Das Ei

(1)

Philipps-Universität Marburg Fachbereich Chemie

Seminar: Übungen im Experimentalvortrag, WS 04/05 Leitung: Prof. Dr. B. Neumüller, Dr. P. Reiß,

Prof. Dr. U. Müller, Prof. Dr. Koert

Das Ei

Experimentalvortrag vom 26.Jan.2005

Hinweis:

Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule).

Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht herunter geladen werden, unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende:

http://online-media.uni-marburg.de/chemie/chids/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html

(2)

Christina Erbar, Manuelstraße. 9, 56218 Mülheim-Kärlich

(3)

Inhaltsübersicht:

1. Die Schale ... Seite 2 1.1 Die Hauptbestandteile... Seite 2 1.2 V1: Carbonat-Nachweis... Seite 2 1.3 Demonstration 1: Ei in der Saugflasche... Seite 3 1.4 Weitere schulrelevante Versuche zur Eierschale... Seite 4

2. Das Eiklar ... Seite 5 2.1 Hauptbestandteile... Seite 5 2.2 Eiweißstrukturen... Seite 5 2.2.1 Primärstruktur... Seite 5 2.2.2 V2: Tryptophan-Nachweis...Seite 7 2.2.3 Sekundärstruktur...Seite 8 2.2.4 Tertiärstruktur...Seite 9 2.2.5 V3: Cystein-Nachweis...Seite 10 2.2.6 Quartärstruktur...Seite 11 2.3 V4: Denaturierung von Eiweiß... Seite 13 2.4 V5: Färbeverfahren...Seite 14 2.5 Weitere schulrelevante Versuche zum Eiklar...Seite 18

3. Das Eigelb ... Seite 19 3.1 Hauptbestandteile... Seite 19 3.2 Aufbau des Eigelbs... Seite 20 3.3 V6: Acetonauszug und Verseifung der Fette... Seite 21 3.4 Weitere schulrelevante Versuche zum Eigelb... Seite 22

4. Alltägliches zum Thema Ei ... Seite 23 4.1 www.was-steht-auf-dem-Ei.de... Seite 23 4.2 Verbrauchertipps... Seite 24 4.3 Demonstration 2: Alt oder neu?... Seite 24 4.4 Güte- und Gewichtsklassen... Seite 25

5. Literaturangaben ... Seite 27

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1. Die Schale

Die Schale des Hühnereies macht etwa 10 % des Gesamteies, d.h. bei einem 60g schweren Ei etwa 6g aus, ist etwa 0.2-0.4 mm dick und je nach Rasse weiß oder braun gefärbt.

Sie hat sich entwickelt, als die Tiere in der Evolution vom Wasser auf das Land gelangt sind und dort einen Schutzmechanismus benötigten, um den Inhalt ihrer Eier, also das entstehende Leben, vor dem Austrocknen zu bewahren.

1.1 Die Hauptbestandteile

Die Hauptbestandteile der Schale sind:

 Mineralstoffe ( 95.1%)

 Eiweiße ( 3.3%)

 Wasser ( 1.6%)

Die Mineralstoffe sind hauptsächlich Kalzium- bzw. Magnesiumcarbonat, weshalb dieser Teil der Schale auch als Kalkschale bezeichnet wird.

Das Carbonat wird in Versuch 1 nachgewiesen.

1.2 Versuch 1: Carbonat-Nachweis

Geräte: Mörser mit Pistill, Spatel, Reagenzglas, Pipette, Gärröhrchen

Chemikalien: Eierschale, konz. Salzsäure, gesättigte Bariumhydroxidlösung

Durchführung: Zwei bis drei Spatelspitzen zermörserter Eierschale werden in einem Reagenzglas mit 5 ml konzentrierter Salzsäure versetzt. Hierauf steckt man eine Gärröhrchen, das mit gesättigter Bariumhydroxidlösung gefüllt ist.

Beobachtung: Eine deutliche Gas- und Schauentwicklung ist zu erkennen.

Weiterhin fällt weißes Bariumcarbonat im Gärröhrchen aus.

(5)

Erklärung: Durch die Salzsäure wird das sich in der Eierschale befindliche Carbonat in Kohlenstoffdioxid umgewandelt. Diese steigt im Gärröhrchen auf.

Die Bildung des weißen Schaums ist auf die Denaturierung des Eiweißes, das sich in der Schale befindet zurückzuführen. Da Bariumcarbonat sehr schwer löslich ist, fällt dies dann bei der Reaktion des Kohlendioxids mit den Ba

²⁺

-Ionen der

Bariumhydroxidlösung aus.

CO

32-

(s)

+ 2 H

3

O

⁺(aq)

CO

2(g)

+ 3 H

2

O CO

2(g/aq)

+ Ba

²⁺(aq)

+ 2 OH

^-(aq)

BaCO

3(s)

 + H

2

O

Um den weiteren Aufbau der Schale zu demonstrieren, kann man folgende Demonstration durchführen:

1.3 Demonstration 1: Das Ei in der Saugflasche

Geräte: 300-ml Becherglas, Saugtopf, Vakuumpumpe, Löffel Chemikalien: Salzsäure (c=2mol/L), Leitungswasser, rohes Ei

Durchführung/ Beobachtung: Ein rohes Ei wird einige Sekunden lang in Salzsäure gehalten. Es bildet sich ein weißer Saum um die nun angeätzte Schale.

