Post on 05-Apr-2015
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Zusatzstoffe in Lebensmitteln …
Experimentalvortrag (OC)
Christoph Roßbach
…natürlich genießen?
2
Gliederung
1. Einleitung2. Mindestens haltbar bis:3. Das Auge isst mit4. Bio? Logisch!5. Schulrelevanz
3
Gliederung
1. Einleitung2. Mindestens haltbar bis:3. Das Auge isst mit4. 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- Unbedenklichkeit
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“)
- Faktor:
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. Einleitung2. Mindestens haltbar bis:3. Das Auge isst mit4. Bio? Logisch!5. Schulrelevanz
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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
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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
Einlegen in Essig Kühlen
Milchsäuregärung Sterilisieren
chemisch physikalisch
traditionell
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Demo 1
Natürlich konservierte Lebensmittel
2. Mindestens haltbar bis: Konservierung
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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
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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
OO
OH
CH3
16
Propionsäure und Propionate
- lange verboten- abgepacktes Schnittbrot (Salze)
2. Mindestens haltbar bis:
Propionsäure (E 280)
Konservierungsstoffe
CH3
OH
O
17
Sorbinsäure und Sorbate
- verträglich- keine „Verschönerung“ möglich
2. Mindestens haltbar bis:
Sorbinsäure (E 200)
Konservierungsstoffe
O
OH
CH3
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
K2Cr2O7 (aq)
H2SO4 (aq), Δ
NH
NH
S O
O
+ O O
NH
NH
S O
O
NH
O NH
S
OH
Sorbinsäure
2
Δ
- 3 H2O
Thiobarbitursäure
Polymethinfarbstoff
Malondialdehyd
O
OH
CH3O O2
2. Mindestens haltbar bis:
20
NH
NH
O
S O
H
O O+
Mechanismus
Versuch 2: Nachweis von Sorbinsäure in Halbfettmargarine
Tautomerie
NH
NH
O
S O
NH
NH
O
S O
O
O
H
-
NH
NH
O
S O
O
O+ H
H-
NH
NH
O
S O
O
- H+
- H+
+ 2 H+
- H2O
2. Mindestens haltbar bis:
21
Versuch 2: Nachweis von Sorbinsäure in Halbfettmargarine
NH
NH
O
S O
O
- H+
- H2O
+NH
NH
O
SO
H
NH
NH
O
SONH
NH
O
S O
O
H
-
- H+
+ 2 H+
NH
NH
O
SONH
NH
O
S O
O+ H
H
H
-
NH
NH
O
SONH
NH
O
S O
-- H+
2. Mindestens haltbar bis:
22
Schweflige Säure und Sulfite
- Wein- Trockenobst
2. Mindestens haltbar bis:
Natriumsulfit (E 221)
Konservierungsstoffe
SOO
ONa+
Na+- -
23
Nitrit
- Wurst und Fleisch- Clostridium botulinum- Nitrosamine
2. Mindestens haltbar bis:
Natriumnitrit (E 250)
Konservierungsstoffe
NO O
NO O- -
Na+
Na+
24
Versuch 3
Qualitative Analyse von Nitrit
Konservierungsstoffe2. 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+ - H2O
+
2. Mindestens haltbar bis:
26
HO3S
N
H
H
+
N
OHO3S
N
H
H
NO
HO3S
N
H
NO
HO3S
NN
OHHO3S
NN
OHHHO3S
NN
++
+
+
Versuch 3: Qualitative Analyse von Nitrit
- H+
+ H+
- H+
+ H+- H2O
Sulfanilsäure
2. Mindestens haltbar bis:
27
