Die Kartoffel – eine tolle Knolle

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Philips-Universität Marburg Fachbereich Chemie

Ausarbeitung zum Experimentalvortrag WS 07/08

Die Kartoffel –

eine tolle Knolle

von Isabelle Kuhn

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Gliederung Inhaltsverzeichnis

1. Einführung...4

1.1 Geschichte der Kartoffel...4

1.2 Botanik der Kartoffel...5

1.3 Verwendung und Verbrauch der Kartoffel...5

2. Inhaltsstoffe...6

2.1 Wasser...7

Demo 1: Dehydratisieren der Kartoffel...7

2.2 Kohlenhydrate...10

2.2.1 Cellulose...11

Versuch 1: Cellulose-Nachweis...12

2.2.2 Stärke...14

Versuch 2: Stärke-Nachweis...15

Versuch 3: Säurehydrolyse der Stärke...17

Demo 2: Stärkeabbau durch Speichel...20

Versuch 4: Stärkefolie...21

2.3 Enzyme...23

Versuch 5: Katalase...23

Versuch 6: Enzymatische Bräunung der Kartoffel...25

2.4 Weitere Inhaltsstoffe...27

Versuch 7: Flammenfärbung...27

Demo 3: Anthocyane...29

3. Kartoffelprodukte...32

Versuch 8: Sulfit/Ascorbinsäure im Kartoffelpüree...32

Demo 4: Kartoffelchips...34

4. Schulrelevanz:...35

5. Literatur:...35

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1. Einführung

1.1 Geschichte der Kartoffel

Ursprünglich kommt die Kartoffel aus Südamerika, genauer gesagt aus Peru und Chile. Nach Europa gelangte die Kartoffel dann durch spanische Seefahrer in der Mitte des 16. Jahrhunderts.

Zunächst wurde sie wegen der schönen Blüten nur als Zierpflanze in Botanischen Gärten genutzt bis man zu Beginn des 18 Jahrhunderts aufgrund vieler Hungersnöte ihren Wert als Nahrungsmittel erkannte. 1756 Erließ dann König Friedrich der Große von Preußen den staatlichen Befehl zum Kartoffelanbau.

In meinem Vortrag hatte ich an dieser Stelle einen kleinen Spruch von Heinz Erhard eingefügt damit man sich dies etwas besser merken kann:

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!

Mitte des 19. Jahrhunderts war die Kartoffel schon so weit verbreitet das Missernten in großen Teilen Europas zu Hungersnöten führte. Ende des 19. Jahrhunderts beeinflusste die Kartoffel die Landwirtschaft Deutschland und Europas. Heute wird die Kartoffel auf allen Kontinenten in 130 Ländern angebaut.

Herkunft:

Anbau:

[1]¹

1 Abildungen sind im folgenden nur mit „Abbildung“ bezeichnet, wenn sie im Text als Verweis aufgeführt werden.

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1.2 Botanik der Kartoffel

Es existieren weltweit 5000 kultivierte Sorten. Hinter Weizen und Reis steht die Kartoffel in der Liste der am meisten produzierten Nahrungsmittel an dritter Stelle. Botanisch zählt die Kartoffel - Solanum tuberosum - zu den Solanaceen (Nachtschattengewächse), wie die Tomate, der Tabak, die Aubergine und der Stechapfel (Datura) sowie die Tollkirsche [2].

Bei der Kartoffel handelt es sich dabei um eine Speicherknolle in der die Pflanze vorwiegend das Reservekohlenhydrat Stärke speichert.

Aufbau der Kartoffelpflanze:

[3]

Beere oder

„Kartoffelapfel“

Ausläufer mit neuen Knollen

Blüte (zartblau, rosa oder weiß)

Blätter

Wurzeln

Mutterknolle

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1.3 Verwendung und Verbrauch der Kartoffel

Etwa 25 % der Kartoffelernte findet Verwendung beim menschlichen Verzehr. Weitere 25 % werden zu Stärke (Stärkekartoffeln) und Alkohol (Brennereikartoffeln). Ca. 40 %, also der größte Teil der Kartoffelproduktion ist ausschließlich als Futterkartoffel für Tiere gedacht und weitere 10 % dienen als Saatkartoffeln (also als nächste Mutterknolle) für die nächste Ernte.

Der Verbrauch der Kartoffeln zum menschlichen Verzehr ist in den letzten Jahren trotz hohen Konsums von Kartoffelfertigprodukten (z.B.: Kartoffelpüree, Kartoffelröstis, Pommes, usw.) drastisch zurück gegangen, wie die folgende Darstellung zeigt:

[2, Darstellung dient nur zur Veranschaulichung]

Grund für den sinkenden Verbrauch sind die Alternativen Reis und Teigwaren (z.B.: Nudeln).

2. Inhaltsstoffe

Neben dem Hauptbestandteil Wasser besteht die Kartoffel zu ca. 18 % aus Kohlenhydraten (z.B.:

Stärke und Cellulose), weitere 2,3 % der Kartoffel werden durch die enthaltenen Eiweiße ausgemacht, zudem sind noch lebenswichtige Vitamine und Mineralstoffe wie Eisen, Calcium, Phosphor, sowie Vitamin B1,, B2, C und E enthalten. Des Weiteren sei zu erwähnen das die Kartoffel nicht zuletzt wegen ihres geringen Fettgehaltes (0 %) ein sehr gesundes Lebensmittel ist.

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Inhaltsstoffe (schematisch):

Im folgenden habe ich meinen Vortrag nach den Häufigkeit der Inhaltsstoffe gliedern und demnach mit dem Hauptbestandteil Wasser beginnen.

2.1 Wasser

Die Kartoffel als Speicherknolle speichert neben den Reservekohlenhydraten (wie oben erwähnt) auch Wasser. Dieses gehört natürlich auch bei den Pflanzen zu den Lebensgrundlagen und kann im Unterricht demnach auch zu dem Thema „Wasser als Lebensgrundlage“ in der 9ten Klasse durchgeführt werden.

Um besser zu verdeutlichen wie viel Wasser denn nun wirklich in der Kartoffel enthalten ist habe ich die folgende Demonstration gewählt.

75,46%

1,51%

2,28%

17,77%

2,98%

Wasser

Vitamine und Mineralstoffe Eiweiß

Kohlenhydra- te

Rest

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Demo 1: Dehydratisieren der Kartoffel

Chemikalien:

Eingesetzte Stoffe Gefahrensymbole R- und S- Sätze Einsatz in der Schule [4]

1-2 große Kartoffeln - - unbegrenzt

Materialien:

Backofen, Backblech, Küchenwaage, Backpapier, Messer Durchführung [9]:

Zunächst schält man eine Kartoffel und schneidet sie dann in gleich dünne Scheiben und wiegt 100 g dieser Scheiben ab. Anschließend werden diese Scheiben auf einem Backblech (Backpapier unterlegen!) bei 100 °C in den vorgeheizten Ofen gegeben (Abb. 1) und alle 5 Minuten zum abwiegen entnommen (Abb. 2).