Vorsichtig wird dieser Saum abgespült und das Ei in einen mit Leitungswasser gefüllten Saugtopf gegeben, an den ein Vakuum angelegt wird.

Hier kann man nun die Luft aus der Luftblase des Eies aus den Poren herausströmen sehen.

Erklärung: Die Bildung des weißen Saumes ist wie in Versuche 1 darauf zurückzuführen, das auch die Eierschale Eiweiße enthält, die denaturieren.

Betrachtet man einen Querschnitt durch die Eierschale, kann man unter dem Mikroskop erkennen, das die Schale nicht nur aus der oben erwähnten Kalkschale besteht, sondern noch weitere Bestandteile hat.

Oberhäutchen bzw. Cuticula

(6)

Pore Kalkspatsäule

äußere Schalenhaut

innere Schalenhaut

Abb. 1: Querschnitt durch die Eierschale

Das Oberhäutchen schützt das Ei vor eindringenden Keimen, so dass das Ei einen perfekten Selbstschutz besitzt, solange dieses Häutchen unbeschädigt ist.

Die Luft aus der Luftblase, die sich zwischen den Schalenhäuten befindet, kann deshalb aus dem Ei herausgesaugt werden, da die beiden Häute semi-permeable Membranen darstellen.

Die verhältnismäßig kleinen Luftmoleküle wie O

2

, N

2

und CO

2

können leicht durch die Membran dringen und werden dann durch die Poren, von denen ein Hühnerei etwa 10.000 besitzt, herausgesaugt. Die äußere und innere Schalenhaut bestehen aus Keratin. Der Aufbau dieses Skleroproteins wird unter 2.2.6 näher erläutert.

1.4 Weitere schulrelevante Versuche zum Thema Eierschale

 Elmex-Gelee-Versuch

 Belastbarkeit der Schale testen

 Versuche zur semi-permeablen Membran

(7)

2. Das Eiklar

Das Hühnerei besteht zu etwa 57% aus Eiklar, d.h. bei einem Ei von 60g macht es etwa 34 g aus.

Für die weitern Versuche wird eine Eiklarlösung angesetzt, bei der zu je einem Eiklar 100 ml destilliertes Wasser hinzugefügt wird. Diese Lösung wird leicht gerührt und anschließend durch Glaswolle filtriert.

2.1 Die Hauptbestandteile

Die Hauptbestandteile des Eiklars sind:

 Wasser (89.7%)

 Eiweiß (10.6%)

 Kohlenhydrate (0.9%)

 K

⁺

, Na

⁺

Die sich im Eiklar befindlichen Eiweiße unterteilen sich in Sphäroproteine, also kugelförmige Proteine, und Enzyme.

Bei den Sphäroproteinen unterscheidet man Albumine, also wasserlösliche Proteine und Globuline die nur in Neutralsalzlösungen, wie z.B. essentieller NaCl löslich sind.

Ebenfalls im Eiklar enthalten sind Kohlenhydrate und Natrium bzw. Kalium.

Gehen wir weiterhin von einem 60 g schweren Ei aus, so enthält es 86.4 mg Na

⁺

und 88.2 mg K

⁺

. Im Vergleich dazu ist in Kaffee 4 mg Na

⁺

und 1730mg K

⁺

.

Nun betrachten wir den Aufbau der Eiweiße, also der Peptide, die im Eiklar enthalten sind. Hier unterteilt man in die Primär-, Sekundär-, Tertiär- und die Quartär- struktur.

2.2.1 Die Primärstruktur

Die elementaren Bausteine der Peptide sind die Aminosäuren.

Sie sind zwitterionisch, haben in der allgemeinen Formel, die hier angegeben ist,

einen sog. C-Terminus und einen N-Terminus.

(8)

N H

₂

R₁

O

OH

N

R₂

H COOH

H

N

H

₂ ^N

H

OH R₁

O R₂ O

N H

H O

R

OH

Bilden zwei Aminosäuren unter Wasserabspaltung eine Bindung aus, so nennt man diese Peptidbindung.

+

 - H

2

O

Geschieht dies nun sehr häufig, nämlich a) 1-9 mal, spricht man von Oligopeptiden b) 10-99 mal von Polypeptiden und

c) mehr als 100 mal von Proteinen.

Für den Menschen sind die Aminosäuren Phenylalanin, Isoleucin, Tryptophan, Methionin, Leucin, Valin, Lysin und Threonin essentiell.

(Merkspruch: Phenomenale Isolde trüpt metunter Leutnant Valentins lysterne Thräume.)

Semi-Essentiell ist Arginin und Histidin.

Cystein und Tyrosin sind essentiell für Kindern, da die Mechanismen zur Darstellung dieser Aminosäuren noch nicht ausgereift sind.

Im nun folgenden Versuch wird eine dieser essentiellen Aminosäuren, nämlich das Tryptophan nachgewiesen.

