Naturwissenschaften Klasse 8. Skript zum Unterricht am

Gymnasium Paulinum

Hubert Schäferhoff

30. September 2009

Vorwort

Das hier vorgelegte Skript soll den SchülerInnen der nächsten Jahrgänge als

Arbeitsgrundlage für den Unterricht in Naturwissenschaften des Wahlpflicht-

bereichs II dienen. Es enthält in den einzelnen Teilen eine kurze theoretische

Einführung zum jeweiligen Themengebiet, Arbeitanleitungen, Auswertungsbei-

spiele und Zusatzaufträge. Zur Nachbereitung des Unterrichts und zur Vorbe-

reitung auf Klausuren mag es nützlich sein.

Das Skript ist in Zusammenarbeit mit den Schülern des Kurses 2004/5 er-

arbeitet worden. Es enthält nur einen Teil der in jenem Jahr bearbeiteten The-

men. Die Struktur ist nicht immer ganz konsistent: einige Kapitel kommen als

Protokoll einer Unterrichtssequenz daher, liefern die erzielten (Mess-)ergebnisse

und die eigenen Interpretationen, andere hingegen sind eher wie ein Arbeits-

buch konstruiert, d. h. nicht alle Tabellenspalten sind gefüllt, nicht auf alle

gestellten Fragen gibt es gleich eine gedruckte Antwort, zusätzlich werden of-

fene Arbeits-/Rechercheaufträge aufgelistet. Diese Uneinheitlichkeit entspringt

dem Charakter dieses Skripts: es ist nicht fertig, sondern soll jedes Jahr ver-

bessert werden, auf dass die Zahl der Fehler immer kleiner wird. Vor allem

aber soll es erweitert werden um neue Themen und Experimentalreihen folgen-

der SchülerInnengenerationen. Dies wird sich vor allem als notwendig erweisen,

wenn die Verkürzung der Gymnasialzeit auf zwölf Jahre eine Neukonzeption

des Wahlpflichtbereichs Naturwissenschaften erforderlich macht.

Ich danke allen SchülerInnen für das Schreiben von Texten und die manch-

mal mühsame Konstruktion von Zeichnungen am Rechner. Auch das manchmal

stumpfsinnig anmutende Korrekturlesen haben sie noch auf sich genommen. Ich

bitte alle LeserInnen um Nachsicht und um Nachricht, wenn wir noch Fehler

übersehen haben, seien sie formaler oder fachlicher Natur.Der Import der meist mit MS Word erstellten Dokumente gelang mithilfe von NeoOffice/J

und Torsten Lemkes GraphicConverter auf einem MacIntosh unter MacOS X 10.2.8.

Münster, im Juli 2005

Vorwort zur überarbeiteten Fassung

Da der Wahlpflichtbereich II jetzt bereits in der Jahrgangsstufe 8 beginnt

und wir uns aus fachlichen Gründen entschlossen haben, den Bereich Phy-

sik/Technik in der Klasse 9 zu behalten, war es notwendig, das Skript zum Teil

Biologie und Chemie zu überarbeiten.

Zwei Schwerpunkte zeichneten sich dabei ab:

Der experimentelle Teil musste ausgedehnt und erweitert werden, und zwar

so, dass der Alltags- und Technikbezug verstärkt wurde und ein Teil der Expe-

rimente auch zuhause vollzogen werden kann.

1

Der theoretische Teil musste sich verringern: die Interpretation auf mole-

kularer Ebene und die chemische Formelsprache mitsamt den Berechnungs-

möglichkeiten kann vor dem Hintergrund des in NRW gültigen Lehrplans noch

nicht sinnvoll vermittelt und angewendet werden. Aus ähnlichem Grund ist es

schwierig, die eine oder andere Labortechnik (Photometrie, Gaschromatogra-

phie) sinnvoll in den Unterricht einzubinden.

Nachdem dieses Skript zwei Jahre lang in der Klasse 10 durchaus positiv

von SchülerInnen und Eltern aufgenommen wurde, hoffe ich, auch den jüngeren

Kursteilnehmern etwas Sinnvolles anbieten zu können.

Münster, im Oktober 2006

2

3

Inhaltsverzeichnis

I Volumenmessgeräte 5

II Konzentrationsangaben von Lösungen 9

III Wachstum und Keimung 13

IV Das Herbarium 18

V Stärke in Kartoffeln 22

VI Eulen 29

VII Alkoholische Gärung 36

VIII Pökeln 44

IX „Brühe” 49

X Dünnschicht- und Papierchromatographie 54

XI Bakterienversuchstechnik 58

XII Boden 66

XIII Superabsorbierende Polymere (SAP) 74

XIV Raps (Familie der Kreuzblütler) 77

XV Anhang 81

4

Teil I

Volumenmessgeräte

5

Volumenmessgeräte gehören zum Standardhandwerkszeug jedes Biologen oder Che-

mikers. Auch wenn in der modernen Labortechnik viele der in der Schule verwendeten

Glasgeräte inzwischen durch technisch anspruchsvollere, mehr oder weniger automatisierte

„Maschinen” ersetzt sind, ist es doch nützlich, den Umgang mit den Standardhilfsmitteln

zu beherrschen und vor allem ihre Genauigkeit abschätzen zu können.

Abbildung 1 zeigt eine kleine Auswahl an solchen Hilfsmitteln, mit denen das Volumen

von Flüssigkeiten im Schullaboralltag bestimmt wird.

Abbildung 1: Messgeräte und Pipettierhilfe:

a=Becherglas; b=Erlenmeyerkolben; c=Messzylinder; d=Vollpipette; e= Peleusball

Becherglas, Erlenmeyerkolben und Messzylinder sind kalibriert, d. h. sie tragen auf

der Seitenwand eingeätzte Striche, an denen man das Volumen ablesen kann, sie tragen

eine Kalibrierung. Die Vollpipette trägt ebenfalls solch einen Strich, allerdings nur am

oberen Hals, Zwischenwerte sind also nicht ablesbar. Es gibt allerdings auch Messpipetten

unterschiedlicher Größe, die auch das Ablesen kleinerer Mengen erlauben.

Wichtig ist das richtige Ablesen zu beachten: Flüssigkeiten wie Wasser zeigen an Glas

Adhäsion, sie ziehen sich also am Glas hoch. Wenn man dann von der Seite her die

Oberkante des Flüssigkeitsspiegels ansieht, schaut man auf zwei Linien: unten ist der

eigentliche Wasserspiegel, oben die kleine Portion Flüssigkeit, die sich an der Glaswand

emporgesogen hat (Abbildung 2: Unterer und oberer Meniskus).

Abbildung 2: Seitenansicht einer Pipette

Die Glasgeräte sind alle darauf geeicht, dass die untere der beiden Li-

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nien mit dem Eichstrich übereinstimmen muss, wenn man den Flüs-

sigkeitsstand abliest.

Zur Demonstration und zur Einübung der Messtechnik dient folgender Versuch. Zur Kon-

trolle der Messgenauigkeit wird die Waage eingesetzt; dabei gehen wir davon aus, dass

Wasser eine Dichte von ρ = 1g/ml aufweist.

V 1: Abzumessen sind 50 ml Wasser.

1. Messzylinder, V=100 ml; vor und nach dem Füllen wiegen.

2. Wie 1, mit Messzylinder V=50 ml.

3. Wie 1, mit einem Becherglas, V=250 ml.

4. Wie 1, mit einem Erlenmeyerkolben, V=100 ml.

5. Mit einer Vollpipette werden 50 ml Wasser in ein vorher gewogenes Becherglas be-

liebiger Größe gegeben. Erneut wiegen.

6. Wie 5, mit einer Pipette, V=10 ml.

Pipetten werden nie mit dem Mund benutzt, sondern es wird der Peleusball

verwendet!

• Man drückt zunächst auf das obere Ventil P und gleichzeitig auf den Ball, dadurch

ensteht ein Vakuum.

• Man setzt das untere Ende auf die Pipette und taucht sie in die anzusaugende Flüs-

sigkeit.

• Man drückt auf das untere Ventil E, die Flüssigkeit steigt hoch. Zum Beenden lässt

man einfach das Ventil los.

• Hat man zuviel Flüssigkeit angesogen, drückt man das seitliche Ventil E; es schafft

eine Verbindung zur Außenluft, daher kann die Flüssigkeit wieder ablaufen.

• Man hält die Pipette über das Zielgefäß und drückt E: Die Flüssigkeit läuft voll-

ständig heraus. (Die kleine Menge, die übrig bleibt, ist bei der Konstruktion bereits

berücksichtigt.

Ein Beispiel für ein Versuchsergebnis zeigt Tabelle 1:

7

Tabelle 1: Rohdaten zu Versuch 1

Messgerät Lee

rmas

se(g

)

Mas

sena

chB

efül

lung

(g)

Diff

eren

z(g)

Abw

eich

ung

in%

Messzylinder 100 ml 107,5 156,7Messzylinder 50 ml 73,1 122,5Becherglas 250 ml 95,4 153,3

Erlenmeyerkolben 300 ml 61,7 112,2Vollpipette 50 ml 95,1 151,1Messpipette 10 ml 95,1 143,9

Aufgaben:

1. Berechne die Massendifferenz in g und Prozent und trage die Werte in die Tabelle

ein.

2. Prüfe, ob die untenstehenden Schlussfolgerungen zutreffen oder geändert werden müs-

sen.

3. Vergleiche mit den Ergebnisse Deines eigenen Versuchs.

Schlussfolgerung:

Je kleiner der Durchmesser an den Eichstrichen und je kleiner die Einheiten der

Eichstriche, desto genauer die Messung. Je kleiner die Anzahl an Messungen

für ein Ergebnis, desto genauer wird die Gesamtmessung.

8

Teil II

Konzentrationsangaben von

Lösungen

9

Sowohl Chemiker als auch Biologen arbeiten ständig mit Lösungen, d. h. ein Stoff,

sei er ursprünglich fest, flüssig oder gasförmig gewesen, ist im Lösungsmittel (meistens

destilliertem Wasser) so fein verteilt, dass man in der Lösung keine Phasengrenze mehr

sieht: Die Lösung ist homogen.

Im Labor ist es schon aus Sicherheitsgründen wichtig zu wissen, wie viel von einem

Stoff gelöst ist. Auch im Alltag ist man oft mit solchen Angaben konfrontiert, die man

verstehen sollte. Wer weiß sofort, was die Aufschrift heißt:

Vol.-% Alc.=4,3.

Wir beginnen mit einem kleinen Versuch.

V1: Herstellen einer definierten Lösung

Stellt bitte nach Eurem eigenen Rezept in einem 250er Becherglas eine Rohrzuckerlösung

her: V=100 ml, w=15 %. Gießt das Produkt anschließend in einen 100er Messzylinder und

notiert nicht nur Euer Rezept, sondern auch das tatsächlich erzeugte Volumen.

Definitionen

1. Massenprozent w:

w =Stoff(g)

Loesung(g)

Bezogen auf unser Beispiel heißt das, von 100 g der Lösung sollen 15 g Zucker sein

und 85 g Wasser. Da, wie erlebt, beim Lösen eine Volumenänderung auftritt, d.

h. die Volumina sich nicht direkt addieren lassen, muss man hier anders vorgehen:

man wiegt 22,5 g Zucker ab, mischt ihn mit 127,5 g=127,5 ml Wasser. Wenn die

Lösung klar ist, misst man mit einem Messzylinder genau 100 ml ab. Geht das

auch sparsamer?

2. Massenanteil a:

a =Stoff(g)

Loesungsmittel(L)

Beispiel: a=20 g/L bedeutet, das 20 g des zu lösenden Stoffes in genau 1000 ml

Wasser aufgelöst worden sind; es wird beim Lösungsprozess Wasser nachgefüllt, um

die Volumenänderung auszugleichen. Als Gefäß kommt nur ein Messkolben in Frage

(Vgl. Teil I).

3. Volumenprozent Vol-% x:

x =Stoff(L)

Loesung(L)

Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird eine Flüssigkeit in einer Flüssigkeit

gelöst (z. B. Alkohol in Wasser) oder ein Gas in einer Flüssigkeit (z. B. Sauerstoff in

Wasser).

10

Umrechnen und verdünnen

Im Schullabor muss man nicht jede Lösung selbst herstellen. Oftmals hat man sogenannte

Stammlösungen im Chemikalienschrank, das sind Lösungen mit einer genau eingestellten

Konzentration. Beispiele sind Salzsäure, w = 37 % oder Natronlauge, c = 1 mol/l. Es ist be-

quem, wenn man schnell zwischen diesen Angaben umrechnen und aus einer Stammlösung

diejenige durch Verdünnung herstellen kann, die gerade benötigt wird.

Beispiel: Rohrzuckerlösung, w = 20 %. (20 g + 80 g Wasser)

Nach Auflösung wird das Volumen bestimmt. Ergebnis: V = 91 ml.

Um die übrigen Konzentrationsmaße berechnen zu können, brauchen wir zunächst die

Dichte der Lösung. Um sie zu bestimmen wird ein bestimmtes Volumen der fertigen Lösung

genau bestimmt und gewogen.

