Diätetische Lebensmittel: Ina Böckler Hinweis

Hinweis

Bei dieser Datei handelt es sich um eine Wissenschaftliche Hausarbeit (1. Staatsexamensarbeit), die am Fachbereich Chemie der Philipps-Universität Marburg angefertigt wurde.

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Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und Experimentalvortäge bereit.

Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Wissenschaftliche Hausarbeit im Fach Chemie

vorgelegt von:

Ina Böckler

Thema:

Diätetische Lebensmittel

Gutachter: Dr. Philipp Reiß

Datum: 10.05.2007

Meinen Eltern

in Liebe und Dankbarkeit gewidmet

Zusammenfassung

Die vorliegende Wissenschaftliche Hausarbeit beschäftigt sich mit ausgewählten chemischen und ernäh- rungsphysiologischen Aspekten Diätetischer Lebensmittel. Die Einführung in das Thema findet innerhalb eines Theorieteils statt, dem ein experimenteller Teil mit ausgearbeiteten Versuchen folgt. Eine didakti- sche Betrachtung schildert abschließend die Anwendbarkeit des Themas innerhalb des Unterrichtsfachs Chemie.

Durch Aufbereiten des Themas Diätetische Lebensmittel zur Behandlung innerhalb des Chemieunter- richts des Gymnasialen Bildungsgangs sollen wichtige ernährungsassoziierte Themengebiete Einzug in den naturwissenschaftlichen Unterricht erhalten. Diese Intention folgt den aktuellen Forderungen der Bundesgesundheits- und Bundesverbraucherministerien nach verstärkter Ernährungsaufklärung in den Schulen und reagiert auf die steigenden Zahlen an übergewichtigen Menschen in der BRD sowie auf die besorgniserregende Zunahme an Diabetes-Erkrankungen des Typs II unter Kindern und Jugendlichen.

Nach einer Einleitung, die etwas überspitzt auf die Notwendigkeit des Thematisierens einer gesunden Ernährungsweise in der Schule hinweist, wird damit begonnen, theoretische Grundlagen der Ernährung darzulegen. Im Anschluss daran wird die gesetzliche Definition des Begriffs Diätetische Lebensmittel gemäß der Diätverordnung vorgestellt, und es erfolgt eine Abgrenzung des Themas hin zu Lebensmitteln, die Fettaustauschstoffe und Zuckerersatzstoffe enthalten, um innerhalb Diäten zur Kalorienreduktion oder zur verminderten Aufnahme von Saccharose (Haushaltszucker) eingesetzt zu werden. Die Schwerpunkte dieser Wissenschaftlichen Hausarbeit liegen sowohl im theoretischen als auch im experimentellen Teil auf den in diesen Lebensmitteln enthaltenen Fettaustausch- und Zuckerersatzstoffen.

Bei den Fettaustauschstoffen rückt nach einem kurzen Überblick eine chemische Verbindung in den Vordergrund: das Inulin. Im Anschluss an die Beschreibung der Fettaustauschstoffe wird die Krankheit Adipositas vorgestellt, zu deren Prävention und Therapie Fettaustauschstoffe wie Inulin Verwendung finden können. Das Inulin als exemplarischer Vertreter der Fettaustauschstoffe zählt zu den Kohlenhydra- ten und wird im experimentellen Teil zu allererst dieser Naturstoffklasse zugeordnet. Anschließend er- folgt ein Vorstellen und Vergleichen von Extraktionsmöglichkeiten aus verschiedenen Inulin enthalten- den Pflanzen, um danach auf das Vorkommen in Lebensmitteln zu sprechen zu kommen. Im Zuge dessen wird das Inulin exemplarisch aus einem Lebensmittel extrahiert und nachgewiesen. Um den Grund für den Einsatz als Fettaustauschstoff kennen zu lernen, werden auch sensorische Eigenschaften untersucht und Unterschiede zu den zu ersetzenden Fetten dargelegt. Die experimentelle Behandlung des Inulins wird durch einen Exkurs abgerundet, in dem weitere Verwendungszwecke in Lebensmitteln untersucht werden. Unter diesem Aspekt wird die prebiotische Wirkung des Inulins vorgestellt, die den Einsatz die- ser Substanz in probiotischen Lebensmitteln bedingt sowie die Wirkung des Inulins als Ballaststoff expe- rimentell veranschaulicht.

Im Anschluss an die Theorie der Fettaustauschstoffe werden Zuckerersatzstoffe behandelt. In diesem Themenbereich folgt der Darlegung rechtlicher Grundlagen ein Überblick über die in Europa zugelasse- nen süßenden Stoffe. Nach der Betrachtung der Physiologie des süßen Geschmacks und einer Charakteri- sierung der einzelnen süßenden Substanzen wird die Stoffwechselerkrankung Diabetes mellitus beschrie- ben, da daran erkrankte Menschen ihren Zuckerkonsum einschränken müssen und Zuckerersatzstoffe als alternatives Süßungsmittel verwendet werden können. Die theoretische Vorstellung der Zuckerersatzstof- fe wird ergänzt durch Versuche, die im experimentellen Teil aufgeführt sind. Unter diesen Versuchen befinden sich neben qualitativen und quantitativen Nachweisen, welche die einzelnen süßenden Stoffe in typischen Lebensmitteln zeigen, auch Darstellungen und sensorische Untersuchungsmöglichkeiten.

Der theoretischen und experimentellen Betrachtung des Themas folgt eine didaktische Analyse nach Klafki, die durch Darlegen der Bedeutung des Themas für Schülerinnen und Schüler ein Behandeln im Chemieunterricht rechtfertigen soll. Basierend auf dem hessischen Lehrplan für die Gymnasiale Oberstu- fe im Fach Chemie (G 7 – G 12) werden daraufhin, neben dem Erläutern der vermittelbaren fachwissen- schaftlichen Aspekte, Verknüpfungsmöglichkeiten mit anderen Themenbereichen des Chemieunterrichts beschrieben. Überdies wird auf der Grundlage von im Lehrplan befindlichen Querverweisen die Anwen- dung innerhalb eines fächerübergreifenden Unterrichts mit dem Fach Biologie diskutiert.

Abgerundet wird diese Wissenschaftliche Hausarbeit durch eine im Anhang befindliche Liste han- delsüblicher Lebensmittel, die für diese Arbeit relevante Inhaltsstoffe enthalten. Darüber hinaus ist eine CD-Rom mit unkommentierten Versuchsvorschriften beigefügt, welche das Verwenden der Versuche im Chemieunterricht, unabhängig vom Theorieteil dieser Arbeit, ermöglichen und deren Durchführung er- leichtern sollen.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

2 Theoretische Grundlagen der Ernährung 9 2.1 Verwendung Diätetischer Lebensmittel 9 2.2 Ernährung des Menschen: Hauptsache es schmeckt? 9

2.2.1 Nahrungsaufnahme und Auswahl 9

der Lebensmittel

2.2.2 Aktuelle Ernährungs- und Gesundheitssituation 13 in der BRD mit Blick auf die Welt

2.3 Diätetische Lebensmittel: Definition und Abgrenzung 16 des Themas

2.3.1 Definition gemäß DiätV 16

2.3.2 Abgrenzung des Themas zur Behandlung im 17 Chemieunterricht

3 Fettersatzstoffe und Zuckerersatzstoffe 19

3.1 Fettersatzstoffe 19

3.1.1 Rechtliche Grundlagen 23

3.1.2 Überblick über Fettersatzstoffe (i. w. S.) 24

3.1.3 Fettaustauschstoffe 25

3.1.4 Adipositas 37

3.2 Zuckerersatzstoffe 41

3.2.1 Überblick 43

3.2.2 Rechtliche Grundlagen 45

3.2.3 Physiologie des süßen Geschmacks 49

3.2.4 Süßstoffe 52

3.2.5 Zuckeraustauschstoffe 73

3.2.6 Diabetes mellitus 82

4 Experimenteller Teil 87

4.1 Versuche zu dem Fettaustauschstoff Inulin 87

4.1.1 Identifizierung des Inulins 87

Versuch 1: Dahlie vs. Kartoffel: Versuche zum

87

Kohlenhydrat- und Stärkenachweis

Versuch 2: Identifizierung des Inulins als Kohlenhydrat –

94

Versuch 3: Wirkt Inulin reduzierend? Die Fehling-Reaktion

104

108

Versuch 5: Fehling-Reaktion des Inulin-Hydrolysats

114

Versuch 6: Dünnschichtchromatographische Untersuchung

119

des Inulin-Hydrolysats

Versuch 7: Die Seliwanoff-Reaktion: Ein Fructose-Nachweis

126

Versuch 8: Löslichkeit von Inulin

130 4.1.2 Extraktion des Inulins aus Pflanzenmaterial und einem 134

Lebensmittel

Versuch 9: Insulin-Extraktion im Espressomaker

134

Versuch 10: Isolierung von Inulin aus Wegwarte-Wurzeln und

139

Dahlien-Knollen

Versuch 11: Isolierung von Inulin aus Artischocken

144

Versuch 12: Isolierung von Inulin und Oligofructose aus einem

152

4.1.3 Verwendung des Inulins als Fettaustauschstoff 157

Versuch 13: Herstellung einer Inulin-Creme

157

Versuch 14: Palmin vs. Inulin: Fett vs. Fettaustauschstoff

161

Versuch 15: Sensorischer Milchtest

172

4.2 Exkurs: Andere Verwendungszwecke des Inulins 175 4.2.1 Verwendung als Prebiotikum 175

Versuch 16: Prebiotische Wirkung von Inulin

175

auf Milchsäurebakterien

Versuch 17: Herstellung eines prebiotischen Joghurts

181

(Motivationsversuch)

