Speise der Götter Schokolade

(1)

Philipps-Universität Marburg Fachbereich Chemie

Sommersemester 2004

Seminar: Übungen im Experimentalvortrag Leitung: Prof. Dr. U. Koert, Prof. Dr. U. Müller, Prof. Dr. B. Neumüller, Dr. P. Reiß

Schokolade

Speise der Götter

Vorgelegt von:

Hanna Tuszynski

Hinweis:

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

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

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

(2)

Inhaltsverzeichnis

1 Schokolade – was ist das? ...S. 3 2 Die Kakaobohne: Theobroma cacao L. ...S. 4 3 Geschichte der Schokolade ...S. 5 4 Inhaltsstoffe der Schokolade ...S. 6

a) Fett

Experiment 1: Fettfleckprobe

Demonstration 1: Fett als Aromaträger

b) Emulgator

Experiment 2: Emulgatorwirkung von Lecithin

c) Zucker

Experiment 3: Erstellen eines Silberspiegels Demonstration 2: Dünnschichtchromatographie

d) Aminosäuren und Proteine

Experiment 4: Nachweis mit Ninhydrin

e) Gerb- & Farbstoffe

Experiment 5: Nachweis mit Eisen(III)chlorid-Lösung

5 Herstellung von Schokolade ...S. 22

Experiment 6: Farbvertiefung mit Soda

6 Gerüchteküche ...S. 26

7 Schokolade in der Schule? ...S. 28

8 Quellennachweis ...S. 29

(3)

1 Schokolade – was ist das?

Schokolade ist in aller Munde – und das in verschiedenster Form. Wir genießen sie in Form von Tafeln, als Pralinen, in weiß oder braun, sogar trinken können wir sie.

Intuitiv unterscheidet man zwischen „festen“ und „flüssigen“ Formen. Diese Unterscheidung ist auch tatsächlich – zumindest im Groben - in die Fachsprache zu übertragen.

Auf der einen Seite gibt es Produkte, die sich vom Kakaopulver ableiten. Dabei ist hier der Backkakao gemeint und nicht das häufig für den Frühstückstisch genutzte kakaohaltige Getränkepulver, dass eine Beimengung von bis zu 80 % Zucker enthalten kann. Kakaopulver gibt es in stark oder in schwach entölter Form.

Auf der anderen – „festen“ – Seite stehen die Produkte, die sich von der Schokoladenmasse ableiten. Da sind z.B. die verschiedenen Schokoladensorten, die sich v.a. durch den Anteil der Kakaomasse unterscheiden. So liegt er bei weißer Schokolade bei 0 %, bei Vollmilch bei 30 %, bei Zartbitter bei 43 %, um sich dann bis zu 99 % bei Bitterschokolade zu steigern.

Bekannt ist auch die zum Backen verwendete Kuvertüre, die sich durch einen höheren Fettanteil auszeichnet.

Dann gib es noch diverse Spezialschokoladen, die sich durch andere Zutaten hervorheben. So wird bei Diabetikerschokolade eine andere Zuckersorte und bei Tropenschokolade u.a. eine andere Fettsorte mit einem höheren Schmelzpunkt verwendet.

Keine Schokolade i.e.S. sind Glasuren, sie sind bloß kakaohaltig.

Kakaopulver und Schokoladenmasse sind die Endprodukte des Herstellungsverfahren von Schokolade (s. Kapitel 5 „Herstellung von Schokolade“).

Kakaopulver stark entölt < 20 % schwacht entölt > 20%

Schokoladenmasse weiße Schokolade 0%

Vollmilch 30%

Zartbitter 43%

Bitter 99%

K a k a o m a s s e K

a k a o f e t t

Abb. 1 Unterscheidung Schokoladenprodukte

(4)

Die genauen Regelungen darüber, wie Schokoladen zusammengesetzt sein müssen, um sich als solche bezeichnen zu dürfen, finden sich in der „Verordnung über Kakao- und Schokoladenerzeugnisse“ vom Dezember 2003.

Aber alle Produkte, sein sie nun fest oder flüssig, echte Schokolade oder „nur“

kakaohaltig, leiten sich von der Kakaofrucht ab.

2 Die Kakaobohne: Theobroma cacao L.

Den lateinischen Namen hat der Kakaobaum von Carl von Linné (1707- 1787), dem berühmten schwedischen Naturforscher, bekommen. Theobroma ist aus zwei griechischen Wörtern zusammengesetzt: „theos“ (Gott) und

„broma“ (Speise), bedeutet also in etwa:

„Speise der Götter“. Das in Mittelamerika übliche Wort cacao rückte Linné als Artbezeichnung an die zweite Stelle.

Kakao ist ein Tropengewächs, kann also nur in Äquatornähe angebaut werden.

Die Plantagen finden sich demnach

auch in Lateinamerika, Afrika und Asien. Es ist eine ganzjährige Ernte möglich.

Als Besonderheit tritt bei Theobroma die Kauliflorie (Stammblütigkeit) auf. Die Blüten und damit auch später die Früchte wachsen direkt am Stamm.

Die am häufigsten Sorten sind „Criollo“ und „Forastero“, wobei erstere, empfindlichere, dem Edelkakao und letztere, robustere, dem Konsumkakao als Grundlage dient.

Abb. 2 Theobroma cacao L.

(5)

3 Geschichte der Schokolade

Es gilt als gesichert, dass die in Mittelamerika ansässigen Olmeken schon um 1500 v. Chr. Schokolade tranken. Auch der Wortursprung von cacao liegt hier.