Abb. 1

Abb. 2 Zum Vortrag werden dann nur die dehydratisierten Kartoffeln mitgebracht.

Beobachtung:

Folgende Werte werden dokumentiert:

Anzahl Messungen Restgewicht nach Minuten 11. Messung 58g nach 110 min

1. Messung 100g nach 10 min 12. Messung 53g nach 120 min

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Diese Werte werden anschließend in ein Diagramm eingetragen:

Neben dem langsamen Austrocknen der Kartoffel (es entstehen harte Chips, welche ungenießbar sind), kann man beobachten, dass nach ca. 180 Minuten das Gewicht der „Kartoffelchips“ konstant bleibt.

Auswertung/theoretischer Hintergrund:

Durch das Backen bei ca. 100 °C wird die Kartoffel zwar getrocknet, aber nicht gar gekocht. Daher bleibt sie ungenießbar. Die Kartoffel ist nach 180 Min. Backzeit vollständig dehydriert. Bei dem Experiment verliert die Kartoffel 72 g ihrer ursprünglichen Masse. Dies bedeutet bei 100g Ausgangsgewicht, also 72 % Gewichtsverlust. Daraus kann man schließen, dass die getestete Kartoffel zu Beginn des Experiments zu 72 % aus Wasser besteht.

Entsorgung:

getrocknete Kartoffelchips in den Hausmüll geben.

Fazit:

An dieser Demo gewann man in meinem Experimentalvortrag einen kleinen Einblick darin wie viel Wasser in der Kartoffel enthalten war.

0 50 100 150 200 250

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Gewicht

Minuten

Gewicht in g

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Sollte man diesen Versuch mit Schülern² im Unterricht durchführen wollen, so gestaltet sich dies aufgrund der langen Versuchsdauer sehr schwierig. Man kann den Versuch zwar unterbrechen und am nächsten Tag fortführen oder als Hausaufgaben durchführen lassen (Kosten und Zeitfaktor für die Schüler muss dabei jedoch berücksichtigt werden), dennoch würde ich sagen, dass er für den Unterricht wohl eher ungeeignet ist.

2.2 Kohlenhydrate

Kohlenhydrate setzen sich aus einer unterschiedlichen Anzahl von Zuckern (Sacchariden) zusammen. Dabei unterscheidet man drei Arten von Kohlenhydraten: Einfachzucker (Monosaccharide), Zweifachzucker (Disaccharide) und Vielfachzucker (Komplexe Kohlenhydrate oder Polysaccharide). Polysaccharide teilen sich in verwertbare oder verdauliche und in nicht verwertbare oder unverdauliche.

Monosaccharide:

• Glucose (Traubenzucker in Obst, Süßigkeiten)

• Fructose (Fruchtzucker in Obst)

• Galactose (Bestandteil des Milchzuckers) Dissacharide:

• Saccharose (= Glucose + Fructose, Rübenzucker oder Haushaltszucker in Süßigkeiten, Getränken und dort, wo wir ihn zufügen)

• Lactose (= Glucose + Galactose, Milchzucker in Milch, Süßigkeiten)

• Maltose (= Glucose + Glucose, Malzzucker in Bier, Süßigkeiten) Polysaccharide:

• Stärke, das wichtigste Nahrungskohlenhydrat, in Getreide, Kartoffeln, Gemüse und Hülsenfrüchten

• Glykogen im Muskelfleisch

• Ballaststoffe, Cellulose oder Pektin, in Vollkorngetreide, Gemüse, Hülsenfrüchten und Obst

2 Im Folgenden sind mit Personenbezogenen Begriffen sowohl Männerwie auch Frauen gemeint.

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2.2.1 Cellulose

Mengenmäßig ist die Cellulose die wichtigste organische Verbindung, Pflanzen produzieren 10 Billionen Tonnen pro Jahr. Grund dafür ist, dass die Zellwände der Pflanzenzellen aus, für den Menschen, unverdaulicher Cellulose bestehen.

Die Cellulose besteht aus Poly[β-(1-4)-anhydro-D-glucopyranose]-Ketten, deren Grundbausteine die Cellobiose, ein Disaccharid ist, in welchem zwei Glucosemoleküle über eine β-1-4- glykosidische Bindung verknüpft sind.

Grundbaustein Glucose:

Struktur der Cellulose:

[5]

Intramolekulare Wasserstoffbrücken (rot) zwischen den 3-Hydroxylgruppen und den Ringsauerstofffatomen benachbarter Glucosereste verhindern die freie Drehbarkeit der glykosidischen Bindugen, wodurch das Makromolekül in linearer Konformation gehalten wird.

OH

OH O H H H

H O H H O H

OH

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Intermolekulare Wasserstoffbrücken (blau) zwischen den 6-Hydroxylgruppen und den Sauerstofffbrücken der glykosidischen Bindugen paralleler Ketten führt zur Bildung von Mikrofibrillen (Abb. 3) aus 60 bis 70 Celluloseketten, welche für die pflanzlichen Zellwände charakteristisch sind [5].

[Abb.: 3, Quelle: 5]

Versuch 1: Cellulose-Nachweis

Chemikalien:

1 große Kartoffel - - unbegrenzt

Wasser - - unbegrenzt

ZnCl2/I2-Lsg. C, N R 34-50/53

S 1/2-7/8-28-45-60-61

Sekundarstufe I

Materialien:

Kochtopf und Herdplatte (oder Becherglas und Heizplatte), Demoreagenzglas, Demoreagenzglasständer, Spatellöffel, PET-Spritzfläschchen

Durchführung [10]:

Man schält eine Kartoffel, schneidet sie in kleine Stückchen und kocht sie. Die gekochten Kartoffelstückchen gibt man mit dem Spatellöffel in das Demoreagenzglas und gibt dann mit dem Spritzfläschchen einige Tropfen ZnCl2 /I2-Lösung hinzu.

Beobachtung:

Beim Drauftropfen der ZnCl2 /I2-Lösung kommt es zur Blaufärbung der Kartoffelstückchen.