Zahlenbeispiel:

m(Loesung) = 43, 3g V (Loesung) = 41ml

ρ = mV

= 43,3g41ml

= 1, 05 gml

Eine Stammlösung soll vorliegen mit genau diesen Angaben, es stehen 50 ml davon zur

Verfügung.

Frage 1: Wie hoch ist der Massenanteil a?

Die Lösung geht über den Dreisatz:

1ml = 1, 05g

50ml = 1, 05 ∗ 50 = 52, 5g

1000ml = 52, 5 ∗ 20 = 1050g

Von 1050 g sind 20 % Zucker.

1050 ∗20

100= 210g/l

Verdünnung

Unsere Lösung zusammengefasst: w(Stamm)=20%, a(Stamm) = 210 g/l.

Arbeitsziel ist: Stelle durch Verdünnen eine Lösung her, die 200 g wiegt und 0,5 Mas-

senprozent enthält.

Also: m(Ziel)=200g; w(Ziel)=0,5 %.

Schritte:

1. Verdünnungsfaktor VF

VF = wSt : wZ = 20 : 0, 5 = 40

11

2. Verdünnungsmasse VM

VM = mz : V F = 200g : 40 = 5g

3. Masse Wasser

mH2O = mz − mV = 200g − 5g = 195g

4. Verdünnungsvolumen VV

VV =mV

ρ=

5g

1, 05 gml

= 4, 76ml

Man verdünnt also 4,76 ml Stammlösung mit 195 g = 195 ml Wasser, um das Ergebnis zu

erreichen.

Aufgaben:

1. Stelle ein Kochsalzlösung beliebiger Konzentration her. Lass Deinen Nachbarn w und

a berechnen.

12

Teil III

Wachstum und Keimung

13

Eine der ersten experimentellen Untersuchungen, die SchülerInnen im Biologieunter-

richt selbständig durchführen können, befasst sich mit der Keimung von Samen. Hieran

soll diese Unterrichtseinheit anschließen mit dem Ziel, einzelne Faktoren, die die Keimung

und das Wachstum beeinflussen, genauer zu untersuchen.

Voruntersuchungen

Objekte: Samen von Gras (Deutsches Weidelgras), Weißklee, Raps.

• Schneide einige der zur Verfügung stehenden vorgequollenen Samen längs auf. Zeichne

oder fotografiere die Objekte und vergleiche in einem Text mit der Abbildung, die

zu beschriften ist.

• Erläutere mit Hilfe der Abbildung den Keimungsablauf. Berücksichtige dabei beson-

ders die Nährstoffversorgung: welche Nährstoffe werden benötigt und wozu, woher

stammen die Nährstoffe, wann beginnt der Keimling sich selbst zu ernähren und wie

macht er das.

Abbildung 3: Samenbau

Abbildung 4: Keimungsablauf

Allgemeines zur Methode

Materialien: Erlenmeyerkolben mit Lösungen (z. B. NaCI-Lösungen), Samen der zu un-

tersuchenden Pflanzenart, Waage, Lineal, Messzylinder, Petrischalen mit Deckel, Filterpa-

pier, Watte. Versuchsdurchführung:

• Die Petrischalen werden auf der Unterseite beschriftet und mit Watte oder Filterpa-

pier ausgelegt.

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• In jede Petrischale werden 10 oder 20 Samen gegeben und mit je 10 -15 ml einer der

Lösungen gut gewässert.

• Dann wird die Petrischale verschlossen und eine Woche an einem geschützten Platz

aufgestellt.

• Jeweils 3 und 7 Tage nach Versuchsbeginn werden die gekeimten Samen gezählt und

die Keimungsrate (Prozentanteil gekeimter Samen) berechnet.

• Nach 7 Tagen (Versuchsende) werden das Längenwachstum und die Biomassepro-

duktion der Keimlinge (Stängel und Blätter ohne Wurzeln und Samen) bestimmt. Es

werden Keimungsrate, Längenwachstum und Biomasseproduktion bei unterschiedli-

chen Intensitäten eines Umweltfaktors gemessen. Beispiel: verschiedene Salzlösungen

(0,00/0,01/0,05/0,10/0,20/0,40 %)

• Auswertung: Nach Versuchsdurchführung und Datenerhebung erfolgt eine grafische

Auswertung.

1. Zur Bestimmung der relativen Keimungsraten werden für jede einzelne Petrischale die

Keimlinge gezählt und in Bezug zur Gesamtzahl der eingesetzten Samenzahl gesetzt.

2. Zur Bestimmung der durchschnittlichen Biomasseproduktion pro Individuum wird

die Gesamtbiomasse der oberirdischen Teile der Keimlinge in einer Schale gewogen

und durch die Anzahl der Keimlinge geteilt.

3. Zur Bestimmung des durchschnittlichen Längenwachstums pro Individuum wird die

Länge der Keimlinge einzeln ausgemessen und dann anschließend ein Mittelwert für

jede Schale berechnet.

4. Die Mittelwerte werden graphisch in Abhängigkeit von der Konzentration der Ver-

suchslösungen mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms grafisch dargestellt:

x-Achse = unabhängige Variable (z.B. Salzkonzentration), y-Achse = abhängige Va-

riable ( z. B. Keimungsrate in %).

5. Interpretation: Reagieren verschiedene Arten gleich oder unterschiedlich auf verschie-

dene Konzentrationen? Ab welcher Konzentration sind Keimrate und/oder Wachs-

tum deutlich vermindert bzw. ab welcher Konzentration ist keine Reaktion mehr zu

verzeichnen?

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Abbildung 5: Auswertungsbeispiel

Kriterien für die methodisch «saubere» Planung und Durchführung eines Ex-

periments

1. Die Fragestellung und der experimentelle Ansatz sollten auf einen zu prüfenden Fak-

tor konzentriert werden.

2. Es muss eine Kontroll- oder Null-Variante als Vergleich zur Prüfung der Wirkung des

experimentellen Vorgehens geben.

3. Der zu untersuchende Faktor sollte soweit möglich in verschiedenen Versuchsansätzen

quantitativ variiert werden.

4. Jede Variante des Experiments sollte mindestens in 5 Wiederholungen durchgeführt

werden, so dass Mittelwerte berechnet werden können.

5. Alle anderen relevanten Rahmenbedingungen sollten konstant gehalten werden.

6. Die Parameter, die erhoben werden, müssen in ihrer Ausprägung quantitativ messbar

oder mindestens in einer Ja/Nein-Unterscheidung zählbar sein.

7. Wenn subjektive Einschätzungen bei der Datenerhebung unvermeidbar sind, müssen

«Blind- bzw. Doppelblind-Erhebungen» durchgeführt werden, um subjektive Ein-

flussfaktoren zu minimieren.

Aufgaben

1. Lies den Text zu den Kriterien aufmerksam durch und kläre unbekannte Begriffe;

eventuell ist es sinnvoll, den Text in eigene Worte zu fassen.

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2. Entwirf mit Deiner Gruppe eine Problemstellung und ein dazu passendes Experiment

zur Keimung und zum Wachstum, dass den aufgeführten Kriterien entspricht.

3. Erstelle mit Hilfe des Abschnitts “Allgemeines zur Methode” einen Arbeitsplan. Füh-

re das Experiment durch, werte es aus und erstelle eine Präsentation (Plakat mit

Fotoserie oder Ähnliches).

17

Teil IV

Das Herbarium

18

Ein Herbarium erlaubt dem Botaniker, Pflanzen unterschiedlicher Herkünfte zu verglei-

chen und unsichere Bestimmungen zu überprüfen („Vergleichsherbar“) oder Vorkommen

bestimmter Arten an ihren Wuchsorten nachzuweisen („Belegherbar“). Durch Auswertung

älterer Herbarien lassen sich nicht selten Änderungen in der Häufigkeit oder Verschiebun-

gen der Verbreitungsgebiete nachzeichnen. Das spätere (Neu-)Bestimmen einer Pflanze

im Herbarium ist fast immer möglich; die räumlichen Strukturen bleiben nämlich beim

Trocknen und Pressen erhalten. Farben können zwar ausbleichen oder sich verändern; je-

doch bedient man sich gewisser „Faustregeln“ - so weiß man, dass gelbe Pflanzenteile nach

dem Trocknen langsam schwarz werden. Um einen dauerhaften Zugriff auf die gesammelten

Pflanzen sicherzustellen, werden die Herbarpflanzen unter klimakontrollierten Bedingungen

gelagert. Eine trockene Lagerung ist wichtig, um Fäulnis und Schimmelbildung zu verhin-

dern. Staubläuse, Museumskäfer oder andere Sammlungsschädlinge, die von getrockneten

Pflanzen leben, werden am besten durch gelegentliches Tiefkühlen bekämpft. Die einzelnen

Herbarbögen werden im Optimalfall liegend in flachen Fächern aufbewahrt.

Für Hobbybotaniker könnte es sich lohnen, digitale Herbarien anzulegen. Ein solch

digitales Werk ist meist länger aus- sagekräftig, als die schnell an Heu und Stroh erinnernde

Natursammlung und bietet außerdem weitere Vorteile.

... Das Herbarblatt lässt sich am Ende als Farbdruck ausdrucken....Die so ausgedruckten

Blätter lassen sich problemlos archivieren und sind weitaus problemloser zu lagern. Auch

Schutzmaßnahmen zu Vorbeugung gegen Schädlingsbefall sind überflüssig.

Als digitales Herbarium kommt entweder die Fotosammlung oder eine Sammlung gescann-

ter Pflanzen (und damit auch Bilder) in Frage.

Eine andere Variante, Pflanzen zu kennzeichnen und damit das Wiedererkennen zu

lernen ist es, Pflanzen zu zeichnen, so wie es in unseren Bestimmungsbüchern gemacht

wird. Der Vorteil ist, dass man beim Zeichnen sehr genau hinschaut und Details, die für

die Bestimmung wichtig sind, hervorheben kann.

Beispiele für die genannten Varianten liefern die Abbildungen.

Abbildung 6: Knoblauchrauke, fotografiert

19

Abbildung 7: Knoblauchrauke, gezeichnet

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Abbildung 8: Kornblume, Gescannt

Aufgabe: Sucht zwei Pflanzenarten aus der Umgebung der Schule, scannt, foto-

grafiert, zeichnet und presst jeweils ein Exemplar. Vergleicht die Arbeitstech-

niken und Ergebnisse vor dem Hintergrund der Texte.

21

Teil V

Stärke in Kartoffeln

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Kartoffeln gehören in vielen Ländern zu den Grundnahrungsmitteln. In Deutschland

sind über einhundert Sorten zum Anbau zugelassen.

Je nach Sorte und Anbaubedingungen enthalten die Knollen 10 -17 % Stärke, 1 -5 %

Zucker, 0,5 - 2 % Eiweiß, 0,1 % Fett, 0,8 - 2 % Ballaststoffe, ca. 1 % Mineralien, zahlreiche

Vitamine und ca. 75 % Wasser.

Verwendung

Papier und Pappe Pack- und Zeitungspapiere, Wellpappen Baustoffe Gips-Karton-Platten,

Mineralfaser-Platten Textilherstellung Schlichtemittel, Appreturmittel, Wäschesteife Kleb-

stoffe Tapetenkleister, Leime für Holzplatten Biotechnologie Nahrungsquelle für Mikro-

organismen Kunststoffe Verpackungen und Folien, Formteile Reinigungsmittel Wäsche-

Seifen, Wasch-Pulver, Wasch-Rohstoffe Kosmetik und Pharmazie Zahn-Pasten, Creme, Ge-

sichtspuder, Trockenshampoo, Tabletten Lebensmittelindustrie Backwaren, Saucen, Pud-

dings, Konserven .

Als Biokunststoff oder auch Bioplastik (engl. bioplastics) werden Kunststoffe bezeich-

net, die auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden (bio-basierte Kunst-

stoffe). Nach einer alternativen Definition sind Biokunststoffe alle biologisch abbaubaren

Kunststoffe unabhängig von ihrer Herkunft, welche alle Kriterien zum Nachweis der bio-

logischen Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit von Kunststoff(produkt)en erfüllen (bio-

abbaubare Kunststoffe).[1] Während die erste Definition nicht oder nur schwer abbaubare

Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe einschließt werden nach der zweiten De-

finition diese ausgeschlossen und biologisch abbaubare Kunststoffe auf Mineralölbasis mit

eingeschlossen. Die Brockhaus-Enzyklopädie definiert Biokunststoffe als kunststoffanaloge

Werkstoffe, die vollständig oder zu überwiegenden Anteilen aus Biopolymeren erzeugt und

unter Anwendung der für Kunststoffe üblichen Verfahren modifiziert werden.[2] Thermo-

plastische Stärke ist ein Biopolymer, welches für die Herstellung von Biokunststoff genutzt

wird. Sie ist aufgrund ihrer für die Nutzung negativen Eigenschaft, Wasser aufzunehmen,

im Regelfall nur eine der Komponenten, aus der moderne Biokunststoffe auf Stärkeba-

sis hergestellt werden. Der zweite Grundbestandteil dieser Kunststoffblends besteht aus

wasserabweisenden, biologisch abbaubaren Polymeren wie Polyester, Polyesteramiden, Po-

lyesterurethanen oder Polyvinylalkohol. Ein Kunststoffblend setzt sich demnach aus zwei

Phasen zusammen, aus der kontinuierlichen und der hydrophoben Polymerphase, sowie aus

der dispersen und hydrophilen Stärkephase. Während des Schmelzvorgangs im Extruder

verbinden sich die wasserlösliche, disperse Stärkephase und die wasserunlösliche, kontinu-

ierliche Kunststoffphase zu einem wasserfesten Stärkekunststoff. Mit einem Marktanteil

von etwa 80 Prozent bildet thermoplastische Stärke den derzeit wichtigsten und gebräuch-

lichsten Vertreter der Biokunststoffe.