Die Azteken (1200 n. Chr.) benutzen Kakaobohnen sogar als Zahlungsmittel. Als Getränk war Schokolade den Adeligen vorbehalten. Die Azteken prägten auch den Begriff der xocolatl (= „bitteres Wasser“).

Die Europäer hatten erst um 1519 bei der Eroberung Mexikos durch Hernán Cortés (1485-1547) Kontakt mit der

„Speise der Götter“. Besonders angetan waren sie vorerst aber nicht, wie folgender Kommentar des Mailänders Girolamo Benzoni (1519- 1570) belegt: „[Die Schokolade

dünkt] mich eher ein Sautränke als eines Menschen Getränk zu sein“

¹

Das wird vor allem an dem bitteren, für den europäischen Gaumen ungewohnten, Geschmack gelegen haben.

Den Siegeszug durch Europa begann die Schokolade erst im 16. und 17.

Jahrhundert mit der Entdeckung des Rohrzuckers und dem Zusatz desselben in das bittere Getränk.

1828 entwickelt der Holländer Conrad J. van Houten (1801-1887) ein Verfahren zur Trennung von Kakaobutter und Kakaopulver.

Ein weiterer wichtiger Schritt hin zur industriellen Fertigung ist die Erfindung der Conche 1879 durch Rodolphe Lindt (1855- 1909). Durch die beiden letztgenannten Verfahren wurde nun auch neben der Trink- auch die Essschokolade populär. Heute ist Schokolade eine äußerst beliebte Süßigkeit;

2002 lag der Verbrauch bei ca. 10 kg pro Kopf in Deutschland.

Abb. 3 Azteke bei der Kakaozubereitung

Abb. 4 Franz. Adelige beim Genuss von Trinkschokolade

F. Boucher, Le Déjeuner (1739)

(6)

4 Inhaltsstoffe der Schokolade

"Kein zweites Mal hat die Natur eine solche Fülle der wertvollsten Nährstoffe auf einem so kleinen Raum zusammengedrängt wie gerade bei der Kakaobohne."

²

sagte schon Alexander von Humboldt (1769-1859)

Die Inhaltsstoffe der Schokolade leiten sich im wesentlichen von denen der Kakaobohne ab.

Tabelle 1 ; Diagramm 1 Chemische Zusammensetzung luftgetrockneter Kakaokerne

Natürlich verändert sich die anteilige Zusammensetzung im Laufe der Verarbeitung bis zum Endprodukt. Außerdem werden weitere Aromen, Konservierungsstoffe, Emulgatoren u.ä. zugesetzt. Zucker ist eine weitere wichtige beigefügte Komponente in Schokoladenprodukten.

In den folgenden Versuchen werden die Bestandteile von Kakao und Schokolade untersucht.

a) Fett

Experiment 1: Fettfleckprobe

Chemikalien:

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze

Kakaobohne - - -

Geräte:

Kakaobutter 54,0 %

Eiweiß 11,5 %

Cellulose 9,0 %

Stärke und Pentosane 7,5 %

Gerbstoffe und

farbgebende Bestandteile 6,0 %

Wasser 5,0 %

Mineralstoffe und Salze 2,6 %

Organische Säuren und

Geschmacksstoffe

2,0 %

Theobromin 1,2 %

verschiedene Zucker 1,0 %

Coffein 0,2 %

(7)

Filterpapier, Mörser, Pistill, Petrischale

Durchführung:

Das Filterpapier wird in den Mörser gelegt. Nun wird darauf eine Kakaobohne verkleinert. Das Filterpapier wird in einer Petrischale herumgereicht

Beobachtungen:

Auf dem Filterpapier sind Fettflecke zu erkennen. Besonders deutlich werden sie, wenn man das Papier gegen das Licht hält.

Auswertung:

Eine Kakaobohne besteht zu über 50 % aus Kakaobutter. Diese wiederum besteht zu 97% aus Triglyceriden, also „Fett“, was mit der Fettfleckprobe sichtbar gemacht wurde. Weitere Bestandteile sind freie Fettsäuren (0,5-2 %), unverseifbare Stoffe (0,2-0,5 %), Wasser (0,01-0,03 %), Asche (0,006-0,02 %) und Purine (0,005-0,03 %) Triglyceride sind Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerol mit Fettsäuren.

In der Kakaobutter sind hauptsächlich die ungesättigten Fettsäuren Öl- (32 %) und Linolsäure (2 %), sowie die gesättigten Fettsäuren Stearin- (31 %) und Palmitinsäure (24 %) vorhanden.

HOOC C H

₃

Ölsäure

O H H

H O

H H

O CO CO CO

R

₁

R

₂

R

₃

(8)

HOOC

C H

₃

Linolsäure

HOOC

CH

₃

Stearinsäure

HOOC

CH

₃

Palmitinsäure

Demonstration 1: Fett als Aromaträger

Chemikalien:

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze

Schokolade - - -

Zwiebel - - -

Knoblauch - - -

Pfefferminze Mandarine Zitrone Geräte:

5 Plastikdosen, Messer, Brettchen

Durchführung:

In jedes Gefäß werden einige Stückchen Schokolade gegeben und jeweils etwas

Zwiebel, Knoblauch, Pfefferminze, Mandarine oder Zitrone dazugegeben. Die

Gefäße werden fest verschlossen für mind. 1 Woche im Kühlschrank gelagert. Nun

werden die Schokoladenstückchen in ein neues Gefäß gegeben. Das Publikum

riecht an den Schokoladen und soll den Geruch identifizieren.

