Lebensmittelkonservierung

Luisa Wanka

SS 2009

Gliederung

1. Einleitung: Was bedeutet Konservieren?

2. Geschichte der chemischen

Lebensmittelkonservierung (D1a,b)

3. Konservierung durch Senkung des pH-

Wertes (D2)

4. Schwefeln von Lebensmitteln (V1+2)

5. Pökeln von Lebensmitteln (D3,V3+4+5)

6. Nachteile

7. Schulrelevanz

8. Literatur2

1. Einleitung

3

1.1 Definition: Was bedeutet Konservieren?

• Konservierung: conservare (lat.) = bewahren, erhalten• Definition:

• Ziel: Erhaltung des äußeren Erscheinungsbildes, des Geschmacks und der Konsistenz

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1. Einleitung

Schaffen eines Zustands, in dem äußere und innere Verderbsursachen beseitigt

bzw. der Prozess des Verderbs verlangsamt wird.

Verlängerung der Haltbarkeit

1.2 Verursacher des Lebensmittelverderbs:

• Lebensmittelverderb wird durch Bakterien, Hefen und Schimmelpilze verursacht

• Bakterien: Fäulnis, Ansäuerung, Verfärbung

(z.B. Fäulnis: Abbau von Aminosäuren und Proteinen,

Freisetzung von H2S oder NH3)

• Hefen: Gärung (z.B. Säfte)• Schimmelpilze: Verschimmeln und Erweichung

(z.B. Schimmelpilzrasen)

5

1. Einleitung

1.3 Wirkungsweise von Konservierungsstoffen

Wirkungsklassen:• mikrobiozide Stoffe:

(z.B. in Pflanzenschutzmitteln): Abtöten von schädlichen Organismen

• mikrobiostatische Stoffe:

(z.B. Lebens- oder Futtermittelkonservierung): Verhindern: Bakterien-Wachstum, Bildung von Toxinen

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1. Einleitung

Einteilung der Konservierungsverfahren

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1. Einleitung

Lebensmittelkonservierung

physikalisch (95 %)chemisch (5 %)

thermisch

- Sterilisieren- Pasteurisieren- Trocknen- Kühlen- Einfrieren

Bestrahlung

- UV-Licht

Einsalzen

Einzuckern

Pökeln

Räuchern

Zusatzstoffe

2. Geschichte der Lebensmittel-konservierung

8

2. Geschichte der Lebensmittelkonservierung

~ 7000 v. Chr.: Salzen, Trocknen, Räuchern

~ 3000 v. Chr.: Einlegen in Öl (Mesopotamien)

~ 2000 v. Chr.: Einlegen in Essig (Ägypten)

und Honig (Römisches Reich)

~ 1000 v. Chr.: Einlegen in Alkohol (Arabien)

und Milchsäure (Ostasien)

~ 50 n. Chr.: Schwefeln (Römisches Reich)

~ 1400 n. Chr.: Pökeln

~ 1900 n. Chr.: Bor- und Salicylsäure

~ 1950 n. Chr.: Bestrahlung

Heute: Kühlung und Sorbinsäure 9

2. Geschichte

2.1 Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung

• Haltbarkeit: von Lebensmitteln beschränkt

• Verfügbarkeit vieler Rohstoffe: nur während Erntezeit

• Internationaler Warenaustausch:

Weg von Produktionsort zum Verbraucher immer länger

• Konsument: Wandel der Einkaufsgewohnheiten

• Medizin/Toxikologie: Schutz vor Toxinbildung

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2. Geschichte

2.1 Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung

Vorbeugung des Missbrauchs von Konservierungsmitteln

Richtlinien der WHO und EU:

• ADI-Werte (acceptable daily intake) = Tageshöchstdosis in

mg/kg

Zusatzstoffe kennzeichnungspflichtig:

• klassifiziert durch E-Nummern (z.B. E210 für Benzoesäure)

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2. Geschichte

Demo 1a

Trocknen von Champignons

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2. Geschichte

Demo 1b

Konservierung mit Salz und Essig (nach Runge)

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2. Geschichte

Auswertung Demo 1

• Wasserentzug macht Lebensmittel fast unbegrenzt haltbar

Wassergehalt < 4 % und trockene Lagerung

• Salz entzieht den Mikroorganismen im Lebensmittel das lebensnotwendige Wasser

mind. 8 bis 24 %ige Kochsalzlösung nötig

• Salz meist in Kombination mit Essig

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2. Geschichte

3. Konservierung durch Senkung des

pH-Wertes

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3.1 Konservierung mit Essigsäure

• konservierende Wirkung beruht auf Senkung des pH-Wertes

Essigsäurekonzentration mind. 0,5 %

• Wirkung steigt mit sinkenden pH-Wert

• bei niedrigen pH-Werten kann die Säure die Zellmembran der Mikroorganismen durchdringen und zerstören

Wirkung:

Mikroorganismen benötigen für Wachstum neutrales Milieu,

daher Essigsäure sehr effektiv.