23

Abbildung 9: Verwendungsbeispiele

Fast ein Drittel der in Deutschland produzierten Kartoffeln werden für die Stärkepro-

duktion benutzt. Die Abbildung zeigt schematisch den Ablauf der Gewinnung von Stärke.

24

Abbildung 10: Prozessablauf

Ein wesentliches Qualitätskriterium der Ware ist daher der Stärkegehalt, der sich ana-

lytisch bestimmen lässt.

Versuch 1:

1. 300 g Kartoffeln werden in einer Küchenmaschine zerkleinert. Man bringt den Brei auf

ein nicht zu grobmaschiges Haushaltsieb und lässt den Fruchtsaft in ein passendes

Becherglas abfließen, wobei die Masse leicht mit einem Löffel gedriickt wird. Aus

25

300 g Reibsel erhält man so etwa 50 ml Fruchtsaft. 10 ml davon werden in einem

beschrifteten Reagenzglas aufbewahrt.

2. Man übergießt das im Sieb befindliche Reibsel mit Wasser, dessen Volumen etwa

gleich dem des Fruchsaftes ist, vereinigt die ablaufende Flüssigkeit mit dem Rest des

Fruchtsaftes aus dem ersten Arbeitsgang und hebt den Saft auf.

3. Man schüttet das Reibsel aus dem Sieb sofort auf ein Leinentuch, formt es zu einem

Beutel, taucht diesen in eine etwa 2 L fassende Schale (z.B. Rundwanne), die 1 L

destiliertes Wasser enthät, knetet das Reibsel, das die Faserstoffe und den Hauptanteil

der eingeschlossenen Stärke enthält, 5 Min. unter Wasser gründlich durch und presst

den Beutel dann kräftig aus. Die stark getrübte hellbraune Stärkesuspension wird in

ein 1-L-Becherglas gegossen.

4. Der Beutel mit dem ausgepressten Reibsel wird in der gleichen Weise noch einmal

in 1 L Wasser 5 Min. lang durchgeknetet und ausgepresst. Die so erhaltene farblose

und weniger getriibte Suspension wird ebenfalls in ein l-L-Becherglas gegossen. Man

nimmt den Faserrückstand aus dem Leinentuch, das als Trennsieb gedient hat, und

und stellt ihn zur Seite.

5. Aus den in die beiden Bechergläser überführten Suspensionen (Schritt 3 und 4) setzt

sich die Stärke als weißer Bodensatz ab. Nach 20 bis 30 Min. werden die darüber

stehenden Flüssigkeiten vorsichtig abgegossen; von jeder wird eine Probe (10 ml) in

einem beschrifteten Reagenzglas zurückbehalten. Die beiden Bodensätze werden noch

zweimal mit je 500 ml kaltem Wasser aufgeschlämmt. Nach dem Absetzen (10 bis 15

Min.) werden die Flüssigkeiten vorsichtig abgegossen. Man schlämmt die abgeschie-

denen Stärkeanteile noch einmal auf und gießt die beiden jetzt weißen Suspensionen

durch je ein vorher gewogenes Faltenfilter, wäscht mit wenig kaltem Wasser nach und

lässt die in den Filtern zurückgebliebene Stärke an der Luft oder im Trockenschrank

schonend bei einer Temperatur unter 40 °C trocknen.

6. Die Flüssigkeiten aus den Arbeitsschritten 1 und 2 können jetzt ebenfalls vorsichtig

abgetrennt werden. Der Rückstand wird wie in Schritt 5 zweimal gewaschen und

filtriert, nach dem Trocknen gewogen.

Die ermittelten Einzelmassen sind zu addieren und in Prozentsätze umzurech-

nen.

Versuch 2

In den Wartezeiten sollen die wesentlichen Bestandteile der Kartoffel qulitativ nachgewie-

sen werden. Als Probe dienen dabei die beiden Reagenzgläser mit Flüssigkeit, die zur Seite

gestellt worden sind. Die Beobachtungen werden protokolliert.

1. Stärke: 1 ml der Probe wird mit Lugolscher Lösung versetzt.

26

2. Eiweiß: 2 - 3 ml des Reagenzglases 1 werden kurz aufgekocht. Der Lehrer gibt nach

dem Abkühlen ca. 1 ml konzentrierte Salpetersäure dazu, es wird erneut kurz aufge-

kocht, wenn nötig.

3. Zellulose: Eine Probe der ausgepressten Reibsel wird mit Chlorzinkiodlösung be-

tropft.

Es ist empfehlenswert, den Versuch 2 mit allen anfallenden Wasserproben aus Versuch 1

zu wiederholen.

Es ist ohne weiteres erkennbar, dass das Analyseverfahren sehr aufwendig ist. Auf der

Suche nach einem Schnelltest fand man ein Verfahren, dass sich der Dichte der Kartoffel

bedient. Stärke hat eine höhere Dichte als Wasser.

Es gilt: je höher der Stärkegehalt, desto höher die Dichte.

Die Abbildung zeigt, dass ein angenähert linearer Zusammenhang zwischen dem Stär-

kegehalt und der Dichte der Kartoffel besteht.

Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Stärkegehalt und Dichte der Kartoffel

Aufgabe:

1. Bestimmt die Dichte der Kartoffeln mit den Methoden, die Ihr in der Klasse 7 im

Chemieunterricht gelernt habt. Vergleicht Euer Ergebnis mit denen in der Grafik und

bewertet die Zuverlässlichkeit der Methode.

27

2. Vergleicht die Ergebnisse mit der entsprechenden EG-Verordung: http://europa.eu.int/eur-

lex/hu/dd/docs/1993/3199R2718-HU.doc

28

Teil VI

Eulen

29

Allgemeines

Die Eulen (Strigiformes) sind eine Ordnung der Vögel (lat. Aves), zu der über 140 Arten

gezählt werden. Vertreter der Gruppe sind auf allen Kontinenten, mit Ausnahme der Ant-

arktis, anzutreffen. Die meisten Arten sind nachtaktiv und haben zahlreiche Anpassungen

an ihre nächtliche Aktivität entwickelt. Innerhalb der Eulen unterscheidet man die beiden

Familien der Schleiereulen (Tytonidae) und der Eigentlichen Eulen (Strigidae).

Eulen besitzen eine sehr typische Gestalt. Als auf die nächtliche Jagd spezialisierte Vö-

gel unterscheiden sich Eulen von anderen Vögeln durch spezifische anatomische Merkmale.

Der Körper ist gedrungen und der Kopf, im Vergleich zu dem anderer Vögel, auffällig groß

und rundlich. Der Schnabel der Eulen ist stark gekrümmt und mit scharfen Kanten ausge-

stattet Eulen haben große, nach vorn gerichtete Tubularaugen. Diese Augen ermöglichen

es ihnen, Gegenstände sowie ihre Beutetiere räumlich zu sehen und Geschwindigkeiten und

Abstände abzuschätzen (Binokulares Sehen). Die Augen selbst sind unbeweglich, statt-

dessen können die Tiere ihren Kopf bis zu 270° drehen, wodurch das Gesichtsfeld stark

erweitert wird. Geschützt werden die Augen durch ein oberes und ein unteres Augenlid

sowie durch eine Nickhaut, die das Auge bedecken können.

Während andere Vogelarten in der Regel kleine runde Ohröffnungen haben, zeichnen

sich Eulen durch schlitzförmige Ohröffnungen aus, die fast so lang wie die Kopfhöhe sind.

Diese Ohröffnungen sind nicht symmetrisch am Kopf angeordnet, die rechte Ohröffnung

liegt etwas höher. Diese Asymmetrie ist je nach Eulengattung unterschiedlich stark ausge-

prägt, bei allen jedoch vorhanden. Viele Eulen haben außerdem einen optisch auffallenden

Gesichtsschleier, der den Schall in Richtung ihrer Ohren lenkt. Gemeinsam mit den Fe-

derohren dient der Gesichtsschleier im Feind- und Sozialkontakt auch dazu, Stimmungen

auszudrücken, und ist aus diesem Grunde häufig auffällig gefärbt. Bewegliche Ohrläppchen

vor und hinter der Ohröffnung sind mit kurzen, harten Federn ausgestattet und unterstüt-

zen die Geräuschortung. Ebenfalls die Geräuschortung unterstützend ist der im Vergleich

zu anderen Vogelarten breitere Schädel. Ein seitliches Geräusch wird dadurch von einem

Ohr den Bruchteil einer Sekunde früher wahrgenommen. Der Teil des Gehirns, in dem sich

das Gehörzentrum befindet, ist sehr gut entwickelt. Bei der Schleiereule z.b. wurden 95.000

Nervenzellen festgestellt, bei der Krähe sind es hingegen nur 27.000. Die Eulen sind jedoch

weniger empfindlich für Geräusche mit niedriger Frequenz, hingegen ist die Empfindlichkeit

gegenüber hohen Frequenzen sehr gut entwickelt.

Im Verhältnis zum Körpergewicht haben Eulen eine große Flügelfläche. Dies ermöglicht

Eulen einen geräuscharmen Flug. Dieser wird auch dadurch unterstützt, dass die Flugfe-

dern der meisten Gattungen einen weichen Rand haben. Die Ausnahme davon stellen die

Fischeulen und Fischuhus dar, die sich auf Fische als Nahrungstiere spezialisiert haben.

Der Fuß der Eulen besitzt vier Zehen, die bei den Schleiereulen etwa gleich lang sind. Bei

den Eigentlichen Eulen ist die nach hinten weisende Innenzehe etwas verkürzt. Die äußers-

te Zehe ist als Wendezehe ausgebildet und kann sowohl nach vorn als auch nach hinten

gedreht werden. Die Normalstellung ausgewachsener Eulen ist dabei "zygodactyl", also

30

mit zwei nach vorn und zwei nach hinten weisenden Zehen. Eulenarten sind weltweit mit

Ausnahme der Antarktis sowie einzelner Inseln verbreitet. Sie besiedeln fast alle Arten von

Lebensräumen, von den trockenen und feuchten Urwäldern über Savannen, Sumpfgebieten

und Wäldern bis hin zur Tundra. Dabei leben die meisten Arten in den tropischen und

subtropischen Lebensräumen Südamerikas und Asiens. Das nördliche Verbreitungsgebiet

weist die Schnee-Eule auf, die in der Tundra Nordsibiriens, Nordkanadas und sogar an den

Küsten Grönlands anzutreffen ist.

Tabelle 2: Heimische EulenartenArt Spannweite Größe Gewicht

Uhu 170 cm 70 cm 3000 gSchleiereule 84 cm 35 cm 350 gRauhfußkauz 57 cm 25 cm ca. 160 g

Steinkauz 55 cm ca. 23 cm 190 cmWaldkauz 96 cm 38 cm ca. 550 g

Waldohreule 95 cm 36 cm 300 gSumpfohreule 105 cm 35 cm 370 gSperlingskauz 17 cm Starengröße 65 g

Abbildung 12: Schleiereule

31

Abbildung 13: Steinkauz

Abbildung 14: Uhu

Gewölle

Gewölle sind wurstförmige, grauschwärzliche, filzige Gebilde, die man regelmässig an Rast-

plätzen von Greifvögeln und Eulen findet. Aber auch andere Vogelarten machen Gewölle, z.

B. Krähen, Möwen oder Kormorane. Wegen der Grösse der Vögel und ihren verschiedenen

Speisezetteln unterscheiden sich die Gewölle der einzelnen Vogelarten in Form, Grösse und

Oberfläche.

Einige Stunden nach dem Verschlingen des Beutetiers werden die Gewölle im Magen

der Vögel zu rundlichen, filzigen Ballen zusammengepresst und ausgewürgt. Sie enthalten

die unverdaulichen Reste der Beutetiere: Haare, Federn, Knochen, aber auch Teile von

Insektenpanzern.

Bei den Eulen werden die Beutetierknochen während der Verdauung nicht zerstört.

Sogar feine Knöchelchen findet man unbeschädigt im Gewöll wieder. Anhand der Überreste

kann man die einzelnen Beutetiere auch bestimmen. Wichtigstes Beweisstück ist dabei der

Schädel. Damit kann man herausfinden, ob es sich bei der Beute um eine echte Maus

(Langschwanzmäuse, z. B. Hausmaus, eine Wühlmaus (z. B. Feldmaus) eine Spitzmaus

oder um einen Vogel handelt.

