Wir erforschen Schokolade eine Analyse Sarah Höxter, Hamburg Niveau: Sek. I, Klasse 9/10 Dauer: 4 5 Stunden Bezug zu den KMK-Bildungsstandards Fachwissen: Schokoladenprodukte werden als Stoffgemische identifiziert. Das Lösungsverhalten der Inhaltsstoffe wird genutzt, um das Stoffgemisch zu trennen und die mengenmäßigen Anteile der einzelnen Bestandteile zu ermitteln. Die selbst ermittelten Werte werden zur Entwicklung eines eigenen Schokoladenrezepts genutzt. Erkenntnisgewinnung: Die Schülerinnen und Schüler wiederholen ihr Wissen über Stoffgemische und wenden es praktisch an. Mithilfe des Trennverfahrens erfassen sie selbstständig Eigenschaften der Inhaltsstoffe. Durch das Auswerten der experimentell ermittelten Werte lernen sie, solche Daten zu bewerten insbesondere auch in Bezug auf die Entwicklung einer geeigneten Versuchsvorschrift (hier: eines neuen Rezepts). Kommunikation: Die Schülerinnen und Schüler lernen, sich beim praktischen Arbeiten aufeinander einzustellen und zu verlassen. Das Vergleichen und Bewerten der Versuchsergebnisse fordert und fördert eine konstruktive Zusammenarbeit. Der Beitrag enthält Materialien für: Schülerversuche fachübergreifenden Unterricht aktive Wiederholung Hintergrundinformationen Schokolade ursprünglich den Göttern vorbehalten, findet sie sich heute in jedem Supermarktregal. Trotz dieser Allgegenwärtigkeit hat sie sich den Status von etwas Besonderem erhalten und spielt im Leben (nicht nur) der Schülerinnen und Schüler eine wichtige Rolle. In der vorliegenden Unterrichtseinheit wird Schokolade als Stoffgemisch aus Kakaobutter, Kakaopulver und Zucker vorgestellt. Ziel ist es, die Anteile der einzelnen Bestandteile durch Ausnutzen des Lösungsverhaltens experimentell zu ermitteln und mit diesen Werten ein eigenes Rezept zu entwickeln. Die Unterrichtsmaterialien enthalten keine Wertungen, vielmehr soll durch das Vorstellen von Fakten und die Anleitung zum eigenständigen Erforschen eine konstruktive Auseinandersetzung mit dem Produkt Schokolade angeregt werden. Hinweise zur Didaktik und Methodik Foto: Thinkstock/iStock/Brian Jackson M 1a, M 1b und M 1c Von der Plantage bis ins Regal Zunächst erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Einzelarbeit mithilfe von M 1a die ersten Schritte, die von der Ernte der Kakaobohnen über das Trocknen und Rösten bis zur Kakaomasse reichen. Im Anschluss setzen sich die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen durch Bearbeiten von M 1b und M 1c mit den getrennten Produktionsprozessen zur Herstellung von Schokolade und Kakaopulver auseinander. M 2 Fakten, Fakten, Fakten Das Infoblatt M 2 enthält verschiedene Information rund um das Stoffgemisch Schokolade und seine Inhaltsstoffe und bietet einen Einstieg in das praktische Trennverfahren. Das Blatt wird im Klassenverbund erarbeitet.