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3. pH-Wert-Senkung

Demo 2

Aufnahme einer Titrationskurve von

Gurkenwasser17

3. pH-Wert-Senkung

3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210

2

4

6

8

10

12

14Auswertung der Titrationskurve von Gurkenwasser

V (NaOH) /mL

pH-W

ert

ÄP bei V(NaOH) = 11,5 mLpH = 8,48

Pufferpunkt (1/2 V(NaOH) am ÄP): pH = 4,39

18

3. pH-Wert-Senkung

3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve

Ergebnisse: Säure im Gurkenwasser Essigsäure (pKs-Wert: 4,75)

Reaktionsgleichung:

CH3COOH (aq) + Na+(aq) + OH-

(aq) CH3COO-(aq) + Na+

(aq) + H2O

Bestimmung der Menge von Essigsäure:

n(CH3COOH) = c(NaOH)*V(NaOH)* t = 0,1mol/L*11,5 mL*1,00

= 1,15 mmol

m(CH3COOH) = M(CH3COOH)*n(CH3COOH)

= 60,05 mg/mmol*1,15 mmol

= 69,05 mg/mmol

 

In 50 mL Gurkenwasser sind demnach 69,05 mg Essigsäure enthalten.19

3. pH-Wert-Senkung

4. Schwefeln von Lebensmitteln

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4.1 Allgemeines und Wirkung

• Lebensmittel werden mit Schwefeldioxid oder Salzen der schwefeligen Säure behandelt

• wird in der Technologie wegen ihrer antimikrobiellen, antioxidativen und reduzierenden Eigenschaften eingesetzt

(z. B. Obst: Verhinderung von Bräunungsreaktionen)

• ADI-Wert: 0,7 mg/kg Körpergewicht, d.h. ein Erwachsener (KG = 70 kg) kann ohne Gefahr täglich 49 mg SO2 zu sich nehmen

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4. Schwefeln

4.2 Toxizität und Anwendungsgebiete

• Einsatz aus toxikologischer Sicht umstritten

zerstört Vitamin B1 im Organismus, Entstehung von Krämpfen der Bronchialmuskulatur

• Anwendung hauptsächlich bei Trockenfrüchten oder Gemüse, Konfitüre und der Weinherstellung.

Rotwein hat zum Beispiel einen Gesamtgehalt an Schwefel von 175 mg/L

22

4. Schwefeln

Versuch 1

Schwefeln von Apfelstücken

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4. Schwefeln

Auswertung Versuch 1

• Schwefel wird durch den Sauerstoff der Luft zu Schwefeldioxid oxidiert

• das entstandene SO2–Gas verhindert die Bräunungsreaktion durch Phenoloxidation

• um Lebensmittel vor einer Oxidation an der Luft zu schützen, verwendet man Antioxidantien (hier: SO2)

• Antioxidantien können Luftsauerstoff abfangen und somit eine Oxidation verhindern

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4. Schwefeln

S8(s) + 8 O2(g) 8 SO2(g)

0 0 +4-2

Versuch 2

Nachweis von SO2 in Trockenobst mit Bleiacetat-Papier

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4. Schwefeln

Auswertung Versuch 2

26

4. Schwefeln

• Braunfärbung des Bleiacetat-Papiers durch Bildung von H2S• Schwarzfärbung erfolgt durch Bildung von PbS

3 Zn(s) + 6 HCl(aq) 3 ZnCl2(aq) + 3 H2(nasc)

3 H2(nasc) + 4 SO2(g) H2S(g) + 2 H2O

H2S(g) + Pb(CH3COO)2 (aq) PbS(s) + 2 CH3COOH(aq)

0 +1 +2 0

0 +4 +1 -2 +1

5. Pökeln von Lebensmitteln

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5.1 Allgemeines

• Pökelsalz besteht hauptsächlich aus Kochsalz (NaCl) und geringen Mengen an Nitrit-Salzen (NaNO2-Massenanteil: 0,4 bis 0,5 %)

• weitere Inhaltsstoffe: Saccharose und Pökelhilfsstoffe,

wie z.B. L-Ascorbinsäure

• Anwendung: Rohe Fleisch- und Wursterzeugnisse

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5. Pökeln

5.2 Pökelarten

• Trockenpökelung: Einreiben mit NaCl-NaNO2 -Gemisch

• Nasspökelung: in 15-20%ige Pökelsalz-Lösung

eingelegt (mehrere Tage)