Da die Biuret- und die Xanthoproteinreaktion sehr häufig vorgetragen werden und

ich denke, dass sie jedem bekannt sind, habe ich versucht zwei weniger bekannte

(9)

NH

₂

N

COOH

H

O

H

^H

O

Nachweisversuche für eine Aminosäure ( siehe 2.2.2) bzw. die Tertiärstruktur (siehe 2.2.5) zu finden, die dennoch in der Schule durchgeführt werden können.

2.2.2 Versuch 2: Tryptophan-Nachweis nach Adamkiewicz

Geräte: Reagenzglas, zwei 10 ml Pipetten, Reagenzglasstopfen, Glasstab, 5 ml Pipette

Chemikalien: Eisessig, Eiklarlösung, 10%ige Kupfersulfatlösung, konz.

Schwefelsäure

Durchführung: Man gibt jeweils 10 ml Eiklarlösung, wie diese hergestellt wird steht zu Beginn des Kapitels, und Eisessig zusammen in ein Reagenzglas. Diese Lösung rührt man mit Hilfe des Glasstabes leicht um und fügt einige Tropfen 10%ige Kupfersulfatlösung hinzu. Nun unterschichtet man mit konzentrierter Schwefelsäure.

Beobachtung: Es entsteht ein braun/grüner Ring, der im UV-Licht fluoresziert.

Auswertung: Die Adamkiewiczreaktion ist eine Nachweisreaktion für Tryptophan.

Durch Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure werden die Aminosäuresequenzen teilweise gespalten und das Tryptophan wird frei.

Dann entstehen aus der Glyoxylsäure, die sich partiell im Eisessig bildet, durch eine mehrstufige Reaktion mit dem Tryptophan zwei Fluorophore.

Diesen Versuch habe ich trotz des komplizierten Mechanismuses, den ich hier nicht anführen werde, ausgewählt, da ich ihn sehr anschaulich finde.

Weiterhin denke ich, dass man ihn in der Schule dafür verwenden kann, die Fluoreszenz anhand eines vereinfachten Jablonskidiagrammes zu erklären und dessen Zusammenhänge auch in der organischen Chemie zu wiederholen.

+



Tryptophan  Glyoxylsäure

(10)

N N H

N N

H



⁺

2.2.3 Die Sekundärstruktur

Bei der α-Helix bildet die Proteinkette eine Helixstruktur aus, die durch Wasserstoffbrückenbindungen, hier rot gestrichelt, stabilisiert wird.

Diese bilden sich zwischen der NH - Gruppe einer Peptidbindung und der Carbonylgruppe einer weiteren Peptidbindung aus.

Diese ist vier Aminosäuren weit von der ersten entfernt.

Eine Umdrehung ist 5.4 nm lang.

Es gibt fast nur rechtsgängige α-Helices, linksgängige sind möglich wie z.B. bei Kollagen.

α-Helix

Bei dem eben erwähnten Keratin, das für den Aufbau der Schalenhäute verantwortlich ist, liegen drei rechtsgängige α-Helices vor.

Bei der β- Faltblattstruktur liegen die Peptidebenen fast wie auf einem gefalteten Stück Papier. Um Schülern dies zu verdeutlichen, kann man sie die Struktur sehr gut auf ein Papier zeichnen lassen.

Das Faltblatt ist beinahe gestreckt, die gesamte Streckung wird allerdings durch die

Wasserstoffbrückenbindungen

verhindert, die sich nun zwischen zwei benachbarten Ketten ausbilden.

β- Faltblatt

Hierbei gibt es antiparallele (siehe Abb. 3) und parallele Faltblätter ( ohne

Abbildung), wobei sich hier dann das erste Molekül herumdreht, d.h. die Reste immer

noch nach oben stehen, die Peptidbindungen jedoch parallel verlaufen.

(11)

2.2.4 Die Tertiärstruktur

Die Tertiärstruktur will die Anordnung der geordneten Sekundärstrukturen und der weniger geordneten Zwischengebiete klarstellen.

Man versucht die Lage aller Atome des Proteins im Raum zu verstehen.

Hierzu sind weitere Bindungen nötig, um das Protein zusammen zu halten.

Dabei sind zu nennen:

 Wasserstoffbrückenbindungen (1)

 Bildungen der Aminosäurereste:

- Disulfidbrücken (Atombindung) (2)

- Ionenbindungen zwischen verschieden geladenen Gruppen (3) - hydrophobe Wechselwirkungen (4)

(1) (2) (3) (4) Abb. 4: Bindungen zwischen Aminosäuren

Die Disulfidbrücken (2) werden durch eine Redoxreaktion zwischen zwei

Cysteinresten ausgebildet, die man dann auch Cystin nennt. Sie sind sehr stabil und befindet sich z.B. im Insulin, wo sie die A- und B-Kette miteinander verbindet.

Ionenbindungen (3) zwischen den Resten werden z.B. zwischen sauren

Aminosäuren ( Asparagin, Glutamin, Asparaginsäure, Glutaminsäure) und basischen Aminosäure ( Histidin, Lysin und Arginin) ausgebildet.

Hydrophobe WW: Die hydrophoben Reste der Aminosäuren ( Alanin, Valin, Leucin Isoleucin und Glycin) können nicht mit Wasser wechselwirken. Deshalb verlagern sie sich in das Innere des Proteins und schaffen dort eine wasserfreie Zone.