4.2.2 Verwendung als Ballaststoff 189

Versuch 18: Wirkung des Inulins als Ballaststoff:

189

Ein Modellversuch

Versuch 19: Herstellung eines ballaststoffreichen Topinambur-

197

Pürees (Motivationsversuch)

4.3 Einführende Versuche zu Zuckerersatzstoffen 202

Versuch 21: Überprüfen des Süßungsgrades und der relativen

202

Süßkraft einiger ausgewählter Süßstoffe

Versuch 22: „1 + 1 = 3“: Der Synergistische Effekt

210

4.4 Versuche zum Thema Süßstoffe 214

4.4.1 Versuche zu Saccharin 214

Versuch 23: Darstellung von Saccharin

214

Versuch 24: Dünnschichtchromatographischer Nachweis

220

des Saccharins

Versuch 25: Nachweis des Saccharins als Sulfofluorescein

224

4.4.2 Versuche zu Cyclamat 233

Versuch 26: Qualitativer Nachweis von Cyclamat

233

Versuch 27: Halbquantitative Cyclamatbestimmung:

240

Cola zero

4.4.3 Versuche zu Aspartam 248

Versuch 28: Nachweis des Aspartam in Light-Getränken

248

Versuch 29: Saure Hydrolyse des Aspartam und anschließende

257

Versuch 30: Untersuchung der Koch- und Backbeständigkeit von

267

Tafelsüßen auf Aspartam-Basis

4.4.4 Süßstoffassoziierte Versuche 271

Versuch 31: Darstellung von Cola light

271

Versuch 32: Entfärben von Cola-Getränken

276

Versuch 33: Herstellung eines Flüssigsüßstoffes auf

279

4.5 Versuche zum Thema Zuckeraustauschstoffe 283 4.5.1 Versuche zur Beschreibung der Chemische Struktur

Versuch 34: Vergleich von Süßstoffen mit Zuckeralkoholen:

283

Nachweis der Hydroxygruppe mittels Cer- ammoniumnitrat-Reagenz

Versuch 35: Oxidation von Sorbit und Xylit: Umkehr der

287

4.5.2 Exemplarische Versuche zur Verdauung der 294 Zuckeraustauschstoffe

Versuch 36: Modellversuch zur enzymatische Verdauung von

294

Saccharose im Vergleich zu Isomalt

Versuch 37: Vorverdauung im Mund: Was geschieht mit Stärke

297

im Vergleich zu Isomalt?

4.5.3 Modellversuche zur Wirkung der Zuckeraustausch- 305 stoffe im menschlichen Organismus

Versuch 38: Modellversuch zur laxierenden Wirkung von

305

Zuckeralkoholen

Versuch 39: Vergleich der Vergärbarkeit von Saccharose

309

Versuch 40: Herstellung zahnschonender Bonbons

314

(Motivationsversuch)

5 Didaktische Betrachtung: 319

Das Thema Diätetische Lebensmittel im Chemieunterricht

5.1 Diätetische Lebensmittel im Fokus von Unterrichtszielen 319 5.1.1 Allgemeine Ziele des Unterrichts: 319

Spezialfall Chemieunterricht

5.1.2 Beitrag des Themas zum Erreichen von Unterrichts- 320 zielen

5.2 Didaktische Analyse des Themas 322 5.2.1 Die fünf Grundfragen der Didaktischen Analyse 322 5.2.2 Untersuchung des Themas hinsichtlich der Eignung 323

für den Chemieunterricht des gymnasialen Bildungsgangs

5.3 Begründung der experimentellen Bearbeitung des Themas 331

5.4 Lehrplananalyse 334

5.4.1 Mögliche Anknüpfungspunkte innerhalb des Lehrplans 334

5.4.2 Querverweise zum Unterrichtsfach Biologie: 337 Möglichkeiten eines fächerübergreifenden Unterrichts

Literaturverzeichnis 340

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 347

Anhang

1. Die zehn Regeln der DGE 2. Herzustellende Reagenzien

3. Handhabung des verwendeten pH-Meters

4. Tabellen handelsüblicher Lebensmittel mit relevanten Inhaltsstoffen 5. Weiterführende Internetadressen

6. Danksagung 7. Versicherung

8. CD-Rom mit unkommentierten Versuchsvorschriften

1 Einleitung

„Ich beginne immer am gleichen Tag mit meiner Diät – nämlich morgen!“

So lautet ein Spruch, den man heutzutage auf vielen Komik-Artikeln wie T- Shirts, Tassen und Kühlschrankmagneten finden kann. Dass sich auch sol- che Artikel mit dem Thema Diät beschäftigen, zeugt von einer enormen Wichtigkeit innerhalb unserer Gesellschaft. Auch die Politik hat den Ernst der Lage begriffen und sieht die steigende Zahl an übergewichtigen Men- schen innerhalb der Bevölkerung als massives Problem für das Gesundheits- system [78].

Am 1. Januar dieses Jahres hat Deutschland die EU- Ratspräsidentschaft in Brüssel übernommen. Bundesminister Seehofer hat sein Präsidentschaftsprogramm unter das Motto gestellt: „Sicherung der Lebensgrundlagen in einem zukunftsfesten Europa – für regionale Vielfalt, Qualität und Innovation“. Das Thema Gesunde Ernährung wird dabei als ein inhaltlicher Schwerpunkt der Ratspräsidentschaft genannt. Das Gebot der Stunde sei „präventiv gegen das wachsende Problem von Übergewicht gerade bei Kindern und Jugendlichen zu steuern“ [53]. Gesunde Ernährung solle in Schulen einen größeren Stellenwert bekommen [103].

Diese wissenschaftliche Hausarbeit beabsichtigt zu zeigen, wie man ernährungsassoziierte Themen in der Schule behandeln kann und wie durch Verknüpfung mit fachwissenschaftlichen Inhalten auch ein sinnvolles Bear- beiten des Themas im Chemieunterricht möglich wird. Mittels der Themati- sierung von Ernährungsfragen in der Schule und der dabei stattfindenden Aufklärung soll dabei geholfen werden, auf die steigenden Zahlen von ü- bergewichtigen Menschen und vor allem von übergewichtigen Kindern und Jugendlichen mit verstärkter Aufmerksamkeit zu reagieren.

Diätetische Lebensmittel rücken bei der geforderten Ernährungsauf- klärung ins Rampenlicht, da neben einer verstärkten Ernährungsbildung zur Prävention von Gewichtsproblemen vor allem auch die Therapie überge- wichtiger Kinder und Jugendlicher auf dem Programm der Ministerien steht.

Als Therapie bietet sich, zusätzlich zu einer gesteigerten Bewegung, die Förderung eines gesunden Lebensstils mit Hilfe von Diäten zur Gewichtsre-

duktion an. Innerhalb dieser Diäten werden u.a. die in dieser wissenschaftli- chen Hausarbeit thematisierten Diätetischen Lebensmittel verwendet, um eine fett- und kalorienreduzierte Ernährung zu ermöglichen.

Darüber hinaus werden auch Diätetische Lebensmittel für Personen- gruppen angeboten, die spezielle Inhaltsstoffe konventioneller Lebensmittel nur in Maßen oder gar nicht zu sich nehmen dürfen. Beispiele hierfür wären natriumarme sowie laktose- oder glutenfreie Diäten. Die größte Bedeutung innerhalb der Diätetischen Lebensmittel haben dennoch die fett- und zucker- reduzierten Lebensmittel. Doch längst ist nicht mehr nur der ästhetische Faktor und das ideale Schlankheitsbild der Auslöser für eine diätetische Er- nährung, sondern vielmehr die Gewissheit, dass ein Zusammenhang zwi- schen Übergewicht und vielen anderen Krankheiten besteht. Immer mehr Menschen machen Gebrauch von Diätetischen Lebensmitteln, um Krankhei- ten wie Diabetes mellitus Typ II (die sog. Altersdiabetes) und Adipositas unterschiedlicher Grade (Übergewicht bis hin zur Fettleibigkeit) zu thera- pieren oder diesen vorzubeugen (vgl. hierzu Abschnitt 3.1.4 und 3.2.6).

Der Begriff

Diätetische Lebensmittel, das sind Lebensmittel, die zur Verwendung inner- halb einer Diät bestimmt sind (genaue gesetzliche Definition siehe Ab- schnitt 2.3.1). Was bedeutet aber der Begriff Diät?

Er leitet sich aus dem Griechischen von dem Begriff δίαιτα (gr. di- aita) ab und heißt wörtlich übersetzt Lebenseinteilung¹ [79]. Das Substantiv Diät wurde laut Duden [ebd.] Anfang des 13. Jahrhunderts als medizini- scher Terminus in gleicher Bedeutung aus dem Lateinischen entlehnt. La- teinisch diaeta geht wiederum auf das oben genannte griechische diaita zu- rück. Im medizinischen Sinne soll mit diesem Begriff eine Lebenseinteilung

1Diäten in der Bedeutung „Bezüge der Abgeordneten eines Parlaments“ haben nichts mit dem hier geschilderten Begriff Diät gemein. Dem Duden zufolge stellt der Begriff eine Abkürzung für Diätengelder dar. Er wurde im 18. Jahrhundert aus französisch diète („ta- gende Versammlung“) entlehnt [79].

beschrieben werden, die auf die Bedürfnisse von Übergewichtigen und Kranken abgestimmt ist [ebd.].

