Die Chemie des guten Geschmacks Gewürze Die Chemie des guten Geschmacks

Gliederung Definition Einteilung Sensorik 4. Inhaltstoffe - ätherische Öle - Scharfstoffe - ungesättigte Verbindungen - Fette - Stärke - Eiweiße - Farbstoffe 5. Wirkung 6. Schulrelevanz

Definition Gewürze „Gewürze und Kräuter sind Pflanzenteile, die wegen ihres Gehaltes an natürlichen Inhaltsstoffen als geschmack- und/oder geruchgebende Zutaten zu Lebensmitteln bestimmt sind.“ (Leitsätze für Gewürze und andere würzende Mittel des Deutschen Lebensmittelbuches vom 27. Mai 1998, Abschnitt I A1)

Einteilung der Gewürze Gruppenname Beispiele Samen und Früchte Pfeffer, Vanille, Paprika, Muskatnuss, Senf 2. Kräuter und Blätter Petersilie, Basilikum, Thymian, Majoran, Lorbeer Wurzeln und Wurzelstöcke Ingwer, Kurkuma Blüten und Blütenteile Gewürznelken, Safran Zwiebeln Knoblauch, Zwiebel Rinden Zimt

Grundbegriffe der Sensorik Flavour (oraler Gesamteindruck) Geschmack (Geschmacksstoffe über Geschmacksrezeptoren) Tastempfinden (physikalische Reize) Aroma (Gesamtgeruchseindruck über Geruchsrezeptoren) nasaler Geruch (Aromastoffe direkt über die Nase) retronasaler Geruch (Aromastoffe indirekt vom Rachenraum)

Der Geschmackssinn

Inhaltsstoffe Primäre Inhaltsstoffe: Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren, Stärke, Cellulose, Lignin Sekundäre Inhaltstoffe: ätherische Öle, Scharfstoffe, Bitterstoffe, Farbstoffe, Gerbstoffe, Harze, Glycoside

Ätherische Öle Gemische lipophiler, flüssiger, flüchtiger Verbindungen Für jede Pflanze charakteristischer Geruch und Geschmack Zusammensetzung von vielen Faktoren abhängig Bisher weit über 3000 chemische Verbindungen isoliert Häufige Bestandteile: Monoterpene (C10) und Sesquiterpene (C15)

V1: Wasser(dampf)destillation Nelken Apparatur zur Wasserdampfdestillation

V1: Wasser(dampf)destillation Nelken V1: Wasser(dampf)destillation Beruht auf der Flüchtigkeit und der (mäßigen) Wasserlöslichkeit der ätherischen Öle Ätherisches Öl löst sich in heißem Wasser und destilliert mit Wasserdampf über Nelken: 15-20% ätherisches Öl

Hauptkomponenten des ätherischen Öls: Nelken Hauptkomponenten des ätherischen Öls: Eugenol (70-90%) Aceteugenol (2-5%) β-Caryophyllen (5-12%) Humulen (bis 2%)

Weitere Komponenten: Nelken Furfurol Myrcen Limonen Vanillin α-Pinen Salicylsäuremethylester

V2: Dünnschichtchromatographie Nelken V2: Dünnschichtchromatographie DC-Kieselgelkarten Aufgetragen 1. Eugenol, 2. Wasserdampf-destillat, 3. Chloroformauszug Fließmittel: Hexan/Essigsäureethylester 4:1 Entwicklung mit Kaliumpermanganat-Reagenz → Im Nelkenöl ist Eugenol enthalten

Scharfstoffe Chemisch heterogene Gruppe von Verbindungen Erhöhen den Appetit, steigern Mundspeichel- und Magensaftsekretion Stimulieren Nasenschleimhäute und Schweißdrüsen Empfindungen von Wärme bis Schmerz Biologische Bedeutung: Schutz vor Fraßfeinden Piperin in Pfeffer, Gingerol in Ingwer, Isothiocyanate in Senf, Capsaicin in Paprika und Chilies

Paprika/Chilies Demo 1: Capsaicin In reiner Form farblos, stabil gegen Hitze und Kälte, schlecht wasserlöslich Enthalten in Paprika und Chilies (Scheidewände) Schärfe noch in einer Verdünnung von 1:106 wahrnehmbar Schärfe gemessen in Scoville-Einheiten Vanillylamid der 8-Methyl-trans-6-nonensäure

V3: Glucosinolatspaltung Senf V3: Glucosinolatspaltung Glucosinolate: Glucose β-pyranosidisch an zweiwertigen Schwefel gebunden Weißer Senf: Sinalbin (bis zu 5%): p-Hydroxybenzyl-Glucosinolat R= Schwarzer Senf: Sinigrin (bis zu 4,5%): Allyl-Glucosinolat R=

Abspaltung des Sulfats in einer Art Lossen-Umlagerung Senf Das Enzym Myrosinase spaltet die β-Thioglucosid-Bindung der Glucosinolate Abspaltung des Sulfats in einer Art Lossen-Umlagerung Entstehung eines Isothiocyanats („Senföl“) Isothiocyanat

