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1 Die Kartoffel - eine tolle Knolle Experimentalvortrag von Isabelle Kuhn.

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Präsentation zum Thema: "1 Die Kartoffel - eine tolle Knolle Experimentalvortrag von Isabelle Kuhn."—  Präsentation transkript:

1 1 Die Kartoffel - eine tolle Knolle Experimentalvortrag von Isabelle Kuhn

2 2 Gliederung 1. Einleitung 2. Inhaltsstoffe 2.1 Wasser 2.2 Kohlenhydrate 2.3 Enzyme 2.4 weitere Inhaltsstoffe 3. Kartoffelprodukte 4. Schulrelevanz

3 3 1. Einleitung

4 4 Die Geschichte der Kartoffel Ursprung der Kartoffel: Südamerika Mitte des 16. Jhd.: spanische Seefahrer brachten Kartoffelknollen nach Europa Zu Beginn des 18. Jhd.: Kartoffeln als Nahrungsmittel 1756 erließ König Friedrich der Große von Preußen den staatlichen Befehl zum Kartoffelanbau Vom Alten Fritz, dem Preußenkönig, weiß man zwar viel, doch viel zu wenig. So ist es zum Beispiel nicht bekannt, daß er die Bratkartoffeln erfand! Drum heißen sie auch – das ist kein Witz – Pommes Fritz! Heinz Erhard 1. Einleitung

5 5 Mitte des 19. Jhd.: Missernte führte in großen Teilen Europas zu Hungersnöten Ende des 19. Jhd.: Kartoffel beeinflusst Landwirtschaft Deutschlands und Europas Heute: die Kartoffel auf allen Kontinenten (Anbau in 130 Ländern) Herkunft: Anbau: 1. Einleitung

6 6 Botanik der Kartoffel weltweit 5000 kultivierte Sorten hinter Weizen und Reis am meisten produziertes Nahrungsmittel botanisch zählt die Kartoffel - Solanum tuberosum - zu den Solanaceen (Nachtschattengewächse) Kartoffel ist die Speicherknolle der Kartoffelpflanze 1. Einleitung

7 7 Beere oder „Kartoffelapfel“ Blüte (zartblau, rosa oder weiß) Blätter Mutterknolle Wurzeln Ausläufer mit neuen Knollen 1. Einleitung

8 8 Verwendung 25 % der Kartoffelernte gelangt direkt zum menschlichen Verzehr 25 % wird zu Stärke (Stärkekartoffeln) und Alkohol (Brennereikartoffeln) ca. 40 % Futterkartoffeln ca. 10 % Saatkartoffeln 1. Einleitung

9 9 Verbrauch Hoher Konsum an Kartoffelchips, Pommes Frites, Kroketten, Fertig-Rösti und Trockenflocken Alternativen wie Reis und Teigwaren 1. Einleitung

10 10 Was ist drin? 1. Einleitung

11 11 2. Inhaltsstoffe 2.1 Wasser

12 12 Demo 1: Dehydratisieren der Kartoffel Kartoffelscheiben wurden bei 100 °C in den Ofen gegeben......und alle 5 Minuten gewogen 2.1 Wasser

13 13 Ausgangsgewicht 100 g Endgewicht 28 g 72 % Wasser enthalten 2.1 Wasser

14 14 2. Inhaltsstoffe 2.2 Kohlenhydrate

15 15 Allgemeines Kohlenhydrate: Zusammensetzung aus unterschiedlicher Anzahl von Zuckern (Sacchariden) Man unterscheidet drei Arten von Kohlenhydraten: Monosaccharide (Grundbaustein der Mehrfachzucker): Glucose, Fructose, Galactose Disaccharide: Saccharose, Lactose, Maltose Polysaccharide: Stärke, Cellulose 2.2 Kohlenhydrate

16 16 Cellulose (Zellstoff) Mengenmäßig wichtigste org. Verbindung (10 Billionen Tonnen / Jahr) Zellwände (Pflanzenzellen): unverdauliche Cellulose unverzweigte Poly[β-(1-4)-anhydro-D-glucopyranose]- Ketten Grundbaustein: Glucose 2.2 Kohlenhydrate

17 17 Intramolekulare Wasserstoffbrücken Intermolekulare Wasserstoffbrücken Cellulose-Faser: durch Zusammenlagern vieler parallel liegender "Seile" aus Fibrillen 2.2 Kohlenhydrate

18 18 Blaufärbung der Cellulose durch Zinkchloridiod-Lösung Grund: Quellung der Fasern durch Zinkchlorid, Einlagerung von Iod-Molekülen zwischen den Fasern (CT-Komplex) Versuch 1: Cellulosenachweis 2.2 Kohlenhydrate

19 19 Stärke Wichtigstes Nahrungskohlenhydrat Reservekohlenhydrat der Pflanzen Stärkereich: Kartoffeln, Getreide und Bananen hochmolekulares Polysaccharid (Grundbaustein: Glucose) 2.2 Kohlenhydrate