Im heutigen Sprachgebrauch muss man die o. a. medizinische Be- deutung des Begriffs Diät von dessen Bedeutung im Alltagsgebrauch diffe- renzieren. Während ein Mediziner oder auch die gesetzliche Definition der Diätverordnung mit dem Begriff Diät eine Ernährungs- und Lebensweise meint, die auf die Behandlung einer bestimmten Krankheit (Adipositas, Di- abetes mellitus, Koronare Herzkrankheiten (KHK), Gicht u. a.) abgestimmt ist, versteht der Volksmund darunter meist eine mehr oder weniger kurzfris- tige Maßnahme, um lästige Pfunde loszuwerden.

Diese Wissenschaftliche Hausarbeit orientiert sich an ersterem Ver- ständnis des Begriffs, wobei diese die Therapie des Krankheitsbilds von Übergewicht bzw. Adipositas einschließt, so dass auch das alltagssprachli- che Verständnis einer Diät abgedeckt wird.

Wie kann man aber mit einer gesunden Lebensweise, sprich einer Diät, eine Krankheit behandeln? Ernähren wir uns denn wirklich falsch und spielt die Ernährung überhaupt eine so große Rolle beim Erhalt unserer Ge- sundheit?

Eine kleine Ernährungsgeschichte

„Der Mensch lebt nicht vom Brot allein.“² Nein, das tut er heutzutage wirk- lich nicht! Mit einer Ernährung, die ausschließlich aus Brot bestünde, würde nicht nur von vorne herein eine psychisch bedingte Unzufriedenheit auftre- ten, sondern auch unser Körper würde sich aufgrund der ihm fehlenden Nährstoffe beschweren. Aber anstatt nur die essentiellen Bedürfnisse des Körpers zu befriedigen, macht es viel mehr Freude, ohne darüber nachzu- denken, zu essen, auf das man gerade Appetit hat. Und dies ist manchmal nicht gerade gesund oder angesichts der mangelnden Bewegung schlichtweg zu viel.

2 Matthäus Evangelium 4,4

Um auf den einleitenden biblischen Ausspruch zurückzukommen:

Heutzutage ist die menschliche Ernährung aufgrund des großen überregio- nalen Angebots an Lebensmitteln wahrscheinlich weitaus komplexer als zu Entstehungszeiten des Zitats.

Es muss schon ordentlich was drauf sein auf einem Brot, damit es den heutigen Ansprüchen gerecht werden kann. Morgens z.B. gehört eine dicke Portion eines Nuss-Nougat-Aufstrichs auf das Weißbrot, um etwas

„drauf zu haben“. Zumindest suggeriert dies die Werbung. Musste das Frühstück wieder einmal aus Zeitgründen ausfallen, dann muss spätestens gegen 10 Uhr ein Schoko-Muffin oder Ähnliches herhalten, man hat ja schließlich noch nichts gegessen. Gegen Mittag gibt’s dann entweder etwas Warmes aus der Cafeteria oder jemand erbarmt sich und holt die Sammelbe- stellung bei einem renommierten Schnellimbiss ab. Da schmeckt es doch einfach viel besser! Gegen Nachmittag meldet sich dann unser Körper wie- der zu Wort. Es ist ja auch schon zwei Stunden her, dass man das letzte ge- gessen hat. Würde man jetzt zu einem Apfel oder anderem Obst greifen, dann wäre es ja auch in Ordnung, aber nach der harten Arbeit der vergange- nen zwei Stunden hat man sich jetzt mal was Süßes verdient. Einen Schoko- riegel zum Beispiel. Aber nur einen, man will ja abends auch schließlich noch die Tiefkühlpizza schaffen. Ein leckeres gekauftes Dessert wartet dann ja schließlich auch noch im Kühlschrank...

Lecker!!! Wäre da nicht der Reißverschluss der Hose, der sich dage- gen sträubt, sich schließen zu lassen, oder die Treppe im Hausflur, die ei- nem den Atem raubt und das Herz bis zum Halse schlagen lässt!

Die Realität

Die obige Schilderung eines fiktiven ernährungsphysiologischen Chaos klingt etwas übertrieben, was auch beabsichtigt ist. Es ist aber erschreckend, dass dies nicht ganz so weit von der Realität entfernt ist, wie es Ernährungs- experten gerne sehen würden. Es wäre ja auch alles in bester Ordnung, wenn nicht irgendwann jemand entdeckt hätte, dass ein direkter Zusammen-

hang zwischen der Aufnahme eines erhöhten Kalorienbetrags und den lästi- gen Fettpölsterchen an Bauch, Hüften und Po besteht.

Während man lernen kann, mit dem kosmetischen Problem und dem Nichtentsprechen eines Schlankheitsideals umzugehen, ist es aber ernsthaft beunruhigend, dass falsche Ernährung krank macht. Neben Übergewicht bis hin zur Fettsucht (Adipositas unterschiedlicher Grade, vgl. S. 38), Herz- Kreislauf-Beschwerden und Karies, ist vor allem eine Zivilisationskrankheit auf dem Vormarsch: Diabetes mellitus. Die betroffenen Patienten werden immer jünger, so dass z.B. beim Diabetes Typ II der Begriff Altersdiabetes nicht mehr gerechtfertigt erscheint. Die Zahl an übergewichtigen Jugendli- chen nimmt immer mehr zu, und nicht nur im Ausland wie z.B. in den USA werden erschreckende Dimensionen erreicht, so dass Aspekte einer gesun- den Ernährung unbedingt thematisiert werden sollten.

Das Ziel dieser Wissenschaftlichen Hausarbeit

Diese Wissenschaftliche Hausarbeit beschäftigt sich mit Lebensmitteln, die dazu verhelfen sollen, eine kalorien- und gesundheitsbewusste Ernährung zu gewährleisten. Neben dem Vermitteln chemischen Fachwissens über aus- gewählte Substanzen, die in diesen besonderen Lebensmitteln enthalten sind, soll das Kennen lernen und Umsetzen von Aspekten einer gesunden, ausgewogenen Ernährung dazu beitragen, den genannten Erkrankungen vorzubeugen oder sie zu therapieren.

„Was Hänschen nicht lernt, lernt Hans nimmer mehr“, so sagt ein deutsches Sprichwort. Überträgt man dieses auf die Ernährung, wird schnell deutlich, dass man dieses wichtige Thema schon früh im Kindes- und Ju- gendalter behandeln muss. Neben der gegenwärtigen Idee einer Gesund- heitserziehung im Kindergarten, sollte man auch die Chance nutzen, Schüle- rinnen und Schülern in der Schule ein Gesundheitsbewusstsein zu vermit- teln. Dies könnte sie vielleicht davor bewahren, eine ernährungsbedingte Krankheit zu bekommen oder ihnen helfen, mit einer bereits bestehenden Krankheit besser umzugehen. Appelliert man im Kindergarten noch eher an die Eltern, ihren Kindern eine gesunde Ernährungsweise vorzuleben und auf

die Mitgabe zu vieler Süßigkeiten als Pausenbrotersatz zu verzichten, so kann man in der Schule das gelernte Wissen der Schülerinnen und Schüler nutzen und deren Verstand ansprechen, um eine gesunde Ernährungsweise zu erreichen.

Essen und Ernährung sind Themen, die unmittelbar an die Lebens- welt und Interessen von Schülerinnen und Schülern anknüpfen. Ausgehend von aktuellen Problemen, wie z.B. die geschilderte Zunahme ernährungsbe- dingter Krankheiten, kann dieser hohe Alltagsbezug dazu verhelfen, bei Schülerinnen und Schülern eine Bereitschaft zu schaffen, sich intensiv mit dem Thema auseinanderzusetzen. Speziell die diätetische Ernährungsweise als eine Therapiemaßnahme rückt aufgrund steigender Zahlen an Betroffe- nen ernährungsbedingter Krankheiten in den Fokus unterschiedlichster Me- dien, mit denen Schülerinnen und Schüler täglich konfrontiert werden. Auf- grund der großen Medienpräsenz und häufig kontroverser Diskussionen über eine richtige Ernährung, kann es schnell zu Verwirrungen auch auf Seiten der Schülerinnen und Schüler kommen.