HO3S
NN
HO3S
NN
HO3S
NN+
++
+
-
Versuch 3: Qualitative Analyse von Nitrit
- H+
α-Naphtylamin
Azofarbstoff
HO3S
NN
+
N
H
H
N
N
HO3SN
H
H
H
N
N
HO3S
N
H
H
+
+
2. Mindestens haltbar bis:
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Antioxidantien
Verwendung
Verhinderung / Verzögerung von Verderb durch oxidative Prozesse
– Radikalfänger» Verlust von Vitamin A und C» ranziges Fett» Verfärbungen
– natürliche Antioxidantien
2. Mindestens haltbar bis:
29
Butylhydroxytoluol (BHT)
- synthetisch- Kaugummi- Hautrisse bei Allergien- Auswirkung auf
Verdauungsenzyme
2. Mindestens haltbar bis:
Butylhydroxytoluol (E 321)
Antioxidantien
OH
CH3
CH3
CH3CH3
CH3
30
L-Ascorbinsäure
- synthetisch (naturidentisch)
- Fruchtgetränke-, marmeladen
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
2. Mindestens haltbar bis:
L-Ascorbinsäure (E 300)
Antioxidantien
31
Versuch 4
Wirkung von L-Ascorbinsäure
Antioxidantien2. Mindestens haltbar bis:
32
Versuch 4: Wirkung vonL-Ascorbinsäure
Farbänderung bedingt durch drei Faktoren
– Phenolische Inhaltsstoffe– Aktive Enzyme (Phenoloxidasen)– Sauerstoff
2. Mindestens haltbar bis:
33
Versuch 4: Wirkung vonL-Ascorbinsäure
O2 ,
- H2O
E
Cu
R
R
Cu
R
RCu
R
R
O O Cu
R
R
OH
O O
Polymerisation Phlobaphene
+1 +1+2 +2
+2 +2
+1 +1
2. Mindestens haltbar bis:
34
O O OH OH
Versuch 4: Wirkung vonL-Ascorbinsäure
- H+
- 2 e-
Oxidation
Reduktion
+1
+1
+2
+2
+1 +1+2 +2
+ 2 H+
+ 2 e-
Ascorbat Dehydroascorbinsäure
O-
OH
O
O
CH2OH
OH
O
O
O
O
CH2OH
OH
1,2-Benzochinon Benzcatechin (1,2-Dihydroxybenzol)
2. Mindestens haltbar bis:
35
Gliederung
1. Einleitung2. Mindestens haltbar bis:3. Das Auge isst mit4. Bio? Logisch!5. Schulrelevanz
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Lebensmittelfarbstoffe
- verzehrbare Farbstoffe (E-Nummer)
- Oberflächenfärbung (C-Nummer)
nur in bestimmten Lebensmitteln
3. Das Auge isst mit
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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)
Lebensmittelfarbstoffe3. Das Auge isst mit
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Verwendung
Attraktivität
- heute
- natürliche Lebensmittelfarbstoffe
- synthetische Lebensmittelfarbstoffe
Lebensmittelfarbstoffe3. Das Auge isst mit
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Versuch 5
Falscher Lachs
Lebensmittelfarbstoffe3. Das Auge isst mit
40
Falscher Lachs
- weißes Fleisch- synthetische Azofarbstoffe
- löslich in Wasser und Ethanol
Gelborange S (E 110)
Ponceau 4R (E 124)
O3S N
N
SO3
OH
-
-
Na+
Na+
O3S N
N
SO3
OH
O3S
-
-
Na+
Na+
-
Na+
3. Das Auge isst mit Lebensmittelfarbstoffe
41
- rotes Fleisch- natürlich eingelagertes Xanthophyll
- nicht löslich in Wasser und Ethanol
Echter Lachs
O
OH
CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
O
OH
CH3 CH3
CH3
Astaxanthin (E 161j)
3. Das Auge isst mit Lebensmittelfarbstoffe
42
Lebensmittelfarbstoffe3. Das Auge isst mit
Echtes Karmin (Cochenille) (E 120)
Lutein (E161b)
O CH3
OH
O
OH
O
OH