(9)

Beobachtungen:

Die Schokoladenstückchen haben den Geruch der Substanz angenommen, mit der sie zusammen gelagert worden sind.

Auswertung:

Die meisten Aroma- und Geschmacksstoffe sind lipophil, also fettlöslich.

Wie z.B. das Allicin des Knoblauchs:

O

C

H

₂

S

S CH

₂

, das Citral der Zitrone:

OH C

H

₃

CH

₃

CH

₃

CHO

und das Menthol der Pfefferminze:

CH

₃

C

H

₃

CH

₃

O

H

Da Schokolade einen sehr hohen Fettanteil besitzt, ist sie in der Lage, die Aromen der anderen Lebensmittel, die durch Diffusion zu ihr gelangen, einzulagern.

b) Emulgator

Experiment 2: Emulgatorwirkung von Lecithin

Chemikalien:

(10)

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze

Speiseöl - - -

Paprikapulver - - -

Lecithin (aus der Apotheke)

- - -

Wasser - - -

Geräte:

Filterpapier, Trichter, Becherglas (250 mL), Glasstab, 2 Demonstrationsreagenzgläser, 2 Stopfen, Demonstrationsreagenzglasständer, Löffel

Durchführung:

In dem Becherglas wird das Speiseöl mit Paprikapulver angefärbt. Anschließend wird es mittels Filtration von den Schwebstoffen gereinigt. Nun wird je ein Demonstrationsreagenzglas ca. ¼ mit dem angefärbten Öl befüllt. In beide Reagenzgläser wird nun bis auf ca. ¾ mit Wasser aufgefüllt. In eines der Reagenzgläser gibt man nun noch ca. 1 Löffel Lecithinpräparat hinzu. Beide Reagenzgläser werden mit einem Stopfen fest verschlossen und gut geschüttelt.

Beobachtungen:

In dem Reagenzglas mit Lecithin vermischen sich die beiden Phasen Öl und Wasser;

in dem Reagenzglas ohne Lecithin tun sie das nicht.

Auswertung:

Öl bzw. Fett und Wasser lassen sich normalerweise nicht mischen. Erst der Zusatz

eines Emulgators wie Lecithin macht dies möglich.

(11)

O O O

O

P O

O

-

O O

N

⁺

Lecithin bezeichnet eine Gruppe von Phosphoglyzeriden; die Fettsäurereste variieren dabei. Es besitzt einen lipophilen wie auch einen hydrophilen Rest. Dadurch bilden sich Micellen, die die wasserlöslichen Bestandteile bzw. Wasser selbst einschließen und im Fett lösen bzw. umgekehrt.

lipophil

hydrophil

Kakaobutter

Zucker u.ä.

Kakaobutter

Abb. 5 Emulgatorwirkung in Schokolade

(12)

Bei Schokolade wird Lecithin verwendet, um die hydrophilen Bestandteile wie z.B.

den Zucker gleichmäßig in der Kakaobutter zu verteilen. Der Emulgator trägt auch dazu bei, dass die flüssige Schokolade besser in die gewünschte Form gegossen werden kann, da die Masse homogener ist.

Erhitzt man Schokolade, z.B. durch Sonneneinstrahlung, so wird Lecithin zerstört und es kommt zur Ausbildung von Fettkristallen, dem sog. Fettreif. [uni-koeln.de, 2006] Um in der Schokoladenherstellung die Bildung von Fettreif zu verhindern, wird die Schokoladenmasse vor dem Erkalten mit Musterkristallen geimpft.

c) Zucker

Experiment 3: Erstellen eines Silberspiegels

Chemikalien:

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze AgNO

3(aq)

(w = 10 %)

C, N 34-50/53 26-45-60-61

NaOH

(aq)

(w = 10 %)

C 35 26-36/37/39-45

Ammoniak (konz.) C, N 34-50 26-36/37/39-45-61

Kakao mit

Zuckerzusatz (Schovit)

- - -

Backkakao ohne Zuckerzusatz

(nederland Kakao)

- - -

Glucose (C

6

H

12

O

6

) - - -

ention. Wasser - - -

Geräte:

Glasflasche mit Stopfen (braun, 100 mL), Glasstab, Messzylinder (50 mL), Pasteurpipette, Saughilfe, 3 Bechergläser (100 mL), Spatel, 3 Reagenzgläser (sauber, fettfrei), 3 Gummistopfen, Reagenzglasständer, Reagenzglashalter, Becherglas (250 mL), heizbarer Magnetrührer

Durchführung:

(13)

Tollens-Reagenz wird hergestellt. Dazu werden je 50 mL Silbernitratlösung und Natronlauge in die Flasche gegeben und dort vermischt. Man tropft so lange konzentrierten Ammoniak hinzu, bis sich der Silberoxid-Niederschlag wieder gelöst hat.

In jedes der drei 100-mL-Bechergläser wird etwas Trinkkakao, Backkakao oder Glucose gegeben. Die Proben werden in Wasser gelöst und in die drei Reagenzgläser verteilt, so dass sie etwas zur Hälfte gefüllt sind. Nun füllt man bis zu

¾ mit Tollensreagenz auf und verschließt die Reagenzgläser mit Gummistopfen. Die verschlossenen Reagenzgläser werden nun in ein vorgeheiztes, ca. 80° C warmes Wasserbad (250-mL-Becherglas, heizbarer Magnetrührer) gestellt.