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Auswertung:

Es kommt zur Quellung der Fasern durch das Zinkchlorid. Anschließend können die durch Redoxreaktionen zwischen dem in der ZnCl2/I2-Lösung enthaltenen Iod und der Cellulose entstandenen Polyiodiden zwischen den Fasern eingelagert werden, so kommt es zum Charge- Transfer-Komplex und somit zur Blaufärbung (Vermutet wird, dass es zusätzlich auch zur Komplexbildung zwischen dem Zinkionen und den freien OH-Gruppen der Cellulose kommt).

Fazit:

[5 bearbeitet]

Entsorgung:

Die Kartoffel trocken in die Feststoffabfälle.

Fazit:

Dieser Versuch eignete sich für meinen Vortrag besonders gut, da er ein eindeutiges und gut zu erkennendes Ergebnis liefert. Ich würde ihn jedoch nur bedingt in der Schule einsetzen, da er von den Schülern leicht mit dem Stärke- Nachweis (siehe unten) verwechselt werden kann.

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2.2.2 Stärke

Stärke ist das wichtigste Nahrungskohlenhydrat, es ist das Reservekohlenhydrat der Pflanzen.

Stärke ist für die menschliche Ernährung von großer Bedeutung und liefert den Hauptanteil unseres Energiebedarfs. Der Mensch verbraucht täglich etwa 500 g Kohlenhydrate, das meiste davon in Form von Stärke. Besonders stärkereich sind Kartoffeln, Getreide und Bananen.

Die Stärke ist wie die Cellulose auch ein hochmolekulares Polysaccharid mit dem Grundbaustein Glucose. Stärke besteht zu etwa 80 % aus schlecht wasserlöslichem Amylopektin (Abb.: 4) und zu 20 % aus der wasserlöslichen Amylose (Abb.: 5) [6].

(Abbildung 4 [6, 7])

● α-1,4- glycosidische Verknüpfung

● helikale Strukur

● α-1,6- & α-1,4- glycosidische Verknüpfung

● verzweigte Struktur

(Abbildung 5 [6])

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Versuch 2: Stärke-Nachweis

Chemikalien:

Große Kartoffel - - unbegrenzt

Kaliumiodid - - Sekundarstufe I

Materialien:

Gleichspannungstrafo, 2 Kabel, 2 Messspitzen eines Messgeräts, Petrischale, Spatel, Messer Durchführung [8]:

Man halbiert eine große Kartoffel längs und reibt die Schnittflächen sorgfältig mit Kaliumiodid ein.

Dann drückt man die Messspitzen, die an einen Gleichspannungstrafo angeschlossen sind (ca. 10 V) auf die präparierte Kartoffelfläche (Minuspol einstechen und mit Pluspol schreiben), ohne dass sich die Enden gegenseitig berühren. Durch Schreiben mit den Messspitzen kann man so ein Bild auf die Kartoffel malen.

Beobachtung:

Sofort bildet sich am Pluspol eine blau-schwarze Färbung der Kartoffel.

Durch das Schreiben mit den Messspitzen, ist ein Smiley gut erkennbar auf der Kartoffel-Schnittfläche wiederzufinden.

Auswertung:

Bei diesem Versuch handelt es sich um einen elektrolytischen

Stärkenachweis, da auf der Kartoffeloberfläche durch Anlegen einer Gleichspannung aus dem aufgetragenen Iodid des Kaliumiodids durch anodische Oxidation gemäß folgender Reaktionsgleichung Iod erzeugt wird (Reaktionsgleichung 1), welches mit dem Iodid zu Polyiodidionen reagiert (Reaktionsgleichung 2).

Anode, Reaktionsgleichung 1: Oxidation

-1 ±0

2 I-(s/aq) I2 (aq) + 2 e-

[8]

(15)

Reaktionsgleichung 2:

Es bilden sich Polyiodide ([I3]-, [I5]-, ...) I2 (aq) + I-(aq) [I3]-(aq)

Kathode: Reduktion des Wassers

+1 ±0

2 H2O + 2 e- H2 (g)↑ + 2 OH-(aq)

Die gebildeten Polyiodidionen ergeben mit der in der Kartoffel enthaltene Stärke die typische dunkelblaue Färbung aufgrund einer Einschlussverbindung und der Bildung eines Charge-Transfer- Komplexes (analog zur Cellulose).

Abbildung 6: Iod-Stärke-Einschlussverbindung [11, bearbeitet]

Entsorgung:

Die Kartoffel wird trocken in die Feststofftonne gegeben.

Fazit:

Dieser Versuch ist eine schöne und eindrucksvolle Alternative zum herkömmlichen (naßchemischen) Stärke-Nachweis, zudem kann man hier auch gleich das Thema Elektrolyse wiederholen.

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Versuch 3: Säurehydrolyse der Stärke

Auf die in Versuch 2 nachgewiesene Stärke kann man natürlich noch intensiver eingehen. Da das Thema Stärke sich bei meinem Experimentalvortrag sehr anbietet, werde ich mit weiteren Versuchen dieses Thema ausführlicher behandeln. Im nächsten Versuch werde ich nun auf die säurekatalysierte Spaltung der Stärke eingehen.

Chemikalien:

Stärke - - Sekundarstufe I

Konz. HCl C R 34-37

S 26-36/37/39-45

Sekundarstufe I Lugolsche Lösung (Iod

gelöst in Kaliumiodid- Lösung)

- - Sekundarstufe I

Dest. Wasser - - Sekundarstufe I

Kalium-Narium-Tartrat (Seignette-Salz)

- - Sekundarstufe I

Natriumhydroxid C R 35

S 1/2-26-37/39-45

Sekundarstufe I

CuSO₄ · 5 H₂0 Xn, N R 22-36/38

S 2-22

Sekundarstufe I Fehling I: 7 g CuSO₄ · 5 H₂O gelöst in 100 mL dest. Wasser.

Fehling II: 35 g Kalium-Natrium-Tartrat und 10 g Natriumhydroxid gelöst in 100 mL dest. Wasser.

Fehling-Reagenz: Gleiche Volumina von Fehling I and Fehling II ergeben gemischt eine tiefblaue Lösung.

Materialien:

Becherglas (150 ml), Spatel, Zweihalsrundkolben (100 ml), Rückflusskühler, Schläu- che, Schlauchschellen, Stativmaterial, Heizpilz, Labor-Boy, Tropfpipetten, zwölf Rea- genzgläser im Reagenzglasständer, Stoppuhr, Universalindikatorpapier, Glasstab, Reagenzglashalter

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Durchführung [12, 10]:

Man stellt eine heiß gesättigte Stärke-Lösung her. Man entnimmt eine kleine Probe (ca. 1mL) dieser heiß gesättigten Stärke-Lösung und gibt sie in eines der Reagenzgläser. Dann wird diese Probe mit destilliertem Wasser verdünnt, sodass das Reagenzglas etwa zur Hälfte gefüllt ist.

