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Lebensmittelkonservierung Luisa Wanka SS 2009. Gliederung 1. Einleitung: Was bedeutet Konservieren? 2. Geschichte der chemischen Lebensmittelkonservierung.

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1 Lebensmittelkonservierung Luisa Wanka SS 2009

2 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. Literatur 2

3 1. Einleitung 3

4 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

5 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 H 2 S oder NH 3 ) Hefen: Gärung (z.B. Säfte) Schimmelpilze: Verschimmeln und Erweichung (z.B. Schimmelpilzrasen) 5 1. Einleitung

6 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

7 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

8 2. Geschichte der Lebensmittel- konservierung 8

9 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

10 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 Geschichte

11 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) Geschichte

12 Demo 1a Trocknen von Champignons Geschichte

13 Demo 1b Konservierung mit Salz und Essig (nach Runge) Geschichte

14 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 Geschichte

15 3. Konservierung durch Senkung des pH-Wertes 15

16 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 pH-Wert-Senkung

17 Demo 2 Aufnahme einer Titrationskurve von Gurkenwasser pH-Wert-Senkung

18 3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve pH-Wert-Senkung

19 3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve Ergebnisse: Säure im Gurkenwasser Essigsäure (pK s -Wert: 4,75) Reaktionsgleichung: CH 3 COOH (aq) + Na + (aq) + OH - (aq) CH 3 COO - (aq) + Na + (aq) + H 2 O Bestimmung der Menge von Essigsäure: n(CH 3 COOH) = c(NaOH)*V(NaOH)* t = 0,1mol/L*11,5 mL*1,00 = 1,15 mmol m(CH 3 COOH) = M(CH 3 COOH)*n(CH 3 COOH) = 60,05 mg/mmol*1,15 mmol = 69,05 mg/mmol In 50 mL Gurkenwasser sind demnach 69,05 mg Essigsäure enthalten pH-Wert-Senkung

20 4. Schwefeln von Lebensmitteln 20

21 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 SO 2 zu sich nehmen Schwefeln

22 4.2 Toxizität und Anwendungsgebiete Einsatz aus toxikologischer Sicht umstritten zerstört Vitamin B 1 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 Schwefeln

23 Versuch 1 Schwefeln von Apfelstücken Schwefeln

24 Auswertung Versuch 1 Schwefel wird durch den Sauerstoff der Luft zu Schwefeldioxid oxidiert das entstandene SO 2 –Gas verhindert die Bräunungsreaktion durch Phenoloxidation um Lebensmittel vor einer Oxidation an der Luft zu schützen, verwendet man Antioxidantien (hier: SO 2 ) Antioxidantien können Luftsauerstoff abfangen und somit eine Oxidation verhindern Schwefeln S 8(s) + 8 O 2(g) 8 SO 2(g)

25 Versuch 2 Nachweis von SO 2 in Trockenobst mit Bleiacetat-Papier Schwefeln

26 Auswertung Versuch Schwefeln Braunfärbung des Bleiacetat-Papiers durch Bildung von H 2 S Schwarzfärbung erfolgt durch Bildung von PbS 3 Zn (s) + 6 HCl (aq) 3 ZnCl 2(aq) + 3 H 2(nasc) 3 H 2(nasc) + 4 SO 2(g) H 2 S (g) + 2 H 2 O H 2 S (g) + Pb(CH 3 COO) 2 (aq) PbS (s) + 2 CH 3 COOH (aq)

27 5. Pökeln von Lebensmitteln 27

28 5.1 Allgemeines Pökelsalz besteht hauptsächlich aus Kochsalz (NaCl) und geringen Mengen an Nitrit-Salzen (NaNO 2 - Massenanteil: 0,4 bis 0,5 %) weitere Inhaltsstoffe: Saccharose und Pökelhilfsstoffe, wie z.B. L-Ascorbinsäure Anwendung: Rohe Fleisch- und Wursterzeugnisse Pökeln

29 5.2 Pökelarten Trockenpökelung: Einreiben mit NaCl-NaNO 2 - Gemisch Nasspökelung: in 15-20%ige Pökelsalz-Lösung eingelegt (mehrere Tage) Spritzpökelung: Injektion einer Pökellake, darin eingelegt (1 Tag) Lagerung: bis zu mehreren Monaten Pökeln

30 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 Pökeln

31 Demo 3 Wirkung von Pökelsalz Pökeln

32 Wirkung von Pökelsalz Pökeln Ungepökeltes Fleischstück Gepökeltes Fleischstück Nach 1 Woche Lagerung

33 Auswertung Demo 4 Die antimikrobielle Wirkung des Nitrits beruht auf der freigesetzten salpetrigen Säure und den daraus entstehenden Stickoxiden. Disproportionierungsreaktion: NO 2 - (aq) + H 3 O + (aq) HNO 2 (aq) + H 2 O 3 HNO 2 (aq) HNO 3 (aq) + 2 NO (aq/g) + H 2 O Stickstoffmonoxid wirkt konservierend, farbbildend, aromabildend und antioxidativ Pökeln