Beobachtungen:

[Herstellung Tollensreagenz: Bei Zusammengeben der Silbernitratlösung und der Natronlauge fällt ein brauner Niederschlag aus, der sich bei Zugabe von Ammoniak wieder löst.]

In den Reagenzgläsern mit dem Trinkkakao (mit Zucker) und der Glucose bildet sich schon nach wenigen Minuten im Wasserbad ein Silberspiegel an der Reagenzglasinnenwand. Bei dem Reagenzglas mit Backkakao (ohne Zucker) ist keine Reaktion zu erkennen.

Auswertung:

[Herstellung Tollensreagenz:

In wässriger Lösung dissoziiert Silbernitrat nahezu vollständig:

AgNO

3(aq)

 Ag

⁺(aq)

+ NO

3- (aq)

Mit den Hydroxidionen der Natronlauge bildet sich dann schwerlösliches Silberoxid:

2 Ag

⁺(aq)

+ OH

^-(aq)

 Ag

2

O

(s)

 + H

2

O

(l)

Der Niederschlag löst sich bei Zugabe von konzentriertem Ammoniak unter Bildung von Diaminsilber(I)-Komplexen:

Ag

2

O

(s)

 + 4 NH

3

+ H

2

O  2 [Ag(NH

3

)

2

]

⁺(aq)

+ 2 OH

^-(aq)

]

(14)

C

H OH

O

H H

H OH

H

CH

₂

OH OH O

H C

H OH

O

H H

H OH

H

CH

₂

OH OH O O

+1 H +3

2 e

^-

+

+ 3 H

₂

O - 2 H

₃

O

⁺

Bei der Nachweisreaktion von reduzierende Substanzen mit Tollens-Reagenz werden die Silber(I)-Ionen zu elementaren Silber reduziert, dass sich als Spiegel an der Reagenzglasinnenwand niederschlägt.

+1 0

Reduktion: [Ag(NH

3

)

2

]

⁺(aq)

+ e

^-

 Ag

(s)

+ 2 NH

3(aq)

Reduzierende Zucker, also solche mit einer freien Aldehyd- oder Ketofunktion, werden oxidiert. In diesem Fall v.a. die Glucose zur Gluconsäure.

Oxidation:

D-Glucose D-Gluconsäure Insgesamt ergibt sich also folgende Redoxreaktion:

+1 +1

Redox: 2 [Ag(NH

3

)

2

]

⁺(aq)

+ C

5

H

11

O

6

CHO

(aq)

+ H

2

O 

0 +3

2 Ag

(s)

 + C

5

H

11

O

6

CHOOH

(aq)

+2 NH

3(aq)

+ 2 NH

4+ (aq)

Hauptsächlich ist der Trinkschokolade zwar Saccharose zugesetzt, doch dieses

Disaccharid wirkt nicht reduzierend, da die Monomere Glucose und Fructose über

die reduzierende OH-Gruppe acetalartig verknüpft sind.

(15)

Demonstration 2: Dünnschichtchromatographie

Chemikalien:

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze K

4

(CN)

6

Fe  3 H

2

O

(w = 1,5 %, Carrez I)

- 52/53 50.1-61

(C

2

H

3

O

2

)

2

Zn  2 H

2

O (w = 2,3 %, Carrez II)

- - 24/25

Glucose-Lösung (C

6

H

12

O

6

) (w =1 %)

- - -

Fructose-Lösung (C

6

H

12

O

6

) (w =1 %)

- - -

Saccharose-Lösung (C

12

H

22

O

11

) (w =1 %)

- - -

Lactose-Lösung (C

12

H

22

O

11

) (w =1 %)

- - -

Maltose-Lösung (C

12

H

22

O

11

) (w =1 %)

- - -

iso-Propanol (C

3

H

8

O) F, Xi 11-36-67 7-16-24/25-26 n-Butanol (C

4

H

10

O) Xn 10-22-37/38-41-67 7/9-13-26-37/39-46 Essigsäure (C

2

H

4

O

2

)

(konz.)

C 10-35 23.2-26-36/37/39-

45 H

3

BO

3(aq)

(w = 0,5 %)

- - -

Diphenylamin (C

12

H

11

N)

T, N 23/24/25-33-50/53 28.1-36/37-45-60- 61

Anilin (C

6

H

7

N) T, N 20/21/22-40- 48/23/24/25-50

28.6-36/37-45-61

Methanol (CH

4

O) F, T 11-23/24/25-

39/23/24/25-

7-16-36/37-45

H

3

PO

4(aq)

(w = 85 %) C 34 26-36/37/39-45

Diabetikerschokolade - - -

Vollmilchschokolade - - -

ention. Wasser - - -

Geräte:

Haushaltsreibe, 7 Messkolben (100 mL), Waage, 2 Erlenmeyerkolben (250 mL), 2

Gummistopfen, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Becherglas (250 mL), Messzylinder (25

mL), Messzylinder (100 mL), Glastrichter, Faltenfilter, DC-Fertigplatten (Kieselgel),

(16)

Durchführung:

Es werden ca. 10 g von jeder Schokoladensorte abgewogen und geraspelt. Die Schokoladenraspeln werden je in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit ca. 60 mL heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Lösungen werden jeweils mit je 5 mL der Klärungsreagenzien Carrez I (Kaliumhexacyanoferrat(II)-Lösung) und Carrez II (Zinkacetat-Lösung) versetzt. Nach jeder Zugabe wird kräftig geschüttelt.

Nun wird in jedem Erlenmeyerkolben das Volumen mit entionisiertem Wasser auf 100 mL aufgefüllt. Die Suspension wird filtriert.