In den Medien werden die neuesten Erkenntnisse der Forschung auf- gegriffen und einem breiten Publikum zugänglich gemacht. Oftmals werden die Informationen aber auf eine Schlagzeile mit unvollständigen oder gar falschen Aussagen verkürzt und häufig fehlen auch Hinweise darauf, wie man die neu gewonnenen Erkenntnisse in seinen persönlichen Alltag integ- rieren kann. Wurden gestern noch die Low-Fat-Diäten und eine erhöhte Aufnahme an Kohlenhydraten zur Gewichtsreduktion empfohlen, so wurden diese Empfehlungen, nachdem man begriffen hatte, dass viele Menschen trotzdem immer mehr zunahmen, revidiert und durch Low-Carb-Diäten er- setzt. Wie soll man aber entscheiden, was man am besten isst, um gesund zu bleiben und nicht dick zu werden, wenn man keinen Durchblick hat? Aus dem Ernährungs-Wirrwar ergeben sich mehr und mehr Fragen, die es auch in der Schule als Erziehungsinstitution zu beantworten gilt (vgl. Abschnitt 5.1). Einige Beispielfragen:

„Was haben eigentlich die ganzen Aufschriften auf den Light-Produkten zu bedeuten? Welche Substanzen sind denn in diesen ominösen Produk-

ten enthalten, die diese von herkömmlichen Lebensmitteln unterscheiden und trotzdem für einen ähnlichen Geschmack sorgen?! Warum darf man als Diabetiker keinen Zucker zu sich nehmen? Warum ist ein Vollkorn- brötchen gesünder als ein Weißmehlbrötchen und warum hat Diät- Schokolade fast genauso viele Kalorien wie normale Schokolade?“

Dies sind alles Fragen, die sich ein Schüler oder eine Schülerin beim Nachdenken über eine diätetische Lebensweise stellen könnte und die man in der Schule, speziell im Chemieunterricht, beantworten kann. Die Integra- tion ausgewählter gesundheitsrelevanter Themen in den Chemieunterricht bietet die Chance, Schülerfragen wissenschaftlich zu erklären. Dadurch er- hält das gelernte Wissen eine Relevanz für das tägliche Leben, und es erhält vielleicht einen höheren Stellenwert bei den Schülerinnen und Schülern, so dass diese das Gelernte besser verinnerlichen.

Betrachtet man das Angebot in Supermärkten und die zugehörige Werbung in den Medien, so erkennt man, dass zucker- und fettreduzierte Light-Produkte auf dem Vormarsch sind. Längst haben die Lebensmittel- konzerne begriffen, dass man aus der Angst der Menschen, sich nicht ge- sund genug zu ernähren, Profit schlagen kann. Bei dem Überangebot an unterschiedlichsten Lebensmitteln, die alle damit werben, die Gesundheit zu fördern oder genau richtig für eine gesundheitsbewusste und kalorienarme Ernährung zu sein, kommt es schnell zu Verwirrungen und man kann leicht den Überblick verlieren.

Diese wissenschaftliche Hausarbeit greift die aktuelle Ernährungs- problematik auf und bearbeitet das Thema Diätetische Lebensmittel hin- sichtlich chemischer aber auch einiger biologischer und physiologischer Aspekte. Durch das Aufbereiten des Themas für einen Chemieunterricht des Gymnasialen Bildungsgangs soll es Einzug in die Schule erhalten. Mit Hilfe sowohl einer theoretischen Betrachtung als auch insbesondere durch eine experimentelle Bearbeitung ausgewählter, in Diätetischen Lebensmitteln enthaltene Substanzen, wie Zuckerersatzstoffe und Fettersatzstoffe, soll den Schülerinnen und Schülern die Chance geboten werden, die theoretischen Grundlagen und Verwendungsgründe für Inhaltsstoffe Diätetischer Le-

bensmittel und die Hintergründe einer diätetischen Ernährung besser zu ver- stehen. Dabei werden nun zu Beginn die theoretischen Grundlagen geschil- dert, geklärt, was Diätetische Lebensmittel überhaupt sind und darin enthal- tene Inhaltsstoffe vorgestellt. Auf diese Grundlagen wird dann in einem Experimentellen Teil aufgebaut und auch zusätzlich neue Aspekte miteinbe- zogen. Ein anschließender Didaktischer Teil soll vor allem Überlegungen aufzeigen, die dieses Thema als einen sinnvollen Unterrichtsinhalt auswei- sen und ausführen, welche Möglichkeiten es gibt, innerhalb dieses Themas chemisches Fachwissen zu transportieren.

2 Theoretische Grundlagen der Ernährung 2.1 Verwendung Diätetischer Lebensmittel

Möchte man Diätetische Lebensmittel untersuchen, so sollte man auch be- trachten, zu welchem Zweck diese entwickelt werden. Sie dienen wie kon- ventionelle Lebensmittel zur Ernährung des Menschen. Je nach Produkt werden Diätetische Lebensmittel aber zu einem speziellen Zweck einge- setzt. Dem gewünschten Effekt entsprechend, können Diätetische Lebens- mittel entweder als Ergänzung zu normalen Lebensmitteln konsumiert wer- den oder aber Bestandteil eines strikten Diätplanes sein. Der Anlass für den teilweisen oder vollständigen Ersatz von Lebensmitteln durch Diätetische Produkte ist immer dann gegeben, wenn entweder eine Krankheit besteht, die die Aufnahme konventioneller Lebensmittel aufgrund darin enthaltener Substanzen verbietet, einer Krankheit wie z.B. Diabetes mellitus vorgebeugt werden soll (vgl. Abschnitt 3.2.6) oder die Nahrungsaufnahme dazu geführt hat, dass aufgrund einer zu hohen Energieaufnahme ein Fettdepot im Körper angelegt wurde und dieses im Rahmen einer kalorienreduzierten Diät be- kämpft werden soll. Der Hauptteil der Konsumenten Diätetischer Lebens- mittel verzehrt diese aber wahrscheinlich alleine aus dem Wunsch heraus, sich gesünder und kalorienbewusster zu ernähren.

Im nächsten Abschnitt soll nun ein kleiner Einblick in allgemeine Aspekte der Ernährung des Menschen gegeben werden. Nachdem geklärt wird, warum der Mensch überhaupt Nahrung zu sich nimmt, werden Emp- fehlungen zu einer gesunden Ernährung vorgestellt, um daraufhin durch Aufzeigen der aktuellen Ernährungssituation die Notwendigkeit der Ver- wendung Diätetischer Lebensmittel zu verdeutlichen.

2.2 Ernährung des Menschen: Hauptsache es schmeckt?

2.2.1 Nahrungsaufnahme und Auswahl der Lebensmittel

Kurz gesagt essen wir, um unsere biologischen Funktionen aufrecht zu er- halten. Menschen sind definitionsgemäß heterotrophe Organismen, da wir Nahrung aufnehmen müssen, um daraus Energie zu gewinnen und körperei- gene Substanzen zu bilden. Selbst beim Schlafen braucht der menschliche

Körper Energie, um seine Körpertemperatur konstant zu halten und At- mung, Gehirnfunktion, Herztätigkeit und Stoffwechselvorgänge zu ermögli- chen. Ernährung als Vorgang zur Bereitstellung von Energie ist demnach eine lebensnotwendige Angelegenheit. Diese Tatsache verbindet uns Men- schen mit allen anderen Lebewesen, die keine Photosynthese zur Energie- gewinnung aus Sonnenlicht betreiben können.

Zum Problem wird die lebensnotwendige Ernährung oftmals nur, wenn die Divergenz zwischen dem, was wir essen und dem, was wir essen sollten, zu groß ist. Meistens entscheiden wir uns im heutigen Industriezeit- alter anhand unseres Appetits für den Verzehr eines Lebensmittels. Der Ap- petit ist aber Geschmackssache. Anhand des Geschmacks eines Lebensmit- tels beurteilen wir häufig dessen Qualität oder ob es noch genießbar ist.

Dass uns manche Sachen aber einfach nicht schmecken, liegt nicht an der minderen Qualität oder der Verdorbenheit des Lebensmittels, sondern ein- fach an unserem subjektiven Geschmacksempfinden. Dieses kann einerseits auf bisherigen Esserfahrungen basieren, wenn wir beispielsweise als Kind schlechte Erfahrungen mit einem Lebensmittel gemacht haben, oder es ist auf eine „innere Stimme“ des Körpers zurückzuführen. In manchen Fällen hilft diese besagte „innere Stimme“ dabei, das für uns richtige Lebensmittel auszuwählen und zu uns zu nehmen. Im Falle einer Schwangerschaft kommt es z.B. häufig vor, dass werdende Mütter Appetit auf ein Lebensmittel ha- ben, das genau ihren nährstofftechnischen Bedürfnissen entspricht. Bei einer Magen- und Darminfektion verliert der Körper häufig viele Mineralstoffe, so dass man in manchen Fällen Appetit auf besonders salzige Nahrung ent- wickelt.

Aber nicht immer verhilft der Appetit zur richtigen Wahl der Le- bensmittel und zu einer adäquaten Nährstoffzufuhr. Süßigkeiten und gesüßte Getränke können beispielsweise dazu führen, dass man aufgrund des erhöh- ten Nährstoffwertes, verursacht durch den enthaltenen Zucker, seine ernäh- rungsphysiologischen Bedürfnisse schon lange befriedigt hat und trotzdem noch kein Sättigungsgefühl verspürt wird. Welche Nahrung wir zu uns nehmen sollten, ist demnach nicht immer eine Entscheidung, die wir unse-

rem Bauch überlassen sollten, sondern erfordert einen gewissen Überblick und ein Grundwissen über eine gesunden Ernährungsweise.

Um eine gesunde Ernährung zu gewährleisten, empfiehlt die Deut- sche Gesellschaft für Ernährung e.V. (DGE) die Aufnahme von Nährstoffen dem gegenwärtigen Stand der Ernährungswissenschaft anzupassen ([62], S.