Um weiterhin die Lage im Raum zu verstehen gibt es noch die Einteilung, nämlich das Motiv und die Domäne.

Unter dem Motiv, auch Supersekundärstruktur genannt, versteht man die

Kombination verschiedener Sekundärstrukturen, also z.B. die Faltblattlagen der

(12)

Protein

H SH

Ü

OH

Immunglobuline oder die βαβαβ-Struktur der Glycerinaldehyd-3-phosphat- Dehydrogenase.

Domänen falteten sich unabhängig vom Rest des Proteins, d.h. es sind eigene Bereiche im Protein. Man kann sich also die Peptidkette (mehr als 200 Aminosäuren) als langen Faden vorstellen, der mehrere Knäule bildet und jedes Knäul unabhängig vom anderen verdreht ist.

2.2.5 Versuch 3: Cystein-Nachweis

Geräte: Magnetrührer mit Rührfisch, Erlenmeyerkolben, Pipetten

Chemikalien: starke NaOH (gesättigte Lösung), Eiklarlösung, Silbernitratlösung

Durchführung: Zu 50 ml Eiklarlösung werden 5 ml konz. NaOH zugefügt. Die Lösung wird auf dem Magnetrührer unter ständigem Rühren erhitzt. Anschließend fügt man einige Tropfen Silbernitratlösung hinzu.

Beobachtung: Es fällt schwarz-braunes Silbersulfid aus.

Erklärung: Durch das Kochen mit NaOH findet eine S

N

2-Reaktion statt, bei der die Sulfidgruppe gegen eine Hydroxidgruppe ausgetauscht wird. Sowohl der Anfangs- als auch der Endzustand ist tetraedrisch, der Übergangszustand hingegen trigonal- bipyramidal. Durch die bimolekulare Kinetik der Reaktion ist es wichtig, eine höher konzentrierte NaOH zu verwenden, da deren Konzentration die Reaktions-

geschwindigkeit bestimmt. Ebenfalls findet eine Walden-Umkehr statt, d.h. aus der R-Aminosäure wird eine S-Aminosäure.

+

^-

OH

(aq)

 +

^-

SH

(aq)

Mechanismus der S

N

2 Reaktion:

SH Protein

H H

+

^-

OH

(aq)

Übergangszustand

(13)

Protein H H

HO

+

^-

SH

(aq)

Diese Reaktion habe ich ausgewählt, da sie genauso in einem Ei stattfindet, das wir zu lange kochen. Das Eisen, aus dem Eigelb, reagiert mit dem Sulfid eines Proteins aus dem Eiklar. Deshalb entsteht dann an der Grenze zwischen Eigelb und Eiklar ein blau-grauer Ring. Dies ist eine ganz natürliche Reaktion und deshalb können die Eier trotz dieser Verfärbung gut verzehrt werden.

2.2.6 Die Quartärstruktur

Bei der Quartärstruktur beschreibt man die Zusammenlagerung mehrerer Proteinmoleküle. Z.B. wird die A-Kette des Insulins mit der B-Kette über eine Disulfidbrücke zusammengehalten.

Die Bindungsarten sind dieselben, wie in der Tertiärstruktur.

Man unterscheidet hierbei:

 Skleroproteine

 Sphäroproteine

 Proteide

Skleroproteine sind sogenannte Gerüsteiweiße, wie z.B. Kollagen und Keratin.

Sie finden wir in der äußeren und inneren Schalenhaut (vgl. 1.3) in Form des Keratins wieder. Das Keratin besteht zu 16% aus Cystein, was beim Verbrennen von z.B. Haaren den schlechten/üblen Geruch ausmacht.

Es sind drei rechtsgängige α-Helices, die linksgängig zu einer Superhelix

verbunden sind.

(14)

α-Helices bilden eine Superhelix

Sphäroproteine werden auch globuläre Proteine genannt. Sie bilden das Eiklar im inneren des Eies.

Proteide werden auch zusammengesetzte Eiweiße genannt. Ein Beispiel ist das hier aufgezeigte Hämoglobin, ein

Chromoproteid (Protein Globin und Farbstoff Häm) dessen Quartärstruktur aus vier Untereinheiten besteht.

Diese sind im Ei nicht zu finden.

Da wir nun wissen, wie die Proteine aufgebaut sind, werden wir im nächsten Versuch herausfinden, wie man diese Strukturen zerstören kann.

2.5 Versuch 4: Denaturierung von Eiweiß

Geräte: hohes 300-ml Becherglas, Spannungsquelle, Voltmeter, 4 Kabel, Kupfer- blech, 2 Krokodilklemmen, Graphitelektrode,

Chemikalien: Eiklarlösung, Wasser

Durchführung: 100 ml Wasser werden mit 100 ml Eiklarlösung gemischt. Dann wird eine Spannung von 25 V angelegt.

Beobachtung: Es entsteht eine weiße Schicht auf dem Kupferblech und an der Graphitelektrode steigt ein Gas auf.

Erklärung: Die weiße Schicht auf dem Kupferblech, das als Opferanode dient, ist denaturiertes Einweiß. Es denaturiert durch die Bildung der Kupfer-, also

Schwermetallionen. Hierbei findet eine Redoxreaktion statt. Das Kupferblech dient als Opferanode, an der die Oxidation stattfindet.