34 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!) Pökeln

35 Versuch 3 Umrötung von Hackfleisch Pökeln

36 Auswertung Versuch Pökeln Quelle: MYu17XI/AAAAAAAAAWw/vaRKauDzD_Y/s3 20/Myoglobin.png Struktur des Myoglobins (Mb)Tertiärstruktur von Mb:

37 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 + NO 2 - (aq) + 2 H 3 O + (aq) Mb(Fe 3+ )-His + NO (g) + 3 H 2 O 2.Schritt: Reaktion mit NO a) Mb(Fe 2+ )-His + NO (g) Mb(Fe 2+ )NO + His b) Mb(Fe 3+ )-His + NO (g) Mb(Fe 3+ )NO + His Pökeln Kochen Myoglobin, purpurrotMetMb, grau-braun Myoglobin, purpurrotMetMb, grau-braun +2+3 Nitrosomyoglobin Nitrosometmyoglobin

38 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 Pökeln

39 Versuch 4 Qualitativer Nachweis von Nitrit in Pökelsalz Pökeln

40 Auswertung Versuch Pökeln Lunges 1: 1 g Sulfanilsäure in 30 -%iger Essigsäure Lunges 2: 0,3 g α-Naphthylamin in Eisessig und Wasser Reaktionen: 1.Schritt: Diazotierung

41 Auswertung Versuch 4 2. Schritt: Azokupplung Pökeln

42 Versuch 5 Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehalts in Pökelsalz Pökeln

43 Auswertung Versuch 5 Reduktion: MnO 4 - (aq) + H 3 O + (aq) + 5 e - Mn 2+ (aq) + 12 H 2 O Oxidation: NO 2 - (aq) + 3 H 2 O NO 3 - (aq) + 2 H 3 O + (aq) + 2 e - Gesamtreaktion: 2 MnO 4 - (aq) + 5 NO 2 - (aq) + 6 H 3 O + (aq) 5 NO 3 - (aq) + 2 Mn 2+ (aq) + 9 H 2 O Pökeln violett farblos violettfarblos

44 Auswertung Versuch 5 Berechnung von Nitrit-Gehalt: Beispiel: Einwaage Pökelsalz: m(Pökelsalz) = 25,000 g Mittelwert: V Analyse = 18,35 mL Berechnung des Massenanteils w(NaNO 2 ) in Pökelsalz: [M(NaNO 2 )=69 g/mol] 1 mL KMnO 4 -Lösung, c(KMnO 4 ) = 0,02 mol/L, entspricht 3,45 mg NaNO 2. 6,25 mL KMnO 4 -Lösung entsprechen 21,56 mg NaNO 2. m(NaNO 2 )= 18,35 mL · mg/100 mL = 4575 mg NaNO 2. Massenanteil: w(NaNO 2 )= 21,56 mg/4575 mg · 100% = 0,47% Richtwert: 0,4 – 0,5 % Pökeln

45 6. Nachteile 45

46 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: NaNO 2 (aq) + H 3 O + (aq) HNO 2 (aq) + H 2 O + Na + (aq) HNO 2 (aq) + H 3 O + (aq) NO + (aq) + 2 H 2 O R-NH + NO + (aq) R-N-NO + H Nachteile

47 7. Schulrelevanz 47

48 7. Schulrelevanz Schulrelevanz G8-Lehrplan: fächerübergreifend: Chemie-, Biologieunterricht für Jg z.B. Besprechung des Zellaufbaus von Bakterien und Pilzen Themenkomplex für Jg : 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

49 8. Literatur B ALTES, W.: Lebensmittelchemie, 5. Auflage, Springer Verlag, Berlin. S F LUCK, E./M AHR, C.: Anorganisches Grundpraktikum, 6. Auflage, VCH, Weinheim 1985 R IEDEL, E.: Anorganische Chemie, 5. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin - New York 2002 S EABERT, H./W ÖHRMANN, H.: Konservierung von Lebensmitteln mit und ohne Chemie. Materialien für den Unterricht. Hrsg.: AG Naturwissenschaften - sozial, Marburg 1992 S TUTE, R.: Lebensmittel haltbar machen – die Entwicklung einer Technologie. In: NiU-Ch 10, Heft Nr. 49, S bw.de/unterricht/faecher/nwt/unterrichtseinheiten/bausteine/ernaehrung/bilder/01Geschicht e%20Lebensmittelkonservierung.pdf Literatur


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