lebensmittelkonservierung luisa wanka ss 2009. gliederung 1. einleitung: was bedeutet konservieren?...
Post on 05-Apr-2015
125 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Lebensmittelkonservierung
Luisa Wanka
SS 2009
Gliederung
1. Einleitung: Was bedeutet Konservieren?
2. Geschichte der chemischen
Lebensmittelkonservierung (D1a,b)
3. Konservierung durch Senkung des pH-
Wertes (D2)
4. Schwefeln von Lebensmitteln (V1+2)
5. Pökeln von Lebensmitteln (D3,V3+4+5)
6. Nachteile
7. Schulrelevanz
8. Literatur2
1. Einleitung
3
1.1 Definition: Was bedeutet Konservieren?
• Konservierung: conservare (lat.) = bewahren, erhalten• Definition:
• Ziel: Erhaltung des äußeren Erscheinungsbildes, des Geschmacks und der Konsistenz
4
1. Einleitung
Schaffen eines Zustands, in dem äußere und innere Verderbsursachen beseitigt
bzw. der Prozess des Verderbs verlangsamt wird.
Verlängerung der Haltbarkeit
1.2 Verursacher des Lebensmittelverderbs:
• Lebensmittelverderb wird durch Bakterien, Hefen und Schimmelpilze verursacht
• Bakterien: Fäulnis, Ansäuerung, Verfärbung
(z.B. Fäulnis: Abbau von Aminosäuren und Proteinen,
Freisetzung von H2S oder NH3)
• Hefen: Gärung (z.B. Säfte)• Schimmelpilze: Verschimmeln und Erweichung
(z.B. Schimmelpilzrasen)
5
1. Einleitung
1.3 Wirkungsweise von Konservierungsstoffen
Wirkungsklassen:• mikrobiozide Stoffe:
(z.B. in Pflanzenschutzmitteln): Abtöten von schädlichen Organismen
• mikrobiostatische Stoffe:
(z.B. Lebens- oder Futtermittelkonservierung): Verhindern: Bakterien-Wachstum, Bildung von Toxinen
6
1. Einleitung
Einteilung der Konservierungsverfahren
7
1. Einleitung
Lebensmittelkonservierung
physikalisch (95 %)chemisch (5 %)
thermisch
- Sterilisieren- Pasteurisieren- Trocknen- Kühlen- Einfrieren
Bestrahlung
- UV-Licht
Einsalzen
Einzuckern
Pökeln
Räuchern
Zusatzstoffe
2. Geschichte der Lebensmittel-konservierung
8
2. Geschichte der Lebensmittelkonservierung
~ 7000 v. Chr.: Salzen, Trocknen, Räuchern
~ 3000 v. Chr.: Einlegen in Öl (Mesopotamien)
~ 2000 v. Chr.: Einlegen in Essig (Ägypten)
und Honig (Römisches Reich)
~ 1000 v. Chr.: Einlegen in Alkohol (Arabien)
und Milchsäure (Ostasien)
~ 50 n. Chr.: Schwefeln (Römisches Reich)
~ 1400 n. Chr.: Pökeln
~ 1900 n. Chr.: Bor- und Salicylsäure
~ 1950 n. Chr.: Bestrahlung
Heute: Kühlung und Sorbinsäure 9
2. Geschichte
2.1 Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung
• Haltbarkeit: von Lebensmitteln beschränkt
• Verfügbarkeit vieler Rohstoffe: nur während Erntezeit
• Internationaler Warenaustausch:
Weg von Produktionsort zum Verbraucher immer länger
• Konsument: Wandel der Einkaufsgewohnheiten
• Medizin/Toxikologie: Schutz vor Toxinbildung
10
2. Geschichte
2.1 Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung
Vorbeugung des Missbrauchs von Konservierungsmitteln
Richtlinien der WHO und EU:
• ADI-Werte (acceptable daily intake) = Tageshöchstdosis in
mg/kg
Zusatzstoffe kennzeichnungspflichtig:
• klassifiziert durch E-Nummern (z.B. E210 für Benzoesäure)
11
2. Geschichte
Demo 1a
Trocknen von Champignons
12
2. Geschichte
Demo 1b
Konservierung mit Salz und Essig (nach Runge)
13
2. Geschichte
Auswertung Demo 1
• Wasserentzug macht Lebensmittel fast unbegrenzt haltbar
Wassergehalt < 4 % und trockene Lagerung
• Salz entzieht den Mikroorganismen im Lebensmittel das lebensnotwendige Wasser
mind. 8 bis 24 %ige Kochsalzlösung nötig
• Salz meist in Kombination mit Essig
14
2. Geschichte
3. Konservierung durch Senkung des
pH-Wertes
15
3.1 Konservierung mit Essigsäure
• konservierende Wirkung beruht auf Senkung des pH-Wertes
Essigsäurekonzentration mind. 0,5 %
• Wirkung steigt mit sinkenden pH-Wert
• bei niedrigen pH-Werten kann die Säure die Zellmembran der Mikroorganismen durchdringen und zerstören
Wirkung:
Mikroorganismen benötigen für Wachstum neutrales Milieu,
daher Essigsäure sehr effektiv.