99). Was bedeutet dies aber für den Konsumenten? Laut Horst Spegg sollte man eine mengen- und sortenmäßige Auswahl an Lebensmitteln treffen, die den Körper mit allen lebenswichtigen Nährstoffen versorgt [ebd.]. Zu diesen lebenswichtigen Nährstoffen zählen neben Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten auch Vitamine, Mineralstoffe und Spurenelemente. Sie sind wichtige, lebensnotwendige Bestandteile der Lebensmittel. Diese Nährstoffe kann man je nach Funktion im Körper in die Sparten Grundnährstoffe, Baustoffe, Brennstoffe und Wirkstoffe einteilen ([69], S. 33). Danach gehören die Pro- teine, Fette und Kohlenhydrate zu den Grundnährstoffen. Zu den Baustoffen werden die Proteine, Mineralstoffe und auch Wasser gezählt, während nur Fette und Kohlenhydrate als Brennstoffe bezeichnet werden. Zu den Wirk- stoffen zählen die Vitamine, Mineralstoffe und Spurenelemente.

Um eine Richtlinie für eine ausgewogene Ernährung zu geben, wer- den sog. Ernährungskreise oder Nahrungspyramiden erstellt, die dem Verbraucher verdeutlichen, von welchen Lebensmittel er wie viel essen soll- te (vgl. Abbildung 2-1, S. 12). Dabei muss aber darauf geachtet werden, dass es sich um Pauschalisierungen handelt, da jeder Mensch individuelle Ernährungsbedürfnisse aufweist. Ein Beamter, der den ganzen Tag nur in seinem Schreibtischstuhl am Computer sitzt, hat einen anderen Energiebe- darf als z.B. ein Maurer, der körperliche Schwerstarbeit leistet. Der durch- schnittliche Gesamtenergiebedarf eines Erwachsenen beträgt bei mittel- schwerer Arbeit 9800 kJ (ca. 2350 kcal)³ pro Tag ([2], S. 25). Dieser Ener- giebedarfs sollte durch eine Nährstoffzufuhr abgedeckt werden, die sich aus folgender Verteilung ergibt: 55 – 60 % Kohlenhydrate, 25 – 30 % Fette und

3 Die im internationalen Einheitensystem als SI-Einheit (SI = Abkürzung für Système Inter- national d’Unités) aufgeführte und gesetzlich zugelassene Energieeinheit ist Joule. 1 Joule entspricht ca. 0,24 Kalorien (veraltete Energieeinheit); 1 Kalorie entspricht demnach ca. 4,2 Joule.

Abb. 2-1: Lebensmittelgruppen im Ernährungskreis der DGE

10 – 15 % Proteine ([ebd.], S. 24). Mit dem Wissen, dass sowohl 1 g Koh- lenhydrate als auch 1 g an Proteinen einen Energiegehalt von 17 kJ (ca. 4 kcal) besitzen, während Fette einen Energiegehalt von 37 kJ (ca. 9 kcal) pro Gramm aufweisen, ergibt sich aus einer Berechnung der tägliche Bedarf von ca. 317 – 375 g Kohlenhydrate, 66 – 93 g Fett und 58 – 86 g Proteine. Diese optimale Verteilung erreicht man nur im Fall einer ausgewogenen Ernäh- rung, in der verschiedene Produktgruppen abgedeckt werden.

Der neue Ernährungskreis der DGE (s. Abbildung 2-1) soll ihre Empfehlungen für eine

vollwertige Ernährung visualisieren und die entsprechenden Produkte aufzeigen. In der Mitte stehen Getränke wie Tee, Mineralwasser und Säfte.

Diese Position soll verdeutlichen, dass die Aufnahme einer aus- reichend großen Menge

an Flüssigkeit eine zentrale Bedeutung innerhalb einer gesunden Ernährung besitzt.

Die weiteren Lebensmittel-Produktgruppen sollen der DGE zufolge in einem in etwa der Einteilung des Kreises entsprechenden Mengenverhält- nis aufgenommen werden. Demnach stehen Getreideprodukte wie Voll- kornbrot oder Müsli, Kartoffeln und Reis sowie Nudeln an erster Stelle.

Dieser Lebensmittelgruppe folgen Gemüse, Hülsenfrüchte und Obst. An vierter Stelle sind Milch und Milchprodukte wie Käse und Joghurt aufge- führt, gefolgt von Fisch, Fleisch und Eiern. Mengenmäßig am wenigsten sollte man Fette und Öle zu sich nehmen, so dass diese in dem Ernährungs- kreis den geringsten Anteil ausmachen. Dass die Empfehlungen der DGE in der Bundesrepublik Deutschland zu wenig umsetzt werden, zeigt ein Blick auf die aktuelle Ernährungssituation.

2.2.2 Aktuelle Ernährungs- und Gesundheitssituation in der BRD mit Blick auf die Welt

Der neueste Ernährungsbericht der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e.V., der alle vier Jahre erscheint, gibt Aufschluss über die gegenwärtige Ernährungssituation in Deutschland [76]. Eine zentrale Aussage dieses Be- richts besteht darin, dass sich die Deutschen weiterhin zu energiereich er- nährten.

Gegenwärtig wird zwar immer noch Amerika verdächtigt, mit wei- tem Abstand den höchsten Anteil an Übergewichtigen an der Bevölkerung zu haben, aber gemäß einem Spiegel-Bericht des Autors Pötzel ([48], S. 38) holt der Rest der Welt gewaltig auf. Einem Bericht der Weltgesundheitsor- ganisation (WHO) zufolge leben mit einer Anzahl von 1,2 Milliarden erst- mals so viele übergewichtige wie unterernährte Menschen auf der Erde. Ca.

5 % der Weltbevölkerung sind nach WHO-Angaben so dick, dass sie eine medizinische Behandlung brauchen [ebd.].

Laut der neuesten EU-Studie zum Thema Übergewicht, deren Er- gebnisse Mitte April dieses Jahres in unterschiedlichen Medien veröffent- licht wurden, liegt Deutschland beim Gewicht gleichauf mit den USA [103].

Drei Viertel der Männer und 59 % der Frauen seien zu dick, habe die Studie der International Association for the Study of Obesity (IASO) ergeben [ebd.]. Von diesen „Dicken Deutschen“ seien nach der Erhebung 52,9 % der Männer übergewichtig und 22,5 % litten an einer krankhaften Fettleibigkeit.

Bei den Frauen hätten 35,6 % Übergewicht und 23,3 % seien fettleibig [78].

In jüngster Vergangenheit lag der Prozentsatz an übergewichtigen Frauen und Männern in der Bundesrepublik Deutschland im Vergleich zu der oben aufgeführten neuen Studie des Frühjahrs 2007 noch weit unterhalb der genannten Werte. Im Jahr 2003 waren laut Befragung 41 % der erwach- senen Frauen und 58 % der Männer übergewichtig. Als schwer fettleibig (schwer adipös) wurden damals 12,3 % der Frauen und 13,6 % der Männer eingestuft⁴. Im Vergleich zu anderen Ländern dieser Erde stand Deutschland mit diesen Werten im Mittelfeld. Dies zeigt auch ein Ländervergleich aus

4 Die Werte entstammen einer Mikrozensusbefragung des statistischen Bundesamts aus dem Jahr 2003.

dem Jahr 2005 (s. Abbildung 2-2). Absoluter Spitzenreiter bei Betrachtung des prozentualen Anteils der Bevölkerung mit einem bersorgniseregenden und gesundheitsgefährdenden Body-Mass-Index (Körpergewicht/kg pro Körperlänge/m im Quadrat) waren damals die Vereinigten Staaten (USA) mit einem Wert von 31 %, gefolgt von Großbritannien mit 22 % und Aust- ralien mit 21 %. Der Vergleich des prozentualen Anteils übergewichtiger Menschen in verschiedenen Ländern im Jahr 2005 zeigt, dass Deutschland innerhalb der europäischen Länder jedoch auch damals schon ziemlich weit vorne lag und neben dem bereits genannten Großbritannien nur von Island, Spanien und Tschechien übertroffen wurde (vgl. Abbildung 2-2).

0 5 10 15 20 25 30 35

Japan Schweiz

Italien Frankreich

Österreich Schweden

Niederlande Dänemark

Finnland Deutschland

Island Spanien

Tschechien Kanada

Australien

Großbritanien USA

Anteil der Bevölkerung/%

Abb. 2-2: Prozentualer Anteil der Menschen mit gesundheitsgefährdendem Body-Mass- Index (BMI > 30) im Jahr 2005; Deutschland farblich hervorgehoben

Neuesten Berichten des amtierenden Verbraucherschutzministers Seehofer zufolge, hat die Bundesrepublik Deutschland innerhalb der EU gegenwärtig sogar die führende Position in der Liste der „übergewichtigen Länder“ ein- genommen. Die Deutschen seien laut einer internationalen Studie wegen Bier, Fett und zu wenig Bewegung die dicksten Bürger der EU [103].

Als Reaktion auf diese neuesten Ergebnisse hat sich das Bundeser- nährungsministerium als zentrales Ziel gesetzt,

„die Zunahme von Übergewicht bis zum Jahr 2010 zu stoppen und die Verbreitung von Übergewicht in Deutschland bis 2020 merklich zu ver- ringern“ [53].