32

Präparationsmethoden

Zentrifugiermethode

1. Ein Bodensieb (ca. 0,25 mm) wird in ein Gefäß mit Wasser gestellt.

2. Ein Gewölle in das Sieb legen, quellen lassen.

3. Sieb herausnehmen, Gewölle mit Wasserstrahl kräftig abspülen.

4. Siebinhalt in ein Zentrifugenglas spülen, 3 - 4 Minuten bei 2500 Umdrehungen zentri-

fugieren: Die Fellreste finden sich dann an der Oberfläche, die Knochen am Glasgrund.

5. Zentrifugenglas vorsichtig durch das Sieb abgießen, Wasser in das Glas nachfüllen

und wieder vorsichtig abgießen; solamge wiederholen, bis die Fellreste im Sieb und

die Knochenreste im Glas sind.

6. Knochenreste in eine Petrischale geben, 3 - 4 Stunden im Wärmeschrank bei 50 - 60

° C trocknen lassen.

7. Nach der Trocknung können die Knochen unter dem Binokular sortiert, gezeichnet

oder fotografiert werden. Dabei hilft der Bestimmungsschlüssel.

Die direkte Methode

Ein einzelnes Gewölle wird mit Pinzette und Präpariernadeln unter der Lupe zerzupft, die

Knochen herauspräpariert und sortiert. Auch dabei hilft der Bestimmungsschlüssel.

Zusatzaufgabe: Die Vor- und Nachteile beider Methoden sind zu beschreiben.

33

Abbildung 15: Bestimmungsschlüssel, Seite 1

34

Abbildung 16: Bestimmungsschlüssel, Seite 2

35

Teil VII

Alkoholische Gärung

36

Backen, Brauen, Brennen

Wir beginnen mit zwei kleinen Versuchen:

V1: Einen Beutel Trockenhefe in Wasser geben und 10 Minuten quellen las-

sen. Anschließend einen Tropfen der Suspension auf einen Objektträger geben

und mit steigender Vergrößerung mikroskopieren und dann skizzieren. Bitte

nicht nur Kringel zeichnen, sondern 2 - 3 Zellen genau anschauen!

V2: Es wird eine etwa erbsengoße Hefeteigkugel geknetet und in einen mög-

lichst großen Messzylinder mit warmem Wasser gegeben.

Beobachtung: ?

• V 1 zeigt, dass sich die Hefezellen (Saccharomyces cerevisiae = einzelliger Pilz) durch

Sprossung vermehren. Dies bedeutet, dass sich die Zelle mitsamt ihrem Zellkern teilt.

Abbildung 17: Sprossende Hefe

• V2: Ursache ist eine ____________________________________

durch Gasentwicklung. Die Dichte der Hefeteigkugel hat sich ______________________

sie ist jetzt __________________ als die von Wasser (1g/ml).

Grundlagen:

Hefe ist ein einzelliger Pilz, der sich von Kohlenhydraten wie Zucker ernährt. Die Zellen

haben dazu zwei Varianten entwickelt:

1. Unter hinreichender Sauerstoffversorgung wird der Zucker vollständig in den Mit-

ochondrien veratmet und die dabei gewonnene Energie zum Wachstum genutzt.

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ⇒ ∆E = −2827KJ

mol

Das heißt auf „Deutsch”: 1 Teilchen Traubenzucker + 6 Teilchen Sauerstoffgas reagie-

ren zu 6 Teilchen Kohlenstoffdioxidgas und 6 Teilchen Wasser. Es wird „eine Menge”

Energie frei.

2. Bei Sauerstoffmangel schalten die Zellen auf ein Sparprogramm um, die Gärung.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 ⇒ ∆E = −87, 9KJ

mol

Das heißt auf „Deutsch”: 1 Teilchen Traubenzucker reagiert zu 2 Teilchen Alkohol

und 2 Teilchen Kohlenstoffdioxidgas. Es wird auch Energie frei, aber der Betrag ist

37

niedriger. Um den Grund dafür herauszufinden, gib 10 ml Alkohol (Spiritus) in eine

Porzellanschale und versuche, die Portion mit einem Brenner zu entzünden. Beobach-

tung:________________________________Deutung: Der Alkohol

enthält noch __________________________, die von den Hefezellen

__________________________________.

V3: Am Abend vor der nächsten Unterrichtsstunde in Naturwissenschaft be-

reitest Du einen Teig: 100 g Weizenmehl werden mit einer Messerspitze Koch-

salz und einer Messerspitze Zucker gemischt, das Gemisch wird geteilt. Der

erste Teil wird mit einer Messerspitze Trockenhefe gut vermischt und anschlie-

ßend mit so wenig Wasser verrührt und verknetet, dass eine nicht oder kaum

klebrige Kugel entsteht. Der zweite Teil wird nicht mit Hefe vermischt, aber

ebenfalls mit Wasser zu einem Teig verknetet. Beide Portionen bringst Du in

Plastiktöpfen (mit Deckel) oder in Gefrierbeuteln mit in die Schule. Varianten:

Verschieden Mehlsorten (Roggen-, Mais-, Reis- oder Vollkornmehle).

V4: Verschiedene gekaufte Apfelsaftsorten werden mit je einem Beutel Tro-

ckenhefe versetzt, ein Gäraufsatz wird angebracht. Die Ansätze lässt man etwa

6 Wochen stehen.

Abbildung 18: Gäraufsatz

Abhalten von bakteriellen Fremdeinwirkungen durch das Wasser, jedoch Gasaustritt mög-lich.

In diesem Versuch entsteht Apfelwein (Ebbelwoi). Seine „Stärke”, d. h. sein Alkoholge-

halt hängt ab von der urspünglichen Zuckerkonzentration des Saftes.

Brot

Als Hausaufgabe habt Ihr einen Hefeteig erzeugt, während ich folgenden Ansatz vorbereitet

habe:

Sauerteig

Spontane Säuerung

Je die gleiche Menge (Roggen-)Mehl, Wasser und ein Löffel Sauermilch/Dickmilch wer-

den miteinander vermischt und zugedeckt bei Zimmertemperatur ca. zwei Tage stehen

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gelassen. Riecht der Teig dann angenehm säuerlich, kann man davon ausgehen, dass sich

Milchsäurebakterien durchgesetzt haben und im Gemisch dominieren.

Aufgaben:

1. Untersucht die verschiedenen Teige: Aussehen, Porung, Geruch, pH-Wert.

2. Ein winziges Stück eines jeden Teiges wird mit Wasser aufgeschwemmt, die Auf-

schwemmung auf einem Objektträger ausgestrichen und mikroskopisch untersucht:

Vergleichende Zeichnung und/oder Beschreibung.

3. Als Hausaufgabe backt Ihr diese Teige nach erneutem Durchkneten im vorgeheizten

Backofen (180 °C) eine Stunde lang. Das Produkt bringt zur nächsten Stunde mit

zur Schule, damit wir es prüfen können.

Abbildung 19: Brotsorten

Abbildung 20: Öfen

39

Abbildung 21: Getreide

Getreide

Aufgaben:

1. Prüft die verschiedenen Brote hinsichtlich der Krume, der Kruste, der Porung, des

Geruchs und des Geschmacks.

2. Versucht, unter Bezug auf die Ergebnisse von Aufgabe 1 den Nutzen von Sauerteig

zu bestimmen. Informiert Euch über die Wirkung von Sauerteig (z.B. Wikipedia).

3. Stellt einen Text zusammen, der die Wirkung des Backens auf den Teig beschreibt.

4. Unterscheidet die Getreidesorten voneinander und informiert Euch über den Anbau

und die typische Verwendung.

Saccharometrie

Ein Einhornsaccharometer (Vgl. Abb.) wurde bis zum 19. Jahrhundert benutzt, um bei Pa-

tienten, bei denen der Verdacht einer Diabetes bestand, den Traubenzuckergehalt im Harn

zu messen. Zu diesem Zweck wurden 10 ml Harn mit einer genau definierten Menge einer

bestimmten Hefekultur versetzt und für eine festgelegte Zeit in einen Wärmeschrank ge-

stellt. Anhand der entstandenen Gasmenge, die im geschlossenen Rohr des Saccharometers

aufgefangen wurde, ließ sich der Traubenzuckergehalt im Harn errechnen.

Abbildung 22: Einhornsaccharometer

Grundlagen: s.o.

Zu dem oben beschriebenen labormedizinischen Zweck benutzen wir in der Schule das

Gerät nicht, dazu gibt es inzwischen erheblich leistungsfähigere Verfahren. Die Röhrchen

40

lassen sich aber benutzen, um die Leistungsfähigkeit verschiedener Hefestämme miteinan-

der zu vergleichen (Hefewettrennen) oder die Vergärbarkeit verschiedener Substrate zu

ermitteln.

Versuch: 10ml einer 10%igen Substratlösung /- supension + 5ml einer Hefeauf-

schwemmung (7g Trockenhefe in 110 ml) mischen, in das Einhornröhrchen ein-

füllen (t = 0 ) und in den Wärmeschrank stellen. Temp.: 30°C. Im Abstand

von 15 Minuten wird der CO2−Gehalt abgelesen.

Tabelle 3: Gärungsergebnisse verschiedener SubstrateV (CO2)(ml)nach x Minuten

Substrat 15 30 45Glucose 1,6 3,8 5,8Fructose 0 3,6 > 5Maltose 0 < 0,1 < 0,1Mannose 0 0,2Lactose 0 <0,2Leucrose 0 <0,2

Saccharose 0,25 1,4Roggenmehl 0 0,4 0,8Weizenmehl 0 0,05 0,8Maismehl o 0,2

(Wie man an den Lücken in der Tabelle sieht, gibt es beim Experimentieren in der Gruppe schon manchmal

Pannen).

Aufgaben:

1. Wie kommt es, dass etwas mehr als 15 Minuten vergehen, bis eine Gärung einsetzt?

2. Wieso ist bei Glucose die Zeitverzögerung so gering?

3. Vor dem Hintergrund des Brauprozesses sind die Werte von Maltose erstaunlich.

Begründe!

4. Interpretiere die Mehlwerte.

5. Wie stellt man die Ergebnisse graphisch am besten dar?

6. Recherchiere die Strukturformeln der verwendeten Zucker. Interpretiere auf dieser

Basis die Werte der veschiedenen Zucker im Zusammenhang.

7. Stelle Informationen über Enzyme zusammen.

Technisches Umfeld:

• Bäckerhandwerk: Brot soll aufgehen durch Bildung von CO2-Bläschen, die sich beim

Erhitzen ausdehnen und, bei Verwendung von Weizenmehl, durch Klebereiweiß sta-

bilisiert werden.

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• Winzerhandwerk: Weintrauben werden gepresst und zu Most verarbeitet. Durch die

Gärung des filtrierten Weintraubensaftes entsteht ein sogenannter Jungwein, der nach

einer gewissen Reifung zu einem genießbaren Wein wird.

• Brennerhandwerk (Schnaps - Herstellung): Destillation einer alkoholischen Lösung.

Sonst gäbe es nur 18% Alkohol, da sich die Hefezellen bei der Gärung durch den

entstehenden Alkohol selbst vergiften. Außerdem werden, neben der Anreicherung

von Alkohol zusätzlich Aromastoffe erhalten.

• Brauerhandwerk:

Abbildung 23: Das Mälzen

42

Abbildung 24: Das Brauen

Aufgabe:

• Stelle die Stufen des Brauprozesses tabellarisch dar und erläutere die Funktion der

einzelnen Arbeitsschritte.

43

Teil VIII

Pökeln

44

Inhaltsangabe einer Fleischwurst: Geflügelfleisch, Geflügelfett, Wasser, Gewürze, Kon-

servierungsstoffe, Ascorbinsäure (Vitamin C).

Wir werden hier der Frage nachgehen, was Vitamin C in einer Wurst zu suchen hat.

Versuch:

• Vorversuch: Ein Spatel Pökelsalz in wenig Wasser lösen. Einen Spatel Ascorbinsäure

in einem anderen Reagenzglas ebenfalls in Wasser lösen. Beide Lösungen in einen

Erlenmeyerkolben (100 ml) mit 75 ml Wasser geben. Beobachtung?

Versuche mit Fleisch und den Zutaten:

1. Pökelsalz: Jeweils 1 Spatel NaNO2 in 75 ml Wasser lösen. Fleisch zugeben, Einwir-

kungsdauer 5 Minuten.

2. Jeweils 1 Spatel Ascorbinsäure in 75 ml Wasser lösen. Fleisch zugeben, Einwirkungs-

dauer 5 Minuten.

3. Ascorbinsäure und Pökelsalz: wie 1, aber sofort 1 Spatel Ascorbinsäure zufügen,

Stopfen aufsetzen und festhalten. (Abzug!)

4. Fleisch mit kochendem Wasser begießen, 5 Min. lang ziehen lassen.

5. Wie 4, aber mit Fleisch aus 1.

6. Wie 4, aber mit Fleisch aus 2.

7. Wie 4, aber mit Fleisch aus 3.

Die Fleischstücke werden mit einer Pinzette aus dem heißen Wasser entfernt und in eine

Petrischale gelegt. Dort können sie untersucht werden, auch indem man sie durchschneidet.

Die jeweils zu beobachtende Farbe bitte notieren.

Aufgabe:

Formuliere nach Lektüre der folgenden Texte die Interpretation des Beobach-

tungsergebnisses.