16
3. pH-Wert-Senkung
Demo 2
Aufnahme einer Titrationskurve von
Gurkenwasser17
3. pH-Wert-Senkung
3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210
2
4
6
8
10
12
14Auswertung der Titrationskurve von Gurkenwasser
V (NaOH) /mL
pH-W
ert
ÄP bei V(NaOH) = 11,5 mLpH = 8,48
Pufferpunkt (1/2 V(NaOH) am ÄP): pH = 4,39
18
3. pH-Wert-Senkung
3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve
Ergebnisse: Säure im Gurkenwasser Essigsäure (pKs-Wert: 4,75)
Reaktionsgleichung:
CH3COOH (aq) + Na+(aq) + OH-
(aq) CH3COO-(aq) + Na+
(aq) + H2O
Bestimmung der Menge von Essigsäure:
n(CH3COOH) = c(NaOH)*V(NaOH)* t = 0,1mol/L*11,5 mL*1,00
= 1,15 mmol
m(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.19
3. pH-Wert-Senkung
4. Schwefeln von Lebensmitteln
20
4.1 Allgemeines und Wirkung
• Lebensmittel werden mit Schwefeldioxid oder Salzen der schwefeligen Säure behandelt
• wird in der Technologie wegen ihrer antimikrobiellen, antioxidativen und reduzierenden Eigenschaften eingesetzt
(z. B. Obst: Verhinderung von Bräunungsreaktionen)
• ADI-Wert: 0,7 mg/kg Körpergewicht, d.h. ein Erwachsener (KG = 70 kg) kann ohne Gefahr täglich 49 mg SO2 zu sich nehmen
21
4. Schwefeln
4.2 Toxizität und Anwendungsgebiete
• Einsatz aus toxikologischer Sicht umstritten
zerstört Vitamin B1 im Organismus, Entstehung von Krämpfen der Bronchialmuskulatur
• Anwendung hauptsächlich bei Trockenfrüchten oder Gemüse, Konfitüre und der Weinherstellung.