Eine Schätzung des Bundesministeriums für Verbraucherschutz aus dem Jahr 2005 zeigt, dass die Ernährungssituation auch vor allem bei Kin- dern und Jugendlichen besorgniserregend ist. Zu diesem Zeitpunkt waren ca. 10 – 20 % der Kinder und Jugendlichen übergewichtig. Laut der damali- gen Verbraucherschutzministerin Renate Künast sei sogar jedes fünfte Kind und jeder dritte Jugendliche zu dick, was von der Ministerin zum Anlass genommen wurde, im Sommer 2004 die Aktion „Plattform Ernährung und Bewegung“ zu gründen. Auch der amtierende Bundesminister Horst Seeho- fer befasst sich zurzeit mit einer Aktion gegen dicke Kinder. Er beabsichtigt am 9. Mai seinen „Aktionsplan Ernährung“ dem Bundeskabinett vorzule- gen⁵ und am 10. Mai möchte er im Bundestag eine Regierungserklärung zu dem Thema abgeben [103]. Die Situation sei als besorgniserregend einzu- stufen, da in Deutschland heute rund 2 Millionen Kinder und Jugendliche übergewichtig oder sogar fettleibig seien [53]. In seiner Rede vor dem Aus- schuss für Umweltfragen, Volksgesundheit und Lebensmittelsicherheit vom 23. Januar 2007, spricht er das Thema gesunde Ernährung an und nennt es

„eine Frage des Bewusstseins und der Erziehung“. Die Weichenstellung fiele früh „zu Hause, am Esstisch, in Kindergärten und Schulen.“ Dem wachsenden Problem von Übergewicht gerade bei Kindern und Jugendli- chen müsse mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden [103]. Im Rahmen des Aktionsplans Ernährung solle die Ernährungsbildung gestärkt werden und Staatssekretär Müller zufolge beispielsweise mit dem Einführen des Unter- richtsfachs Ernährung die Ernährungsbildung gestärkt werden [75].

Auch Bundesgesundheitsministerin Ulla Schmidt betont, dass eine frühe Prävention wichtig sei. Aufklärung und Prävention müsse bereits in jungen Jahren erfolgen [9].

Grund für die allgegenwärtige Besorgnis ist vor allem der bereits erwähnte Zusammenhang zwischen Übergewicht und verschiedenen Krank-

5 (Vgl.) Börnecke, Stephan.: Der rote Punkt gegen zu viel Fett, in: Frankfurter Rundschau vom 17. März 2007, Nr. 65, S. 11.

heiten. Heutzutage sei Bundesverbraucherminister Seehofer zufolge jeder zweite Todesfall auf Herz- und Kreislauferkrankungen zurückzuführen [104]. Demnach stellen die Gewichtsprobleme auch eine erhebliche Belas- tung für das Gesundheitssystem dar. Gegenwärtig werden ca. 7 % aller Krankheitskosten der Adipositas zugeschrieben ([23], S.351). Ein besonders enger Zusammenhang besteht zwischen Übergewicht und Diabetes mellitus Typ II. Dies sieht man daran, dass in etwa 85 % der Typ II-Diabetiker adi- pös sind ([ebd.], S. 358). Durch eine kalorienbewusste Ernährung mit Hilfe Diätetischer Lebensmittel kann man demnach auch die eigene Gesundheit fördern, indem man durch ein Körpergewicht, das sich im normalen Bereich befindet (vgl. Abschnitt 3.1.4), verschiedenen Krankheiten vorbeugt.

2.3 Diätetische Lebensmittel: Definition und Abgrenzung des Themas

2.3.1 Definition gemäß DiätV

Hört oder liest man den Begriff Diätetische Lebensmittel, so wird dieser oftmals nur mit Lebensmittel in Verbindung gebracht, die im Zuge einer Diät zur Kalorienreduktion Verwendung finden. Wie in Abschnitt 2.1 be- schrieben, kann man Diätetische Lebensmittel aber aus unterschiedlichsten Gründen konsumieren. Eine Definition aus der Diätverordnung (DiätV) gibt Aufschluss darüber, welche Lebensmittel als ein Diätetisches bezeichnet werden dürfen und liefert somit die rechtliche Rahmenbedingung für die in dieser Wissenschaftlichen Hausarbeit betrachtete Produktgruppe.

Laut § 1, Abschnitt 1 und 2 der Diätverordnung in der Fassung der Bekanntmachung vom 28. April 2005 (BGBl. I S. 1161), geändert durch Artikel 1 der Verordnung vom 15. November 2006 (BGBl. I S. 2654) [15], sind Diätetische Lebensmittel

„Lebensmittel, die für eine besondere Ernährung bestimmt sind“.

Diese müssen 3 Bedingungen erfüllen, um als ein Lebensmittel zur besonde- ren Ernährung gelten zu dürfen:

1. Das Lebensmittel muss einem besonderen Ernährungszweck bei einer definierten Personengruppe dienen,

2. für diesen Zweck geeignet sein,

3. sich in Zusammensetzung oder Herstellung deutlich von Lebensmitteln des allgemeinen Verzehrs unterscheiden.

Zu den in Abschnitt 2 genannten definierten Personengruppen zählen laut DiätV folgende:

a. bestimmte Gruppen von Personen, deren Verdauungs- oder Resorpti- onsprozess oder Stoffwechsel gestört ist oder

b. bestimmte Gruppen von Personen, die sich in besonderen physiologi- schen Umständen befinden und deshalb einen besonderen Nutzen aus der kontrollierten Aufnahme bestimmter in der Nahrung enthaltener Stoffe ziehen können, oder

c. gesunde Säuglinge oder Kleinkinder.

Ein Produkt darf immer nur dann als ein Diätetisches Lebensmittel bezeich- net werden, wenn es die genannten Grundvoraussetzungen der Diätverord- nung erfüllt.

2.3.2 Abgrenzung des Themas zur Behandlung im Chemieunterricht Die Behandlung aller als Diätetische Lebensmittel zu bezeichnenden Pro- duktgruppen ließe keine sinnvolle Bearbeitung des Themas innerhalb des Chemieunterrichts zu, da zu viele einzelne und für den Chemieunterricht ungeeignete Aspekte betrachtet werden müssten. Um das Thema sinnvoll in den Chemieunterricht einzugliedern und der aktuellen Ernährungssituation in Deutschland entsprechend alltagsrelevanter bzw. für Schülerinnen und Schüler im Hinblick auf eine kalorienreduzierte und gesundheitsbewusste Ernährung verwertbarer zu gestalten, wurden einige Produktgruppen Diäte- tischer Lebensmittel ausgewählt und durch handelsübliche Light-Produkte ergänzt.

Diese Wissenschaftliche Hausarbeit konzentriert sich demzufolge auf Diätetische Lebensmittel zur Kalorienreduktion mit einer Erweiterung durch Light-Produkte, auf solche zur Ernährung bei Stoffwechselstörungen wie Diabetes mellitus und auf Lebensmittel, die für Personen bestimmt sind, die

„sich in besonderen physiologischen Umständen befinden und deshalb einen besonderen Nutzen aus der kontrollierten Aufnahme bestimmter in der Nahrung enthaltener Stoffe ziehen können.“ (§1, Abschnitt 2 b) der DiätV, [15]).

Ein Beispiel für letzteres wären übergewichtige und adipöse Personen, die beispielsweise einen Nutzen aus einer kontrollierten Aufnahme von Fett ziehen können.

Zielgruppen der bearbeiteten Diätetischen Lebensmittel wären dem- nach übergewichtige und adipöse Menschen sowie Diabetiker. Im Rahmen des Beschreibens der in Diätetischen Lebensmitteln enthaltenen Substanzen, werden entsprechende ernährungsassoziierte Krankheiten kurz dargestellt, um einen Überblick über deren Krankheitsbilder und Therapiemöglichkeiten zu geben. Im Verlauf des Beschreibens der in Diätetischen Lebensmitteln vorkommenden Fettersatzstoffe fällt dabei der Blick auf Übergewicht und Adipositas, während im Rahmen der Vorstellung von Zuckerersatzstoffen die Stoffwechselerkrankung Diabetes mellitus thematisiert wird.

3 Fettersatzstoffe und Zuckerersatzstoffe

Fettersatzstoffe und Zuckerersatzstoffe sind Bestandteile Diätetischer Le- bensmittel, die diese im Vergleich zu konventionellen Lebensmitteln so ver- ändern, dass sie den Bedürfnissen bestimmter Personengruppen entspre- chen. Fettersatzstoffe ermöglichen eine Produktion fettreduzierter Lebens- mittel, die trotz ihres verminderten Fettgehalts aufgrund einer fettähnlichen Sensorik eine große Akzeptanz bei den Verbrauchern bewirken. Davon pro- fitieren vor allem übergewichtige und adipöse Menschen, da eine Reduktion an enthaltenen Fetten gleichzeitig einen verminderten Kaloriengehalt her- vorruft und somit eine Diät zur Gewichtsreduktion unterstützt werden kann.

Zuckerersatzstoffe hingegen machen süße Lebensmittel auch für Diabetiker ohne Reue genießbar, da sie innerhalb eines insulinunabhängigen Stoffwechsels abgebaut werden (vgl. Abschnitt 3.2.6). Darüber hinaus be- sitzen Zuckerersatzstoffe im Vergleich zu Haushaltszucker keine kariogene Wirkung, so dass sie auch in zahnschonenden Lebensmitteln für einen süßen Geschmack sorgen können (vgl. Experimenteller Teil, S. 297 ff).

3.1 Fettersatzstoffe

Fettersatzstoffe im weiteren Sinne (i. w. S.) sollen, wie der Name bereits aussagt, Fette ersetzen. Möglich ist dies, da die sensorischen Eigenschaften der Fettersatzstoffe denen der Speisefette sehr ähnlich sind.