Oxidation: Cu

(s)

 Cu

²⁺(aq)

+ 2 e

^-

(15)

Die Reduktion findet dann an der Graphitelektrode statt, an der sich gasförmiger Wasserstoff bildet.

Reduktion: 2 H

2

O + 2 e

^-

 H

2(g)

 + 2

^-

OH

(aq)

Insgesamt haben wir also folgende Redoxreaktion:

+1 0 0 +2

2 H

2

O + Cu

(s)

 H

2(g)

+ Cu

²⁺(aq)

+ 2

^-

OH

(aq)

Die Denaturierung findet nun deshalb statt, da die sehr großen Kupferionen zwischen die Ionenbindung zweier Aminosäuren ( siehe 2.2.4 Abb. 4, (3) ) drängt und dort die Bindung aufbricht.

Hier wird also die Tertiärstruktur zerstört.

Weitere Denaturierungen erfolgen bei Zugabe folgender Chemikalien: (vgl. 2.7)

 Säuren/Laugen: entladen die geladenen Reste, die die Ionenbindungen bilden

 Salze: Verlust der Hydrathülle, z.B. Ammoniumsulfat

 Reduktions-/Oxidationsmittel: Disulfidbindungen werden gelöst

 Harnstoff: beansprucht die Wasserstoffbrückenbindungen

Dieser Versuch kann, nachdem die Denaturierung im Detail besprochen worden ist, denke ich sehr gut verwendet werden, um die Elektrochemie und Redoxreaktionen zu wiederholen.

Um nun zu zeigen, das die Denaturierung zwar die Tertiärstruktur zerstört, jedoch keinen Einfluss auf die Primärstruktur, also die Aminosäuresequenz hat, wird der nächste Versuch verwendet.

Weiterhin ist er sehr gut dafür, um den Schülern zu demonstrieren, dass man nicht

nur Versuche rund um das Ei machen kann, in dem man die Inhaltsstoffe nachweist,

sondern auch Versuche mit dem Ei machen kann, in dem man es als ein Edukt

verwendet, um nun eben verschieden Färbeverfahren aufzuzeigen.

(16)

2.6 Versuch 5: Färbeverfahren

Geräte: drei Bechergläser, Waage, Spatel, Petrischale, Pinzette, Waage, Schüssel mit Eis, 20 ml Messzylinder

Chemikalien: Eiswasser, Echtblausalz B, Resorcin, NaOH (c= 1 mol/L), hartgekochtes Ei

Vorbereitung der Farblösungen: In 20 ml Eiswasser löst man 0.4 g Echtblausalz B. Diese Lösung ist gelb. In einem zweiten Becherglas löst man 0.4 g Resorcin in einer Lösung aus 6 ml NaOH und 14 ml Eiswasser. Es entsteht eine rote Lösung.

In das dritte Becherglas werden nun jeweils etwa 5 ml der beiden Lösungen zusammengefügt, wobei sich eine blutrote Lösung bildet.

Durchführung/Beobachtung:

a) Direktfärbung: Man legt ein Stück des gekochten Eies in die blutrote Mischung der Lösungen in das Reagenzglas. Nach etwa zwei Minuten entnimmt man es wieder und spült es mit dest. Wasser ab.

Das Eiweißstück hat sich nur blas rosa gefärbt und die Farbe nimmt beim Abspülen noch an Intensität ab.

b) Reaktivfärbung: Ein Stück des gekochten Eiweißes wird zuerst in die

Echtblausalz B Lösung gegeben. Nach einer Minute nimmt man es, nun gelb gefärbt, heraus, spült es ab und legt es eine weiter Minute in die rote Lösung des Resorcins.

Nimmt man es nun hier heraus, so bleibt auch nach erneutem Abspülen die blutrote Farbe am Eiweißstück erhalten.

Erklärung:

a) Direktfärbung: Hier reagiert das Echtblausalz B Molekül direkt mit dem Resorcin, so dass der fertige blutrote Farbstoff im Becherglas entsteht.

+ +

+ + N N N N

MeO OMe

OH OH

(17)

N

N N N

MeO O

H

O H

OH

OH OMe

N

N N N

MeO OMe

OH

O H

OH

OMe O

H

O H

N

N N N

MeO

OH

OH H

H

Resorcin Echtblausalz B Kation

Die Reaktion der beiden Moleküle folgt dem Mechanismus einer Azokupplung.

Zuerst greift das durch die beiden OH-Gruppen aktivierte Resorcin nucleophil an der Azogruppe an. Da das Echtblausalz B Kation zwei dieser Gruppen besitzt, kann von beiden Seiten angegriffen werden.

+ +

+

+ +

-Komplex

Es entsteht ein -Komplex, bei dem die Elektronen des Ringes mit denen der Azogruppe wechselwirken. Hierbei wird nun sowohl aus sterischen als auch aus elektronischen Gründen das äußere Stickstoffatom der Azogruppe positiv geladen.

Im folgenden entsteht nun ein -Komplex, aus dem dann unter Abspaltung zweier Protonen das Farbstoffmolekül entsteht.