In die DC-Kammer wird etwas frisch angesetztes Laufmittel gegeben. Das Laufmittel besteht aus 63 mL Iso-Propanol, 37 mL Butanol, 2,5 mL Essigsäure und 12,5 mL Borsäurelösung.

Auf eine DC-Platte werden mit den Mikrokapillaren je ein Tropfen der geklärten Schokoladenlösungen und der Zuckerlösungen gegeben. Die so präparierte Platte wird nun in die vorbereitete DC-Kammer gestellt. Es wird chromatographiert bis die Laufmittelfront bis ca. 3 cm unterhalb der Oberkante der DC-Platte gekommen ist.

Nun wird die Platte getrocknet.

2 mL Anilin werden in 100 mL Methanol gelöst. Dazu werden 2 g Diphenylamin und 10 mL Phosphorsäure gegeben. Das Sprühreagenz wird in einen Zerstäuber gefüllt.

Die getrocknete DC-Platte wird damit besprüht und dann für wenige Minuten bei 103

± 2° C erneut getrocknet.

Beobachtungen:

Auf der entwickelten Platten lassen sich die Zucker anhand von braunen Flecken

identifizieren. Saccharose konnte in diesem Experiment entgegen der ursprünglichen

Versuchsbeschreibung [Juchelka, 1998] nicht detektiert werden.

(17)

Vollmilchschokolade

Diabetikerschokolade Glucose

Fructose

Saccharose Lactose Maltose

Abb. 5 Dünnschichtchromatogramm von Schokolade

Auswertung:

Die Klärungsreagenzien Carrez I und Carrez II werden in der Literatur zum Entfernen von störenden Stoffen, v.a. Proteinen, angegeben.

[Matissek, 1989

] Es ist zu vermuten, dass diese am Zinkhexacyanoferrat-Niederschlag adsorbiert werden. Außerdem ist vorstellbar, dass die Zink- Ionen selbst einen Einfluss auf die Proteine haben und eventuell zu deren Denaturierung führen.

Das Detektionsreagenz führt zu folgenden Reaktionen: Das Erhitzen der Zucker mit der starken Phosphorsäure erzeugt eine Maillard- Reaktion und es entstehen Furfural-Derivate.

Aldohexosen (z.B. Glucose) können unter diesen Bedingungen Formaldehyd und Wasser abspalten und direkt in Furfural übergehen. Dieses reagiert mit Aminen zu farbigen – da mit einem konjugierten - System ausgestatteten - Schiff`schen Basen.

(s. Reaktion I)

Ketohexosen (z.B. Fructose) kondensieren mit Diphenylamin bei gleichzeitiger Oxidation zu einem ebenfalls aufgrund eines konjugierten -Systems farbigen Reaktionsproduktes (s. Reaktion II).

Reaktion I (Aldohexosen):

O

NH

₂

NH

₂⁺

OH N

+ 2 + H

⁺

- H

₂

O

+

Furfural Anilin Schiff`sche Base

Reaktion II (Ketohexosen):

(18)

O

O OH

O O

CH

₂

O CH

₂

O

CH

₂

O CH

₂

O

NH

⁺

NH

⁺

NH NH

+ 2 H

⁺

- 2 H

₂

O

Diphenylamin Furfural-Derivat

2+

+ 4

2 - H

₂

O

Die Auswertung des Dünnschichtchromatogramms ergibt, dass beide Schokoladensorten Milchzucker (Lactose) enthalten, was bei Vollmilchschokolade auch nicht weiter verwundert.

In der Diabetikerschokolade ist Fructose enthalten. Diabetikerprodukte zeichnen sich meistens dadurch aus, dass sog. Zuckeraustauschsstoffe wie Fructose verwendet werden, wobei „Zucker“ dann Glucose und Saccharose meint. Allerdings ist man heutzutage der Meinung, dass die Verwendung dieser Zuckeraustauschstoffe keinerlei Vorteile für Diabetiker bietet.

Leider konnte mit diesem Experiment nicht gezeigt werden, dass sich in der

„normalen“ Vollmilchschokolade hauptsächlich Saccharose befindet.

(19)

d) Aminosäuren und Proteine

Experiment 4: Nachweis mit Ninhydrin

Chemikalien:

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze Ninhydrin-Lösung

(C

9

H

6

O

4

) (w = 1 % in Isopropanol)

Xn 22-36/37/38 -

Vollmilchschokolade - - -

ention. Wasser - - -

Geräte:

Haushaltsreibe, Erlenmeyerkolben (250 mL), Gummistopfen, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Becherglas (250 mL), Messzylinder (100 mL), Glastrichter, Faltenfilter, Pasteurpipette, Saughilfe, 2 Demonstrationsreagenzgläser, Demonstrationsreagenzglasständer, heizbarer Magnetrührer, Becherglas (300 mL)

Durchführung:

Es werden ca. 10 g Schokoladenraspeln in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit ca. 100 mL heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Suspension wird filtriert.

20 mL der erkalteten Lösung werden in ein Demonstrationsreagenzglas gegeben und mit ein paar Milliliter Ninhydrin-Lösung versetzt. Das selbe geschieht mit einer Blindprobe aus entionisiertem Wasser. Beide Proben werden in ein vorgeheiztes Wasserbad (heizbarer Magnetrührer, 100-mL-Becherglas) gestellt.

Beobachtungen:

Die Schokoladenlösung färbt sich violett, wohingegen die Blindprobe farblos bleibt.

