C. Kummer, D. Nippa, J. Viehweg Chips-Projekt.pdf Karlsruhe, 14. März 2014 Chips sind nicht gleich Chips! Klassisch steht der Begriff Chips im deutschsprachigen Raum als Kurzform für Kartoffel- Chips also roh in dünne Scheiben geschnittene und anschließend frittierte Kartoffeln. Doch auch das kleine, meist dreieckig geformte Maismehl-Salzgebäck die Tortilla-Chips, die indonesischen Cracker aus Maniokmehl, Salz und gemahlenen Shrimps Krabben- Chips oder dünne Scheiben von getrocknetem Obst wie Bananen- und Apfel-Chips erfreuen sich als Snack mit diesem Namen allgemeiner Beliebtheit. Da diese Chips alle sehr lecker sind, vergisst man leicht darüber nachzudenken, was für Kalorienbomben man da unter Umständen zu sich nimmt und schneller als gewollt, ist die gesamte Packung aufgegessen. Ein Vergleich dieser 4 Chips-Arten bietet Schülern einen interessanten analytischen Exkurs. Natürlich unterscheiden sich die Chips auch je nach Hersteller etwas voneinander. Ein Quervergleich zwischen Kartoffel-, Tortilla-, Krabben- und Apfel- Chips liefert jedoch den Schülern deutliche Unterschiede (vergl. Tab. 1 und Abb. 1). Vielleicht können diese Untersuchungen sogar dazu beitragen, über den Chips- Konsum gründlich nachzudenken und letztlich bewusster einzukaufen. Der vorliegende Beitrag möchte Anregungen geben, welche sich sowohl für einzelne Unterrichtseinheiten in unterschiedlichen Klassenstufen als auch für einen projektorientierten und fächerverbindenden/fachübergreifenden Ansatz eignen. Eine qualitative Untersuchung der Nahrungsbestandteile (Proteine, Kohlenhydrate, Fette) in Chips bietet sich sowohl für den Chemie- als auch den Biologieunterricht an. Eine qualitative Bestimmung des Fettgehaltes könnte bereits im Anfangsunterricht Chemie mit einfachen Mitteln oder etwas aufwändiger mittels SOXHLET-Apparatur durchgeführt werden. Außerdem lassen sich noch weitere Bestandteile (z.b.: Vitamin C, Chlorid-, Magnesium- und Calcium-Ionen) qualitativ und quantitativ bestimmen. Auch mikroskopisch ergibt sich ein sehr interessantes Bild, können zum Teil Bestandteile selektiv angefärbt und damit Inhaltsstoffe bestimmten Strukturen zugeordnet werden. Tab. 1:!Die Zusammensetzung der Chips wurde jeweils auf 100g bezogen. Die Werte sind den Packungsangaben verschiedener Hersteller entnommen und können um diese Mittelwerte variieren. Sorte Kartoffel-Chips Tortilla-Chips Krabben-Chips Apfel-Chips Energie [ kj ] Protein [ g ] Kohlenhydrate [ g ] - davon Zucker [ g ] Fett [ g ] Andere [ g ] 2300 2050 2150 1250 7 8 4 2 50 65 63 68 0,4 0,9 6,2 61,8 38 23 27 2 5 4 6 28 Protein Kohlenhydrate Fett Andere Kartoffel-Chips Tortilla-Chips Krabben-Chips Apfel-Chips Abb. 1:"Die Zusammensetzung der 4 Chips-Arten ist grafisch dargestellt. 1
C. Kummer, D. Nippa, J. Viehweg Chips-Projekt.pdf Karlsruhe, 14. März 2014 Aktivitäten 1. Nachweis der Nahrungsbestandteile Die Hauptbestandteile können durch einfache Reagenzglasversuche semiquantitativ bestimmt werden (Abb. 2 und Tab. 2). Dazu müssen die Chips zunächst zum Beispiel mit einer Kaffee-Mühle zerkleinert werden. A Ein Spatel voll Probe wird im Reagenzglas mit 1mL demin. Wasser suspendiert und mit 1mL Salpetersäure (ω=25%) versetzt. Anschließend wird im Wasserbad für ca. 5min erwärmt. Nach dem Abkühlen wird der Überstand abgegossen und mit verd. Ammoniak neutralisiert. Die Gelbfärbung basiert auf der Nitrierung aromatischer Aminosäuren (Xanthoprotein-Reaktion) und ist ein empfindlicher Nachweis für Proteine. Hinweis: Die Rückstände können über den Abguss entsorgt werden. B! Ein Spatel voll Probe wird im Reagenzglas mit 1mL demin. Wasser und anschließend mit 1Tr. LUGOL-Reagenz (Iod-Kaliumiodid-Lösung) versetzt. Eine Blaufärbung gilt als positiver Stärke-Nachweis (siehe Abb. 4). Hinweis: Die Rückstände können über den Abguss entsorgt werden. C! Ein Spatel voll Probe wird mit demin. Wasser versetzt. Der Überstand wird abfiltriert. 