Anschließend baut man eine Rückflussapparatur auf.

Man füllt 30 ml der unverdünnten Stärke-Lösung in den Zweihalskolben und gib vier bis fünf Pi- pettenfüllungen konzentrierte Salzsäure hinzu.

Nun erhitzt man die angesäuerte Stärke-Lösung unter Rückfluss zum Sieden und entnimmt in Abständen von zwei bis drei Minuten kleine Proben in die Reagenzgläser und verdünnt sie – analog siehe oben – bis zur Hälfte mit Wasser.

Man entnimmt jeweils eine Hälfte der Proben und versetze sie mit drei bis vier Tropfen der ausste- henden Lugolschen Lösung.

Die andere Hälfte der Proben neutralisiert man mit Natronlauge. Dann gibt man einige Tropfen Fehling I und II hinzu.

Beobachtung:

Farbverlauf mit Lugolscher Lösung (Stärke wird abgebaut)

Die zunächst rotbraune Lugolsche Lösung färbt sich beim zugeben in das Reagenzglas mit der Stärkelösung zu Beginn blau. Im Verlauf der Reaktion verändert sich die Farbe dann von blau über lila bis hin zum orange-gelb (Foto siehe oben).

Reaktionsverlauf

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Farbverlauf mit Fehling I und II (Dextrine, Maltose, Glucose entsehen)

Die beim Zuropfen der Fehling I und II Lösungen färbt sich die Lösung zu Beginn nur blau. Im Verlauf der Reaktion verändert sich die Farbe dann von blau über grün bis hin zum orange-gelb und dann rot (Foto siehe oben).

Auswertung:

Beim Kochen unter Rückfluss mit der Salzsäure kommt es zur sauren Hydrolyse der Stärke, dabei wird zunächst die Stärke protoniert und so die glycosidische Bindung gebrochen:

R₁ O

R₂ O ⁺

R ₃ R₄ H

O H H H

O H

H O H

O R R₁

O C H ⁺ R₂

R ₁ O ⁺

R ₂ +

O H H H

O H

H O H

H O H O

H H H

O H

H O H

O O R

O

1 4 R

4 1

n

H ⁺

Reaktionsverlauf

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Die so entstehenden Bruchstücke nennt man Dextrine, sie können auch beim Erhitzen von Stärke entstehen (Röstdextrine) und sind mit ein Grund für die Braunfärbung.

Mit dem Fehling-Reagenz kommt es zu folgender Reaktion:

1. Zunächst bildet sich beim Zusammengeben des Fehling I und II Reagenz bildet sich zunächst ein blauer Kupfer(II)-Tatrat-Komplex.

2 Cu2+(aq)+ 2 C4H4O6 2-(aq)+ 2 H2O [Cu2(C4H4O6)2(H2O)2]2-(aq) blau (Kupfer(II)-Tartrat-Komplex)

2. Der so gebildete Kupfer(II)-Tartrat-Komplex oxidiert dann die Glucose zum Glucoxylat, dabei entsteht rotes Kupferoxid welches verantwortlich ist für die Rotfärbung der Lösung.

+ Cu2O↓ + 2 C4H4O62- (aq) + 7 H2O O H

O H O H H H

H O H OH H

O H

+

2-

+2

Cu

O

O O

OH

OH O

H₂O O

O

O O

Cu H₂O

HO H₂O HO

OH₂

+ 5 OH^-_(aq)

Glucose (Aldose)

blau (aq)

O H O H O H H H

H O O OH H

O H

+3

+1 +1

Glucoxylat

Kupferoxid rot R ₁

O C H ⁺ R ₂

R ₁ O ⁺

R ₂

R ₁ O

R ₂ O ⁺

H H

O

O H H

H H

O H

H O H

R O

H 2O + H

2O - H

3O ⁺

H H + O

+ +

+ H₂O - H₃O⁺

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Mit der Lugolschen Lösung kommt es erneut zur Bildung einer Iod-Stärke-Einschluss-Verbindung (siehe Versuch 2).

Für den Farbverlauf gilt:

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

Entsorgung:

Lösungen neutral in die Schwermetallabfälle.

Fazit:

Es handelt sich hierbei um einen sehr schönen und anschaulichen Versuch, welcher jedoch recht umfangreich ist. Für meinen Experimentalvortrag habe ich ihn aus diesem Grund schon eine halbe Stunde vorher angestellt und nur die letzte Probe entnommen, die Anfangsprobe habe ich vorher entnommen und dann habe ich während des Vortrags die beiden Proben verglichen. Die gesamte Farbpalette habe ich nur als Demonstration herum gegeben.

Will man diesen Versuch im Unterricht durchführen bietet sich ein vereinfachter Versuchsaufbau im Becherglas an. So kann man sich den Aufbau sparen, erhält dann aber meist nicht so schöne Zwischenstufen.

Demo 2: Stärkeabbau durch Speichel

Nicht nur im Reagenzglas mit Säure wird Stärke zerlegt, auch im menschlichen Körper wird Stärke zerlegt. Die Stärke wird in unserem Körper verdaut, d.h. das Stärkemolekül wird in seine Einzelbestandteile zerlegt, die dann zur Energiegewinnung herangezogen werden. Der erste Schritt der Verdauung von Nahrungsmitteln findet im Mund statt und passiert mit Hilfe des Speichels. Wie

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der Speichel arbeitet, kann man im folgenden Versuch sehen.

Chemikalien:

Lugolsche Lösung (Iod gelöst in Kaliumiodid- Lösung)

- - Sekundarstufe I

Kartoffelkochwasser - - unbegrenzt

Materialien:

Becherglas, Messer, Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Heizplatte Durchführung [14]:

Man verdünnt Kartoffelkochwasser mindestens 1:10 und gibt das Kartoffelkochwasser in ein Reagenzglas bis dieses zu 2/3 gefüllt ist. Dann gibt man gerade soviel Iodlösung zu (nur wenige Tropfen!), bis die blaue Farbe auch beim Schütteln längere Zeit (mindestens 3-5 Minuten) stabil bleibt. Man spuckt kräftig in ein sauberes Reagenzglas. Nun wird das mit Iod gefärbte Kartoffelkochwasser auf die beiden Reagenzgläser verteilt und schüttelt das Reagenzglas mit dem Speichel.

Beobachtung:

Das mit Lugolscher Lösung blaugefärbte Kartoffelkochwasser entfärbt sich bei der Zugabe des Speichels.

Auswertung:

Mit der Lugolschen Lösung und dem Kartoffelkochwasser kommt es wie in Versuch 2 zur Bildung eines Iod-Stärke-Komplexes (CT-Komplex: blau).