20 20 Amylose - 20 % der Kartoffelstärke - α-1,4- glycosidische Verknüpfung Helikale Struktur Kolloidal in Wasser löslich 2.2 Kohlenhydrate

21 21 Amylopektin - 80 % der Kartoffelstärke - α-1,6- & α-1,4- glycosidische Verknüpfung Verzweigte Struktur In Wasser nicht löslich 2.2 Kohlenhydrate

22 22 Versuch 2 : Stärke-Nachweis - Schreiben auf der Kartoffel - Anode: Oxidation -1 ± 0 2 I - (s/aq) I 2 (aq) + 2 e - Es bilden sich Polyiodide ([I 3 ] -, [I 5 ] -,...) I 2 (aq) + I - (aq) [I 3 ] - (aq) Kathode: Reduktion des Wassers +1 ± 0 2 H 2 O + 2 e - H 2 (g) ↑ + 2 OH - (aq) 2.2 Kohlenhydrate

23 23 Iod-Stärke- Einschlussverbindung (CT-Komplex) Grund für die Blaufärbung: Einlagerung der Polyiodide in die in der Kartoffel enthaltene Stärke 2.2 Kohlenhydrate

24 24 Versuch 3: Säurehydrolyse der Stärke 2.2 Kohlenhydrate

25 25 Die so entstehenden Bruchstücke nennt man Dextrine (können auch beim Erhitzen von Stärke entstehen (Röstdextrine) Braunfärbung) 2.2 Kohlenhydrate H O

26 26 Zu Beginn: 1. Es liegt Stärke vor mit Lugolscher Lösung bildet sich Iod-Stärke-Komplex 2. Es liegen keine Dextrine oder Glucosemoleküle vor Fehling-Reaktion negativ Gegen Ende: 1. Stärke wurde abgebaut Stärkenachweis negativ 2. Es entstehen Dextrine, Maltose und Glucose Fehling positiv 2.2 Kohlenhydrate

27 27 2 Cu 2+ (aq) + 2 C 4 H 4 O 6 2- (aq) + 2 H 2 O [Cu 2 (C 4 H 4 O 6 ) 2 (H 2 O) 2 ] 2- (aq) blau (Kupfer(II)-Tatrat-Komplex) blau (aq) OH - (aq) + Cu 2 O↓+ 2 C 4 H 4 O 6 2- (aq) + 7 H 2 O rot Glucose (Aldose) Glucoxylat Kupferoxid Kohlenhydrate 2-

28 28 Farbverlauf mit Lugolscher Lösung (Stärke wird abgebaut) Farbverlauf mit Fehling I und II (Dextrine, Maltose, Glucose entsehen) Reaktionsverlauf

29 29 Demo 2: Stärkeabbau durch Speichel Verdauung: beginnt im Mund Verdauungsenzyme (Amylase) bauen Nahrung ab Analog zur sauren Hydrolyse: Stärke Dextrine Amylase 2.2 Kohlenhydrate

30 30 Versuch 4: Stärkefolie Amylopektin: in kaltem Wasser unlöslich quillt in heißem ab ca. 58 °C Verkleisterung (Kleister = kolloidale Lsg.) Kleister wird beim Abkühlen fest Glycerin: Weichmacher (Folie wird nicht spröde) ist hygroskopisch Austrocknen wird verhindert Stärkefolie bleibt geschmeidig 2.2 Kohlenhydrate

31 31 Stärke + Glycerin Stärke Glycerin Glycerin schiebt sich zwischen die Stärke verhindert Bildung brüchiger Stärkekristalle + ΔH / H 2 O 2.2 Kohlenhydrate

32 32 Eigenschaften von Stärke: Kleben Binden und Verdicken Filmbildung Verwendung der Stärke: Nahrungsmittelindustrie: Bindemittel Herstellung von Papier, Wellpappe, Textilien, Arzneimittel, Baustoffe und Kunststoffe Biologisch abbaubares Material Eigenschaften und Verwendung 2.2 Kohlenhydrate

33 33 2. Inhaltsstoffe 2.3 Enzyme

34 34 Versuch 5: Katalase H2O2:H2O2: Abfallprodukt des Stoffwechsels schädigt lebende Zellen Katalase: Kommt in allen Geweben vor Schutzvorrichtung: baut Wasserstoffperoxid zu ungefährlichen Verbindungen ab 2.3 Enzyme

35 35 eisenhaltiges Enzym, enthält eine Häm-Gruppe im aktiven Zentrum 2.3 Enzyme

36 36 An das Eisenzentrum dieses Komplexes wird das H 2 O 2 - Molekül gebunden und dann gespalten. 2.3 Enzyme Kiemer-Stein- Mechanismus: „Oxoeisen (V)Ion“ [Fe 3+ ]

37 37 Beim Erhitzen: Katalase denaturiert Dadurch kann das Substrat nicht mehr angelagert werden die Reaktion läuft nicht mehr ab 2.3 Enzyme