1mL Probelösung wird mit 1mL BENEDICT-Reagenz im Reagenzglas gemischt und im Wasserbad für ca. 5min erwärmt. Bei Anwesenheit reduzierender Zucker zeigt sich eine ziegelrote Färbung von Kupfer(I)-oxid. Hinweis: Die Rückstände werden im Sammelbehälter für gelöste Schwermetallsalze entsorgt. D! Ein Spatel voll Probe wird im Reagenzglas mit 1mL Waschbenzin versetzt. Nach intensivem Schütteln und kurzem Erwärmen im Wasserbad werden ein paar Tropfen des Überstandes auf ein Filterpapier überführt. Nach dem Abdampfen des Benzins ist bei einem positiven Nachweis ein transparenter Fettfleck zu erkennen. Hinweis: Die Extraktions-Rückstände werden im Sammelbehälter für halogenfreie organische Lösungen, die Feststoffe im Hausmüll entsorgt. Abb. 2:! Dargestellt sind die Ergebnisse der verschiedenen Nachweisreaktionen. Bei A - C befindet sich jeweils ganz links eine Kontrolle, in den weiteren Reagenzgläsern von links nach rechts die Lösungen für Kartoffel-, Tortilla-, Krabbenund Apfel-Chips. Bei D sind in der oberen Reihe die Fettfleckproben für Kartoffel- und Tortilla- darunter die für Krabben- und Apfel-Chips fotografiert. Tab. 2:! Die Intensität der Nachweisreaktionen wurde mit stark (+), schwach (±) bzw. nicht nachweisbar (!) bewertet. Test \ Probe Kartoffel-Chips Tortilla-Chips Krabben-Chips Apfel-Chips Xanthoprotein-Test Stärke-Nachweis Nachweis red. Zucker Fettfleck-Test + + ± ± + + ( + )!!!! + + + +! 2
C. Kummer, D. Nippa, J. Viehweg Chips-Projekt.pdf Karlsruhe, 14. März 2014 2. Bestimmung des Fettgehaltes Der Fettgehalt lässt sich nach Extraktion mit Hilfe eines unpolaren Lösungsmittels durch Bestimmung der Massendifferenz experimentell ermitteln (Abb. 3 und Tab. 3). Variante A Eine exakt eingewogene Probenmenge (ca. 1,5g) der zerkleinerten Chips-Art wird mit Waschbenzin (ca. 25mL) in einem großen Reagenzglas überschichtet und mit einem durchbohrten Stopfen mit Glasrohr (Länge ca. 50cm) verschlossen. Der Ansatz wird nun für ca. 1h so erwärmt, dass die Kondensationszone im luftgekühlten Glasrohr den mittleren Bereich nicht übersteigt. Dafür wurde ein Magnetrührer mit einem Rührfisch im Reagenzglas und einem im Wasserbad verwendet (Abb. 3 A). Nach dem Abkühlen wird abfiltriert. Die Masse des über Nacht getrockneten Filtrats wird bestimmt. Variante B Alternativ kann man natürlich auch eine SOXHLET-Apparatur zur Extraktion nutzen (Abb. 3 B). Entsprechend der Größe des SOXHLET- Aufsatzes und der passenden Hülse muss die Proben- und die Lösungsmittelmenge angepasst werden. Nach dem Aufbau wird für ca. 1-2h unter Rückfluss das enthaltene Fett extrahiert. Tab. 3:!Die Messwerte für die Fettextraktion mittels SOXHLET-Apparatur sind exemplarisch für die Krabben- und Apfel-Chips angegeben. Fettextraktion Krabben-Chips Apfel-Chips A B m(probe)anfang [ g ] 4,5945 4,5945 Abb. 3 Die Fotos zeigen die zwei Apparaturen, die zur quantitativen Bestimmung des Fettgehaltes verwendet wurden: Variante A eine mit einfachen Mitteln realisierbare, Variante B eine Extraktionsapparatur nach SOXHLET. 3. Mikroskopische Untersuchung Die zerkleinerten Proben eignen sich ebenfalls zur mikroskopischen Untersuchung (Abb. 4). Eine Spatelspitze voll Probe wird auf einem Objektträger in 2-3Tr. Wasser suspendiert, anschließend eingedeckt und gegebenenfalls gefärbt. m(probe)ende [ g ] 3,3632 4,5182! m = m(fett) [ g ] 1,2313 0,0763 ω(fett) [ % ] 26,8 1,7 Abb. 4:!Erst die mikroskopische Aufnahme der zerkleinerten Krabben-Chips zeigt, dass hier mit LUGOL-Reagenz zwar ein Polysaccharid aber nicht Stärke, sondern Chitin blau angefärbt wird (vergl. Abb. 2 B). Die ornamentartig gemusterten Oberflächen zum Teil sehr bizarrer Strukturen stammen von den zerkleinerten Shrimps. Außerdem sind bei 200-facher Vergrößerung die kleinen Lipidtröpfchen gut zu erkennen. 3