Herstellungsprozess

Die Produktion von Wurst ist sehr gut in den Sachgeschichten der Sendung mit der Maus

dargestellt worden. Sehr spröde dargestellt verläuft die Herstellung in folgenden Schritten:

45

Abbildung 25: Produktion von Wurst

Aufgabe: Fasse den Prozess erklärend in Worte.

Pökeln

Wurst soll rötlich aussehen, damit es optisch an Fleisch erinnert. Die rötliche Farbe wird

durch Myoglobin hervorgerufen, einen Verwandten des Hämoglobin. Es handelt sich um ein

Eiweißmolkül, dass sich in den Muskelzellen befindet. Im Zentrum des Moleküls findet sich

ein Eisenion, das Fe2+-Ion, das für die Sauerstoffbindung im Muskel hauptverantwortlich

ist. Beim Erhitzen oxidiert es zu Fe3+und das Fleisch wird grau-braun. Beim Konservieren

durch Pökeln wird dieser Prozess unterbunden, indem man Natriumnitrit (NaNO2) zugibt.

46

Abbildung 26: Wirkung des Vitamin C beim Pökeln

Das Nitritpökelsalz spaltet beim Erhitzen NO ab, das sich mit den Fe2+-Ionen ver-

bindet und dadurch die Oxidation verhindert. Das Fleisch bleibt also rötlich. Da Nitrit

für Menschen nicht sehr gesund ist, darf es nur in sehr kleinen Mengen eingesetzt werden

(max. 0,5 bis 0,6 %). Um die Wirkung des Nitrits zu steigern, wird deshalb Ascorbinsäure

zugefügt. Sie reagiert mit dem NaNO2 und produziert schneller NO aus kleinerer Menge,

47

sodass der Produzent insgesamt mit einer niedrigeren Dosis auskommt.

Abbildung 27: Gehalt an Nitrit abhängig von der Produktionstechnik

Die Darstellung ist verbesserungswürdig.Es soll bedeuten: x = Zeit in Tagen (0,3,7,10,14 Tage), y = Nitrit

in mg/kg.

Aufgaben:

• Werte die Graphik aus und versuche am Rechner, eine verbesserte Darstellung zu

produzieren.

• Recherchiere den Zusammenhang zwischen Pökelsalz und Gesundheit.

48

Teil IX

„Brühe”

49

Als Würzmittel schon ca. 100 Jahre alt („Maggiwürfel”) dienen Extrakte aus Pflan-

zen oder tierischen Produkten in Form gefriergetrockneter Pulver als Hilfsmittel in der

„schnellen” Küche. Fertiggerichte wie Suppen bestehen zum größten Teil aus diesem Ma-

terial, Rezepte in Publikumszeitschriften kommen selten ohne den Zusatz eines Teelöffels

Gemüsebrühe aus.

Hergestellt werden sie auf unterschiedliche Weise:

• Fleisch-(reste) werden unter Zusatz von Gewürzen wie Liebstöckel („Maggikraut”)

gekocht, die entstehende Suppe wird eingedampft und dann durch Gefriertrocknung

gepulvert.

• Bestimmte Pflanzen wie Zwiebeln, Sellerie, Möhren, Lauch, Liebstöckel etc. werden

gekocht, zusätzlich gewürzt und eingedampft, anschließend ebenfalls gepulvert. (Ge-

müsebrühe)

In diesem Teil des Skriptes befassen wir uns mit der Analyse einiger Komponenten dieser

Produkte. Zu diesem Zweck werden verschiedene Markenprodukte zunächst optisch, auch

mithilfe einer Lupe untersucht. Man sieht, unter anderem, kleine Pflanzenstücke, die sich

z. T. identifizieren lassen: Möhre, Lauch, Paprika etc. Zusätzlich findet man neben einer

amorphen Masse kleine weiße Partikel, die die Vermutung nahelegen, dass es sich um Fett

handelt, das zunächst aus dem Gemisch gewonnen werden soll.

Das Fett

V1: Fettextraktion (quantitative Bestimmung). In einem Kurs wurden fol-

gende Vorschläge gemacht:

1. Zentrifugieren.

2. Das Pulver wird zunächst trocken erwärmt. Danach gießt man das flüssige Fett ab

bzw. filtriert es.

3. Das Pulver wird aufgebrüht. Dann lässt man es abstehen und versucht, das Fett

abzuschöpfen. Am Ende wird versucht, dass Fett mit einem Scheidetrichter von der

restlichen Brühe zu trennen.

4. „Wegblastechnik”.

5. Lösen des Fettes in einem Lösungsmittel (in diesem Falle wird Benzin verwendet).

Durchführung zu 5:

• Abwiegen von 5g Brühe.

• Brühe in Teebeutel aus Papier geben, diese zubinden und in einen Erlenmeyerkolben

mit 150 ml Benzin geben.

50

• Benzin auf ca. 50 °C erwärmen.

• Brühe (mit Teebeutel) aus dem Benzin entfernen: beide Fraktionen lässt man trock-

nen und wiegt erneut. (Achtung: Die Reste im Teebeutel nicht wegwerfen,

sie werden noch gebraucht).

Ergebnisse:

Zu 1: Keine Trennwirkung.

Zu 2: Ausschmelzen gescheitert wegen „Pyrolyse” des Pulvers.

Zu 3: Auskochen gescheitert, da selbst in warmem Zustand das Fett filtergängig ist und

es deshalb nicht komplett erfasst werden kann.

Zu 4: Technisch nicht realisierbar.

Zu 5: Vgl. Tabelle.

Tabelle 4: Literaturergebnis: (Knorr:„Fleischsuppe”)Lösemittel

Diethylether Hexan PetroleumbenzinEinwaage (g) 5,01 5,04 5,0Gefäß, leer (g) 103,295 108,94 103,79Gefäß, voll (g) 104,45 110,22 104,92

Fett (%) 23,05 25,4 23,6

Aufgaben:

Überlege, warum die ersten vier Vorschläge gescheitert sind und werte die Ergebnista-

belle zu 5 aus.

Die Kristalle V 2: Untersuchung des fettfreien Restes aus Versuch 1. Das Material muss

aus dem Teebeutel entnommen werden und unter der Lupe sortiert werden.

Beobachtungen: Es lassen sich Kristallformen unterscheiden: Weiße würfelförmige und

ebenfalls weiße längliche.

Vermutung:

• Bei den würfelförmigen Kristallen handelt es sich um Kochsalz.

• Wegen der entsprechenden Aufschrift auf den Verpackungen könnten die länglichen

Kristalle der Geschmacksverstärker Natriumglutamat sein.

Kochsalz Kochsalz bildet ein Kristallgitter aus Na+und Cl−. Beide Ionen lassen sich

nur getrennt nachweisen.

V 2.1: In einer entleuchteten Brennerflamme wird ein Magnesiastäbchen aus-

geglüht. Noch heiß taucht man es in reines Kochsalz und hält es anschließend

erneut in die Brennerflamme. Der Versuch wird mit den würfelförmigen Kris-

tallen wiederholt, die Beobachtungen werden verglichen.

51

Abbildung 28: Flammenfärbung durch Natrium

V 2.2: Man löst eine Spatelspitze Kochsalz in Wasser, säuert die Lösung mit

ein paar Tropfen verdünnter Salpetersäure an und tropft eine Lösung von Sil-

bernitrat zu. Der Versuch wird mit den würfelförmigen Kristallen wiederholt,

die Beobachtungen verglichen.

Abbildung 29: Silberchloridfällung

AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl ↓

Aufgaben: Formuliere das Ergebnis Eurer Versuche.

52

Natriumglutamat Es handelt sich um das Salz einer Aminosäure, der Glutamin-

säure. Es wirkt unter anderem in manchen Gehirnzellen als Neurotransmitter, so dass ein

Überdosierung zu Beeinträchtigungen des Kreislaufs führen kann.

In der Nahrungsmittelindustrie wird es als Geschmacksverstärker eingesetzt, z. B. in

Kartoffelchips und ähnlichen Knabbereien, aber auch in Fertiggerichten.

Das Salz lässt sich in der Schule mit verschiedenen Techniken nachweisen.

• Die Biuretprobe: Eine Spatelspitze der zu untersuchenden Substanz wird in wenig

Wasser gelöst. Tropfenweise wird eine alkalische Kupfersulfatlösung zugefügt, das

entstandene Gemisch im Wasserbad kurz erwärmt. Eine blauviolette Färbung zeigt

die Anwesenheit der Aminosäure.

• Die Ninhydrinprobe (darf nur vom Lehrer durchgeführt werden): Eine Lösung der

zu untersuchenden Substanz wird mit einigen Tropfen Ninhydrinlösung in Ethanol

versetzt und für 5 Minuten im Wasserbad gekocht. Bei Anwesenheit von Eiweißen

oder Aminosäuren zeigt das Gemisch eine tiefviolette Färbung.

Aufgaben:

1. Wie müssen diese beiden Versuche durchgeführt werden, um Natriumglutamat sicher

nachzuweisen? (Stichworte: Blindprobe, Vergleichsprobe).

2. Lies im Biologie- oder im Chemiebuch die Eigenschaften und die Struktur von Ami-

nosäuren und Eiweißen (Proteinen) nach.

53

Teil X

Dünnschicht- und

Papierchromatographie

54

Die Papierchromatographie ist ein Trennverfahren der Chromatographie für kleine Sub-

stanzmengen. Ein feines Filterpapier bildet die stationäre (= ruhende) Phase und Lösungs-

mittelgemisch die mobile (= bewegliche) Phase.

Die gelöste Probe wird in einem kleinen Tropfen auf einer mit Bleistift gezogenen

Startlinie auf das Filterpapier aufgebracht, daneben meist ein oder mehrere Tropfen einer

Lösung, die eine bekannte Substanz enthält (= Referenzprobe). Der Papierstreifen wird in

ein geschlossenes Glasgefäß gestellt oder gehängt, sodass das Papier die Glaswand nicht

berührt. Der Startpunkt befindet sich am unteren Ende so weit vom Papierrand entfernt,

dass er nicht in das Lösungsmittel eintaucht. Wenn das Laufmittel nur noch ca. 1 cm vom

oberen Rand entfernt ist, wird das Papier mit einer Pinzette entnommen, die Laufmittel-

front wird mit Bleistift markiert und das Chromatogramm im Wärmeschrank bei 30 °C

getrocknet.

Abbildung 30: Chromatographie vor dem Aufenthalt in der Kammer

55

Abbildung 31: Chromatographie nach dem Aufenthalt in der Kammer

Beispiel: Papierchromatographie von Filzstiftfarben: Wie oben beschrie-

ben werden auf der Startlinie verschiedene Filzstiftfarben in Form von Punkten

aufgebracht. Auf eine Referenz müssen wir hier verzichten. Die Chromatogra-

phie wird einmal mit Wasser als Laufmittel und zum zweiten mit Ethanol als

Laufmittel durchgeführt. Die Beobachtungen sind zu registrieren/zu zeichnen.

Bemerkungen:

• Unpolare Stoffe adsorbieren schlecht an der polaren Zellulose, lösen sich aber gut in

relativ unpolaren Laufmittel.

• Je stärker ein Stoff an der stationären Phase haftet und je geringer seine Löslichkeit

im Lösungsmittel, desto weniger weit wird er transportiert. Der relative Weg, den ein

Stoff auf der Zellulosedünnschicht zurücklegt, wird mit dem RF-Wert gekennzeichnet.

(RF = retention factor („Rückhaltungsfaktor”))

RF =Laufweite(Substanz)

Laufweite(Laufmittel)

Der Wert ist bei sonst gleichen Bedingungen (Papier- oder Dünnschichtsorte,

Laufmittelzusammensetzung) immer gleich und somit eine stoffartspezifische

Größe.

56

1. Aufgabe: Miss die Laufweiten der Filzstiftfarben Deines Versuches aus und berechne

die RF-Werte. Vergleiche die verschiedenen Laufmittel.

2. Entwirf einen Versuch, der die Zuverlässigkeit der Methode der RF-Wertbestimmung

testet.

Manchmal ist die Trennwirkung einer Chromatografie nicht hinreichend groß, die Flecken

der einzelnen Stoffe liegen sehr dicht beieinander oder bedecken sich. In solch einem Falle

wendet man ein Verfahren an, das in der folgenden Abbildung dargestellt ist.

Abbildung 32: Zweidimensionale Chromatographie

Aufgaben:

1. Bestimme in dem oben dargestellten eindimensionalen Chromatogramm die RF-

Werte.

2. Fasse die Arbeitsschritte, die für die zweidimensionale Chromatographie durchge-

führt werden mussten, in Worte. Zeichne schematisch den Zustand zu Beginn der

Chromatographie und nach dem ersten Durchlauf.

Hausaufgabe: Stelle aus Pflanzenteilen (Rotkohl-, Spinatblätter, Rote Beete etc.) einen

möglichst konzentrierten Saft her und chromatographiere ihn mit Wasser als Laufmittel

auf einem Kaffeefilter in einem Marmeladenglas. Protokolliere, fotografiere!