Neben der Verwendung als Fettersatz in Diätetischen Lebensmitteln wie beispielsweise in sog. Formula-Diäten für Diäten zur Gewichtsredukti- on übergewichtiger und adipöser Menschen (vgl. Abschnitt 3.1.4), finden Fettersatzstoffe (i. w. S.) heutzutage auch in einer normalen kalorien- und gesundheitsbewussten Ernährung Anwendung. Der Wunsch nach einem Ersatz von Fetten in Lebensmitteln liegt darin begründet, dass man zwar deren sensorische Eigenschaften schätzt, den Empfehlungen der DGE zu- folge, Fette aber nicht mehr als 30 % des täglichen Energiebedarfs decken- und höchstens 1/3 dieser Fettzufuhr aus Fetten mit gesättigten Fettsäuren bestehen sollten. In den 10 Regeln der DGE [62], die den bereits aufgezeig- ten Ernährungskreis (vgl. Abschnitt 2.2.1, Abbildung 2-1) ergänzen sollen,

taucht die empfohlene Fettzufuhr als gesonderter Punkt auf, wobei die Tat- sache, dass es sich dabei um Regel Nummer 2 handelt, von der Wichtigkeit dieser Empfehlung zeugt. Diese lautet wörtlich: „Weniger Fett und fettrei- che Lebensmittel (insgesamt 30 % der Energiezufuhr)“⁶.

Sind diese Angaben für die Ernährung gesunder Menschen gedacht, so reduziert sich die empfohlene Menge an Fetten bei Diäten für überge- wichtige und adipöse Menschen. Je nach Grad der Erkrankung liegt die the- rapeutische Fettrestriktive unterhalb von 30 %. Bei Adipositas Grad I (vgl.

Tabelle 3-3, S. 38) wird eine Abdeckung von 25 % der Energiezufuhr durch Fette empfohlen ([23], S. 361). Neben der Auswirkung auf das Gewicht, hilft eine moderate Fettzufuhr außerdem Arteriosklerose und bestimmte Krebsarten zu vermeiden ([62], S. 7). Klaus Ragotzky in ([51], S. 26) be- nennt die derzeitige zu energiereiche Ernährung in der Bundesrepublik Deutschland mit einer Fettzufuhr von über 40 % der Energieaufnahme als wahrscheinliche Hauptursache des verbreiteten Übergewichts und der er- höhten Blutfettwerte, bei denen es sich um Risikofaktoren einer frühzeitigen koronaren Herzkrankheit aufgrund von Fettablagerungen und daraus resul- tierenden Arterieninnenwand-Veränderungen handelt.

Um den Empfehlungen für eine gesunde Fettzufuhr gerecht zu wer- den und den Wert des angegebenen Anteils am Energiebedarf nicht zu über- schreiten bzw. ihn im Zuge einer Diät unterschreiten zu können, ohne dabei auf die cremigen und geschmeidige Sensorik von fetthaltigen Lebensmitteln oder andere funktionelle Eigenschaften der Fette verzichten zu müssen (vgl.

Tabelle 3-1), können Fettersatzstoffe (i. w. S.) eingesetzt werden.

Würde man die in Lebensmitteln enthaltenen Fette nicht ersetzen, sondern einfach weglassen, so entstünden neben produktionstechnischen Problemen aufgrund einer spröderen Textur auch sensorische Unzufrieden- heiten bei den Konsumenten, da Fette neben der Eigenschaft als Ge- schmacksträger auch eine geschmeidige und cremige Konsistenz vermitteln (vgl. Tabelle unten).

6 Die weiteren neun Regeln werden im Anhang aufgezeigt [62;103].

Tab. 3-1: Zu ersetzende Funktionelle Eigenschaften von Fetten

Sensorik Aussehen/Glanz, Geschmack und

Aromaentfaltung, Textur

Mundgefühl Adhäsion bzw. Klebrigkeit,

Schmelz, Kühlempfinden

Konsistenz Gieß- bzw. Rieselfähigkeit, Viskosi-

tät, Plastizität

Temperaturverhalten Hitze- und Lagerungsstabilität, Re- kristallisation, Ausölen, evtl.

Einsatzmöglichkeit als Brat- /Frittierfett,

Durch den Einsatz von Fettersatzstoffen (i. w. S.) kann man nicht immer alle funktionellen Eigenschaften eines Fettes ersetzen. Meist fehlt der ange- nehme Kühleffekt, der durch das Schmelzen von Fettkristallen hervorgeru- fen wird oder die Temperaturstabilität beim Frittieren und Backen. Darüber hinaus sind Fette essentielle Nährstoffe des menschlichen Stoffwechsels, ohne die beispielsweise keine fettlöslichen Vitamine aufgenommen werden könnten.

Nach Ragotzky ([51], S. 28) bieten sich für den Lebensmittelprodu- zenten drei Strategien an, um Fette einer gesunden Ernährung entsprechend zu ersetzen. Es können zum einen fettmodifizierte Lebensmittel entwickelt werden, bei denen gesättigte durch einfach oder mehrfach ungesättigte Fett- säuren ausgetauscht, bzw. tierische Fette durch pflanzliche Fette ersetzt werden. Konkrete Beispiele wären die Produkte Rama „Cremefine“ (Sahne- ersatz mit 15 % Fett) oder Du darfst „Kochen mit Raffinesse“ (ebenfalls Sahneersatz, aber mit nur 7 % Fett), die um eine cremige Konsistenz zu ge- währleisten, anstelle von tierischen Fetten mit gesättigten Fettsäuren, pflanzliche Fette mit einem hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren enthal- ten. Bei dieser Strategie können aber Probleme hinsichtlich eines veränder- ten Schmelz- und Kristallisationsverhaltens auftreten, da im Fett enthaltene ungesättigte Fettsäuren zu einem niedrigeren Schmelzpunkt führen. Außer-

dem müssen den betreffenden Produkten oftmals Stabilisatoren zum Errei- chen stabiler Emulsionen hinzugefügt werden.

Ein weiterer Lösungsweg wird Ragotzky zufolge [ebd.] durch die Entwicklung fettreduzierter Lebensmittel mit Fettaustauschstoffen darge- stellt. Dabei werden die in Lebensmitteln enthaltenen Fette meist durch Pro- teine und Kohlenhydrate sowie Wasser und kleinerer Mengen an Konsistenz gebenden Proteinen wie beispielsweise Gelatine oder Kohlenhydraten wie Maltodextrin oder Inulin ausgetauscht und der sensorische Eindruck fettrei- cher Lebensmittel mit Hilfe der zugesetzten Substanzen simuliert. Diese Substanzen bezeichnet man als Fettaustauschstoffe. Fettaustauschstoffe sind dadurch gekennzeichnet, dass sie nur partielle fettähnliche Eigenschaften aufweisen und nicht thermostabil sind ([ebd.], S. 28).

Die dritte Strategie besteht darin, dass man meist synthetische Fett- ersatzstoffe (i. e. S.) einsetzt, die aufgrund ihrer nicht- oder nur partiellen Resorbierbarkeit kaum zum Energiegehalt der Nahrung beitragen. Bei den Fettersatzstoffen (i. e. S.) handelt es sich laut Ragotzky [ebd.] um Substan- zen, die in ihren physikalischen Eigenschaften jeweils bestimmten her- kömmlichen Fetten sehr ähnlich sind und auch bei Temperaturen oberhalb 100 °C ihre fettartigen Eigenschaften nicht verlieren. Zurzeit gibt es in der Bundesrepublik Deutschland keine zugelassenen Fettersatzstoffe. In den USA hingegen darf der Fettersatzstoff Olestra^®, ein Kohlenhydratpolyester, in Lebensmitteln wie z.B. Kartoffelchips eingeschränkt verwendet werden.

Die Einteilung der Fettersatzstoffe (i. w. S.) erfolgt entsprechend der drei beschriebenen Strategien zum Ersetzen von Fett in die Fettmodifikate, die Fettaustauschstoffe sowie die Fettersatzstoffe (i. e. S.).

Im folgenden Abschnitt soll nun ein Überblick über die in Lebens- mitteln enthaltenen Fettersatzstoffe (i. w. S) gegeben werden, um daraufhin mit einer Beschreibung der in der EU zugelassenen Fettaustauschstoffe fort- zufahren.

3.1.1 Rechtliche Grundlagen

Bevor nun mit der Vorstellung der in Lebensmitteln enthaltenen Fettersatz- stoffe begonnen wird, soll an dieser Stelle auf deren rechtlichen Rahmen hingewiesen werden. Fettersatzstoffe (i. w. S) der Kategorie Gelierungs-, Dickungsmittel und Stabilisatoren unterliegen der Zusatzstoff- Zulassungsverordnung [8]. Der Begriff Zusatzstoff ist in § 2 des seit dem 25.