Rotwein hat zum Beispiel einen Gesamtgehalt an Schwefel von 175 mg/L
22
4. Schwefeln
Versuch 1
Schwefeln von Apfelstücken
23
4. Schwefeln
Auswertung Versuch 1
• Schwefel wird durch den Sauerstoff der Luft zu Schwefeldioxid oxidiert
• das entstandene SO2–Gas verhindert die Bräunungsreaktion durch Phenoloxidation
• um Lebensmittel vor einer Oxidation an der Luft zu schützen, verwendet man Antioxidantien (hier: SO2)
• Antioxidantien können Luftsauerstoff abfangen und somit eine Oxidation verhindern
24
4. Schwefeln
S8(s) + 8 O2(g) 8 SO2(g)
0 0 +4-2
Versuch 2
Nachweis von SO2 in Trockenobst mit Bleiacetat-Papier
25
4. Schwefeln
Auswertung Versuch 2
26
4. Schwefeln
• Braunfärbung des Bleiacetat-Papiers durch Bildung von H2S• Schwarzfärbung erfolgt durch Bildung von PbS
3 Zn(s) + 6 HCl(aq) 3 ZnCl2(aq) + 3 H2(nasc)
3 H2(nasc) + 4 SO2(g) H2S(g) + 2 H2O
H2S(g) + Pb(CH3COO)2 (aq) PbS(s) + 2 CH3COOH(aq)
0 +1 +2 0
0 +4 +1 -2 +1
5. Pökeln von Lebensmitteln
27
5.1 Allgemeines
• Pökelsalz besteht hauptsächlich aus Kochsalz (NaCl) und geringen Mengen an Nitrit-Salzen (NaNO2-Massenanteil: 0,4 bis 0,5 %)
• weitere Inhaltsstoffe: Saccharose und Pökelhilfsstoffe,
wie z.B. L-Ascorbinsäure
• Anwendung: Rohe Fleisch- und Wursterzeugnisse
28
5. Pökeln
5.2 Pökelarten
• Trockenpökelung: Einreiben mit NaCl-NaNO2 -Gemisch
• Nasspökelung: in 15-20%ige Pökelsalz-Lösung
eingelegt (mehrere Tage)
• Spritzpökelung: Injektion einer Pökellake, darin
eingelegt (1 Tag)
Lagerung: bis zu mehreren Monaten
29
5. Pökeln
5.3 Wirkung
Wirkung ist von zwei Faktoren abhängig:• Senkung der Wasseraktivität durch Zugabe von NaCl • Anwesenheit von Nitrit (wirkt antibakteriell, antioxidativ und
verstärkt die haltbarkeitsverlängernde Wirkung von NaCl)
z.B. 100 mg Nitrit/kg gegen Clostridium botulinum-Sporen nötig
• optimale Wirkung bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Lagertemperaturen
30
5. Pökeln
Demo 3
Wirkung von Pökelsalz
31
5. Pökeln
Wirkung von Pökelsalz
32
5. Pökeln
Ungepökeltes Fleischstück Gepökeltes Fleischstück
Nach 1 Woche Lagerung
Auswertung Demo 4
Die antimikrobielle Wirkung des Nitrits beruht auf der freigesetzten salpetrigen Säure und den daraus entstehenden Stickoxiden.
Disproportionierungsreaktion:
NO2- (aq) + H3O+ (aq) HNO2 (aq) + H2O
3 HNO2 (aq) HNO3 (aq) + 2 NO (aq/g) + H2O
Stickstoffmonoxid wirkt konservierend, farbbildend, aromabildend und antioxidativ
33
5. Pökeln
+3 +5 +2
5.3 Weitere Wirkung: Umrötung von Fleisch
Umrötung:
Nitrit kann sich an den Muskelfarbstoff Myoglobin unter Bildung des Nitrosomyoglobin anlagern gekochtes Fleisch erhält rote Farbe (Umrötung)
Subjektive Wirkung (Geschmack/Optik):
Bildung von Nitrosomyoglobin
(rote Fleischfarbe ≠ Frische!)
34
5. Pökeln
Versuch 3
Umrötung von Hackfleisch
35
5. Pökeln
36
Auswertung Versuch 3
5. Pökeln
Quelle:
http://1.bp.blogspot.com/_oN9Qi7HfHqA/RzyyMYu17XI/AAAAAAAAAWw/vaRKauDzD_Y/s320/Myoglobin.png
Struktur des Myoglobins (Mb)
Tertiärstruktur von Mb:
N
C
NHC
N
CH
CHN
Fe2+
N
NH
(His)
N
NH
(His)
Globin
purpurrot
Auswertung Versuch 3
Reaktion ohne Zugabe von Pökelsalz
Mb(Fe²+)-His Mb(Fe³+)-His
Reaktion mit Zugabe von Pökelsalz
1. Schritt: Nitrit-Reduktion
Mb(Fe²+)-His + NO2-(aq) + 2 H3O+
(aq) Mb(Fe3+)-His + NO(g) + 3 H2O
2.Schritt: Reaktion mit NO
a) Mb(Fe2+)-His + NO(g) Mb(Fe2+)NO + “His”
b) Mb(Fe3+)-His + NO(g) Mb(Fe3+)NO + “His”
37
5. Pökeln
KochenMyoglobin, purpurrot MetMb, grau-braun
Myoglobin, purpurrot MetMb, grau-braun
+2+3
Nitrosomyoglobin
Nitrosometmyoglobin
5.4 Nachweis und Gehalt-Bestimmung von Nitrit in Pökelsalz
Nach der Zusatzzulassungsverordnung darf nicht
mehr als 100 mg/kg Nitrit über Pökelsalz der
Lebensmittel zugegeben werden.
