Konservierung von Lebensmitteln - so alt wie die Menschheit, doch noch immer aktuell

Inhaltsübersicht Allgemeine Aspekte und Geschichte der Lebensmittelkonservierung 1.1. Historische Konservierungsverfahren Schwefeln von Lebensmitteln 2.1. Wirkung und Toxizität 2.2. Anwendungsgebiete 2.3. Schwefel in der Weinherstellung Pökeln von Lebensmitteln 3.1. Allgemeines 3.2. Wirkung und Toxizität Konservierungsstoffe im Unterricht

1. Allgemeine Aspekte und Geschichte der Lebensmittelkonservierung Konservierung: conservare (lat.) = erhalten, bewahren Definition: Lebensmittelkonservierung < Gesamtheit aller Maßnahmen gegen das Verderben von Lebensmitteln > Verfahren gegen mikrobiellen Verderb

Wirkungsweise von Konservierungsstoffen 1. Allgemeines und Geschichte 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

Einteilung der Konservierungsverfahren 1. Allgemeines und Geschichte Einteilung der Konservierungsverfahren kombiniert mit

Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung 1. Allgemeines und Geschichte 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 Schimmelpilzsporen

Lebensmittelzusatzstoffe 1. Allgemeines und Geschichte Lebensmittelzusatzstoffe Gesundheitliche Beurteilung: Nutzen contra Risiko  Umfassende toxikologische Prüfung Richtlinien der WHO und EU: ADI-Werte (acceptable daily intake) = Tageshöchstdosis in mg/kg Kennzeichnungspflicht: Klassifiziert durch E-Nummern Zulassung von Zusatzstoffen: Wenn technische Notwendigkeit, gesundheitliche Unbedenklichkeit

Geschichte der Lebensmittelkonservierung 1. Allgemeines und Geschichte Geschichte der Lebensmittelkonservierung „Konservierung ist so alt wie die Menschheit.“ Frühzeit: Salzen, Trocknen/Räuchern ~2000 v. Chr. (Ägypten) : Einlegen in Essig Einlegen von Enten ~50 n. Chr. (Römisches Reich): Einlegen in Honig; Schwefeln ~1000 n. Chr. (Ostasien, Orient) : Einlegen in Alkohol; Konservieren mit Zucker

~1397 (Holland): Pökeln (G. Beukel) 1. Allgemeines und Geschichte ~1397 (Holland): Pökeln (G. Beukel) 1809: Erfindung der „Konservendose“ (Appert) ab 1865: Konservierende Wirkung verschiedener Carbonsäuren (Kolbe u.a.) 1923 (USA): Konservierung mit Nitrit ab 1950 (westl. Industrieländer, Japan, ehem. UDSSR): Lebensmittelbestrahlung  Co-, Cs-Isotope

1.1. Historische Konservierungsverfahren 1. Allgemeines und Geschichte 1.1. Historische Konservierungsverfahren Trocknen von Lebensmitteln Wirkung: Wasserentzug, Mikrobenwachstum gestoppt Haltbarkeit: Wassergehalt unter 4% Voraussetzung: Warmes, trockenes Klima (z.B. Nordamerika)/Öfen Beispiele: Nudeln, Pilze Demonstration 1: Trockenpilze bei den Yosemite-Indianern

b) Salzen von Lebensmitteln 1. Allgemeines und Geschichte b) Salzen von Lebensmitteln Wirkung: Wasserentzug, 8-24%ige Lsg. antibakteriell Gesundheit: Große Mengen Kochsalz gesundheits- gefährdend (Bluthochdruck) Optimierung: Kombination von NaCl mit anderen Konservierungsmitteln (z.B. Essig) oder –verfahren (z.B. Trocknen) Vorteil: weniger NaCl nötig

Demonstration 2: Konservierung von Champignons nach Runge 1. Allgemeines und Geschichte Demonstration 2: Konservierung von Champignons nach Runge Aus Runges ‚Hauswirthschaftlichen Briefen’ (1866): „Man nimmt auf: 50 Loth* frische Champignons 2 Loth Salz und 4 Loth Essigsäure, die man nachdem sie wohl gereinigt und zerschnitten, […]. Bald tritt der Saft aus und ist dessen nach 24 Stunden soviel, dass die Champignons völlig davon bedeckt sind. […] “ * [1 Loth entspricht 16,6g]

2. Schwefeln von Lebensmitteln Anwendung: Verfahren seit ~50 n. Chr. bekannt (Weinherstellung; Einmachen von Obst) Schwefeln: Behandlung der Lebensmittel mit SO2 oder Salzen der „Schwefligen Säure“ (E220-227) Gesamtgehalt: Freie und gebundene „Schweflige Säure“ Schwefelschnitten