Literatur Eilks, Ingo (Hrsg.): Chemie interaktiv, Cornelsen Verlag, Berlin, 2007. Bietet Informationen zur Trennung von Schokolade. Curly, William: Schokolade, Meisterkreationen zum Selbermachen, Dorling Kindersley Verlag, München, 2012. Das Buch bietet einen kurzen Überblick über Geschichte und Eigenheiten von Schokolade und vor allem viele Rezepte zum Selbermachen. Internet www.theobroma-cacao.de (26.09.2013) Auf dieser Seite finden sich Informationen und Hintergrundwissen rund um Schokolade, Kakao & Co. Im Weiteren werden Zutaten für die Schokoladenherstellung angeboten. Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit Fo = Folie M 1a Ab Von der Kakaobohne bis zur Kakaomasse D: 15 min M 1b, c Ab, Fo Die Qual der Wahl: Schokolade oder Kakaopulver? D: 20 min M 2 Ab Fakten, Fakten, Fakten D: 30 min M 3 Ab Praktische Beispiele zum Erforschen D: 15 min M 4 SV 1 D: 25 min + Trockenzeit Aus eins mach drei: der Schokoladentrennungsgang Abtrennen der Kakaobutter Aceton-Schokolade-Lösung: 200 ml Aceton (= 10 20 ml), 20 g Blockschokolade (Zartbitter) 200 ml (= 10 20 ml) Aceton 2 Bechergläser (100 ml) Filterpapier Trichter Waage Pinzette SV 2 D: 15 min + Trockenzeit Abtrennen des Zuckers und des Kakaopulvers 50 ml Wasser, heiß Filterrückstand M 5 Ab Erst die Bohne... und dann? D: 15 min 2 Bechergläser (100 ml) Trichter Waage
M 6 SV Und jetzt: ein eigenes Schokoladenrezept! Herstellen von Schokolade D: 30 min + Wartezeit 600 g Kokosfett (= 30 20 g) Kakaopulver (4 Pakete á 125 g) Puderzucker (4 Pakete á 250 g) saubere Töpfe und Schüsseln Sieb Heizplatte Waage Löffel Thermometer M 7 SV Feuer und Flamme? Kannst du Schokolade zum Brennen bringen? D: 15 min Zartbitterschokolade Stumpenkerzen Tiegelzange Porzellanschale Minimalplan feuerfeste Unterlage Anzünder Ihnen steht nur wenig Zeit zur Verfügung? Dann lässt sich die Unterrichtseinheit auf drei (Einzel-)Stunden kürzen. Die Planung sieht dann wie folgt aus: 1. Stunde (M 1a, M 2 + M 4) Steigen Sie mit Arbeitsblatt M 2 ein und definieren Sie Schokolade als Stoffgemisch, dessen Bestandteile sich in ihrem Lösungsverhalten unterscheiden. Beginnen Sie anschließend mit Schülerversuch 1 (M 4). M 1a ist Hausaufgabe. 2. Stunde (M 1b, M 1c + M 4) 3. Stunde (M 5) Ergänzen Sie die Hausaufgabe durch das Bearbeiten von M 1b und M 1c. Führen Sie anschließend den Schülerversuch 2 (M 4) durch, um den Zucker und das Kakaopulver zu erhalten. Beginnen Sie die dritte Stunde mit der Ermittlung der Ergebnisse. Nutzen Sie den Rest der Stunde für die Auswertung und zur Sicherung. Die Erläuterungen und Lösungen finden Sie hier.