OH
O
OHOH
OH
OH
CH3 OH
CH3CH3CH3CH3
CH3CH3CH3
OH CH3
CH3
Natürliche Lebensmittelfarbstoffe
43
O
OH
OHOH
OH
O
N+
O
O
NH
OH
O
OH O
OH
-
CH2
NH
N NH
N
O
CH3
O O
CH3
OO
O CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
3
Lebensmittelfarbstoffe3. Das Auge isst mit
Natürliche Lebensmittelfarbstoffe
Betanin (E 162)
Chlorophyll b (E 140)
44
Lebensmittelfarbstoffe3. Das Auge isst mit
Synthetische Lebensmittelfarbstoffe
Tartrazin (E 102)
Brillantblau FCF (E 133)
O3S N
N
NN
OH
COO
SO3
-Na
+
- Na+
-Na
+
N+
N
CH3CH3
O3S SO3SO3
-Na
+-
Na+
Na+
45
Lebensmittelfarbstoffe3. Das Auge isst mit
Synthetische Lebensmittelfarbstoffe
Brillantschwarz (E 151)
Azorubin (E 122)
-Na
+O3S N
N N
SO3
N
O3S
OH
NH
SO3
CH3
O-
-
-
Na+
Na+
Na+
-O3S N
N
SO3
OH
-
Na+
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
Adsorption des Farbstoffs und Abtrennung der
Gelatine
Befüllen der Mikrosäule
Desorption des Farbstoffs
Demo 2: Isolierung eines Lebensmittelfarbstoffes
49
R N+
H
HH
Cl-
R''N+
H
O
R'
HCl-
-O3S N
N
SO3
OH
-
3. Das Auge isst mit Demo 2: Isolierung eines Lebensmittelfarbstoffes
Azorubin - Anion
Adsorption
Desorption
R'N+
H
O
R
HCl- R'N
H
O
RNH3(solv) +
+ NH4+
(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
Ι0 : 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
dcI
I
0
lg
52
0,22,0 3,0 4,0
E
1,0
0,5
mL
mg
V
mx
Lösung
Azorubin
100
1,0
53
Versuch 1
Antimikrobielle Wirkung von Benzoesäure
2. Mindestens haltbar bis: Konservierungsstoffe
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Hefe-Stoffwechsel
C6H12O6(aq) + O2(g) 6 CO2(g) + 6 H2O
Nachweis von CO2
Ba(OH)2(aq) + CO2(aq) BaCO3(s) + H2O
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)
+ H3O+
(aq)
OH
O
(aq)
+ H2O + Na+
(aq)
2. Mindestens haltbar bis: Versuch 1: Antimikrobielle Wirkung von Benzoesäure
56
Gliederung
1. Einleitung2. Mindestens haltbar bis:3. Das Auge isst mit4. Bio? Logisch!5. Schulrelevanz
57
4. Bio? Logisch
Enzyme
- hohe katalytische Effektivität- hochspezifisch- nicht kennzeichnungspflichtig
58
Versuch 7
Nachweis der Invertaseaktivität
Enzyme4. Bio? Logisch
59
Enzymatische Spaltung
O
OOH
OHOH
OH
OOH
OHOH
OH
Versuch 8: Nachweis der Invertaseaktivität
4. Bio? Logisch
O
OH
OHOH
OH
OH
OOH
OHOH
OH OHInvertase
Saccharose
α-D-Glucose β-D-Fructose
O
OH
OHOH
OH
OH
Pyranose
(aq)
OH
O
H OH
OH H
H OH
H OH
offenkettig
(aq)
60
R
O
H
+ 2 OH R
O
OH
+ H2O + 2 e- -
Versuch 8: Nachweis der Invertaseaktivität
4. Bio? Logisch
+1 +3Ox.:
Red.:
2 Cu+
2 OH-+ Cu2O + H2O
rotbrauner Niederschlag+1 +1
rotbraun
+2 +1Cu
2++ 2 e- 2 Cu
+2
61
Gliederung
1. Einleitung2. Mindestens haltbar bis:3. Das Auge isst mit4. Bio? Logisch!5. Schulrelevanz
62
5. Schulrelevanz
Lehrplan (12.2)
Wahlthema: Angewandte Chemie
Nahrungsmittelu.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
OHR'N
H
O
R
- Polymere durch Polykondensation
- Wasserstoffbrücken
Polyamide
4. Das Auge isst mit
- H2O
+ H2O
R'
N H
O
R
R'
N H
O
R
Demo 2: Isolierung eines Lebensmittelfarbstoffes