Auswertung:

Die Ninhydrin-Reaktion dient zum Nachweis von Aminosäuren. Dabei addiert sich

zunächst die Amino-Gruppe der Aminosäure an die hoch reaktive Carbonylgruppe

der Triketoform des Ninhydrins. Das resultierende Imin decarboxyliert zu einer

Schiffschen Base. Die Schiffsche Base hydrolysiert dann zu einem Amin und einem

(20)

Nun reagiert das Amin mit einem weiteren Ninhydrin-Molekül in der Triketoform. Es bildet sich ein violettes Imin.

OH

NH₂

O

- H

₂

O

+

O N

O HO

O

violett

In Kakaobohnen und damit auch in Schokolade befinden sich freie Aminosäuren. In fermentierten Kernen sind es 12,3 %, in unfermentierten nur 2,5 %. Zu den freien Aminosäuren gehören Tyrosin, Iso-Leucin, Threonin, Histidin, Asparaginsäure, - Aminobuttersäure, Methionin, Glutaminsäure, Phenylanalin, Agrinin, Leucin. Cystein und Lysin.

O

NH

₂

OH

O

NH

₂

CH

₃

CH

₃

O

NH

₂

OH CH

₃

Tyrosin Iso-Leucin Threonin

Als Eiweißstoffe sind bisher Globulin, Albumin, Prolamin und Glutein identifiziert.

Infolge der eingeschränkten Löslichkeit ist ihre Bestimmung schwierig. Ihr Anteil an

O

+ ^CH

NH

₂

R COOH

O

N

O

R O O

H

- H

₂

O

OH

N

O

- CO

₂

R

OH

NH

₂

O

+ H

₂

O

- RCHO

(21)

e) Gerb- & Farbstoffe

Bei den in der Kakaobohne vorkommenden Farb-, Gerbstoffe sowie deren Vorstufen handelt es sich um Polyhydroxyphenole.

So finden sich die als Pflanzenfarbstoffe weit verbreiteten Anthocynane (Glykoside der Anthocyanidine) wie auch Anthocyanidine vor. Die Anthocyane der Kakaobohne werden auch als „Kakaorot“ bezeichnet.

Beide Stoffklassen basieren auf dem Flavyliumkation:

Flavyliumkation

Cyanidin

Die Gerbstoffe der Kakaobohne leiten sich zum Teil von den Catechinen (Flavan-3- ole) ab. So hat man in Kakao u.a. die zwei Diastereomere Catechin und Epicatechin gefunden:

5 7

3

O

⁺

1

3'

5' 4'

OH O

H

OH R

R

5 7

3

O

⁺

1

3'

5' 4'

OH O

H

OH OH

OH

(22)

(+)-Catechin (-)-Epicatechin

Des weiteren leiten sich andere Gerbstoffe von den Pro-anthocyanidinen (Flavan – diole bzw. Flavan-triole ab)

Flavan –3,4-diol

Für die typische braune Kakaofarbe sind hochkondensierte, wasserunlösliche Gerbstoffe verantwortlich, die sog. Phlobaphene, wohingegen die nur wenig kondensierten Gerbstoffe (di- oder trimer) wasserlöslich und nahezu farblos sind.

O

OH O

H

OH OH

OH

O

OH O

H

OH OH

OH

OH O

OH

(23)

Experiment 5: Nachweis mit Eisen(III)chlorid-Lösung

Chemikalien:

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze FeCl

3

-Lösung

(w = 10 %)

Xn 22-38-41 26-39

Backkakao - - -

ention. Wasser - - -

Geräte:

Erlenmeyerkolben (250 mL), Gummistopfen, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Becherglas (250 mL), Glastrichter, Faltenfilter, Pasteurpipette, Saughilfe, 2 Demonstrationsreagenzgläser, Demonstrationsreagenzglasständer

Durchführung:

Es werden ca. 10 g Kakaopulver in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit ca. 100 mL heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Suspension wird filtriert.

20 mL der erkalteten Lösung werden in ein Demonstrationsreagenzglas gegeben und mit ein paar Milliliter Eisen(III)chlorid-Lösung versetzt. Das selbe geschieht mit einer Blindprobe aus entionisiertem Wasser.

Beobachtungen:

Die Kakaolösung färbt sich grünlich, wohingegen die Blindprobe farblos bleibt.

Auswertung:

Phenolische Stoffe wie die im Kakao vorhandenen Gerb- und Farbstoffe bilden mit Eisen(III)-Ionen farbige Chelatkomplexe. Dies wird z.B. auch bei der Herstellung von Eisengallustinte benutzt.

O O

H O

Fe O

O OH

O

Fe

³⁺

(24)

5 Herstellung von Schokolade

Vom Ernten der Kakaobohne bis zum fertigen Schokoladenprodukt müssen viele Schritte durchlaufen werden.

Zunächst werden die geernteten Bohnen fermentiert. Während der Fermentation steigt die Temperatur auf bis zu 50 °C und die Samen verlieren ihre Keimfähigkeit.

Die geöffneten Früchte werden mit den Samen in der

Sonne ausgebreitet, meist mit Bananenblättern abgedeckt. Die Fermentationsphase gliedert sich in drei Unterphasen: 1. Anaerobe Phase, 2. Aerobe Phase und 3.

Postmortale Phase.

In der anaeroben Phase werden höhermolekulare Kohlenhydrate von Bakterien abgebaut, so wird z.B. die Saccharose in Glucose und Fructose gespalten.

Außerdem vergären Hefen den Zucker zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid. In der aeroben Phase oxidieren dann Essigsäurebakterien den Alkohol zu Essigsäure.