M 1b Die Qual der Wahl: Schokolade oder Kakaopulver? Aus der Kakaomasse kann entweder Schokolade oder Kakaopulver hergestellt werden. Wie das genau funktioniert, erfahrt ihr im Folgenden. Aufgabe: Lies dir zunächst die Texte durch. Schneide sie dann aus und ordne sie den Arbeitsschritten auf dem folgenden Arbeitsblatt (M 1c) zu. Klebe die Texte auf! Für die Herstellung von Schokolade wird die warme Kakaomasse mit Zucker, Kakaobutter und anderen Zutaten wie z. B. Milchpulver in einem Mixer vermischt. Nach dem Pressen der Kakaomasse bleibt der Kakaopresskuchen zurück. Er wird anschließend noch zu Kakaopulver zermahlen. Ganz zum Schluss, wenn die Schokoladenmasse in der gewünschten Qualität vorliegt, wird sie weiterverarbeitet und zum Beispiel in Tafeln gegossen. Zum Entölen wird die Kakaomasse auf 80 C bis 90 C vorgewärmt und mit einer Presse so stark zusammengepresst, dass die Kakaobutter herausläuft. Um eine homogene, d. h. einheitliche, Zusammensetzung zu erhalten, wird die Masse sehr fein gewalzt. Am Ende ist sie nur noch einige tausendstel Millimeter dick. Die Kakaobutter wird zum Herstellen von Schokolade oder auch Kosmetika verwendet. Beim Conchieren wird die gewalzte Schokoladenmasse auf ca. 90 C erwärmt und für ca. 12 bis 48 Stunden gerührt. Es entsteht eine zarte flüssige Masse. Fotos: Thinkstock/iStock
M 1c Die Qual der Wahl: Schokolade oder Kakaopulver? Kakaorohmasse Mischen Walzen Pressen Conchieren Schokolade Kakaobutter Kakaopulver Fotos: Thinkstock/iStock bzw. Thinkstock/Hemera Anmerkung: Die hier abgebildeten Geräte dienen der vereinfachten Darstellung und sind nicht die im industriellen Herstellungsprozess verwendeten.
VI 4 Meeresfrüchte VIII 4 Kakaopulver V 4 Yes-Torty 2294 kj/548 kcal 1495 kj/357 kcal 2127 kj/508 kcal 53,0 g 8,9 g 45,5 g davon Zucker 50,0 g davon Zucker 0,6 g 35,0 g Gibt es seit ca. 1960 Dies und das: Seit 2001 gibt es auch eine Fairtrade-Version im Handel. VII 4 davon Zucker Smarties 1959 kj/468 kcal 72,6 g 66,3 g 17,5 g Gibt es seit 1937 Dies und das: Die Schokolinsen gibt es in vielen verschiedenen Farben. 20,7 g Gibt es seit 1830 Dies und das: Kakaopulver gibt es seit der Erfindung der Kakaopresse. IV 4 davon Zucker Rolo 2001 kj/478 kcal 68,5 g 67,6 g 20,3 g Gibt es seit 1932 Dies und das: Eine tolle Rolle, die bis 1971 Choc-o-Roll hieß. davon Zucker 33,8 g 33,1 g Gibt es seit 1981 Dies und das: Das Törtchen gibt s nach 8 Jahren Pause wieder seit 2011. Alle Fotos: Maike Kämper
M 4 Aus eins mach drei: der Schokoladentrennungsgang Wie ihr bereits wisst, ist Schokolade ein Stoffgemisch. Dieses Stoffgemisch werdet ihr mit dem Schokoladentrennungsgang genauer erforschen. Schülerversuch 1: Abtrennen der Kakaobutter D: 25 min + Trockenzeit Thinkstock/iStock Chemikalien / Gefahrenhinweise Erlenmeyerkolben mit Aceton- Schokolade-Lösung (20 ml, vorbereitet) 20 ml warmes Aceton Geräte 2 Bechergläser (100 ml) Filterpapier Trichter Waage Pinzette Achtung: Schutzbrille tragen! Alle Arbeiten mit Aceton müssen unter dem Abzug durchgeführt werden! Entsorgung: Acetonhaltige Abfälle in einem gemeinsamen Behälter sammeln. Vorbereitung Kennzeichnet die Bechergläser mit den Nummern 1 bzw. 2 und einem Gruppenkürzel. Wiegt anschließend zunächst das Becherglas 1 und dann das Filterpapier. Notiert das Ergebnis hier: Becherglas 1: Filterpapier: Durchführung Ihr erhaltet einen Erlenmeyerkolben mit 20 ml einer warmen Aceton-Schokolade- Lösung. Filtriert