1. Für den Nitrit-Nachweis: Lunges-Reagenz
2. Gehalts-Bestimmung: Kaliumpermanganat
38
5. Pökeln
Versuch 4
Qualitativer Nachweis von Nitrit in Pökelsalz
39
5. Pökeln
Auswertung Versuch 4
40
5. Pökeln
Sulfanilsäure
Diazonium-Ion(farblos)
Diazo-tierung
HO3S NH2 + NOHO
+ H3O+(aq)
HO3S N N
+
(aq)
+ 3 H2O
Lunges 1: 1 g Sulfanilsäure in 30 -%iger Essigsäure
Lunges 2: 0,3 g α-Naphthylamin in Eisessig und Wasser
Reaktionen:1.Schritt: Diazotierung
Auswertung Versuch 4
2. Schritt: Azokupplung
41
5. Pökeln
Diazonium-Ion(farblos)
HO3S N N
+
(aq)
+NH2 + H2O
-Naphthylamin(Kupplungskomponente)
(farblos)
Kupplung
Azofarbstoff(intensiv rot)
HO3S N N NH2 + H3O+
(aq)
Versuch 5
Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehalts in
Pökelsalz42
5. Pökeln
Auswertung Versuch 5
Reduktion:
MnO4- (aq) + H3O+
(aq) + 5 e- Mn2+ (aq) + 12 H2O
Oxidation:
NO2-
(aq) + 3 H2O NO3- (aq) + 2 H3O+
(aq) + 2 e-
Gesamtreaktion:
2 MnO4-(aq) + 5 NO2
-(aq) + 6 H3O+
(aq) 5 NO3-(aq) + 2 Mn2+
(aq) + 9 H2O
43
5. Pökeln
violett
+7 +2
+3 +5
farblos
violett farblos
Auswertung Versuch 5
Berechnung von Nitrit-Gehalt:
Beispiel:
Einwaage Pökelsalz: m(Pökelsalz) = 25,000 g
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 · 25000 mg/100 mL = 4575 mg NaNO2.
Massenanteil: w(NaNO2)= 21,56 mg/4575 mg · 100% = 0,47%
Richtwert: 0,4 – 0,5 % 44
5. Pökeln
6. Nachteile
45
6. Nachteile der Lebensmittelkonservierung
Schwefeln:• schwefelige Säure zerstört Vitamine und löst bei empfindlichen
Menschen (z.B. Asthmatikern) Überempfindlichkeitsreaktionen aus • viele Menschen reagieren ab 25 mg Schwefel, z.B. pro Liter Wein,
mit Kopfschmerzen
Pökeln: • Verlust von Vitaminen und Mineralstoffen • Entstehung von Nitrosaminen Krebserregend
in Bier, Fischprodukten, gepökelten Fleischerzeugnissen
Bildung von Nitrosaminen:
NaNO2 (aq) + H3O+(aq) HNO2 (aq) + H2O + Na+
(aq)
HNO2 (aq) + H3O+ (aq) NO+
(aq) + 2 H2O
R-NH + NO+ (aq) R-N-NO + H+
46
6. Nachteile
7. Schulrelevanz
47
7. Schulrelevanz
48
7. Schulrelevanz
G8-Lehrplan:
• fächerübergreifend: Chemie-, Biologieunterricht für Jg. 8-10
z.B. Besprechung des Zellaufbaus von Bakterien und Pilzen
• Themenkomplex für Jg. 11-12: „Konservierung und Zusatzstoffe“ oder fakultativ im Bereich „Alkansäuren und ihre Derivate“
• Vielfalt der Konservierungsmethoden aus Haushalt bekannt starker Alltagsbezug (Schüler-Interessen)
• ermöglicht außerschulische Lernorte (z.B. Supermarkt)
• experimentelle Hausaufgaben
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
• 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 49
8. Literatur
top related