Die Fermentation ist wesentlich für das Aroma und die Farbe des Kakaos.

Nach Abschluss der Fermentation werden die Bohnen etwa eine Woche in der Sonne getrocknet.

Nun werden die Bohnen meist exportiert und dann an einem anderen Ort weiter verarbeitet. Dort werden sie geröstet. Das Rösten bewirkt, dass unerwünschte flüchtige Stoffe, wie die Essigsäure, entfernt werden und Geruchs- und Geschmacksstoffe gebildet werden. Anschließend werden die Kakaokerne beim Brechen von ihren Schalen befreit. Dieser Kakaokernbruch wird nun gemahlen, dadurch werden die Zellen zerstört und die Kakaobutter wird frei. Diese zähe Kakaomasse dient nun als Grundlage für weitere Verarbeitungsprozesse.

Zum einen wird die Kakaomasse zum Kakaopulver verarbeitet. Dazu wird sie zunächst mit alkalisierenden Substanzen, meist Kaliumcarbonat, versetzt. Das führt zu einem angenehmeren Geschmack und zu einer dunkleren Farbe. Nun wird die so behandelte Kakaomasse gepresst. Dadurch entsteht der nun zum Teil entfettete

Abb. 6 Fermentation

(25)

Kakaopresskuchen und Kakaobutter. Letztere wird v.a. in der Schokoladenproduktion, aber auch für Kosmetika, benutzt.

Durch Mahlen des Kakaopresskuchens entsteht Kakaopulver.

Soll die Kakaomasse allerdings zu Schokolade weiter verarbeitet werden, so werden zunächst weitere Schokoladenbestandteile wie Kakaobutter, Zucker und Würzstoffe wie Vanille dazugegeben und vermischt. Diese Mischung wird nun vor- und anschließen feingewalzt. Nun folgt das Conchieren, wobei unter weiterem Zusatz von Zutaten wie der restlichen Kakaobutter die Masse mehrere Stunden bis Tage in einem Längs- oder Rundreiber bewegt werden. Dieses im 19. Jahrhundert von Rodolphe Lindt entwickelte Verfahren ist für den Schmelz verantwortlich. Es wirkt v.a.

entwässernd.

Die nun erhaltene Schokoladenmasse kann nun in die gewünschte Form, z.B. als

Tafel, gegossen werden. Wie in Kapitel 2 a) beschrieben, wird ein spezielles

Kristallisationsverfahren benutzt.

(26)

Walzen Fermentation u. Trocknung

der Bohnen

Rösten

Brechen

Mahlen

Kakaomasse

Kakao- butter

Mischen

Conchieren

Schokoladenmasse Kakaopulver

Kakaopress - kuchen

Mahlen

Pressen Zucker,

Milchpulver, Kakaobutter, Würzstoffe

Lecithin, Kakaobutter, Würzstoffe Alkalisierung

Abb. 7 Verfahren zu Herstellung von Schokolade

(27)

Experiment 6: Farbvertiefung mit Soda

Chemikalien:

Substanz Gefahrenzeichen R-Sätze S-Sätze

Na

2

CO

3

Xi 36 22-26

Backkakao - - -

Entfärbersalz mit Dithionit und Soda

Xn

ention. Wasser - - -

Geräte:

Erlenmeyerkolben (250 mL), Gummistopfen, Brenner, Dreifuß, Drahtnetz, Becherglas (250 mL), Glastrichter, Faltenfilter, 3 Demonstrationsreagenzgläser, Demonstrationsreagenzglasständer, Löffelspatel, Glasstab

Durchführung:

Es werden ca. 10 g Kakaopulver in einen Erlenmeyerkolben gefüllt und mit ca. 100 mL heißem entionisierten Wasser versetzt und aufgelöst. Die Suspension wird filtriert.

In jedes Demonstrationsreagenzglas werden 20 mL der erkalteten Lösung gegeben.

Das erste Reagenzglas dient zum Farbvergleich. In das zweite Reagenzglas wird ein Löffel Soda, in das dritte ein Löffel Entfärbersalz gegen.

Beobachtungen:

Die Kakaolösung, die mit Soda versetzt wurde, erhält eine dunklere Farbe. Die mit dem Entfärbersalz versetzte Lösung behält ihre Farbe, obwohl dort auch Soda enthalten ist.

Auswertung:

Die Farbvertiefung beruht auf einer Dissoziation der phenolischen Stoffe (s. Kapitel 4

e)) wie z.B. Cyanidin.

(28)

Dithionit reduziert die Farbstoffe zum Teil und verhindert so eine Farbänderung.

Reduktion:

+ 2 e

^-

+ 2 H

2

O  + 2 OH

^-

Oxidation:

+3 +4

S

2

O

4-

(aq)

+ 4 OH

^-(aq)

 SO

32-

(aq)

+ 2 H

2

O + 2 e

^-

Redox:

2 Cyanidin + 3 S

2

O

42-

(aq)

+ 8 OH

^-(aq)

 2 Catechin + 6 SO

32-

(aq)

+ 2 H

2

O

6 Gerüchteküche

Gerade weil Schokolade so ein beliebtes Lebensmittel ist, ranken sich zahlreiche

O⁺

OH O

H

OH OH

OH

O

OH O

H

O OH

OH

O

OH O

H

O O-

OH

+ H

⁺

- H

⁺

- H

⁺

+ H

⁺

O⁺

OH O

H

OH OH

OH +1

+1 -1

O

OH O

H

OH OH

OH

0

0 -2

(29)

NH

HO NH

₂

Süchtig nach Schokolade?