38 38 Versuch 6: Enzymatische Bräunung der Kartoffel Phenoloxidase löst das Braunwerden der Kartoffel durch Oxidation aus: Tyrosin Dopa Dopachinon + H 2 O Phenoloxidase 2.3 Enzyme

39 39 Dopachinon Leukodopachrom Dopachrom Polymerisation Indolchinone Melanine (braune Pigmente) 2.3 Enzyme und

40 40 Unterdrückung der Bräunungsreaktion Ascorbinsäure: kräftiges Reduktionsmittel (Endiol-Struktur) reduziert gebildeten Chinone (keine Polymerisation) + 2 H e ±1±1 +1 Dopa Red. Ox. 2.3 Enzyme

41 41 2. Inhaltsstoffe 2.4 Weitere Inhaltsstoffe

42 42 Wichtige Inhaltsstoffe Mineralstoffe: Kalium, Phosphor, Calcium Citronensäure Vitamin (B 1, B 2, C) Carotinoide Anthocyane (bei manchen Kartoffelsorten) 2.5 weitere Inhaltsstoffe

43 43 ∆ E∆ E∆ E∆ E h c/λ Emission Grundzustand (K) Angeregter Zustand (K*) Grundzustand (K) h c/λ = Lichtquant E 4p 4s Energieschema Versuch 7: Flammenfärbung 2.3 weitere Inhaltsstoffe

44 44 Demo 3: Anthocyane In roten oder violetten Kartoffeln sowie in Süßkartoffeln sind Anthocyane enthalten (z.B.: das Petunidin) Soda (Na 2 CO 3 ): CO 3 2– (aq) + H 2 O HCO 3 – (aq) + OH – (aq) 2.5 weitere Inhaltsstoffe

45 weitere Inhaltsstoffe H

46 46 3. Kartoffelprodukte

47 47 Kartoffelprodukte Kartoffelpüree, -klöße, -chips, -puffer, Pommes, Kroketten, Gnocchi etc. 3. Kartoffelprodukte

48 48 Versuch 8: Sulfit/Ascorbinsäure im Kartoffelpüree - oder warum das Kartoffelpüree aus dem Supermarkt nicht braun wird- Zutaten: Sulfit und Ascorbinsäure „binden“ Sauerstoff (verhindern so das Braunwerden der Kartoffel) z.B.: 2 SO 3 2- (aq) + O 2 (g) 2 SO 4 2- (aq) Sulfit Sulfat Kartoffelprodukte

49 49 Allgemein: KI (aq) + I 2 (aq) KI 3 (aq) Sulfit: H 2 O + SO 3 2- SO e H + I e - 2 I SO I 2 + H 2 O SO I H + Ascorbinsäure: + I 3 - (aq) mit Stärke blau (CT-Komplex) + 2 H + (aq) + 3 I - (aq) ±0± Dehydroascorbinsäure 3. Kartoffelprodukte Mit Stärke blauer Komplex

50 50 Einwaage je 10 g Normale Chips: Auswaage Fett: 3,42 g Fettgehalt laut Packung (in 100 g): 35 g Chips light: Auswaage Fett: 2,18 g Fettgehalt laut Packung (in 100 g): 21 g selbstgemachte Chips: Auswaage Fett: 0,25 g Klarer Sieger, guten Appetit!!! Demo 4: Kartoffelchips 3. Kartoffelprodukte

51 51 4. Schulrelevanz

52 52 Grundschule: Kartoffelwoche Sekundarstufe 1 (vereinzelt): Flammenfärbung einmal anders (8. Klasse: Erdalkali- und Alkalimetalle) Kartoffelbatterie (8. Klasse: Ionenwanderung) Hauptbestandteil der Kartoffel Wasser (9. Klasse: Lebensgrundlage Wasser) Nitrate (9. Klasse: Salze) 4. Schulrelevanz

53 53 Sekundarstufe 2: 11. Klasse: Naturstoffe von der Kartoffel zur Stärke Kartoffelchips (Fette) Aminosäuren, Proteine und Enzyme die abbaubare Folie (Alternativen zu Kunststoffen) 12. Klasse: Wahlthema angewandte Chemie Nahrungsmittel Umweltchemie Gefahrstoffe (Solanin und Acrylamid) 4. Schulrelevanz

54 54 Allgemein gilt: Gestaltung des Unterrichts nach Leitthemen besseres Verständnis Thema Kartoffel bietet viele Einsatzmöglichkeiten fördert Verständnis zur: Ernährung Ökologische Bildung Umwelterziehung 4. Schulrelevanz

55 55 Abschiedsworte an PELLKA Jetzt schlägt deine schlimmste Stunde, du Ungleichrunde, du Ausgekochte, du Zeitgeschälte, du Vielgequälte, du Gipfel meines Entzückens. Jetzt kommt der Moment des Zerdrückens mit der Gabel! Sei stark!... Joachim Ringelnatz (1883 – 1931)


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