Isothiocyanate („Senföle“) Weißer Senf: p-Hydroxybenzylisothiocyanat Schwarzer Senf: Allylisothiocyanat Die Isothiocyanate wirken auf Thermo- und Schmerzrezeptoren Reaktion bei Senfherstellung genutzt gleicher Vorgang beim Biss in eine Kaper, Radieschen oder einen Rettich

V4: Nachweis ungesättigter Verbindungen Ingwer V4: Nachweis ungesättigter Verbindungen Ingwer enthält ungesättigte Verbindungen Im ätherischen Öl (2-4%) In ungesättigten Fettsäuren (bis 14%) Zingiberen (70%) Linolsäure

Elektrophile Addition von Brom an Doppelbindungen Reaktionsgleichung: Ingwer Elektrophile Addition von Brom an Doppelbindungen Reaktionsgleichung: Reaktionsmechanismus:

V5: Nachweis von Aminosäuren mit Ninhydrin Ingwer V5: Nachweis von Aminosäuren mit Ninhydrin Ingwer enthält Proteine, sowie freie Aminosäuren Gesamtreaktion: Ruhemanns Purpur

Reaktionsmechanismus (verkürzt) Ingwer Indan-1,2,3-trion Halbaminol

Ingwer Ruhemanns Purpur

V6: Fettverseifung Muskatnuss enthält 40% fette Öle (Muskatbutter) Hauptbestandteil: Triglycerid der Myristinsäure Basische Esterhydrolyse Reaktionsgleichung:

Reaktionsmechanismus der basischen Esterhydrolyse Muskatnuss Reaktionsmechanismus der basischen Esterhydrolyse R = Rest des Fettsäuretriglycerids

V7: Stärkenachweis Pfeffer enthält bis zu 50% Stärke Nachweis mit Lugolscher Lösung Iod-Stärke-Reaktion: Blau durch CT-Komplex Einlagerung von Polyiodid-Ionen (I3-, I5-, I7-…) in die Stärke-Amylose-Helix

V8: Echter Safran? Gewürz und Lebensmittelfarbstoff in einem Safran/Kurkuma V8: Echter Safran? Gewürz und Lebensmittelfarbstoff in einem Gewürz = Narben der Safranblüte 100.000 bis 250.000 Blüten für 1 kg Safran Hoher Preis Verfälschungen: z.B. verschiedene Pflanzenteile der Färberdistel, Paprikapulver, Kurkumapulver

Enthält den wasserlöslichen Farbstoff Crocin Safran/Kurkuma Safran Enthält den wasserlöslichen Farbstoff Crocin Digentiobioseester des α-Crocetins R=

Safran/Kurkuma Kurkuma (Gelbwurz) Gemisch dreier Farbstoffe: Curcumin (60%), Desmethoxycurcumin (25%), Bisdesmethoxycurcumin (15%) Curcumin Keto-Form Enol-Form

Safran/Kurkuma Curcumin Rote Farbe

Curcumin In Wasser gering, in Alkalien, Alkohol und Öl leicht löslich Safran/Kurkuma Curcumin In Wasser gering, in Alkalien, Alkohol und Öl leicht löslich Natürlicher pH-Indikator (Umschlagbereich bei 7,5-8,5) Lebensmittelfarbstoff E100 Färbt z.B. Currypulver, Speisesenf, Reisgerichte (Paella)

Wirkung von Gewürzen Volksglaube contra Wissenschaft? Große Rolle in der Heilkunde Indiens und Chinas Heilwirkungen: appetit- und verdauungsfördernd, antibakteriell, fungizid, krebshemmend, blutdrucksenkend, krampflösend Gewürze als funktionelle Lebensmittel Vorsicht bei Muskatnuss: halluzinogen Cassia-Zimt: leber- schädigendes Cumarin

Demo 2: Fungizide Wirkung Zimt/Nelken Demo 2: Fungizide Wirkung Nährboden: Agar mit Glucose (1%) Hemmung des Wachstums von Schimmelpilzen bei Zusatz von Nelken oder Zimt (2%) Antimykotische Wirkstoffe Eugenol Zimtaldehyd

Schulrelevanz Projektarbeit (fächerübergreifend: Chemie, Biologie, Geschichte, Geographie, Wirtschaft) GK/LK 11G: - Alkansäuren und ihre Derivate (Esterverseifung) - Alkene (elektrophile Addition) - Naturstoffe: Fette, Kohlenhydrate, Aminosäuren, Peptide GK/LK 12G.2: Farbstoffe, Nahrungsmittel (Inhaltsstoffe, Zusatzstoffe) (Hessischer Lehrplan für das Fach Chemie an Gymnasien (G8))

„Unter allen Künsten der Menschheit gibt es keine, die sich einer richtigeren Beurteilung erfreut und deren Produkte allgemeinere Anerkennung genießen als die, welche sich mit der Zubereitung der Speise beschäftigt.“ (Liebig, Chemische Briefe) Na dann – Guten Appetit!

Piperin Gingerol Myristicin Cumarin