57

Teil XI

Bakterienversuchstechnik

58

Einführung

Bakterien sind kleine einzellige Lebewesen höchst einfach anmutender Bauart. Trotzdem

sind sie in der Natur außerordentlich erfolgreich, sie besiedeln Habitate (Lebensräume),

die sonst absolut lebensfeindlich wirken. Beispiele sind Bakterien in Solfataren, das sind

heiße Schlammquellen, wie es sie z. B. auf Island gibt. In solch gegensätzlich wirkenden

Bereichen wie Kläranlagen oder Käsereien hat sich der Mensch diese Lebewesen nutzbar

gemacht, führt andererseits einen Krieg gegen sie in der Medizin.

Aufgaben:

• Befrage fünf Menschen, Erwachsene, Jugendliche und Kinder nach ihren Kenntnissen

und ihrer Meinung zum Stichwort Bakterien. Notiere die Antwort stichwortartig.

• Recherchiere Fakten zu einer Bakteriengruppe: Boden, Kläranlage, Molkerei, Kran-

kenhaus, oder gentechnisches Labor; bereite einen Kurzvortrag vor.

Abbildung 33: Bakterium (Schema)

Bakterien besitzen ein Zellmembran und außerhalb davon noch zusätzliche Hüllen aus

Zellulose oder anderem Material, die Zellwand.

59

In der Zelle dominiert die Erbsubstanz, die DNA, auch Bakterienchromosom genannt.

Sie enthält die Erbinformationen des Lebewesens, das heißt die Baupläne für alle Stoffe

und Organelle, aus denen sich die Zellen aufbauen. Anders als bei den höheren Lebewesen

ist das Chromosom nicht von einer Membran umgeben, es gibt also keinen Zellkern. Bei

der Teilung wird die DNA kopiert und jede Tochterzelle besitzt anschließend die gesamte

Erbinformation der Mutterzelle; Tochterzellen sind also „Klone”.

Von den Organellen, die sich im Plasma befinden, sollen hier besonders die Ribosomen

erwähnt werden. An ihrer Oberfläche findet die Synthese aller Proteine statt, die das Bak-

terium zum Leben als Baustoff oder als Werkzeug in Form von Enzymen benötigt. Einige

der Enzyme bilden eine Reaktionskette, in der die Zelle aus organischen Molekülen wie

Zuckern Energie gewinnt. Diese Moleküle können aber auch gebraucht werden, um kör-

pereigene Substanz wie Zellulose zu synthetisieren; sie dienen dabei als Kohlenstoffquelle,

denn nahezu alle Moleküle, die in Lebewesen eine Rolle spielen, bestehen aus einer Kette

von Kohlenstoffatomen als Basis.

Im Labor werden Bakterien auf Petrischalenoder in Reagenzgläsern kultiviert und durch

ein Nährmedium in fester oder flüssiger Form zum Wachstum gebracht.

Es gibt unterschiedliche Nährmedien, zwei grundlegend verschiedene Typen werden hier

vorgestellt:

1. Minimalmedien. Sie enthalten einen Zucker als C-Quelle, meist Glucose, verschie-

dene Mineralien, von denen eines unbedingt Stickstoff enthalten muss (N-Quelle) und

Wasser. Sollen die Zellen auf einem festen Boden wachsen, wird noch Agar hinzu-

gefügt. Agar ist ein Kohlenhydrat, dass aus Algen gewonnen wird; es dient hier als

Geliermittel, verdickt also das Nährmedium, wird von den meisten Bakterien nicht

verdaut.

2. Vollmedien. Sie enthalten ebenfalls Glucose als C-Quelle und Mineralien, zusätz-

lich aber eine Eiweiß- bzw. Aminosäurequelle, die aus Casein oder Fleisch gewonnen

sein kann. Die Eiweiße sind dann oft technisch vorverdaut, indem sie z.B. mit dem

Verdauungsenzym Pepsin behandelt werden („Pepton”). Der Vorteil für die Zellen ist,

dass sie ihr körpereigenes Eiweiß nur noch aus schon fertigen Aminosäuren herstellen

müssen, sie sparen Energie und können sich daher schneller vermehren.

Zusätzlich ist eine Unzahl von Spezialmedien für einzelne Arten odert Typen von Bakterien

entwickelt worden, die Rücksicht auf ihre besonderen Eigenschaften nehmen. Wächst nur

eine Sorte Bakterien auf solch einem Spezialmedium, nennt man es Selektivmedium

oder Selektivnährboden, weil es aus der großen Zahl von Arten nur eine einzige sich

vermehren lässt, dadurch auswählt.

60

Abbildung 34: Mikrobiologische Laborgeräte

Versuche: Alle Glasgeräte, die in den Versuchen gebraucht werden, müssen

vorher 24 h lang bei 150 °C sterilisiert werden. Alle Lösungen werden für 20

Minuten im Dampfdrucktopf bei Überdruck sterilisiert. Sterilisieren heißt,

Bedingungen schaffen, bei denen alle Bakterienzellen und ihre Sporen ge-

tötet werden.

(Aus Sicherheitsgründen wird im Schullabor oft mit Hefezellen statt mit Bakte-

rien gearbeitet. Es handelt sich ebenfalls um Einzeller, allerdings um Pilze

und damit um Lebewesen, die als weiterentwickelt gelten. Die Versuchstech-

nik ist aber dieselbe, nur die Titerzahlen sind deutlich niedriger als die von

Bakterienkulturen.)

1. Steriltechniken: Ein Nähragar wird gegossen. Nach Abkühlung wird 1 ml einer Hefe-

suspension auf dem Nährboden ausgestrichen und mit dem Drygalskispatel verteilt.

Die Petrischale wird verschlossen und 24 h bebrütet. Varianten: a. Es wird eine nicht

sterilisierte Petrischale verwendet. b. Es wird eine nicht sterilierter, sondern nur auf

ca. 70 °C erwärmter Nährboden verwendet. Beobachtungen nach 24 h ?

2. Abklatschversuche: Sterile Nährböden werden mit verschiedenen Gegenständen (Dau-

men, Schuhsohlen, Türklinken, Schlüsseln etc.) in Berührung gebracht und für 24 h

bebrütet. Beobachtungen ? (Die Petrischalen werden vor der Untersuchung mit Te-

safilm zugeklebt und dürfen nicht geöffnet werden.)

61

3. Als Hausaufgabe: Dickmilch. Eine Thermosflasche wird mit kochendem Wasser

mehrfach gespült. 200 ml Milch aus einer frisch geöffneten Packung oder Flasche wird

auf etwa 35 °C erwärmt und in die Themosflasche gegeben. Ein Löffel Dickmilch aus

dem Lebensmittelhandel (es darf nichts über Pasteurisierung darauf stehen!) wird

zugefügt, die Flasche verschlossen und gut geschüttelt. Das Schütteln mehrfach im

Laufe von 24 h wiederholen. Nach einem Tag gießt man den Inhalt der Flasche in

eine Schüssel:.... guckt, riecht, schmeckt vorsichtig, gibt dann Honig dazu.....lecker!

4. Isolation von Azotobacter: Azotobacter ist eine der wenigen Bakterienarten, die Luft-

stickstoff oxideren und damit pflanzenverfügbar machen können. Sie benötigen dazu

Energie in Form von Zucker und Luftsauerstoff. Zur Isolation wird ein erbsengroßes

Stück Gartenboden in 100 ml Leitungswasser aufgeschwemmt. Nachdem sich der

Boden abgesetzt hat, wird die überstehende Flüssigkeit dekantiert. Zugefügt wer-

den 0,05 g Dikaliumhydrogenphosphat (K2HPO4) und 1 g Mannitose (Zucker). Die

Lösung ist nahezu frei von Stickstoffsalzen. Ca. 20 ml davon werden in ein unten

verstopftes Biogarohr gegeben, ein Stück Papierhandtuch wird zerknüllt und in der

Lösung versenkt. Nach etwa 10 Tagen kann man eine Probe von der an der Oberfläche

der Flüssigkeit sich bildende Haut (Kahmhaut) und von den auf dem Papier entste-

henden gelblichen oder schwarzen Kolonien auf einem Objektträger verstrichen, mit

einem Deckglas abgedeckt und mikroskopiert.

Abbildung 35: Biogarohr

Protokoll

• Zeichnen, fotografieren!

• Welche Funktion hat das Handtuchstück?

• Wozu dient das erbsengroße Stück Gartenboden?

62

• Warum muss man hier nicht mit sterilisierten Geräten arbeiten?

Bakterienwachstum

Bakterien vermehrten sich durch Zweiteilung. Zellen wie die von Escherichia coli (abgekürzt

E. coli) wachsen bis zu einer Dichte von 2 − 3 ∗ 109 Zellen / ml heran (Zellzahl/Milliliter

= Zelltiter). Es ist selbst mit guter Nährlösung nicht möglich, sie zu einer noch höheren

Konzentration wachsen zu lassen, weil Ausscheidungsprodukte eine stärkere Vermehrung

hemmen. Betrachtet man das Wachstum der Bakterien, so kann man 4 Phasen voneinander

unterscheiden:

1. Die lag- Phase. Hier findet ein verzögertes Wachstum statt. Die Bakterien müssen

sich erst an die neue Umwelt adaptieren und den Stoffwechsel auf Teilung einstellen.

2. Die logarithmische Wachstumsphase (log). Hier findet optimales Teilungswachstum

statt.

3. Die stationäre Phase. Die Teilungsrate nimmt ab, sie steht mit der Abbaurate im

Gleichgewicht.

4. Die Abbauphase. Die Anzahl lebender Keime nimmt ab, da viele von ihnen durch

die Ausscheidungsprodukte abgetötet werden.

Abbildung 36: Wachstumskurve von Bakterien (Schema)

Titerbestimmung

Eine kleine Menge der Suspension wird stark verdünnt auf eine Agarplatte gebracht, dort

gleichmäßig verstrichen und abgewartet, bis die einzelnen Bakterien zu einer Kolonie aus-

63

gewachsen sind, die man dann leicht erkennen und auszählen kann. Da man die Verdün-

nungsfaktoren kennt (oder zumindest kennen sollte), kann man die Ausgangskonzentration

errechnen. Man bebrütet die infizierten Platten bei 37°C. Die Kolonien werden nach einigen

Stunden sichtbar. Normalerweise erfolgt eine Auswertung am folgenden Tage. Da das im

Praktikum Schwierigkeiten bereiten kann, werden die für 24 h bebrüteten Platten in den

Kühlschrank gestellt, wo sie über längere Zeit haltbar bleiben, ohne dass die Bakterien ein

nennenswertes Wachstum zeigen. Die Bakterien, mit denen wir die Agarplatten infiziert

haben, sind für uns nicht erkennbar. Erst wenn sie sich vielfach geteilt haben, aus einer

Zelle also eine Kolonie geworden ist, ist auf der Platte etwas sichtbar.

Wir können festhalten; eine Kolonie ist die Nachkommenschaft nur einer

Zelle, wir sehen somit die Auswirkung des Vermehrungs-/ Teilungsprozesses.

Zur Bestimmung des Titers werden Probemengen, die über eine dezimale Verdünnungs-

reihe gewonnen wurden in Röhrchen mit einem entsprechenden Flüssigkeitsmedium (meist

0.9% NaCL-Lösung) überführt.

Versuch: Titerbestimmung einer Hefesuspension

Prinzip: Verdünnung der Ausgangskultur mit dem Ziel, eine zählbare An-

zahl von Kolonien zu erhalten.

Ausgangspunkt: Apfelwein aus nicht steriliertem A-Saft oder eine verdünnte

Hefesuspension (1 g Trockenhefe in 100 ml Wasser)

Verdünnungsmedium: Kochsalzlösung, w = 0,9 %.

Methode: Plattieren einer Verdünnungsreihe auf einem Selektivnährboden,

der nur Hefezellen wachsen lässt.

5 sterile Reagenzgläser werden mit 9ml Natriumchloridlösung gefüllt.

In Reagenzglas 1 wird 1 ml der Hefesuspension (des Apfelweins) gegeben

und gut durchgemischt.

1 ml aus Reagenzglas 1 wird in Reagenzglas 2 gefüllt und gut durchgemischt.

Wiederholen der Prozedur, bis alle Reagenzgläser Hefezellen enthalten.

64

Abbildung 37: Verdünnungsreihe

Aus dem RG 1 wird 1 ml auf die Platte 1 gegeben.

Aus dem RG 2 wird 1 ml auf die Platte 2 gegeben

usw.

Sicherheitshalber beimpft man für jede Probe 2 Platten.

Die Platten werden in den Wärmeschrank gestellt: 24St. bei 30 °C

Je nach Stundenplan werden die Platten nach 24 Stunden in den Kühl-

schrank gestellt, um das Wachstum zu stoppen.

Beispiel für ein Versuchsergebnis:

1. Rasen aus Zellen, daher nicht zählbar.

2. Sehr hohe Anzahl von Kolonien, daher ebenfalls nicht zählbar.

3. Einzelne Kolonien, zählbar : Platte 1 : 689 Kolonien, Platte 2: 851 Kolonien.

4. Relativ viel, zählbar : Platte 1: 50 Kolonien, Platte 2: 178 Kolonien.

5. Platte 1: 6 Kolonien, Platte 2: 20 Kolonien.

Beispielrechnung:

Platte 5.1 enthält 6 Kolonien und wurde 1 : 100000 verdünnt (VF = 10−5).