Mit dem Speichel entfärbt sich die Lösung, dies liegt daran, dass der im Speichel das Enzym Amylase (Verdauungsenzym) Nahrung (also auch Stärke) abbaut.

Analog zur sauren Hydrolyse wird dabei die Stärke in Dextrine zersetzt:

Stärke Dextrine

Amylase

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Dies funktioniert indem sich das Enzym mit seinem aktiven Zentrum an die Amylose-Helix anlagert und in Stärkebruchstücke (z.B.: Maltose) spaltet (siehe Abbildung 7).

Abbildung 7 [15]

Entsorgung:

Lösungen in den Abfluss geben.

Fazit:

Ich habe diese Demo vor allem ausgewählt um eine alltägliche Anwendung des Stärkeabbaus zu finden. Auch in der Schule ist es für die Schüler ansprechender, wenn es zu einem Alltagsbezug kommt. So kann man das Thema säurekatalysierte Spaltung nochmal aufgreifen und erklären, dass im Speichel ein Enzym die Aufgabe der Salzsäure übernimmt. Dieser Versuch bietet sich also unter anderem sehr gut für den Einstieg in das Thema Enzyme an.

Versuch 4: Stärkefolie

Um dem Thema Stärke einen größeren Alltagsbezug zu geben und sowohl für die Zuhörer des Vortrags, wie auch später für die Schüler zu zeigen welche Möglichkeiten außerhalb der Lebensmittelindustrie bestehen Stärke einzusetzen, habe ich den folgenden Versuch ausgewählt.

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Chemikalien:

Stärke - - Sekundarstufe I

Glycerin (w = 50 %) - - Sekundarstufe I

Dest. Wasser - - Sekundarstufe I

Lebensmittelfarbstoff (rot)

- - uneingeschränkt

Materialien:

Stativmaterial, Becherglas 250 mL (möglichst hoch und schmal), 1000 mL Becherglas, Uhrglas, Magnetrührer, Hebebühne, Plexiglasscheibe, Glasstab, Spritzflasche

Aufbau:

Durchführung [16]:

Etwa 3g Stärke werden in einem Becherglas in einer Mischung aus 20 mL Wasser und ca. 2 mL Glycerinlösung (w = 50 %) gemischt. Zur Färbung der Folie kann man noch einige Tropfen Lebensmittelfarbstofflösung zugeben. Die mit einem Uhrglas abgedeckte Mischung wird in einem Wasserbad mindestens 15 Min. lang gekocht und dabei ab und zu gerührt (Aufbau siehe oben).

Danach sollte das heiße Gel noch so flüssig sein, dass es aus dem Becherglas fließt.

Anschließend wird das heiße Gel mit einem Glasstab auf einer Plexiglasscheibe verteilt. Zum Trocknen wird die Schüssel etwa zwei Stunden bei 100 - 105 °C im Trockenschrank oder über Nacht bei Raumtemperatur gelagert. Die Folie kann dann von der Platte abgezogen werden.

2 0 0 8 0 0

1 0 0 0 m L 4 0 0 6 0 0

2 5 0 m L 1 0 0 1 5 0

5 0 2 0 0

A U S A N

1 0 0 0 A N

7 5 0 U /m i n

5 0 0 oC

0

A U S

1 5 0 0 2 5 0

5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0

L a b o B i b^©

Hebebühne Magnetrührer Wasserbad

Reaktionsgefäß, mit Glycerin, Wasser, Stärke,

Lebensmittelfarbstoff

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Der Rand der abgezogenen Folie sollte mit einer Schere beschnitten werden, um zu dünne oder eingerissene Stellen zu entfernen und um dadurch weiteres Einreißen zu vermeiden.

Beobachtung:

Beim Zusammengeben aller Stoffe Chemikalien entsteht zunächst eine sehr zähe Masse, was sich durch Erhitzen etwas legt, die Lösung wird klar und etwas dünnflüssiger, so dass man sie ohne Probleme (gegebenenfalls noch Wasser draufgeben) aus dem Becherglas gießen kann. Nach dem Ausgießen bildet sich eine geleeartige Masse. Sie bindet jedoch langsamer ab. Nach einem Tag lässt sich die Substanz von Plexiglasscheibe lösen. Mit diesem Experiment habe ich eine „Kartoffelfolie“

erzeugt, die dehnbar ist und sich elastisch an Gegenstände anschmiegt.

Auswertung:

Amylopektin:

Ist wie oben beschrieben in kaltem Wasser unlöslich und quillt in heißem stark auf, ab ca. 58 °C kommt es dann zur Verkleisterung (wird auch zur Herstellung von Kartoffelkleber oder -kleister genutzt), dieser Kleister (= kolloidale Lösung) wird beim Abkühlen fest.

Glycerin:

Das Glycerin hat dabei die Funktion eines Weichmachers, da eine Folie ohne Glycerin starr und brüchig wird. Grund dafür ist unter anderem das Glycerin stark hygroskopisch ist und somit das Austrocknen verhindert wird, so bleibt die Stärkefolie geschmeidig. Des weiteren schiebt sich das Glycerin zwischen die Stärke und verhindert so die Bildung brüchiger Stärkekristalle (Abbildung 8).

Stärke + Glycerin Stärke • Glycerin^{+ ΔH / H}²^O

(25)

Die Eigenschaften der entstandenen Folie kann varrieren, je nachdem, wie viel Glycerin man hinzugibt (je mehr Glycerin je weicher und elastischer). Auch andere Stärkesorten aus Mais, Reis usw. liefern Folien mit sehr verschiedenen Eigenschaften.

Die Stärkefolie lässt sich sehr gut mit Pigmenten und Naturfarbstoffen färben, jedoch muss auf die Reihenfolgeder Zugabe von den Zutaten, sowie Temperatur geachtet werden.

Stärkefolie besitzt einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Haushaltsfolien wie z.B. biologische Abbaubarkeit, aber auch Nachteile wie Wasserlöslichkeit und zunehmende Klebrigkeit in feuchter Umgebungen.

Fazit:

Mit den vorhergehenden Versuchen zum Thema Stärke kann man unter anderem auf Eigenschaften der Stärke und ihre Verwendung eingehen (im folgenden aufgezählt).