2. Schwefeln von Lebensmitteln 2.1. Wirkung und Toxizität Vorteil: Antimikrobielle und antioxidative sowie enzymhemmende Wirkung; verhindert Farbveränderungen Toxizität: ADI-Wert für SO2 und Sulfite: 0,7mg/kg Körpergewicht (d.h.  à 70kg  49mg/pro Tag) Nachteil: Allergien, Vitamin B1-Mangelerscheinungen, Krämpfe der Bronchialmuskulatur

2.2. Anwendungsgebiete Schwefeln ist zugelassen für: 2. Schwefeln von Lebensmitteln 2.2. Anwendungsgebiete Schwefeln ist zugelassen für: Trockenfrüchte, -gemüse Kandierte Früchte Getrocknete Kartoffelerzeugnisse Wein Höchstmengen: Individuell für verschiedene Produkte Deklarationen: >50mg SO2/L bzw. kg: „geschwefelt“ >500mg SO2/L bzw. kg: „stark geschwefelt“ XXX XXX

Versuch 1: Schwefeln von Apfelringen 2. Schwefeln von Lebensmitteln Versuch 1: Schwefeln von Apfelringen Reaktion: Obstproduktion: SO2 nur temporäres Konservierungsmittel; Reduzierung durch Hitze/Vakuum (Verpackung) Zweck: Verhindert enzymatische Bräunungsreaktionen Höchstmenge: 100mg/kg Frucht

Demonstration 3: Dörren von Apfelschnitzen 2. Schwefeln von Lebensmitteln Demonstration 3: Dörren von Apfelschnitzen Ungeschwefelte Apfelringe: Braunfärbung Grund: Enzym-Freisetzung durch Verarbeitungsvorgang XXX Δ T= 70°C T= 40-50°C Wassergehalt: 80-90% Restfeuchtegehalt: 5-7%  Apfelchips: knusprig, kross Restfeuchtegehalt: 22-25%  weiche, zähe Konsistenz (Bild: geschwefelte Äpfel) Vorteil: Mineral- (Fe, K) und Ballaststoffe hoch konzentriert Nachteil: Vitamine C und B1 abgebaut bzw. zersetzt

Versuch 2a: Nachweis von SO2 in Apfelschnitzen mit Bleiacetat-Papier 2. Schwefeln von Lebensmitteln Versuch 2a: Nachweis von SO2 in Apfelschnitzen mit Bleiacetat-Papier Reaktionen:

2. Schwefeln von Lebensmitteln Versuch 2b: Nachweis von SO2 in Aprikosen mit Kaliumiodat-Stärke-Papier Reaktionen:

2.3. Schwefel in der Weinherstellung 2. Schwefeln von Lebensmitteln 2.3. Schwefel in der Weinherstellung Anwendung: Brennende Schwefelfäden ins Fass hängen Wirkung: Keimtötend, Schutz vor Braunwerden Ende 15. Jhd.: Beschränkung des Schwefelns von Wein in „Deutschland“  „Gesundheitsgefährdung des Trinkers“ Weingesetz: Gesamtgehalt an SO2 in Rotwein 175mg/L; in Weiß- und Roséweinen 225mg/L Gesundheit: Geringe Mengen unbedenklich; z.T. verantwortlich für „Schädelbrummen“

Versuch 3: Quantitative Bestimmung des SO2-Gehalts in Wein 2. Schwefeln von Lebensmitteln Versuch 3: Quantitative Bestimmung des SO2-Gehalts in Wein Reaktion: Auswertung: M(SO2)= 64,06g/mol 1ml Iodlösung, c(½ I2)= 0,1mol/L, entspricht 3,203mg SO2. Gehalt SO2 in 100ml Weinprobe = VAnalyse· 3,203mg bzw. in 1000ml = VAnalyse · 3,203mg · 10 Erinnerung: Für Weißweine 225mg/L zugelassen Mosel-Saar-Ruwer Qualitätswein

Demonstration 4: Exkurs: Einlegen von Eiern in Wasserglas Aus Paula Horn: Kochbuch – […] für den hauswirtschaftlichen Unterricht in der Fortbildungsschule (1925)

Wirkung: Natronwasserglas (Natriumsilicat-Lösung) setzt Poren zu EXKURS Wirkung: Natronwasserglas (Natriumsilicat-Lösung) setzt Poren zu Alternative: Kalkwasser Ca(OH)2(aq) (Handelsname: Garantol®) Vorteil: Eiervorrat für Feste im Winter, rohe Eier bis zu 6 Monate haltbar Nachteil: Geschmack “laugig”, Eier nur noch zum Kochen/Backen verwendbar

3. Pökeln von Lebensmitteln 3.1. Allgemeines Pökelsalz: Gemisch aus NaCl, KNO3, NaNO3 und NaNO2 (E249-252); + Pökelhilfsstoffe, Geschmacksverstärker Anwendung: Rohe Fleisch- und Wursterzeugnisse (Salami, Kasseler, Kochschinken…) Massenanteil NaNO2: 0,4% bis 0,5%