Schokolade enthält einige Substanzen wie Anandamid, Phenylethylamin, Serotonin und Theobromin, die eine Wirkung auf den menschlichen Körper haben können.

Allerdings sind sie so gering konzentriert, dass man 20 bis 30 kg Schokolade essen müsste, damit sie ihre Wirkung entfalten könnten. Der „Suchtfaktor“ der Schokolade beruht eher auf dem hohen Fett- und Zuckerhaushalt sowie psychologische Effekte („Belohnung“, „Trost“).

Berauscht?

Anandamid hat eine Cannabis-ähnliche Wirkung im Gehirn. Allerdings müsse man mindestens 300 Tafeln Schokolade essen, um diesen Effekt zu verspüren. Auch wird Anandamid schon nach 30 Minuten im Körper wieder abgebaut.

Verliebt?

Wenn wir verliebt sind, schüttet der Körper Phenylethylamine aus. Dieses ist auch in Schokolade enthalten – allerdings auch in Käse. Der „tröstende“ Effekt bei Liebeskummer ist wohl eher auf andere Faktoren (s. „Süchtig nach Schokolade“) zurückzuführen.

Glücklich?

Durch den Konsum von Süßem, wie auch Schokolade, wird die Synthese von Serotonin, dem „Glückshormon“, im Körper angeregt. Schokolade macht also tatsächlich glücklich!

Wach?

O NH

OH

NH

(30)

Schokolade enthält die Alkaloide Theobromin und Coffein, die sich beide vom Purin ableiten. Beide Stoffe wirken auf das zentrale Nervensystem und machen wach.

Allerdings hat das Coffein eine deutlich stärkere Wirkung. Beide Stoffe kommen nur in geringen Mengen in Schokolade vor und haben somit kaum einen Einfluss. Eine Tasse Kakao enthält nur halb so viel Coffein wie eine schwache Tasse Kaffee.

Theobromin Purin Coffein

7 Schokolade in der Schule?

Schokolade bzw. Kakao ist ein chemisches Kaleidoskop. Man kann anhand der Schokolade die drei Nahrungsgrundbausteine Fett, Eiweiß und Kohlehydrate behandeln. Darüber hinaus finden sich u.a. noch Alkaloide, Gerb- und Farbstoffe.

Die Schokolade verdeutlicht auch sehr gut die Komplexität von Nahrungsmitteln.

Außerdem bietet sich gerade beim Thema Schokolade die Möglichkeit eines fächerübergreifenden Unterrichts, der vernetztes Wissen fördert. So können hier auch biologische, sozialwissenschaftliche und geschichtliche Aspekte betrachtet werden.

Nicht zuletzt birgt das Thema durch seinen hohen Alltagsbezug eine hohe Schülermotivation.

N N

N

N H

₃

C

O

CH

₃

CH

₃

N

N H

O

CH

₃

CH

₃

N N

NH

N

(31)

8 Quellennachweis

Bücher/ Zeitschriften:

 Dickhaut, Sebastian: Schokolade. Gräfe und Unzer. München. 1998. S.4-23

 Hengartner, Thomas/ Merki, Christoph M. (Hg.): Genußmittel: ein kulturgeschichtliches Handbuch. Campus Verlag. Frankfurt/Main [u.a.]. 1999.

S. 117-139

 Jork, Hellmut/ Funk, Werner/ Fischer, Walter/ Wimmer, Hans:

Dünnschichtchromatographie: Reagenzien und Nachweismethoden. Band 1a.

VCH. Weinheim. 1990, 1. korr. Nachdr. d. 1. Aufl. S.179-184

 Juchelka, Sigrid/ Bader, Hans J.: Schokolade aus der Sicht der Chemie. In:

Frankfurter Beiträge zur Didaktik der Chemie. Band I. Thun. Frankfurt/ Main.

1998. S.43-74

 Matissek, Reinhard/ Schnepel, Frank/ Steiner, Gabriele: Lebensmittelanalytik.

Grundzüge. Methoden. Anwendungen. Springer-Verlag. Berlin [u.a.]. 1989. S.

120  Merck Chemikalien Reagenzien 2002. Parzeller. Fulda. 2002

 Nuhn, Peter: Naturstoffchemie: mikrobielle, pflanzliche und tierische Naturstoffe. 2. neu bearb. u. erw. Aufl. Hirzel. Stuttgart. 1990. S. 541-543

 Schwedt, Georg: Chemische Experimente in Schlössern, Klöstern und Museen. Aus Hexenküche und Zauberlabor. Wiley-VCH. Weinheim. 2002

 Schwedt, Georg: Experimente mit Supermarktprodukten. Eine chemische Warenkunde. 2. korr. u. akt. Aufl.. Wiley-VCH. Weinheim. 2003

 Streitwieser, A./ Heathcock, C. H., Kosower, E. M.: Organische Chemie. VCH.

Weinheim. 1994

Internetquellen:

 http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/phenol/nachw.htm (10.07.2006)

 http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/tip/12_03.htm (10.07.2006)

 http://de.wikipedia.org/wiki/Girolamo_Benzoni

 http://de.wikipedia.org/wiki/Lecithin (10.07.2006)

 http://de.wikipedia.org/wiki/Schokolade (10.07.2006)

 http://www.diabsite.de/infos/fragen/ernaehrungsfragen/2-

012zuckeraustauschstoffe.html (10.07.2006)

(32)