+ +

-Komplex

N N N N

MeO OMe

OH

O H

OH

(18)

N

N N N

MeO O

H

O H

OH

OH OMe

OH

N

N N N

MeO OMe

O N H

N

N N N

MeO OMe

- 2 H

⁺

b) Reaktivfärbung:

Bei der Reaktivfärbung findet mechanistisch ebenfalls eine Azokupplung statt, weshalb hier nur die Reaktionsgleichung aufgeführt wird.

Da nur Tyrosin die einzige aromatische aktivierte Aminosäure ist, also mit der wenig reaktiven Azogruppe reagieren kann, findet nur die Reaktion des Echtblausalz B Kations mit dem Tyrosin statt.

Die Azokupplung erfolgt aus sterischen Gründen nur auf einer Seite des Moleküls.

+

+ +

Tyrosin im Eiweiß

+

Gibt man nun das aktvierte Eiweiß in die Resorcinlösung, so kann an der anderen Seite gekuppelt werden. So entsteht der nun vorliegende blutrote Farbstoff.

17 N N N N

MeO OMe

OH

O

N H

(19)

OH

O H

OH

N

N N N

MeO OMe

OH

OH O

N H

+

- 2 H

⁺

Bei der Auswertung dieses Versuches sollte man besonders darauf achten, dass die Schüler verstehen, dass die Denaturierung nicht zur Zerstörung der Primärstruktur führt, die Eiweißmoleküle also nach wie vor in ihrer Aminosäuresequenz vorliegen und nicht elementar zersetzt worden sind. Sonst würde der Versuch, auch als Nachweis für Tyrosin verwendbar, nicht funktionieren.

Der Unterschied in der Reaktivfärbung zur Direktfärbung liegt also darin, dass bei der Direktfärbung der sich im Becherglas gebildete Farbstoff nur durch

Wasserstoffbrückenbindungen an das Eiweißmolekül gebunden wird, weshalb man ihn teilweise einfach mit Wasser abspülen kann.

Bei der Reaktivfärbung hingegen ist das Eiweißmolekül einer der Reaktanden, der zur Bildung eines Farbstoffs führt. Hier liegt also eine echte Bindung vor, so dass man diese beim Abspülen nicht mehr aufbrechen kann.

2.7 Weitere schulrelevante Versuche zum Eiklar

 Biuret- und Xanthoproteinreaktion

 Proteine in anderen Lebensmitteln nachweisen

 Versuche mit Enzymen

 Denaturierungsversuche (vgl. 2.5)

 reversible Denaturierungen:

Kältedenaturierung, Leichtmetalldenaturierung

 irreversible Denaturierungen:

- Hitzedenaturierung

- Schwermetalldenaturierung

(20)

- Säuredenaturierung - Laugedenaturierung

- Denaturierung durch Salzzugabe

- Denaturierung durch Zugabe von Harnstoff

- Denaturierung durch Reduktions-/Oxidationsmitteln

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3. Das Eigelb/ Der Dotter

Das Eigelb/der Eidotter macht die übrigen 33%, also 20g eines 60 g schweren Eies aus. Im folgenden werden Eigelb und Eidotter synonym verwendet.

Der Dotter liegt im Zentrum des Hühnereies. Die Dotterkugel hat einen Durchmesser von ca. drei bis vier Zentimetern. Das Besondere hieran ist, dass der Dotter nur aus einer einzigen Zelle besteht und damit die größte bekannte biologische Zelle ist.

Die Farbe des Dotters wird durch das vom Huhn gefressene Futter bestimmt.

Nimmt das Huhn hauptsächlich Mais und Grünfutter zu sich, so wird der Dotter hellgelb, werden hingegen Krustentiere und Paprika der Nahrung beigemischt, so ergibt sich eine rötliche Dotterfarbe.

3.1 Hauptbestandteile

Die Hauptbestandteile des Dotters sind:

 Lipoproteine, Bestandteil davon: Cholesterin

 Fette, Fettsäuren

 Phosphatide: Lecithin

 Carotinoide: -Carotin

 Vitamine: A, B

1

, B

2

, B

12

, D, K

 Fe

^2+/3+

, Ca

²⁺

Lipoproteine stellen eine Konjugation aus Proteinen und unterschiedlichen Anteilen aus unpolaren und amphiphilen Lipiden dar. Sie besitzen einen Kern, der aus den unpolaren Triacylglycerinen besteht und einer Hülle, die aus den amphiphilen Lipiden und Apolipoproteinen besteht. Je nach Anteil dieser drei Komponenten unterscheidet man die Lipoproteine in vier Gruppen: Chylomikronen, Very Low Density Lipoproteids (VLDL), Low Density Proteids (LDL) und High Density Proteids (HDL).

Das Fett im Dotter verfügt über eine günstige Fettsäurezusammensetzung: 65

Prozent ungesättigte Fettsäuren, die positiv auf die Blutfettwerte wirken können.

(22)

Allerdings kommt das Fett in Verbindung mit Cholesterin vor, das unter Umständen einen negativen Einfluss auf die Cholesterinwerte im Blut hat.