Verwendung der Stärke:

• Nahrungsmittelindustrie: Bindemittel

• Herstellung von Papier

• Wellpappe

• Textilien

• Arzneimittel

• Baustoffe und Kunststoffe

• Biologisch abbaubares Material

Stärke besitzt also ein großes Anwendungspotenzial. Dabei nutzt man die vielfältigen Eigenschaften der Stärke, wie z. B.:

• natürliche polymere Struktur

• Variabilität der strukturbildenden Komponenten

• Quellbarkeit

• Gelbildung

• Filmbildung

• geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit

• geringe Entflammbarkeit

• biologische Abbaubarkeit

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2.3 Enzyme

Enzyme sind Biokatalysatoren mit sehr spezifischer Wirkung in Bezug auf den Reaktionstyp und die umgesetzte Substanz (Substratspezifität). Bislang sind weit mehr als 3000 Enzyme bekannt.

Enzyme bestehen aus einer hochmolekularen Proteinkomponente, welche für die spezielle räumliche Form sorgt, und einer Wirkgruppe (oder aktives Zentrum), die nicht aus Proteinen besteht und unmittelbar an der Katalysereaktion beteiligt ist. Die Wirkungsweise der Enzyme beruht dabei auf einer Herabsetzung der Aktivierungsenergie, die für die Reaktion benötigt wird, indem eine intermolekulare Wechselwirkung zwischen Substrat und Enzym zustande kommt. Dabei lagert sich das Substrat am aktiven Zentrum an (Schlüssel-Schloss- oder induced-fit-Prinzip). Es bildet sich ein Enzym-Substrat-Komplex [17].

Die eben genannten Enzymeigenschaften sind die, die auch für die Schule wichtig sind und im Unterricht zu diesem Thema vermittelt werden sollten.

Versuch 5: Katalase

Die Katalase ist ein eisenhaltiges Enzym. Sie zersetzt das für Zellen giftige Wasserstoffperoxid (H₂O₂) in Wasser (H₂O) und Sauerstoff (O₂). Katalase kommt sowohl in tierischen Organen (besonders in der Leber), wie auch bei Pflanzen und Mikroorganismen vor.

Chemikalien:

Kartoffel - - unbegrenzt

Wasserstoffperoxid 5 % C, O R 8-34

S 1/2-28-36/39-45

Sekundarstufe I

Materialien:

Messer, zwei 100 mL Erlenmeyerkolben, Trichter, Uhrgläser, Bunsenbrenner, Feuerzeug, Tiegelzange, Pinzette

Durchführung [8]:

(27)

Scheiben einer Kartoffel ab. Die eine Hälfte der Kartoffel erhitzt man mit dem Bunsenbrenner.

Dann gibt man je 2 Scheiben (einmal die erhitzen und einmal die rohen Kartoffeln) in die beiden Erlenmeyerkolben und deckt die Kolben mit Uhrgläsern ab.

Zusatz:

Man kann in beiden Erlenmeyerkolben die Glimmspanprobe durchführen.

Beobachtung:

In dem Kolben mit der rohen Kartoffel beginnt es stark zuschäumen (Glimmspanprobe positiv, d.h.:

der Span glüht auf).

Auswertung:

H2O2:

Ist ein Abfallprodukt des Stoffwechsels es kann lebende Zellen schädigen.

Katalase:

Kommt in allen Geweben als Schutzvorrichtung vor. Sie baut Wasserstoffperoxid zu ungefährlichen Verbindungen ab. Bei der Katalase handelt es sich um ein eisenhaltiges Enzym, es enthält eine Häm-Gruppe im aktiven Zentrum (siehe Abbildung 9)

Abbildung 9 [18]

(28)

An das Eisenzentrum dieses Komplexes wird das H2O2- Molekül gebunden und dann gespalten.

Der Mechanismus ist jedoch nicht ganz aufgeklärt, aus diesem Grund habe ich zur Vereinfachung den Kiemer- Stein-Mechanismus gewählt [20]

[21 bearbeitet]

Beim Erhitzen:

Die Katalase denaturiert in der Hitze, dadurch kann das Substrat nicht mehr angelagert werden und die Reaktion läuft nicht mehr ab.

Versuch 6: Enzymatische Bräunung der Kartoffel

Wird Fruchtfleisch bzw. Gewebe von Obst oder Gemüse beschädigt, z.B. durch Schälen, bilden sich bei einigen Sorten braune Farbstoffe. Dieser Vorgang wird enzymatische Bräunung genannt, da die Bräunung durch Enzyme erfolgt. Zum Beispiel entsteht so die braune Farbe bei geschälten Äpfeln, Birnen oder Kartoffeln. Die Braunfärbung kann man vermeiden, indem man die geschälte Lebensmittel bis zur Weiterverarbeitung in Wasser aufbewahrt.

„Oxoeisen(V) Ion“

[Fe³⁺]

Hydroperoxo- eisen(III)ion

(29)

Chemikalien:

1-2 große Kartoffeln - - unbegrenzt

Ascorbinsäure (Vitamin C)

- - Sekundarstufe I

Materialien:

2 Petrischalen mit Deckel, Küchenreibe, 2 Spatellöffel Durchführung [13]:

Man schält und reibt die Kartoffel und gibt in beide Petrischalen etwa 3 Spatellöffel geriebene Kartoffel. Danach gibt man mit einem weiteren Spatellöffel einen gehäuften Löffel Ascorbinsäure auf die geriebene Kartoffel in einer der beiden Petrischalen.

Beobachtung:

Während sich die unbehandelte geriebene Kartoffel braun verfärbt behält die mit Ascorbinsäure behandelte Kartoffel ihre Farbe bei.

Auswertung:

Vitamin C verhindert die enzymatische Bräunung wie folgt:

Ascorbinsäure (Vitamin C) macht die durch die Enzymen eingeleiteten Oxidationsreaktionen rückgängig, in dem sie diese gebildeten Verbindungen reduziert, bevor diese zu den braunen Melanin-Pigmenten polymerisieren können.

Außerdem senkt die Ascorbinsäure den pH-Wert, wodurch die Aktivität der Enzyme eingeschränkt wird.

Phenoloxidase löst das Braunwerden der Kartoffel dabei durch Oxidation aus [22]:

OH

COOH NH₂

1/₂ O₂

OH

COOH NH₂

OH 1/₂ O₂

O

COOH NH₂

O

Tyrosin Dopa Dopachinon

Phenoloxidase Phenoloxidase

(30)

Das gebildete Dopachinon reagiert dann unter Ringschluss weiter zum Indol, dem Leukodopachrom, welches zum Dopachrom oxidiert wird.

Aus diesem Dopachrom gehen dann Indolchinone hervor, aus denen durch mehrere Polymerisationsschritte braune Melanine gebildet werden.