Bestimmung des Fettgehaltes in Chips Klas sisch steht der Begriff Chips im deutschsprachigen Raum als Kurzform für Kartoffel-Chips also roh in dünne Scheiben geschnittene und ans chließend frittierte Kartoffeln. Doch auch das kleine, meist dreieckig geformte Maismehl-Salzgebäck die Tortilla-Chips, die indonesischen Cracker aus Maniokmehl, Salz und gemahlenen Shrimps Krabben-Chips oder dünne Scheiben von getrocknetem Obst wie Bananen- und Apfel-Chips erfreuen sich als Snack mit diesem Namen allgemeiner Beliebtheit. Da diese Chips alle sehr lecker sind, vergis st man leicht darüber nachzudenken, was für Kalorienbomben man da unter Umständen zu sich nimmt und schneller als gewollt, ist die gesamte Packung aufgeges sen. Der Gehalt an Fetten soll experimentell bestimmt werden. Vorbetrachtung: Überlege dir, wie man den Massegehalt an Fett mit Hilfe experimenteller Daten aus den 3 Teilversuchen bestimmen kann und welche Messwerte dazu nötig sind. Vor der Extraktion Versuch 1: Vor der Filtration Nach der Filtration Nach der Destillation Extraktion Geräte und Chemikalien: Wasserbad (Heizplatte, Becherglas mit Wasser), großes Reagenzglas, durchbohrter Korkstopfen, Glasrohr, Stativmaterial, Messzylinder, Rührfisch, Waage Extraktionsmittel: Benzin (Petrolether, Siedebereich 30-60 C) Durchführung: wäge ca. 3g der mechanisch zerkleinerten Chips einer bestimmten Sorte in das große Reagenzglas ein und notiere die exakte Masse deiner Probe versetze mit 40mL Benzin als Extraktionsmittel baue die Apparatur vollständig zusammen (Rührfisch nicht vergessen!) lasse das Gemisch unter ständigem Rühren ca. 20min im Wasserbad kontrolliert sieden
Versuch 2: Filtration Geräte: Trichter, Filterpapier, Glasflasche mit Schraubverschluss, Waage, Magnetstab Durchführung: Bestimme die Masse des Filterpapiers und beschrifte es mit Bleistift falte es doppelt zusammen und lege es in den Trichter ein rette den Rührfisch mittels Magnetstab filtriere das Extraktionsgemisch vollständig in die Glasflasche Hinweis: Den Inhalt des Reagenzglases zunächst umschwenken und falls es beim ersten Mal nicht vollständig geklappt hat, den verbliebenen Rest im Reagenzglas mit dem Filtrat erneut umschütteln und nochmals filtrieren. Vorgang solange wiederholen, bis die zerkleinerten Chips vollständig überführt sind. verschließe die Glasflasche und beschrifte sie lege das Filterpapier mit dem Extrakt in den Wärmeschrank zum Trocknen bestimme nach dem Trocknen (in der nächsten Unterrichtsstunde) die Masse erneut Versuch 3: Destillation Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, durchbohrter Korkstopfen mit Thermometer, gebogenes Glasrohr, Wasserbad, kleines Becherglas, Siedesteinchen, Waage Durchführung: gib in das große Reagenzglases mit seitlichem Ansatz 2-3 Siedesteinchen bestimme nun dessen exakte Masse überführe das Filtrat baue die Apparatur vollständig zusammen destilliere im Wasserbad das Benzin in die Vorlage ab bestimme die Masse des Rückstands im Reagenzglas Beobachtungen: 1. Gib die von dir untersuchte Chips-Sorte an. 2. Skizziere den jeweiligen Versuchsaufbau in dein Laborjournal und beschrifte ihn. 3. Notiere alle relevanten Beobachtungen und Messwerte, die im Zusammenhang mit der Gehaltsbestimmung für Fett in Chips stehen. Auswertung: 1. Ermittle unter Angabe des Rechenweges den prozentualen Fettgehalt deiner Probe. 2. Informiere dich auf der Verpackung über den Fettgehalt der untersuchten Chips und bewerte dein Ergebnis. Viehweg 11/2013
Bestimmung des Fettgehaltes in Chips Durch physikalische Methoden kann ein Stoffgemisch in seine Komponenten aufgetrennt und diese analysiert werden. Vorbetrachtung: Lege in der Legende für Protein-, Fett-, Kohlenhydrat- und Benzin-Teilchen jeweils eine Farbe fest. Coloriere die Teilchen in der Zeichnung. Vor der Extraktion Nach der Filtration Nach der Destillation Ordne den Stoffen folgende Begriffe zu: Reinstoff 1, heterogenes Stoffgemisch 2, homogenes Stoffgemisch 3, Gemenge 4, Lösung 5. A B C D E F Extraktionsmittel (Benzin) gemahlene Chips (Probe) Filtrat Filterrückstand Destillationsrückstand Destillat Erkläre ausgehend vom Teilchenmodell kurz das Prinzip der jeweiligen Trennmethode. Die Extraktion beruht auf... Die Filtration beruht auf... Die Destillation beruht auf... Viehweg 11/2013