Zusatzstoffe in Lebensmitteln …

(1)

Zusatzstoffe in

Lebensmitteln …

Experimentalvortrag (OC) Christoph Roßbach

…natürlich genießen?

(2)

Gliederung

1. Einleitung

2. Mindestens haltbar bis:

3. Das Auge isst mit 4. Bio? Logisch!

5. Schulrelevanz

(3)

Gliederung

1. Einleitung

2. Mindestens haltbar bis:

3. Das Auge isst mit 4. Bio? Logisch!

5. Schulrelevanz

(4)

Was sind Zusatzstoffe?

§ 2 Abs. 3 des LFGB

- zu Lebensmitteln zugesetzte Stoffe

- Beeinflussung der Beschaffenheit

- Erzielen bestimmter Eigenschaften und Wirkungen

- Ausnahmen

- Stoffe mit Lebensmittelcharakter - übergehende Stoffe

- Grundvoraussetzungen

- technische Notwendigkeit

- Täuschung des Verbrauchers ausgeschlossen

1. Einleitung

(5)

Rechtliche Grundlage

- „Verordnung zur Neuordnung lebensmittel- rechtlicher Vorschriften über Zusatzstoffe“

EU 29.01.1998

- zentrale Zulassung in Positivlisten - E-Nummern

- Zutatenliste

- 31 neue Substanzen

- 305 zugelassene Zusatzstoffe - staatliche Kontrollbehörde

1. Einleitung Was sind Zusatzstoffe?

(6)

ADI

- Acceptable Daily Intake

- tolerierbare Tagesdosis in mg

_(Stoff)

/ kg

(Körpergewicht)

- Tierversuche

- LD 50

- lebenslange Aufnahme („no effect level“)

1. Einleitung

100 1 10

1 10

1  

(7)

Anwendungsgebiete

1. Einleitung

Konservierungsstoffe Feuchthaltemittel Antioxidantien Schmelzsalze

Farbstoffe Erhaltung der Rieselfähigkeit Geschmacksverstärker Schaumstabilisatoren

Zuckeraustauschstoffe Trägerstoffe

Süßstoffe Überzugsmittel

Trübstabilisatoren Backtriebmittel

Trennmittel Stabilisatoren

Festigungsmittel Säuerungsmittel

Modifizierte Stärke Füllstoffe

(8)

Gliederung

1. Einleitung

2. Mindestens haltbar bis:

3. Das Auge isst mit 4. Bio? Logisch!

5. Schulrelevanz

(9)

Konservierung

2. Mindestens haltbar bis:

Haltbarkeit

- historisch wichtigste Lebensmittelbehandlung

- jahreszeitlich wechselndes Nahrungsangebot - Verbreitung der Menschen auch in unwirtlichere

Zonen

- heute bedeutender Wirtschaftsfaktor

- Trennung von Produktions- und Konsumort - Ballungszentren

- internationaler Handel

(10)

Zusatz von Bestrahlung

- Alkohol Vakuum

- chemischen Pasteurisieren

Konservierungsstoffen Gefrieren

- Antioxidantien Gefriertrocknung

2. Mindestens haltbar bis:

Konservierungs- verfahren

Konservierung

Einsalzen Schwefeln Pökeln Räuchern Einmachen

Einlegen in Honig Trocknen

chemisch physikalisch

traditionell

(11)

Demo 1

Natürlich konservierte Lebensmittel

2. Mindestens haltbar bis: Konservierung

(12)

Verwendung

Verhinderung von Verderb durch

Ausbreitung von Bakterien und Pilzen

- kein Universalmittel - Aflatoxine

- Schädigung von Leber und Nervensystem

- Krebs

- kaum Resistenzbildung

2. Mindestens haltbar bis: Konservierung

(13)

Konservierungsstoffe

Benzoesäure und Benzoate

- Gewürznelken, Heidelbeeren, Himbeeren,…

- Allergie (Urtikaria) - Bakterienschutz

2. Mindestens haltbar bis:

Benzoesäure (E 210)

OH

O

(14)

Versuch 1

Antimikrobielle Wirkung von Benzoesäure

2. Mindestens haltbar bis: Konservierungsstoffe

(15)

PHB-Ester

- Fischkonserven

- starker Eigengeschmack

- beeinträchtigt Enzymaktivität - Bakterienschutz

2. Mindestens haltbar bis:

para-Hydroxybenzoesäureethylester (E 214)

Konservierungsstoffe

O O

OH

CH ₃

(16)

Propionsäure und Propionate

- lange verboten

- abgepacktes Schnittbrot (Salze)

2. Mindestens haltbar bis:

Propionsäure (E 280)

Konservierungsstoffe

C

H ₃ OH

O

(17)