Laut Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) sollte die tägliche Cholesterinzufuhr 300 Milligramm nicht überschreiten. Das ist genau die Menge, die ein einziges Hühnerei enthält.

Phosphatide bzw. Phospholipide sind Ester des Glycerins. Hierbei sind zwei Hydroxidgruppen mit Fettsäuren, die dritte Gruppe mit Phosphorsäure verestert.

Diese Grundstruktur nennt man Glycerophosphatid oder Phosphatidsäure. An einer der Hydroxidgruppen des Phosphorsäurerestes kann nun wie z.B. beim Lecithin mit Cholin verestert werden.

Die Vitamin A, D und K sind fettlösliche Vitamine, B

1

, B

2

, B

12

hingegen sind wasserlöslich. Einige ihrer biologischen und physiologischen Funktionen sind im folgenden aufgezählt:

Vitamin A: unterstützt den Sehvorgang, das Wachstum und die Zellentwicklung Vitamin D: reguliert den Calcium- und Phosphatstoffwechsel

Vitamin K: beeinflusst den Ablauf der Blutgerinnung.

Vitamin B

1

: wirkt im Protein-, Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel Vitamin B

2

: dient der Wachstumsförderung

Vitamin B

12

: fördert die Reifung der roten Blutkörperchen

3.2 Aufbau des Eigelbs

Das Eigelb lässt sich in den Nahrungs- und den Bildungsdotter einteilen, der nach seiner Funktion bei der Entstehung eines Kükens benannt ist.

In der Mitte des Dotters befindet sich das Dotterbett, welches etwa 0,6 Prozent der Dottersubstanz ausmacht. Dieser Teil ist deutlich flüssiger als das übrige Eigelb und erstarrt selbst bei gekochten Eiern nicht.

Die Keimscheibe enthält das sogenannte Keimbläschen, ragt zylinderförmig in den Dotter hinein und endet im Dotterbett.

Dotterbett Keimscheibe mit

Keimbläschen

(23)

O

O O

O

R₃ R₂

R

₁

O

OH

OH OH

O

O R

₁₂₃

Nahrungs- (orange) und

Bildungsdotter (gelb)

3.3 Versuch 6: Acetonauszug und Verseifung der Fette

Vorbereitung: Acetonauszug

Zwei Eigelb werden in ein Becherglas gegeben und mit 100 ml kaltem Aceton auf dem Magnetrührer eine Minute lang homogenisiert. Danach nutscht man ab und wiederholt das Verfahren mit dem Rückstand. In diesem befinden sich die

denaturierten Eiweiße und weiterhin findet man das in Aceton unlösliche Lecithin.

Schon auf Grund der orangenen Farbe kann man erkennen, das sich das -Carotin in der Lösung befindet. Ebenso befinden sich dort die Fette und Fettsäuren, die man schon mit bloßem Auge auf der Acetonschicht schwimmen sieht. Diese sollen nun verseift werden.

Geräte: Magnetrührer mit Rührfisch, Erlenmeyerkolben, Pipette, Becherglas Chemikalien: Acetonauszug, NaOH-Lösung

Durchführung: Man gibt etwa 50 ml des Filtrats aus dem Acetonauszug in den Erlenmeyerkolben und fügt tropfenweise unter Rühren NaOH-Lösung hinzu.

Beobachtung: Es bildet sich ein beständiger Schaum.

Erklärung: Da Carotinoide keine verseifbaren Substanzen sind, ist davon auszugehen, dass die im Auszug vorhandenen Fette hydrolysiert worden sind.

Hier entsteht aus dem Fett Glycerin und der durch das Natrium gebildeten Kernseife.

- + 3 NaOH + 3 Na

⁺

+

^{/ /}

22

(24)

O O

R R₁ O

O

OH R₁ R

R O H O R

₁

O

R OH R₁

O O

Fett Base Glycerin Seife

Mechanistisch greift die Base

^–

OH das positiverte Kohlenstoffatom der

Carboxylgruppe des Esters an, wodurch sich eine tetraedrische Zwischenstufe bildet.

Da das Alkoholatanion eine leichtere Abgangsgruppe ist, geht es im zweiten Schritt ab und es entsteht erneut die Fettsäure. Auf Grund der höheren Basizität wird dann im dritten Schritt der Alkohol und das Fettsäureanion gebildet, das dann zusammen mit dem Natriumkation die Kernseife darstellt.

- +

^-

OH

(aq)

^-

+

R= Glycerin mit zwei weiteren Fettsäuren verestert bzw. dann hydrolysiert

3.4 Weitere Schulrelevante Versuche zum Thema Eigelb

 Lecithin als Emulgator

 Extraktion und Chromatographie von -Carotin

 Versuchen zum Cholesterin

(25)

4. Alltägliches zum Thema Ei

4.1 www.was-steht-auf-dem-Ei.de

Auf jedem Ei ist seit Januar 2004 für den Verbraucher deutlich eine neunstellige Nummer z.B. die 0-DE-16270-1 aufgedruckt.