Melanine (braune Pigmente)

Dopachinon Leukodopachrom Dopachrom

O

N

COOH H H

O H

O

H N

H

COOH

O

O N

H

COOH

O

O N

H

COOH

O

O N

H

Indolchinone und

O

O N

H

O

O N

H O

O N

H

Polymerisation

(31)

Die Ascorbinsäure unterdrückt dann die Bräunungsreaktion wie folgt: die Ascorbinsäure ist aufgrund ihrer Endiol-Struktur ein kräftiges Reduktionsmittel. Sie reduziert die gebildeten Chinone (wie oben schon erwähnt) und es kann deshalb nicht mehr zur Polymerisation kommen.

Fazit:

Dieser Versuch eignet sich für die Schule und einen Vortrag besonders gut, da sich wohl jeder schon gefragt hat, warum genau einem die Mutter immer empfohlen hat Kartoffeln und Äpfel mit Zitronensaft einzureiben. Ausserdem ist er einfach und schnell durchzuführen und zeigt dennoch sehr gut, dass man das Bräunen mit Ascorbinsäure verhindern kann.

O O

O

H O H

O H

O O

O H

A s c o r b i n s ä u r e D e h y d r o a s c o r b i n s ä u r e

O x i d a t i o n R e d u k t i o n

+ 2 H⁺ + 2 e^-

O

C O O H

N H ₂

D o p a c h i n o n

+ 2 H⁺ + 2 e^-

+1 +1 +2 +2

+2

+2 +1

+1

O H

C O O H

N H ₂

Dopa Red.

Ox.

Dopachinon

Dehydroascorbisäure Ascorbinsäure

(32)

2.4 Weitere Inhaltsstoffe

Weitere Inhaltstsoffe sind zum Beispiel:

• Mineralstoffe: Kalium, Phosphor, Calcium

• Citronensäure

• Vitamin (B1, B2, C)

• Carotinoide

• Anthocyane (bei manchen Kartoffelsorten)

Versuch 7: Flammenfärbung

Flammenfärbung ist Bezeichnung für die von bestimmten Elementen des Periodensystems und ihren Verbindungen verursachte charakteristische Färbung der nichtleuchtenden Flamme eines Bunsenbrenners. Die Flammenfärbung ist auf die thermische Anregung von Atomen oder Ionen bzw. deren Elektronen und die nachfolgende Emission einer entsprechenden Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts (Linienspektrum) zurückzuführen. In der qualitativen Analyse dient die Flammenfärbung als Vorprobe für die Anwesenheit bestimmter Elemente. Die für die einzelnen Elemente typische Flammenfärbung zeigt die folgende Tabelle der Elemente [23]:

Element Flammenfärbung Element Flammenfärbung Lithium karminrot Indium blauviolett

Natrium gelb Thallium grün

Kalium violett Blei fahlblau

Rubidium rotviolett Arsen fahlblau

Caesium rotviolett Antimon fahlblau

Calcium ziegelrot Selen bläulich

Strontium karminrot Tellur grün

Barium fahlgrün Kupfer grün

Bor grün Molybdän fahlgrün

Gallium violett

O

H O H

O O H O O H O

(33)

Chemikalien:

Kartoffel - - unbegrenzt

Chips - - unbegrenzt

Materialien:

Bunsenbrenner, Feuerzeug, Tiegelzange, Messer Durchführung:

Von einer rohen Kartoffel wird eine ganz dünne, keilförmige Scheibe abgeschnitten. Diese Scheibe wird mit der „scharfen“ Kante voran senkrecht in die Flamme gehalten.

Der Kartoffelchip wird anschließend analog in die Flamme gehalten. (Wenn es nicht sofort gelingt nicht gleich aufgeben, es kostet ein wenig Übung wie dick die Scheiben sein müssen). [24]

Beobachtung:

Kartoffel:

Bei der Kartoffel kann man zunächst beobachten wie sich ein weiß-grauer Rand an der in die Flamme gehaltenen Kante der Kartoffel bildet. Zudem kann man bei der richtigen Positionierung (wenn man sie falsch hält erscheint die Flamme oft gelblicher) eine violette Flamme erkennen (Foto A). Nimmt man anschließend die Kartoffel aus der Flamme, so kann man erkennen, dass diese bist auf den leicht angebrannten Rand keinen größeren Schaden genommen hat (Foto B).

Kartoffelchip:

Hält man den Chip in die Flamme, so kann man in den ersten Sekunden eine orange gelbe Flamme erkennen (Foto C), dann beginnt der Chip zu brennen und färbt sich schwarz. Zieht man den Chip aus der Flamme so brennt er mit gelber Flamme weiter und man kann erkennen wie, Öl von ihm

A B B

(34)

herab tropft (Foto D).

Entsorgung:

Die Reste der Chips und der Kartoffeln können in den normalen Haushaltsmüll gegeben werden.

Auswertung:

Allgemeines zum Thema Flammenfärbung:

Alle Elemente senden im atomaren gasförmigen Zustand bei hohen Temperaturen oder durch Strahlung elektronisch angeregt Licht von bestimmter Farbe aus. Durch ein Spektrometer beobachtet besteht dieses Licht aus bestimmten, für das Element charakteristischen Spektrallinien.

Die Anregungsbedingungen sind bei den Elementen äußerst verschieden, meist genügt jedoch die Temperatur der Bunsenbrennerflamme. Alkali- und Erdalkalimetalle bzw. ihre Salze färben Flammen in einer für sie charakteristischen Weise. Während Natriumionen eine intensiv gelbe Flammenfärbung zeigen leuchtet die Flamme mit Strontiumionen rot. Die Wellenlängen und damit die Farben der emittierten Spektrallinien hängen vom atomaren Aufbau eines Elements ab. Sie entsprechen den Energiemengen, die vom Atom aufgenommen werden können. Der Zusammenhang ist gegeben mit E = h · ν bzw. E = h · c/λ wobei E die Energie, h eine Naturkonstante (das Planck'sche Wirkungsquantum) und ν die Frequenz der Strahlung ist, die man auch als Quotient von Lichtgeschwindigkeit c und Wellenlänge λ ausdrücken kann. Die Natriumlinie liegt bei 589 nm. Bei Strontium treten mehrere rote Linien (650- 600 nm) auf, während die charakteristische blaue Linie (461 nm) nur selten sichtbar wird. [25]

Erklärung des Phänomens am Kalium:

Durch thermische Anregung gelangt das Molekül in die Gasphase, wo es durch weiteres Erhitzen in seine Atome zerfallen kann.

C D

(35)

K (solv) K (g)

Nun wird das Kaliumatom angeregt (Energieschema siehe unten) und fällt dann wieder in den Grundzustand, wobei Licht emittiert wird.