Sorbinsäure und Sorbate

- verträglich

- keine „Verschönerung“ möglich

2. Mindestens haltbar bis:

Sorbinsäure (E 200)

Konservierungsstoffe

O OH C

H ₃

(18)

Versuch 2

Nachweis von Sorbinsäure in Halbfettmargarine

2. Mindestens haltbar bis: Konservierungsstoffe

(19)

Oxidative Spaltung der Sorbinsäure

Aldolkondensation

Versuch 2: Nachweis von Sorbinsäure in

Halbfettmargarine

K

₂

Cr

₂

O

₇ _(aq)

H

₂

SO

₄ _(aq)

, Δ

N H N H

S O

O

+ ^O ^O

N H N H

S O

O

NH

O N

H S

OH

Sorbinsäure

2 Δ - 3 H

₂

O

Thiobarbitursäur e

Polymethinfarbst off

Malondialdehyd

O OH C

H₃

O O

2 2. Mindestens haltbar bis:

(20)

N H N H

O

S O

H

O O

+

Mechanismus

Versuch 2: Nachweis von Sorbinsäure in

Halbfettmargarine

Tautomerie

N H N H

O

S O

N H N H

O

S O

O O

H -

N H

O

O O⁺ H

- H

N H

O

- H

⁺

+ 2 H

⁺

- H

₂

O

2. Mindestens haltbar bis:

(21)

Versuch 2: Nachweis von Sorbinsäure in

Halbfettmargarine

N H N H

O

S O

O

- H

⁺

- H

₂

O

+

N H

NH O

S O

H

N H

NH O

S N O

H N H

O

S O

O

H -

- H

⁺

+ 2 H

⁺

N H

NH O

S N O

H N H

O

S O

O

⁺

H H

H

-

N H

NH O

S N O

H N H

O

S O

- - H

⁺

2. Mindestens haltbar bis:

(22)

Schweflige Säure und Sulfite

- Wein

2. Mindestens haltbar bis:

Natriumsulfit (E 221)

Konservierungsstoffe

S O O O

Na ⁺ - - Na ⁺

(23)

Nitrit

- Wurst und Fleisch

- Clostridium botulinum - Nitrosamine

2. Mindestens haltbar bis:

Natriumnitrit (E 250)

Konservierungsstoffe

O N O O N O

- -

Na ⁺ Na ⁺

(24)

Versuch 3

Qualitative Analyse von Nitrit

Konservierungsstoffe

2. Mindestens haltbar bis:

(25)

N O

+ N

O ⁺

Bildung des Nitrosylkations

N O

O N

O

O H

N O

O H

H N

- ₊ O

+ Versuch 3: Qualitative

Analyse von Nitrit

+ H

⁺

+ H

⁺

- H

₂

O

+

2. Mindestens haltbar bis:

(26)

HO₃S

N H

H

+

N

O HO₃S

N H

H N O

HO₃S

N H

N O

N N O N N

O N N

+ +

+

Versuch 3: Qualitative Analyse von Nitrit

- H

⁺

+ H

⁺

- H

⁺

+ H

⁺

- H

₂

O Sulfanilsäure

2. Mindestens haltbar bis:

(27)

HO

₃

S

N N

HO

₃

S

N N

HO

₃

S

N N

+ +

+

-

Versuch 3: Qualitative Analyse von Nitrit

- H

⁺

α-Naphtylamin

Azofarbstoff HO

₃

S

N N

+

N H H

N N HO

₃

S

N H H H

N N HO

₃

S

N H H

+

2. Mindestens haltbar bis:

(28)

Antioxidantien

Verwendung

Verhinderung / Verzögerung von Verderb durch oxidative Prozesse

– Radikalfänger

» Verlust von Vitamin A und C

» ranziges Fett

» Verfärbungen

2. Mindestens haltbar bis:

(29)

Butylhydroxytoluol (BHT)

- synthetisch - Kaugummi

- Hautrisse bei Allergien - Auswirkung auf

Verdauungsenzyme

2. Mindestens haltbar bis:

Butylhydroxytoluol (E 321)

Antioxidantien

OH

CH

₃

CH

₃

CH

₃

CH

₃

C

H

₃

(30)

L-Ascorbinsäure

- synthetisch

(naturidentisch) - Fruchtgetränke-,

marmeladen

O H

O

CH ₂ OH OH

OH

2. Mindestens haltbar bis:

L-Ascorbinsäure (E 300)

Antioxidantien

(31)

Versuch 4

Wirkung von L-Ascorbinsäure

Antioxidantien

2. Mindestens haltbar bis:

(32)