Die erste Zahl gibt an, wie die Legehennen gehalten wurden (Haltungsform):

• 0 = Ökologische Erzeugung: (siehe unten: Bio-Eier)

• 1 = Freilandhaltung: je Huhn mindestens 4 m² Auslauf im Freien

• 2 = Bodenhaltung: Stallhaltung mit max. 9 Hühnern pro m²

• 3 = Käfighaltung: Käfige mit Metallgitterböden, i.d.R. in drei oder 4 Etagen, 550 cm² pro Henne

Die Buchstaben weisen auf das Herkunftsland hin, also z.B.:

• AT = Österreich

• DE = Deutschland

• BE = Belgien

• NL = Niederlande

Die darauf folgende Zahlenreihe kennzeichnet den Kreis, dann den Betrieb, gefolgt von der Stallnummer.

Bio Eier unterliegen sehr strengen Regeln. Diese stammen aus ökologisch wirtschaftenden Betrieben und sind an der geschützten Bezeichnung „Bio“ oder

„Öko“ zu erkennen. Die Eier tragen die Prüfnummer einer unabhängigen

Kontrollstelle und sind meist mit den Labeln der Öko-Landbauverbände oder der Öko-Handelsmarken versehen.

Besonderheiten von Bio-Eiern sind u.a.:

Die Haltung der Hennen in Käfigen ist nicht erlaubt, jedes Huhn erhält mindestens 4 m2 Auslauf mit Gras und Sträuchern, die Möglichkeit zum Scharren muss gegeben sein, der natürlicher Tag- und Nachtrhythmus eingehalten werden, kein Einsatz vorbeugender Antibiotika, das Futter muss aus ökologischem Anbau stammen, mind.

zu 50 % vom eigenen Hof (kein Soja aus Entwicklungsländern, kein Tiermehl, keine

Leistungsförderer) und die Anwendung der Gentechnik ist verboten.

(26)

4.2 Verbrauchertipps

Die Eier soll man möglichst frisch kaufen und bald verbrauchen.

Lagern sollten sie im Kühlschrank mit der Spitze nach unten, damit sich die

Luftblase am oberen Ende frei entfalten kann und nicht andauernd gegen den Inhalt drückt und sich der Dotter in der Mitte befindet.

Für Speisen, die rohe Eier enthalten z.B. Tiramisu, nur ganz frische Eier

verwenden und innerhalb von 24 Std. verbrauchen. Auch hier sollten die Speisen im Kühlschrank aufbewahrt und nur zum Verzehr für kurze Zeit aus dem Kühlschrank genommen werden.

Es stimmt nicht, dass man Eier nach dem Kochen abschrecken muss, damit man sie besser pellen kann. Man macht sogar einen Fehler, wenn man die Eier

abschreckt, da die Kutikula, also das Oberhäutchen zerstört wird und damit der natürliche Schutz der Eier.

Das Schweizer Bundesamt für Gesundheit hat eine Studie gemacht und festgestellt, dass hartgekochte Eier, die abgeschreckt wurden, nicht sehr lange haltbar sind.

Der Grund dafür: Bakterien gelangen durch das Wasser beim Abschrecken in das Ei und vermehren sich dort. Wenn man also die Eier abschreckt, sollten diese innerhalb von zwei Tagen verzehrt werden, verzichtet man auf das Abschrecken, sind die Eier bis zu drei Monaten haltbar.

Eier werden in Güte- und Gewichtsklassen unterteilt.

Hierbei gibt es Güteklassen A und B.

Eier der Klasse A müssen mindestens folgende Merkmale aufweisen:

• Schale: normal, sauber, unverletzt

• Luftkammer: Höhe nicht über sechs Millimeter, unbeweglich

• Eiklar: klar, durchsichtig, von gallertartiger Konsistenz, frei von fremden Einlagerungen jeder Art

• Dotter: beim Durchleuchten nur schattenhaft sichtbar, beim Drehen des Eies nicht wesentlich von der zentralen Lage abweichend, frei von fremden Ein- oder Auflagerungen jeder Art

• Keim: nicht sichtbar entwickelt

• Geruch: frei von Fremdgeruch

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• Eier der Klasse A dürfen weder gewaschen noch auf sonstige Weise gereinigt worden sein.

Eier der Güteklasse A – Extra frisch unterliegen zusätzlichen Bedingungen:

• die Kleinpackungen müssen mit einer Banderole oder einem Etikett versehen sein, auf denen das Wort "Extra" gedruckt ist

• sieben Tage nach dem Verpackungsdatum neun Tage nach dem Legedatum muss der Verkäufer die Banderole oder das Etikett entfernen

•die Luftkammer der Eier darf zum Zeitpunkt der Verpackung nicht höher als vier Millimeter sein

Im Handel werden nur Güteklasse A bzw. A frisch verkauft. Eier mit Güteklasse B werden in der Industrie u.a. zu Gefrierei verarbeitet.

Gewichtsklassen

Seit 1996 gibt es in der EU nur noch vier Gewichtsklassen für Eier. Die

Gewichtsklassen werden EU-weit in der jeweiligen Landessprache als "sehr groß",

"groß", "mittel" und "klein" bezeichnet. Alternativ oder in Kombination dazu dürfen auch die Kürzel XL, L, M und S auf der Verpackung stehen. Auch die Angabe der Gewichtsspanne ist erlaubt.

S Klein < 53 g

M Mittel 53-63 g

L groß 63-73 g

XL sehr groß >73 g

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