Titer = Zahl der Kolonien durch VF = 600.000

Aufgaben:

1. Berechne die übrigen Titer der Versuchsreihe.

2. Vergleiche zunächst die Ergebnisse einer Verdünnungsstufe und anschließend die der

verschiedenen Verdünnungsstufen miteinander: wie groß sind die Abweichungen, wor-

an kann das liegen?

65

Teil XII

Boden

66

In einem alten Film (Feuerzangenbowle) beginnt eine Physikstunde mit der Frage: „Wat

is eene Dampfmaschin‘? Da stelle mer uns janz domm.”

So ähnlich könnte man auch nach dem Begriff Boden fragen: Ist das nur Dreck?

Wenn wir einen Blick auf das Bodenprofilschema werfen, erkennen wir, dass es nicht

einfach nur Dreck ist, sondern ein recht geordnetes System aus verschiedenen Schichten.

Abbildung 38: Bodenprofil

Um zu verstehen, wie diese Schichtung entstanden ist, ist es tatsächlich ein guter Weg,

sich zunächst einmal dumm zu stellen oder die Fantasie zu bemühen:

Ein Vulkan ist ausgebrochen und hat sich wieder beruhigt. Zurück bleibt eine Fläche

erkaltenden nackten Gesteins. Die Sonne brennt darauf, Regen fällt und Schnee, Frost

lässt Eisschichten entstehen. Ganz allmählich wird der Stein rau und porös. Wasser kann

etwas tiefer eindringen, Ritzen werden ausgespült, in denen sich Algen, Flechten und Moo-

se ansiedeln. Sie wachsen und bilden kleine Polster, in denen sich der herangewehte Staub

fängt und Wasser gespeichert wird. Birkensamen keimen darin, schieben ihre Wurzeln in

die Ritzen und erweitern sie. Das Laub der Bäume fällt herab, wird von mikroskopisch

kleinen Pilzen und Bakterien, die mit dem Staub gekommen sind, verarbeitet; es entsteht

eine hauchdünne, dunkle Schicht, die jeder kennt, der sich einmal ein Moospolster auf ei-

ner Mauer von der Seite angesehen hat. Durch diesenVerwitterungsprozess (phyikalisch,

chemisch, biologisch) entsteht Humus, der auf dem Grundgestein eine dünne, immer mehr

wachsende Schicht bildet. Größere Pflanzen können darauf wachsen, Tiere wie Regenwür-

mer sich ansiedeln, gemeinsam sprengen sie immer mehr Material vom Grundgestein ab

und vermischen es mit der Humusschicht. Regen und Schnee spülen Stoffe aus der Humus-

schicht in die Tiefe, es entsteht eine dritte Schicht, eine Mischzone.

Und schon, im Laufe von „nur” einigen hunderttausend Jahren haben wir ein typisches

67

Bodenprofil vorliegen: Streuschicht, A-Horizont (Humusschicht), B-Horizont (Mischzone)

und C-Horizont (Ausgangsgestein).

Natürlich ist es nicht wirklich so einfach wie hier beschrieben. Sehr viele Faktoren be-

einflussen die Geschwindigkeit und die Art der Bodenbildung: Vulkanischer Basalt ergibt

einen anderen Bodentyp als Kalkgestein, in kühlen und nassen Klimazonen ensteht eine an-

derer als in feucht-warmen etc. Aber im Prinzip läuft der Prozess so ab und die Schichtung

erkennt amn auch immer wieder. Damit Ihr es genauer erfahrt, eine Hausaufgabe:

• Nehmt Euch mit Hilfe Eures Handys oder MP3-Players die Datei „bodengenese2.exe”

mit nach Hause und ladet es auf Euren Rechner. Unter Windows: Doppelklick ent-

packt das Archiv und erstellt ein Verzeichnis. Unter MacOS X verwendet man am

besten StuffIt Expander zum Entpacken, unter Linux müsste es mit „Unzip” gehen.

In dem Verzeichnis befindet sich unter anderem die Datei index.htm, die durch Dop-

pelklick oder aus einem Internetbrowser (Firefox, Camino, Konquerer o.ä.) heraus zu

öffnen ist. Spielt mit dem Programm, in dem Ihr Euch die verschiedenen Varianten

anseht (und lasst Euch nicht durch das Fachchinesisch schrecken).

Versuchsprogramm

Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, Versuchstechniken einzuüben, mit denen verschiedene

Böden charakterisiert und die Zusammenhänge zwischen Struktur und den übrigen Eigen-

schaften beschrieben werden können. Drei luftgetrocknete Böden stehen zur Verfügung:

1. Sand

2. Kompost

3. Gartenboden

68

Die

Fin

gerp

robe

Aktion Verweis

1.Versuch, die Probe zwischen den Handtellern zu einer bleistiftdicken Wurst auszurollen

a) nicht ausrollbar: Gruppe der Sande weiter bei 2

b) ausrollbar: Gruppe der sandigen Lehme, Lehme oder Tone weiter bei 4

2. Prüfen der Bindigkeit zwischen Daumen und Zeigefinger

a) nicht bindig. Sande weiter bei 3

b) bindig: Lehmiger Sand (lS)

3. Zerreiben auf der Handfläche

a) in den Handflächen kein toniges Material sichtbar: Sand (S)

b) in den Handflächen toniges Material sichtbar. anlehmiger Sand (Sl)

4. Versuch, die Probe zu einer Wurst von halber Bleistiftdicke auszurollen

a) nicht ausrollbar stark sandiger Lehm (SL)

b) ausrollbar sandiger Lehm, Lehm oder Tone weiter bei 5

5. Quetschen der Probe zwischen Daumen und Zeigefinger in Ohrnähe

a) starkes Knirschen: sandiger Lehm (sL)

b) kein oder schwaches Knirschen: Lehm oder Tone weiter bei 6

6. Beurteilen der Gleitfläche bei der Quetschprobe

a) Gleitfläche stumpf: Lehm (L)

b) Gleitfläche glänzend: Tone weiter bei 7

7. Glätten der Oberfläche mit dem Fingernagel

a) stumpf, mit sicht- oder fühlbaren Einzelkörnern: lehmiger Ton (lT)

b) glänzend, butterartig, keine Einzelkörner: Ton (T)

69

Abbildung 39: Struktur von Lehm, sehr stark vergrößert.

Laborversuche

Jeder Boden wird von zwei Gruppen untersucht. Alle Ergebnisse sind rechnerisch auf 100

g Boden zu beziehen, d.h. die Versuche sind mit abgewogenen Proben durchzuführen, die

Prozentrechnung ist anzuwenden ( Ausnahmen: Nr. 4, 5, 6, 7 ). Sämtliche Daten, nicht nur

die Rechenergebnisse, sind schriftlich oder in einer Tabellenkalkulation festzuhalten.

1. Wassergehalt: Boden 24 h bei 105°C im Wärmeschrank erhitzen.

2. Humusgehalt: Probe 24 h bei ca. 800°C im Muffelofen brennen.

3. Krümelgrößenverteilung mit den ausstehenden Bodensieben bestimmen: 100 g Boden

abwiegen, in die oberste Siebschale geben, verschließen und 5 Minuten gleichmäßig

schütteln. Den Inhalt der Einzelsiebe wiegen und aufbewahren.

4. Krümelstabilität: 10 Krümel aus der Fraktion zwischen 1 mm und 3,5 mm in eine

Petrischale geben, aus der Spritzflasche soviel Wasser zugeben, bis die Krümel zu 2/3

im Wasser liegen. 10 Minuten warten. Schalen durchschütteln, Verschlämmungsbild

beschreiben. Benotung: Note 1: K. zerfallen in wenige große Bruchstücke oder bleiben

erhalten. Note 2: K. zerfallen in große und wenige kleine Bruchstücke.. Note 3: K.

zerfallen in in große und kleine Bruchstücke zu gleichen Teilen. Note 4: K. zerfallen

in vorwiegend kleine Bruchstücke. Note 5: K. zerfließen.

5. pH-Wert mit den ausstehenden pH-Metern nach Hellige entsprechend der beiliegen-

den Vorschrift bestimmen.

6. Kalkgehalt: 1 Löffel Boden in eine Petrischale geben. Tropfenweise HCl, w = 10

%, zugeben. Gasentwicklung beobachten. Zum Vergleich: 1 Löffel Boden und eine

Spatelspitze Kalk mischen und behandeln wie beschrieben. Ergebnisabschätzung:

Unter 1 % Kalk: kein Aufbrausen. 1 - 2 %: schwaches Aufbrausen. 3 - 4 %: starkes

Aufbrausen, jedoch nicht anhaltend. Über 5 %: starkes, langanhaltendes Aufbrausen.

7. Mikroskopie: Sehr kleine Krümel werden unter dem Mikroskop bei schwacher bis

mittlerer Vergrößerung beobachtet und gezeichnet/beschrieben.

70

8. Schlämmanalyse: Ein Biogarohr wird 5 cm hoch mit Boden befüllt; das Rohr wird

anschließend mit einer schwach konzentrierten Kochsalzlösung (1 Löffel Salz auf einen

Liter Wasser) bis oben hin gefüllt, mit einem Stopfen verschlossen und kräftig 2

Minuten lang geschüttelt. (Achtung, Stopfen dabei festhalten). Das Rohr stellt

man dann für 5 Minuten ruhig in den Ständer. Die entstehende Schichtung wird

gezeichnet oder beschrieben.

9. Wasserdurchlässigkeit: 20 g Boden werden in ein Biogarohr gegeben, das unten mit

einem Stopfen verschlossen ist; der Stopfen hat eine Bohrung, durch das ein passendes

Kunststoffrohr geschoben ist, darauf liegt eine Lage Filterpapier. Unter das Rohr

wird ein leeres Becherglas, V = 100 ml gestellt. 50 ml Wasser werden vorsichtig auf

den Boden gegossen. Protokollieren: a: Zeit bis zum Erscheinen des ersten Tropfens.

b: Zeit bis zum Erscheinen des letzten Tropfens (Das kann bis zum nächsten Tag

dauern). c: Volumen des aufgefangenen Wassers.

10. Wasserporen/Luftporen: Der Versuch wird entsprechend der Abbildung aufgebaut.

Abbildung 40: Versuchsaufbau

Das Rohr wird mit 20 g Boden beschickt, der Kolbenprober bei geschlossener Schlauch-

klemme mit 100 ml Wasser gefüllt. Nun lässt man vorsichtig das Wasser aus dem Kol-

71

benprober fließen, bis es den unteren Rand der Bodenprobe im Rohr gerade eben

erreicht. Das Wasservolumen (Totvolumen) kann man am Kolbenprober ablesen. An-

schließend drückt man langsam Wasser durch die Bodenprobe, bis es die Oberfläche

gerade eben erreicht. Am Kolbenprober kann man wieder ablesen, wieviel ml Wasser

in die Probe hineingepasst haben, es entspricht dem Gesamtporenvolumen von 20 g

Boden. Als nächstes stellt man ein leeres Becherglas unter und entfernt den Schlauch

vom Kunststoffrohr, so dass das Wasser herauslaufen kann. Das Volumen des heraus-

gelaufenen Wassers entspricht der Menge an Luft, die das Wasser im Boden ersetzt

hat (Luftporenvolumen). Das Wasser, was im Boden geblieben ist, (Gesamtporenvo-

lumen - Luftporenvolumen) repräsentiert das Wasserporenvolumen: so groß ist der

Anteil an Poren, die besonders gut Wasser speichern können.

11. Katalasetest: Geräte und Reagenzien: Magnetrührer, Erlenmeyerkolben mit Gasablei-

tung, Stopfen, Kolbenprober, Siebe, Waage; Wasserstoffperoxidlösung (3%).

Abbildung 41: Versuchsaufbau

Durchführung: 5g getrockneter und mit dem groben Sieb fraktionierter Boden in

den Erlenmeyerkolben füllen, Rührfisch zugeben. 10 ml Wasserstoffperoxidlösung zu-

fügen, sofort zustopfen. Rührer einschalten, jede Minute das Gasvolumen am Kol-

benprober abmessen. Abbruch nach drei Minuten. Auswertung: Durchschnittliches

Gasvolumen pro Minute ausrechnen = Katalasewert.

Abbildung 42: Auswertungshilfe

72

Beispiel für eine Ergebnistabelle

Abbildung 43: Auswertungsbeispiel

73

Teil XIII

Superabsorbierende Polymere (SAP)

74

Um sich diesem Thema zu nähern, werden zunächst Windeln untersucht, denn hier und

in anderen Hygieneartikeln finden diese Moleküle ihre Alltagsverwendung.