Versuch 4: Wirkung von L-Ascorbinsäure

Farbänderung bedingt durch drei Faktoren

– Phenolische Inhaltsstoffe

– Aktive Enzyme (Phenoloxidasen) – Sauerstoff

2. Mindestens haltbar bis:

(33)

Versuch 4: Wirkung von L-Ascorbinsäure

O

₂

,

- H

₂

O

E

Cu R

R

Cu R

R Cu

R

O O Cu

R

O H

O O

Polymerisatio

n Phlobaphene

+1 +1

+2 +2

+1 +1

2. Mindestens haltbar bis:

(34)

Versuch 4: Wirkung von L-Ascorbinsäure

- H

⁺

- 2 e

^-

Oxidation

Reduktion

+1

+2

+1 +1

+2 +2

+ 2 H

⁺

+ 2 e

^-

Ascorbat Dehydroascorbinsäure

O

^-

O

H

O

CH

₂

OH OH

O O

O

CH

₂

OH OH

2. Mindestens haltbar bis:

(35)

Gliederung

1. Einleitung

2. Mindestens haltbar bis:

3. Das Auge isst mit 4. Bio? Logisch!

5. Schulrelevanz

(36)

Lebensmittelfarbstoffe

- verzehrbare Farbstoffe (E-Nummer) - Oberflächenfärbung (C-Nummer)

 nur in bestimmten Lebensmitteln

3. Das Auge isst mit

(37)

Verwendung

Attraktivität

- antikes Ägypten und Rom, Mittelalter

- Ocker, Rote Bete, Möhren, grüne Blätter

- 19. Jhdt.

- Blei- Kupfer- und Quecksilberverbindungen

- 2. Hälfte des 19. Jhdt.

- Azofarbstoffe

- „Buttergelb“ (Dimethylaminoazobenzol)

Lebensmittelfarbstoffe

3. Das Auge isst mit

(38)

Verwendung

Attraktivität

- heute

- natürliche Lebensmittelfarbstoffe - synthetische Lebensmittelfarbstoffe

Lebensmittelfarbstoffe

3. Das Auge isst mit

(39)

Versuch 5

Falscher Lachs

Lebensmittelfarbstoffe

3. Das Auge isst mit

(40)

Falscher Lachs

- weißes Fleisch

- synthetische Azofarbstoffe

Gelborange S (E 110)

Ponceau 4R (E 124)

O

₃

S N

N

SO

₃

O

H

-

- Na

⁺

Na

⁺

O

₃

S N

N

SO

₃

O

H

O

₃

S -

- Na

⁺

Na

⁺

-

Na

⁺

3. Das Auge isst mit Lebensmittelfarbstoffe

(41)

- rotes Fleisch

- natürlich eingelagertes Xanthophyll

- nicht löslich in Wasser und Ethanol

Echter Lachs

O O

H

C

H₃ CH₃

CH₃

CH₃ CH₃

O

OH

C

H₃ CH₃ C

H₃

Astaxanthin (E 161j)

3. Das Auge isst mit Lebensmittelfarbstoffe

(42)

Lebensmittelfarbstoffe 3. Das Auge isst mit

Echtes Karmin (Cochenille) (E 120)

O CH₃

OH

O OH O

OH O

H O O

HO H

OH O

H

C

H₃ O H

CH₃ C

H₃ CH₃

CH₃ C

H₃ CH₃

Natürliche Lebensmittelfarbstoffe

(43)

43 O

O H

O H OH

O

N

⁺

O O

N H O

H

O

O OH -

CH₂

NH

N HN N

O

CH₃

O O

CH₃

O O

O CH₃ CH₃

C H₃

CH₃

C H₃

3

Lebensmittelfarbstoffe 3. Das Auge isst mit

Natürliche Lebensmittelfarbstoffe

Betanin (E 162)

Chlorophyll b (E 140)

(44)

Lebensmittelfarbstoffe 3. Das Auge isst mit

Synthetische Lebensmittelfarbstoffe

Tartrazin (E 102)

Brillantblau FCF (E 133)

O₃S N

N

N N O

H

COO

SO₃ Na⁺ -

- Na⁺

O₃S SO₃

SO₃

-Na⁺ Na⁺-

Na⁺

(45)

Lebensmittelfarbstoffe 3. Das Auge isst mit

Synthetische Lebensmittelfarbstoffe

Brillantschwarz (E 151)

Azorubin (E 122)

Na⁺ -O₃S N

N N

SO₃ N

O₃S

O H

N H

SO₃

C H₃ - O

- -

Na⁺ Na⁺

Na⁺

-O₃S N

N

SO₃

O H

-

Na⁺

(46)

Demo 2

Isolierung eines

Lebensmittelfarbstoffes

3. Das Auge isst mit Lebensmittelfarbstoffe

(47)