Pökelarten Trockenpökelung: Einreiben mit NaCl-NaNO2-Gemisch 3. Pökeln von Lebensmitteln 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

3.2. Wirkung… Antioxidativ, antibakteriell, Synergieeffekte mit NaCl 3. Pökeln von Lebensmitteln 3.2. Wirkung… Antioxidativ, antibakteriell, Synergieeffekte mit NaCl Hemmt Toxinbildung: Clostridium botulinum  „Wurstvergifter“ (orale Aufnahme von 10μg tödlich) Optimale Aktivität: Niedriger pH des Milieus, Erhitzung des Lebensmittels, niedrige Lagertemperatur Nachteil: Vitamin-, Mineralstoffverlust Subjektive Wirkung (Geschmack/Optik): Bildung von Nitrosomyoglobin (rote Fleischfarbe ≠ Frische!)

Versuch 4: Kochsalz oder Pökelsalz? 3. Pökeln von Lebensmitteln Versuch 4: Kochsalz oder Pökelsalz? Lunges 1: 1g Sulfanilsäure in 30%iger Essigsäure Lunges 2: 0,3g α-Naphthylamin in Eisessig und Wasser Reaktionen: 1. Schritt: Diazotierung

3. Pökeln von Lebensmitteln 2. Schritt: Azokupplung

Versuch 5: „Umrötung“ von Hackfleisch 3. Pökeln von Lebensmitteln Versuch 5: „Umrötung“ von Hackfleisch Struktur des Myoglobins (Mb) Tertiärstruktur von Mb:

Reaktion ohne Pökelsalzzugabe: 3. Pökeln von Lebensmitteln Reaktion ohne Pökelsalzzugabe: Übersicht der Reaktionen der „Umrötung“:

Reaktionen der Umrötung: 3. Pökeln von Lebensmitteln Reaktionen der Umrötung: 1. Schritt: Nitrit-Reduktion 2. Schritt: Reaktion mit NO(g)

… und Toxizität ADI-Werte: Nitrat ~4mg/kg KG; Nitrit ~0,06mg/kg KG 3. Pökeln von Lebensmitteln … und Toxizität ADI-Werte: Nitrat ~4mg/kg KG; Nitrit ~0,06mg/kg KG Höchstwerte nach ZzulV*: 100mg NaNO2/kg Fleisch (*Zusatzstoff-Zulassungsverordnung) Akute orale Toxizität (LD50 Ratte): 85mg/kg KG Hauptproblem: Bildung von Nitrosaminen (cancerogen!) mit sek. und tert. Aminen im Magen  Kein Grillen von Pökelfleisch!

Versuch 6: Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehaltes in Pökelsalz 3. Pökeln von Lebensmitteln Versuch 6: Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehaltes in Pökelsalz Reaktion: Auswertung: M(NaNO2)= 69,0g/mol; Einwaage: m(Pökelsalz) = 25,00g 1ml KMnO4-Lösung, c(KMnO4)= 0,02mol/l, entspricht 3,45mg NaNO2. 6,25ml KMnO4-Lösung entsprechen 21,56mg NaNO2. Massenanteil: w(NaNO2)=

 6,25ml KMnO4-Lösung entsprechen 21,56mg NaNO2. Verbrauch: 3. Pökeln von Lebensmitteln Zur Auswertung:  6,25ml KMnO4-Lösung entsprechen 21,56mg NaNO2. Verbrauch: V(PS-Lösung)= x ml nach Äquivalenzbeziehung: m(NaNO2)= x ml · 25000mg/100ml= y mg Massenanteil: w(NaNO2)= 21,56mg/ y mg · 100 (in %)  Erinnerung: Massenanteil zwischen 0,4% und 0,5%.

4. Konservierungsstoffe im Unterricht Lehrplan: - Chemie-, Biologieunterricht (Jg. 8-10) - Wahlpflichtbereich (7/8 bzw. 9/10) - Projekttage, -wochen (auch fächerübergreifend) Themenkomplex für alle Jahrgänge (Sek. I/II): Vielfalt der Konservierungsmethoden aus Haushalt bekannt  Starker Alltagsbezug (Schüler-Interessen) Ermöglicht außerschulische Lernorte (z.B. Supermarkt) „die fachspezifischen Sachverhalte sind auch für Schüler überschaubar und zudem lehrplankonform“ Aus PdN-Ch. 1/50, Jg.2001

Das war‘s!

ZUSATZFOLIEN

Mechnismus Diazotierung V4 3. Pökeln von LM - Zusatzfolie Mechnismus Diazotierung V4 Tautomerie

Mechnismus Azokupplung V4 3. Pökeln von LM - Zusatzfolie Mechnismus Azokupplung V4 Sigma-Komplex

Zu Toxizität: Bildung von Nitrosaminen (Nitrosierung) 3. Pökeln von LM - Zusatzfolie Zu Toxizität: Bildung von Nitrosaminen (Nitrosierung)