K (g) K*(g) (angeregt) → K (g) (-∆E)

Zum Versuch:

Kartoffel: Hält man die Kartoffel in die Flamme, so beginnt vom dünnen Rand her sofort die Verflüchtigung des Wassers und die Pyrolyse der organischen Stoffe. Das zu beobachtende weiß- graue Rändchen ist demnach „Asche“ mit anorganischen Salzen als Rückstand. Der Kaliumgehalt des anorganischen Anteils ist so groß, dass bei entsprechender Positionierung dieses Rückstandes in der Flamme die charakteristische violette Flammenfärbung auf Kalium positiv ist. Der

Natriumgehalt ist meist so niedrig, dass die Kaliumflamme meist nicht davon überdeckt wird.

Kartoffelchip: Hält man den Chip wie oben beschrieben in die Flamme, so beginnt dieser wie bei der Beobachtung erläutert zu brennen, die Flamme ist aufgrund des hohen Salzgehalts (NaCl) intensiv gelb. Das im Chip enthaltene Öl wird freigesetzt und tropft herab (Vorsicht: es kann ebenfalls brennen). [24]

∆ ∆ EE h • c/λh • c/λ Emission Emission

Grundzustand (K)

Angeregter Zustand

(K*)

Grundzustand (K) h • c/λ = Lichtquant

E

4p 4p 4p

4s 4s 4s

Energieschema

Δ

(36)

Fazit:

Dieser Versuch zeigt nicht nur für die Zuhörer des Vortrags sehr gut wie viel Kalium in Kartoffeln enthalten ist. Er kann bei Schüler gut das Thema Flammenfärbung wiederholen und in einen besseren Alltagsbezug bringen.

Demo 3: Anthocyane

Als Anthocyane bezeichnet man eine Gruppe von natürlich vorkommenden Pflanzenfarbstoffen, die sich vom Grundgerüst des Flavens ableiten. Fast alle roten, violetten und blauen Blüten- und Beerenfarbstoffe gehören den Anthocyanen an.

Flaven Chemikalien:

Soda (Natriumcarbonat) Xi R 36

S 2-22-26

Sekundarstufe I Rote Kartoffeln oder

Süßkartoffeln

- - unbegrenzt

Materialien:

Magnetrührer, Becherglas, Löffel, 2 Schraubdeckelgläser Durchführung:

Eine Süßkartoffel (bzw. rote Kartoffel) wird in einem Becherglas mit viel Soda gekocht. Zur Demonstration wird diese Kartoffel und eine rohe Vergleichsprobe dann in 2 Schraubdeckelgläser gegeben.

O

(37)

Beobachtung:

Die vorher rote Süßkartoffel hat sich beim kochen in Soda-Wasser grün verfärbt (siehe Bild).

Auswertung:

In roten oder violetten Kartoffeln sowie in Süßkartoffeln sind Anthocyane enthalten (z.B.: das Petunidin).

[26]

Beim Kochen mit Sodawasser kommt es zur nächster zur Bildung von Hydroxidionen.

Soda (Na2CO3):

CO32– (aq) + H2O HCO3– (aq) + OH– (aq)

O ⁺

O H O

H

O H

O H O C H ₃

Süßkartoffel „roh“ - rote Schale

Süßkartoffel

„gekocht mit Soda“ - gelb - grüne Schale

Petunidin

(38)

Diese Hydroxidionen können nun Nucleophil am Petunidin angreifen und es kommt zu folgender Reaktion und somit zur Bildung eines gelb-grünen Chalkon.

Fazit:

Diese Demonstration ist nicht nur farblich ein kleiner „Augenschmaus“, auch aus methodisch- didaktischer Sicht halte ich ihn für sinnvoll für die Schule, da man hier das Thema Indikatoren und Salze wiederholen kann, obwohl man schon mitten in der Organik steckt.

O ⁺

O M e O H

O H O H

O H

O H O

O M e O H

O H O H

O

H O H

O H

O

O M e O

O H O H

O

H O H

O

O M e O

O H O H

O

O H

O

O M e O

O H O H

O

H O H

O H O

H + H O ~ / - O H ~ / - H ₂O

H O ~ / - H ₂O H O ~

pH < 1, rot pH 4-5, farblos

pH 6-7, violett, chinoide Anhydrobase

pH 7-8

pH > 8, gelb-grün, Chalkon

(39)

3. Kartoffelprodukte

Wer kennt sie nicht Kartoffelpüree, -klöße, -chips, -puffer, Pommes, Kroketten, Gnocchi und co.?

Kartoffelprodukte werden hierzulande immer beliebter und dürfen aus diesem Grund bei meinem Vortrag natürlich nicht fehlen.

Zu Beginn möchte ich dabei der Frage nachgehen, warum das Kartoffelpüree aus dem Supermarkt nicht braun wird.

Versuch 8: Sulfit/Ascorbinsäure im Kartoffelpüree

- oder warum das Kartoffelpüree aus dem Supermarkt nicht braun wird- Chemikalien:

Kartoffelpüree

„selbstgemacht“

- - unbegrenzt

Kartoffelpüree

„gekauftes Trockenprodukt“

- - unbegrenzt

Dest. Wasser - - unbegrenzt

Lugolsche Lösung (Iod gelöst in Kaliumiodid- Lösung)

- - Sekundarstufe I

(40)

Materialien:

2 Erlenmeyerkolben 250 mL, 2 Glasstäbe Durchführung [13]:

Je 0,5 g Püree („selbstgemacht“ bzw. „gekauft“) werden in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Und anschließend mit etwa 20 mL Wasser bedeckt. Dann wird in beide Erlenmeyerkolben tropfenweise Lugolsche Lösung hinzugegeben und umgerührt.

Beobachtung:

Beim „selbstgemachten Püree“:

Es kommt nach wenigen Tropfen Lugolscher Lösung zu einer bleibenden Blaufärbung.

Beim „gekauften Püree“:

Bei Zugabe der Lugolschen Lösung kommt es zunächst zu einer Blaufärbung an der Eintropfstelle, welche jedoch beim Rühren immer wieder verschwindet. Erst bei einer großen Menge (deutlich mehr als bei dem „selbstgemachten Püree“) Lugolscher Lösung bleibt die blaue Farbe bestehen.

Auswertung:

„selbstgemachtes Kartoffelpüree“:

Im Kartoffelpüree ist natürlich, wie in der Kartoffel auch, Stärke enthalten, welche wie in Versuch 2 mit Polyiodiden zu einem blauen Komplex führt.

Allgemein gilt also:

KI (aq) + I2 (aq) KI3 (aq)

„gekauftes Kartoffelpüree“:

Zutaten (laut Verpackung): Sulfit und Ascorbinsäure

Diese beiden sind Reduktionsmittel und „binden“ Sauerstoff (verhindern so das Braunwerden der Kartoffel)

Mit Stärke blauer Komplex