• Spritzpökelung: Injektion einer Pökellake, darin

eingelegt (1 Tag)

Lagerung: bis zu mehreren Monaten

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5. Pökeln

5.3 Wirkung

Wirkung ist von zwei Faktoren abhängig:• Senkung der Wasseraktivität durch Zugabe von NaCl • Anwesenheit von Nitrit (wirkt antibakteriell, antioxidativ und

verstärkt die haltbarkeitsverlängernde Wirkung von NaCl)

z.B. 100 mg Nitrit/kg gegen Clostridium botulinum-Sporen nötig

• optimale Wirkung bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Lagertemperaturen

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5. Pökeln

Demo 3

Wirkung von Pökelsalz

31

5. Pökeln

Wirkung von Pökelsalz

32

5. Pökeln

Ungepökeltes Fleischstück Gepökeltes Fleischstück

Nach 1 Woche Lagerung

Auswertung Demo 4

Die antimikrobielle Wirkung des Nitrits beruht auf der freigesetzten salpetrigen Säure und den daraus entstehenden Stickoxiden.

Disproportionierungsreaktion:

NO2- (aq) + H3O+ (aq) HNO2 (aq) + H2O

3 HNO2 (aq) HNO3 (aq) + 2 NO (aq/g) + H2O

Stickstoffmonoxid wirkt konservierend, farbbildend, aromabildend und antioxidativ

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5. Pökeln

+3 +5 +2

5.3 Weitere Wirkung: Umrötung von Fleisch

Umrötung:

Nitrit kann sich an den Muskelfarbstoff Myoglobin unter Bildung des Nitrosomyoglobin anlagern gekochtes Fleisch erhält rote Farbe (Umrötung)

Subjektive Wirkung (Geschmack/Optik):

Bildung von Nitrosomyoglobin

(rote Fleischfarbe ≠ Frische!)

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5. Pökeln

Versuch 3

Umrötung von Hackfleisch

35

5. Pökeln

36

Auswertung Versuch 3

5. Pökeln

Quelle:

http://1.bp.blogspot.com/_oN9Qi7HfHqA/RzyyMYu17XI/AAAAAAAAAWw/vaRKauDzD_Y/s320/Myoglobin.png

Struktur des Myoglobins (Mb)

Tertiärstruktur von Mb:

N

C

NHC

N

CH

CHN

Fe2+

N

NH

(His)

N

NH

(His)

Globin

purpurrot

Auswertung Versuch 3

Reaktion ohne Zugabe von Pökelsalz

Mb(Fe²+)-His Mb(Fe³+)-His

Reaktion mit Zugabe von Pökelsalz

1. Schritt: Nitrit-Reduktion

Mb(Fe²+)-His + NO2-(aq) + 2 H3O+

(aq) Mb(Fe3+)-His + NO(g) + 3 H2O

2.Schritt: Reaktion mit NO

a) Mb(Fe2+)-His + NO(g) Mb(Fe2+)NO + “His”

b) Mb(Fe3+)-His + NO(g) Mb(Fe3+)NO + “His”

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5. Pökeln

KochenMyoglobin, purpurrot MetMb, grau-braun

Myoglobin, purpurrot MetMb, grau-braun

+2+3

Nitrosomyoglobin

Nitrosometmyoglobin

5.4 Nachweis und Gehalt-Bestimmung von Nitrit in Pökelsalz

Nach der Zusatzzulassungsverordnung darf nicht

mehr als 100 mg/kg Nitrit über Pökelsalz der

Lebensmittel zugegeben werden.

1. Für den Nitrit-Nachweis: Lunges-Reagenz

2. Gehalts-Bestimmung: Kaliumpermanganat

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5. Pökeln

Versuch 4

Qualitativer Nachweis von Nitrit in Pökelsalz

39

5. Pökeln

Auswertung Versuch 4

40

5. Pökeln

Sulfanilsäure

Diazonium-Ion(farblos)

Diazo-tierung

HO3S NH2 + NOHO

+ H3O+(aq)

HO3S N N

+

(aq)

+ 3 H2O

Lunges 1: 1 g Sulfanilsäure in 30 -%iger Essigsäure

Lunges 2: 0,3 g α-Naphthylamin in Eisessig und Wasser

Reaktionen:1.Schritt: Diazotierung

Auswertung Versuch 4

2. Schritt: Azokupplung

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5. Pökeln

Diazonium-Ion(farblos)

HO3S N N

+

(aq)