diese Lösung nach und nach in das Becherglas 1. Spült anschließend den Erlenmeyerkolben mit weiteren 20 ml warmen Aceton aus und filtriert auch diese Lösung nach und nach in Becherglas 1. Sobald das Aceton komplett durchgelaufen ist, wird das Filterpapier mit der Pinzette in das Becherglas 2 gelegt. Beide Bechergläser werden bis zur nächsten Stunde im Abzug aufbewahrt. Nachbereitung Wenn das Aceton in der nächsten Stunde komplett verdunstet ist, wird das Becherglas 1 erneut gewogen. Die Differenz aus den beiden Messwerten entspricht der Masse (m) an Kakaobutter. Ergebnis: m (Kakaobutter) = Becherglas 1, voll Becherglas 1, leer m (Kakaobutter) = m (Kakaobutter) =
Erläuterungen und Lösungen Erläuterung (M 1a, 1b und 1c) Die Schokoladenproduktion wird in zwei Etappen vermittelt. In M 1a werden zunächst die ersten Stationen vorgestellt, während M 1b/c sich der getrennten Herstellung von Schokolade und Kakaopulver widmet. Wenn Sie M 1b auf Folie kopieren und die Textbausteine ausschneiden, können Sie gemeinsam mit den Schülern den Ablauf der Schokoladen- bzw. Kakaopulverproduktion an der Farbfolie (M 1c) erarbeiten. Lösung (M 1a) Die Texte werden von oben nach unten in dieser Reihenfolge zugeordnet: 2-1-5-3-4-6 Lösung (M 1b/c) siehe Seite 20 Erläuterung (M 2) Auf diesem Infoblatt finden sich gemischte Informationen rund um die Schokolade. Damit die Schülerinnen und Schüler einen Einstieg in das angestrebte Trennverfahren finden, sollten insbesondere die Informationen zu den Inhaltsstoffen und deren Lösungsverhalten ausgearbeitet werden. Lösung (M 2) Mithilfe der Texte wird erarbeitet, dass Schokolade ein Stoffgemisch ist, das hauptsächlich aus Zucker, Kakaobutter () und Kakaopulver besteht und sich aufgrund des unterschiedlichen Lösungsverhaltens der Bestandteile trennen lässt. Hierbei wird herausgearbeitet, dass Zucker hydrophil ist und sich in Wasser löst, während Kakaobutter hydrophob ist und sich stattdessen in Aceton löst. Erläuterung (M 3) Die Karten lassen sich zu zwei Zwecken einsetzen: 1. Infokarten: Auf den Karten finden sich Angaben zum Zucker- und gehalt (hauptsächlich Kakaobutter, aber auch andere e) der jeweiligen Schokoladensorte. Will man die Karten nutzen, um die im praktischen Versuch ermittelten Werte zu ergänzen, muss man zunächst erarbeiten, dass sich die Angaben auf die komplette Schokolade inkl. Füllung beziehen. Vergleichbar, zumindest bedingt, sind also nur die puren Schokoladen (Ritter Sport, Eszet, Marabou, Katzenzungen, Aero, Milka, Rotstern-Naps). Die gemittelten Werte ergeben ein ungefähres -Zucker-Verhältnis von 1:1,8. Aufgerundet auf 1:2 kann es als Basis für die eigene Schokoladenherstellung verwendet werden. Bei herberen Sorten (hier Scho-kakola) ist ein geringerer Zuckeranteil festzustellen. Die angaben sind ernährungstechnisch und in Bezug auf M 7 interessant. 2. Quartett/Supertrumpf: Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Karten zum Quartettbzw. Supertrumpf-Spiel zu nutzen. Auf diese Weise setzen sich die Schülerinnen und Schüler spielerisch mit den Nährwerten der Schokoladensorten auseinander. Die vier Blankokarten auf Seite 12 können von den Schülerinnen und Schülern für eigene Recherchen genutzt werden. Erläuterung (M 4) In diesem praktischen Teil wird das Stoffgemisch Schokolade in zwei Schritten in seine Bestandteile getrennt: Zuerst wird die Kakaobutter durch Aceton und anschließend aus