3. Das Auge isst mit Demo 2: Isolierung eines Lebensmittelfarbstoffes

Ansetzen der Götterspeiselösung Befüllen der Mikrosäule

(48)

3. Das Auge isst mit

Befüllen der Mikrosäule

Demo 2: Isolierung eines

Lebensmittelfarbstoffes

(49)

R N

⁺

H H H

Cl -

R'' N

⁺

H O R'

Cl - H

- O

₃

S N

N

SO

₃

O H

-

3. Das Auge isst mit Demo 2: Isolierung eines

Lebensmittelfarbstoffes

Azorubin - Anion

Adsorption

Desorption

R' N

⁺

H O R

Cl - H N R'

H O NH

_3(solv)

R

+

+ NH

₄⁺_(solv)

(50)

Versuch 6

Photometrische Bestimmung von Azorubin

3. Das Auge isst mit Lebensmittelfarbstoffe

(51)

- Lambert-Beersches Gesetz

Ε : Extinktion

Ι : Intensität des transmittierten Lichts Ι

0

: Intensität des einfallenden Lichts

(Vergleichslösung) ε : dekadischer molarer

Extinktionskoeffizient c : Konzentration der Lösung d : Schichtdicke

Photometrie

3. Das Auge isst mit Demo 6: Photometrische

Bestimmung von Azorubin

d I c

I    



 



 



 

0

lg

(52)

0,2

2,0 3,0 4,0 E

1,0

0,5

   ^mg ^mL 

V

x m

^Azorubin

 100

1,0

(53)

Versuch 1

Antimikrobielle Wirkung von Benzoesäure

2. Mindestens haltbar bis: Konservierungsstoffe

(54)

Hefe-Stoffwechsel

C

6

H

12

O

6(aq)

+ O

2(g)

6 CO

2(g)

+ 6 H

2

O

Nachweis von CO ₂

Ba(OH)

2(aq)

+ CO

2(aq)

BaCO

3(s)

+ H

2

O

2. Mindestens haltbar bis:

Hefe,Δ

Versuch 1: Antimikrobielle

Wirkung von Benzoesäure

(55)

Reaktion mit Natriumbenzoat

• durchdringt Hefe-Membran

• hemmt Katalase

O

^-

O

Na

⁺_(aq)

+ ^H

³

^O

⁺ (aq)

OH O

(aq)

+ ^H

²

^O + ^Na

⁺(aq)

2. Mindestens haltbar bis: Versuch 1: Antimikrobielle

Wirkung von Benzoesäure

(56)

Gliederung

1. Einleitung

2. Mindestens haltbar bis:

3. Das Auge isst mit 4. Bio? Logisch!

5. Schulrelevanz

(57)

4. Bio? Logisch

Enzyme

- hohe katalytische Effektivität - hochspezifisch

- nicht kennzeichnungspflichtig

(58)

Versuch 7

Nachweis der Invertaseaktivität

Enzyme

4. Bio? Logisch

(59)

Enzymatische Spaltung

O

OH O O

H O H

OH

O O H

OH

OH OH

Versuch 8: Nachweis der Invertaseaktivität

4. Bio? Logisch

O

OH O

H O H

OH

OH O O H

OH

OH OH OH

Invertase

Saccharos e

α-D-Glucose β-D- Fructose

O

OH O

H O H

OH

Pyranose

(aq)

OH O

H OH

O

H H

H OH

offenkettig

(aq)

(60)

R

O H

+ ^{2 OH} ^R

O OH

+ ^H

²

^O + ^{2 e}

- -

Versuch 8: Nachweis der Invertaseaktivität

4. Bio? Logisch

+1 +3

Ox.

:

Red.

:

+ + +

rotbrauner Niederschlag

+1 +1

+2 +1

Cu ²⁺ + ^{2 e-} ^{2 Cu} ⁺

2

(61)

Gliederung

1. Einleitung

2. Mindestens haltbar bis:

3. Das Auge isst mit 4. Bio? Logisch!

5. Schulrelevanz

(62)

5. Schulrelevanz

Lehrplan (12.2)

Wahlthema: Angewandte Chemie Nahrungsmittel

u.a Inhaltsstoffe, Zuatzstoffe, Konservierung

(63)

5. Schulrelevanz

- vielseitiger Bezug - alltägliches Umfeld

- kritisches Verbraucherverhalten

- naturwissenschaftliche Arbeitstechniken

Lebensmittelzusatzstoffe

(64)

(65)

Anhang

(66)

R N H H

+ ^R'

O

H N R'

H O R

- Polymere durch Polykondensation

- Wasserstoffbrücken

Polyamide

4. Das Auge isst mit

- H

₂

O + H

₂