+NH2 + H2O

-Naphthylamin(Kupplungskomponente)

(farblos)

Kupplung

Azofarbstoff(intensiv rot)

HO3S N N NH2 + H3O+

(aq)

Versuch 5

Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehalts in

Pökelsalz42

5. Pökeln

Auswertung Versuch 5

Reduktion:

MnO4- (aq) + H3O+

(aq) + 5 e- Mn2+ (aq) + 12 H2O

Oxidation:

NO2-

(aq) + 3 H2O NO3- (aq) + 2 H3O+

(aq) + 2 e-

Gesamtreaktion:

2 MnO4-(aq) + 5 NO2

-(aq) + 6 H3O+

(aq) 5 NO3-(aq) + 2 Mn2+

(aq) + 9 H2O

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5. Pökeln

violett

+7 +2

+3 +5

farblos

violett farblos

Auswertung Versuch 5

Berechnung von Nitrit-Gehalt:

Beispiel:

Einwaage Pökelsalz: m(Pökelsalz) = 25,000 g

Mittelwert: VAnalyse = 18,35 mL

Berechnung des Massenanteils w(NaNO2) in Pökelsalz: [M(NaNO2)=69 g/mol]

1 mL KMnO4-Lösung, c(KMnO4) = 0,02 mol/L, entspricht 3,45 mg NaNO2.

6,25 mL KMnO4-Lösung entsprechen 21,56 mg NaNO2.

 

m(NaNO2)= 18,35 mL · 25000 mg/100 mL = 4575 mg NaNO2.

 

Massenanteil: w(NaNO2)= 21,56 mg/4575 mg · 100% = 0,47%

Richtwert: 0,4 – 0,5 % 44

5. Pökeln

6. Nachteile

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6. Nachteile der Lebensmittelkonservierung

Schwefeln:• schwefelige Säure zerstört Vitamine und löst bei empfindlichen

Menschen (z.B. Asthmatikern) Überempfindlichkeitsreaktionen aus • viele Menschen reagieren ab 25 mg Schwefel, z.B. pro Liter Wein,

mit Kopfschmerzen

Pökeln: • Verlust von Vitaminen und Mineralstoffen • Entstehung von Nitrosaminen Krebserregend

in Bier, Fischprodukten, gepökelten Fleischerzeugnissen

Bildung von Nitrosaminen:

NaNO2 (aq) + H3O+(aq) HNO2 (aq) + H2O + Na+

(aq)

HNO2 (aq) + H3O+ (aq) NO+

(aq) + 2 H2O

R-NH + NO+ (aq) R-N-NO + H+

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6. Nachteile

7. Schulrelevanz

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7. Schulrelevanz

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7. Schulrelevanz

G8-Lehrplan:

• fächerübergreifend: Chemie-, Biologieunterricht für Jg. 8-10

z.B. Besprechung des Zellaufbaus von Bakterien und Pilzen

• Themenkomplex für Jg. 11-12: „Konservierung und Zusatzstoffe“ oder fakultativ im Bereich „Alkansäuren und ihre Derivate“

• Vielfalt der Konservierungsmethoden aus Haushalt bekannt starker Alltagsbezug (Schüler-Interessen)

• ermöglicht außerschulische Lernorte (z.B. Supermarkt)

• experimentelle Hausaufgaben

8. Literatur

• BALTES, W.: Lebensmittelchemie, 5. Auflage, Springer Verlag, Berlin.S. 133-153.

• FLUCK, E./MAHR, C.: Anorganisches Grundpraktikum, 6. Auflage, VCH, Weinheim 1985• RIEDEL, E.: Anorganische Chemie, 5. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin - New York

2002• SEABERT, H./WÖHRMANN, H.: Konservierung von Lebensmitteln mit und ohne Chemie.

Materialien für den Unterricht. Hrsg.: AG Naturwissenschaften - sozial, Marburg 1992• STUTE, R.: Lebensmittel haltbar machen – die Entwicklung einer Technologie. In: NiU-Ch 10,

Heft Nr. 49, 1999. S. 7-11

• http://www.chemie-macht-spass.de/2003-konservierungsstoffe.html#01

• http://www.chids.de/dachs/expvortr/580Lebensmittelkonservierung_Damm_Scan.pdf

• http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/nwt/unterrichtseinheiten/bausteine/ernaehrung/bilder/01Geschichte%20Lebensmittelkonservierung.pdf

• http://www.chemieunterricht.de/dc2/wsu-bclm/kap_05.htm

• http://de.encarta.msn.com/encyclopedia_761560675/Lebensmittelkonservierung.html 49

8. Literatur