April 2006 geltenden Lebensmittel-, Bedarfsgegenstände- und Futtermittel- Gesetzbuch (LMBG) wie folgt definiert:

„Lebensmittel-Zusatzstoffe sind Stoffe mit oder ohne Nährwert, die in der Regel weder selbst als Lebensmittel verzehrt noch als charakteristi- sche Zutat eines Lebensmittels verwendet werden und die einem Le- bensmittel aus anderen als technologischen Gründen beim Herstellen oder Behandeln zugesetzt werden, wodurch sie selbst oder ihre Abbau- oder Reaktionsprodukte mittelbar oder unmittelbar zu einem Bestandteil des Lebensmittels werden oder werden können.“ [8]

Die Zusatzstoff-Zulassungsverordnung führt in einer sog. Positivliste zugelassene Zusatzstoffe für Lebensmittel auf. Nur die darin aufgeführten Zusatzstoffe dürfen als solche für Lebensmittel verwendet werden und wer- den mit einer „E-Nummer“ gekennzeichnet. Das „E“ steht bei dieser Num- mer für „EG/EU“. Durch diese Bezeichnung wird verdeutlicht, dass der zu- gelassene Zusatzstoff in der gesamten Europäischen Union verwendet wer- den darf [7]. Das Hinzufügen von Zusatzstoffen kann der Verbesserung des Aussehens, von Aroma und Geschmack oder der Konsistenzverbesserung und –stabilisierung sowie der Konservierung dienen ([69], S. 34). Die hier betrachteten Fettersatzstoffe (i. w. S) der Kategorie Gelierungs-, Dickungs- mittel und Stabilisatoren erfüllen in Lebensmitteln vornehmlich zwei Auf- gaben: Sie verbessern das Aussehen des Lebensmittels und bewirken eine Konsistenzverbesserung.

Um den Verbraucher vor Irreführungen zu schützen, besteht bei Verwendung eines Lebensmittelzusatzstoffes innerhalb eines Produkts ge- nerell Kennzeichnungspflicht. Anzugeben sind neben dem Klassennamen,

der über den Verwendungszweck des Zusatzstoffes informieren soll, auch der chemische Name oder die E-Nummer des Zusatzstoffes [7] (vgl. Tabelle 3-1).

3.1.2 Überblick über Fettersatzstoffe (i. w. S.)

Ein Fettersatzstoff sollte üblichem Fett – abgesehen vom Brennwert – weit- gehend in seinen Eigenschaften entsprechen oder zumindest eine funktionel- le Funktion (vgl. Tabelle 3-1) ersetzen. Die folgende Abbildung zeigt die drei Gruppen der Fettersatzstoffe (i. w. S.) und Beispiele für zugehörige Substanzen.

Abb. 3-1: Übersicht der in Lebensmitteln enthaltenen Fettersatzstoffe (i. w. S)⁷

Um eine sinnvolle Bearbeitung der Fettersatzstoffe (i. w. S.) im Chemieun- terricht zu gewährleisten, werden nur die Fettaustauschstoffe herausgegrif- fen, da diese in der Europäischen Union als Lebensmittel-Zusatzstoffe zuge- lassen sind (vgl. 3.1.1) und man sie im Gegensatz zu den anderen zwei

7 Fettersatzstoffe (i. e. S.) sind in der EU nicht zugelassen.

Fettersatzstoffe

(i.w.S)

Fettmodifikate Fettaustauschstoffe Fettersatzstoffe (i.e.S.)

Substitution gesättigter Fettsäuren durch

> 50 % mehrfach un- gesättigte Fettsäuren

Verdickungsmittel/

Gelbildner, Proteine, Kohlenhydrate/

Ballaststoffe

Thermostabile Sub- stanzen/

Pseudofette

Fettmodifizierte Le- bensmittel; Beispiele:

Margarine, Speisefette, Milchprodukte Fleisch-

Simplesse, Inulin, Car- rageen, Polydextrose, modifizierte Stärken, Xanthan, Pektin, Gelatine

Saccharosepolyester, Jojobaöl, Kohlenhyd- ratpolyester (z.B. O-

lestra)

Gruppen der Fettersatzstoffe (i. w. S.) in der Bundesrepublik Deutschland in vielen gängigen diätetischen und kalorien- bzw. fettreduzierten Lebensmit- teln finden kann⁸. Außerdem bieten die Fettaustauschstoffe aufgrund ihrer Zugehörigkeit zu bekannten Stoffklassen wie die der Proteine und der Koh- lenhydraten gute Verknüpfungspunkte mit dem Hessischen Lehrplan für den gymnasialen Bildungsgang [26]. Die Verknüpfungsmöglichkeiten werden im Didaktikteil dieser Wissenschaftlichen Hausarbeit (Kapitel 5) beschrie- ben.

3.1.3 Fettaustauschstoffe

Wie Abbildung 3-1 zeigt, gehören neben Verdickungsmitteln und Gelbild- nern, den sog. Mikroadditiven, auch Proteine und Kohlenhydrate sowie Bal- laststoffe zu den Fettaustauschstoffen.

Mikroadditive (Gelbildner und Verdickungsmittel)

Bei den Gelbildnern und Verdickungsmitteln handelt es sich um Hydrokol- loide ([69], S. 104). Der Begriff Mikroadditive lässt vermuten, dass sowohl Verdickungsmittel als auch Geliermittel den Lebensmitteln in geringen Mengenanteilen zugesetzt werden. Diese Substanzgruppe wird äußerst viel- fältig in Lebensmitteln eingesetzt. Sie sind dazu bestimmt, das Mundgefühl und die Textur des Lebensmittels zu verbessern. In der Funktion als Fettaus- tauschstoff simulieren sie eine cremige, fettähnliche Konsistenz und stabili- sieren Phasensysteme, wie beispielsweise einen fettreduzierten Brotauf- strich, der ohne Zusatz von Fettaustauschstoffen aufgrund des geringeren Fettanteils und des erhöhten Wasseranteils keine stabile Emulsion bilden könnte. Je nach gewünschtem Effekt, können Geliermittel und Verdi- ckungsmittel zusammen oder einzeln eingesetzt werden. Während Gelier- mittel formbeständige Gele bilden, führen Verdickungsmittel zu einer Vis- kositätserhöhung, die z.B. auch zu der gewünschten Cremigkeit oder Sä- migkeit von fettreduzierten Lebensmitteln führen kann.

8 Vgl. Tabelle relevanter handelsüblicher Lebensmittel im Anhang.

Verdickungsmittel besitzen im allgemeinen eine kugelförmige, verknäulte, verzweigte oder verkettete Struktur, wodurch bei Kontakt mit Wasser dieses in Hohlräume eingelagert werden kann und somit ein natürli- ches Quell- und Wasserbindevermögen besteht. Geliermittel hingegen sind Schwedt ([69], S. 104) zufolge linear und fadenförmig aufgebaut. Sie kön- nen sich aufgrund aktiver Gruppen beim Gelierprozess räumlich vernetzen, wobei z.B. Protonen oder Calcium-Ionen eine Rolle spielen. Wie in einem Schwamm lagern sich die umgebenden Wassermoleküle dann in das sich bildende Gerüst des Geliermittels ein. Das ausgebildete Gel stellt dann so- zusagen die feste Form einer kolloidalen Lösung dar. Folgende Tabelle gibt die wichtigsten Mikroadditive der Lebensmittelindustrie wieder. Es fehlen sowohl Gelatine als auch Stärke und deren modifizierten Derivate (vgl. S.

35). Dies liegt darin begründet, dass diese Substanzen nicht der Zusatzstoff- verordnung unterliegen und somit nicht kennzeichnungspflichtig sind (vgl.

Abschnitt 3.1.3). Im Anschluss an die Tabelle werden die am häufigsten verwendeten Mikroadditive kurz skizziert.

Tab. 3-2: In der EU zugelassene Hydrokolloide und Verdickungsmittel⁹

Substanz E-Nummer

Alginsäure Natriumalginat Kaliumalginat Ammoniumalginat Calciumalginat

E 400 E 401 E 402 E 403 E 404

Agar-Agar E 406

Carrageen E 407

Johannisbrotkernmehl E 410

9 Zugelassen nach der im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft (Nr. L 61/6 von

18.03.1995) veröffentlichten Richtlinie Nr. 95/2/EG des Europäischen Parlaments und des Rates von 20. Februar 1995 über „andere Lebensmittelzusatzstoffe als Farbstoffe und Sü- ßungsmittel“.

Guarkernmehl E 412

Traganth E 413

Gummi arabicum E 414

Xanthan E 415

Tarakernmehl E 417

Gellan E 418

Glycerin E 422

Pektine i) Pektin

ii) Amidiertes Pektin

E 440

Cellulose

i) Mikrokristalline Cellulose ii) Cellulosepulver

Methylcellulose

Hydoxypropylcellulose Hydoxypropylmethylcellulose Ethylmethylcellulose

E 460

E 461 E 463 E 464 E 465 Carboxymethylcellulose E 466

Gelatine

Gelatine stellt man industriell durch Denaturierung von Collagen, dem we- sentlichen Bestandteil des tierischen Bindegewebes wie z.B. Haut und Kno- chen, her. Ein typisches Verwendungsmaß von Gelatine ist beispielsweise der Zusatz in Mengen von 1,5 – 2,0 % zu Halbfettmargarine, um Streich- verhalten und Mundgefühl einer konventionellen Margarine mit einem Fett- gehalt von 80 % anzugleichen ([51], S. 94). Erhebliche Bedeutung hat Gela- tine auch bei der Herstellung kalorienreduzierter Desserts und Joghurts so- wie bei Wurst und Milchprodukten. Außerdem kommt Gelatine als Gelbild- ner auch in fettreduzierten Brotaufstrichen vor¹⁰.

10 Vgl. Lebensmittelliste im Anhang.