieser Versuch auch als chemische ausaufgabe denkbar, da alle verwendeten Chemikalien im Supermarkt zu erwerben sind. So kann dieser Versuch von den 4 Nach: RÖMPP nline, Stichwort Invertzuckercreme (letzter Zugriff ) und Belitz, -D. & Grosch W. & Schieberle P. (2008) S Belitz, -D. & Grosch, W. & Schieberle, P. (2008) S Reaktion: siehe 1. Chemische Vorgänge des Versuchs 7

8 Schülern zu ause durchgeführt werden. Das Produkt, der Invertzucker, kann dann auch von den Schülern verzehrt werden. 7 Einordnung des Versuchs: Durch diesen Versuch kann den Schülern die Spaltung von Saccharose am Beispiel eines Naturproduktes, dem onig, gezeigt werden. Die synthetische Nachbildung des onigs aus Saccharose ist dabei ein Versuch, der aus der Lebenswirklichkeit stammt. So können Schüler zu ause bestimmt ein Lebensmittel mit dem Inhaltsstoff Invertzucker-Creme (oder Glucose/Fructose-Sirup) finden. Das Ergebnis des Versuchs ist am schönsten, wenn der Versuch nicht im Labor, sondern mit lebensmittelgeeigneten Materialien durchgeführt wird. In diesem Falle kann der onig verzehrt werden, was den Versuch für die Schüler interessanter macht. Literaturangaben: Belitz,.-D. & Grosch, W. & Schieberle, P. (2008). Lehrbuch der Lebensmittelchemie (6.Auflage). Berlin eidelberg: Springer-Verlag. Schwedt, G. (2003). Experimente mit Supermarktprodukten- eine chemische Warenkunde (2.Auflage). Weinheim: Wiley-VC Gmb & Co KGaA. Sticher,. & änsel, R.(2007). Pharmakognosie-Phytopharmazie (8.Auflage). Berlin eidelberg: Springerverlag Elektronische Quellen: essisches Gefahrstoffinfomationssystem Schule essgiss /2009, Version 13.0 RÖMPP nline, Version 3.2, verfügbar unter (lizenzpflichtig, zuletzt abgerufen am ) Abbildungsverzeichnis: Abb.4: Belitz,.-D. & Grosch, W. & Schieberle, P. (2008) S.914 Alle anderen Abbildungen wurden selbst angefertigt. 7 S. Arbeitsblatt 8