Ansprüche des Verbrauchers an diese Produkte sind:

• Saugfähigkeit

• Wasserbindefähigkeit

• Geruchsneutralität

• Dichtigkeit

• Stabilität

• Elastizität

Dass SAP diese Ansprüche erfüllt, zeigt der folgende Versuch:

Versuch 1: Entferne von einer Windelhose vorsichtig das innere Flies. Zerzupfe

mit zwei Pinzetten die Watteeinlage. Zwischen den Fasern findet man kleine

Kügelchen, die in einem 250er Becherglas zu sammeln sind. Wenn der Boden

des Becherglases knapp bedeckt ist, gieße 100 ml Wasser in das Glas und warte

10 Minuten. Stelle dann das Glas vorsichtig auf den Kopf.

Wie SAP diese Ansprüche erfüllt und welche Komplikationen es dabei geben

kann, zeigt folgender Versuch:

Versuch 2: Abhängigkeit der Saugfähigkeit von verschiedenen Stoffkonzentra-

tionen

Zu diesem Zweck werden je 0,25 g SAP in Teebeutel eingewogen. Die Teebeutel

werden verschlossen und gewogen. Jeder Beutel wird anschließend in eine der in

der folgenden Tabelle aufgeführten Lösungen gelegt, nach 10 Minuten vorsichtig

entnommen und nach Abtropfen erneut gewogen.

Zur Auswertung benutze die folgende Tabelle.

Tabelle 5: Abhängigkeit der Saugfähigkeit von SAP von gelösten Stoffen unterschiedlicherKonzentration

Zusatz Einwaage (g) Ergebnis (g) Differenz(g) Massenzunahme (%)

Wasser 0.25NaCl, w=5 % 0.25

NaCl, w=0,5 % 0.25NaCl, w=0,05 % 0.25NaCl, w=0,005 % 0.25NaCl, w=0,0005 % 0.25

Interpretation:

75

SAP besteht aus langen Molekülketten, die miteinander vernetzt sind. Innerhalb des

Netzwerks finden sich viele geladene Gruppen, die in der Abbildung als CO−

2 -Gruppen

bezeichnet werden. Wenn Wasser auf SAP trifft, werden die Wassermoleküle von den ne-

gativen CO−

2 -Gruppen angezogen. Deswegen wird das Netzwerk größer, wenn es Wasser

aufgenommen hat.

Wenn aber im Wasser Salze gelöst sind (z.B. NaCl), dann nehmen die Na+ -Ionen den

Platz an der Gruppe ein, da diese eine volle positive Ladung tragen und daher stärker als

Wassermoleküle angezogen werden.

Abbildung 44: Chemische Struktur von SAP (schematisch)

76

Teil XIV

Raps (Familie der Kreuzblütler)

77

Biodiesel

Seit der ersten Ölkrise 1973 hat das öffentliche Interesse an Treibstoffen aus alternativen

Quellen langsam aber stetig zugenommen. Biodiesel ist einer dieser Ersatzstoffe, der aus

heimischem Raps in einem Umarbeitungsprozess gewonnen wird.

Abbildung 45: Rapsblüten

Die Kreuzblütler zeichnen sich durch 4 kreuzförmig zueinander stehende Kelch- und die

gleiche Anzahl Blütenblätter aus. Sie besitzen zudem 6 Staubgefäße, von denen 2 kürzer

gestielt sind als die 4 anderen. Zu ihrer Verwandtschaft zählen u.a. Senf, Ölrettich, das

in jeder Pflasterfuge zu findende Hirtentäschelkraut, vor allem aber die Kohlsorten wie

Weiß-, Grün-, Rotkohl oder Kohlrabi. Gemeinsam ist ihnen ihr hoher Anspruch an die

Düngerversorgung, insbesondere hinsichtlich des Stickstoffs: sie sind Starkzehrer.

• Aufgabe: Suche die o.g. Pflanzen und andere aus derselben Famile im Bestimmungs-

buch („Was blüht denn da?”) und im Gelände, z.B auf dem Schulhof.

Anbau

Winterraps ist eine Fruchtwechselpflanze und wird als Gründünger eingesetzt (Aussaat

nach der Ernte der Hauptfrucht, im Frühjahr wird der Raps gehäckselt und untergepflügt.

Raps speichert Dünger, sodass der Dünger nach dem Häckseln wieder in die Erde geht und

so für die nächste angebaute Pflanze verfügbar ist.)

Sommerraps dient der Samenproduktion. Durch Fotosynthese gewonnene Energie

wird im Fett gespeichert. Die Blüten blühen wochenlang, da die unteren Schoten früher reif

sind als die oberen. Er benötigt tief durchwurzelbaren Boden; besonders geeignet sind milde

tiefgründige Lehmböden, schwere Böden und humose Sandböden mit guter Nährsalzver-

sorgung und ausreichenden Niederschlägen; pH-Wert um 6,5. Die Frosthärte ist begrenzt.

78

Aus den Samen wird Öl gewonnen. Rapsöl wird v.a. für die Herstellung von Schmierstoffen,

Reinigungsmitteln, Kosmetika und als Treibstoff in angepassten Dieselmotoren verwendet.

Abbildung 46: Dieselmotor

Gewinnung des Rapsöles

1. Kaltpressen: Reinigen, Zerkleinern, Pressen, Filtern, Zentrifugieren, Abfüllen. Ziel:

hochwertiges Öl für die Küche, enthält alle rettbaren Vitamine.

2. Warmpressen: Reinigen, Zerkleinern, 1. Pressen, 2. Pressen, Rohöl, Raffinieren, Ab-

füllen. Ziel: höhere Ausbeute (da Fette bei Wärme dünnflüssiger sind); Viskosität

kleiner; nicht so hochwertig, da Vitamine Wärme nicht so gut vertragen.

3. Extrahieren: Extrahieren mit Lösungsmittel, das Fette löst, z.B. Leichtbenzin; Lö-

sungsmittel abdestillieren.

Erste Prüfungen

Zunächst werden Diesel, Rapsöl und Biodiesel vergleichend untersucht:

1. Prüfung mit den Sinnen: Geruch, Farbe

2. Verdampfbarkeit, z.B. Löschblatttest: Je ein Fleck von Wasser und den drei Stoffen

werden gefönt.

3. Viskosität. Test: Auslaufgeschwindigkeit definierter Volumina aus einer Pipette.

79

4. Flammpunkt (Lehrerversuch). 10 ml Substanz werden in einer Porzellanschale auf

eine Heizplatte/auf ein Drahtnetz über einen Brenner gestellt. Ein Thermometer

wird am Stativ so befestigt, dass die Spitze die Flüssigkeit gerade eben berührt. Die

Substanz wird erhitzt, mit einem brennenden Kienspan versucht man, die Dämpfe

zu entzünden.

Die Ergebnisse sind zu protokollieren.

Gewinnung von Rapsöl aus Raps

1. 1 g Rapssamen werden im Mörser mit dem Pistill gequetscht und gründlich verrieben.

Nach und nach werden 10 ml Aceton (oder Leichtbenzin) als Lösemittel hinzugefügt.

Die entstehende Flüssigkeit wird vorsichtig in eine gewogene Petrischale dekan-

tiert. Die Schale wird bis zur nächsten Stunde warm (nicht heiß) gestellt, damit

das Lösemittel verdampft. Die Petrischale wird erneut gewogen, die Ölausbeute pro-

zentual bestimmt und mit Literaturergebnissen verglichen.

2. 5 g Rapssamen in einen Teebeutel aus Papier geben, diesen zubinden und in einen

Erlenmeyerkolben mit 150 ml Benzin legen. Das Benzin wird auf ca. 40 °C erwärmt.

Teebeutel aus dem Benzin entfernen, trocknen und wiegen. Ausbeutebestimmung wie

in 1.

80

Teil XV

Anhang

81

Lösungsvorschläge zur Saccharometrie

1. Die Gärung setzt erst nach etwa 15 Minuten ein, da die Substratmoleküle erst in die

Zellen aufgenommen werden müssen.

2. Glucose wird so schnell verarbeitet, weil die Enzyme für dieses Substrat ausreichend

vorhanden sind und die Substratmoleküle sehr schnell aufgenommen werden können.

3. In der Bäckerhefe liegen die Enzyme zur Spaltung und/oder Aufnahme von Maltose

nicht von Anfang an vor (Gegensatz zur Brauhefe).

4. Nach Verbrauch der zelleigenen Vorräte wird die Synthese passender Enzyme akti-

viert, die Maltose (u.a. Zucker) können dann verwertet werden. (Dies gilt nicht für

alle Zucker).

5. Die Stärke der Mehle kann in keinem Fall abgebaut werden; das Kohlendioxid, das

sich nach längerer Zeit bildet, stammt aus den Zuckern, die in kleinen Spuren im

Mehl vorhanden sind.

6. ?

7. ?

82

Abbildungsverzeichnis

1 Messgeräte und Pipettierhilfe: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Seitenansicht einer Pipette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Samenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4 Keimungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5 Auswertungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6 Knoblauchrauke, fotografiert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

7 Knoblauchrauke, gezeichnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

8 Kornblume, Gescannt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

9 Verwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

10 Prozessablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

11 Zusammenhang zwischen Stärkegehalt und Dichte der Kartoffel . . . . . . . 27

12 Schleiereule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

13 Steinkauz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

14 Uhu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

15 Bestimmungsschlüssel, Seite 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

16 Bestimmungsschlüssel, Seite 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

17 Sprossende Hefe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

18 Gäraufsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

19 Brotsorten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

20 Öfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

21 Getreide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

22 Einhornsaccharometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

23 Das Mälzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

24 Das Brauen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

25 Produktion von Wurst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

26 Wirkung des Vitamin C beim Pökeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

27 Gehalt an Nitrit abhängig von der Produktionstechnik . . . . . . . . . . . . 48

28 Flammenfärbung durch Natrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

29 Silberchloridfällung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

30 Chromatographie vor dem Aufenthalt in der Kammer . . . . . . . . . . . . 55

31 Chromatographie nach dem Aufenthalt in der Kammer . . . . . . . . . . . . 56

32 Zweidimensionale Chromatographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

83

33 Bakterium (Schema) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

34 Mikrobiologische Laborgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

35 Biogarohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

36 Wachstumskurve von Bakterien (Schema) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

37 Verdünnungsreihe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

38 Bodenprofil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

39 Struktur von Lehm, sehr stark vergrößert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

40 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

41 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

42 Auswertungshilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

43 Auswertungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

44 Chemische Struktur von SAP (schematisch) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

45 Rapsblüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

46 Dieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

84

Tabellenverzeichnis

1 Rohdaten zu Versuch 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Heimische Eulenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3 Gärungsergebnisse verschiedener Substrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4 Literaturergebnis: (Knorr:„Fleischsuppe”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5 Abhängigkeit der Saugfähigkeit von SAP von gelösten Stoffen unterschied-

licher Konzentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

85

Index

A

Abklatschversuche, 61

Aceton, 80

Adhäsion, 6

Agar, 60

Agarplatte, 63

A-Horizont, 68

Algen, 67

Alkohol, 37

Alkoholgehalt, 38

Aminosäure, 53

Aminosäurequelle, 60

Analyse, 50

Apfelsaft, 38

Apfelwein, 38, 64

Aromastoffe, 42

Ascorbinsäure, 45

Auskochen, 51

Auslaufgeschwindigkeit, 79

Ausschmelzen, 51

Azotobacter, 62

B

Bäckerhandwerk, 41

Bäckerhefe, 82

Bakterien, 59, 67

Bakterienchromosom, 60

Bakterium (Schema), 59

Basalt, 68

Bauplan, 60

Becherglas, 6

Beete, Rote, 57

Belegherbar, 19

Benzin, 50

Bestimmungsbuch, 78

Beutetierknochen, 32

B-Horizont, 68

Biodiesel, 79

Biogarohr, 62

Biomasseproduktion, 15

Biuretprobe, 53

Blindprobe, 53

Blüten, 78

Blütenblätter, 78

Boden, 59, 67, 78

Bodenbildung, 68

Bodenprofil, 67

Bodensiebe, 70

Brauen, 43

Brauerhandwerk, 42

Brauhefe, 82

Brauprozess, 43

Brennerflamme, 51

Brennerhandwerk, 42

Brühe, 49

C

Casein, 60

C-Horizont, 68

Chromatogramm, 55

Chromatographie, 55

Chromatographie, zweidimensional, 57

Chromatographiekammer, 55

D

Dampfdrucktopf, 61

Destillation, 42

Destillieren, 79

Diabetes, 40

Dichte, 11

86

Dichte(Kartoffel), 27

Dichtigkeit, 75

Dickmilch, 62

Diesel, 79

Dieselmotor, 79

diesenVerwitterungsprozess, 67

Diethylether, 51

DNA, 60

Doppelblinderhebungen», 16

Dreisatz, 11

Drygalskispatel, 61

Dünger, 78

E

Einhornröhrchen, 41

Einhornsaccharometer, 40

Eisenion, 46

Eiweiß, 27

Eiweißmolkül, 46

Elastizität, 75

Energie, 37, 78

Enzyme, 41, 60, 82

Erbinformation, 60

Erbsubstanz, 60

Erlenmeyerkolben, 6

Escherichia coli, 63

Ethanol, 53, 56

Eulen, 30

Extrahieren, 79

Extrakt, 50

F

Fäulnis, 19

Fellreste, 33

Fertiggerichte, 50, 53

Fett, 50, 78

Fettextraktion, 50

Filterpapier, 55

Filzstiftfarbe, 56

Flammenfärbung, 52

Flammpunkt, 80

Flechten, 67

Fleisch, 60

Fleischreste, 50

Fleischwurst, 45

Flügelfläche, 30

Fotosammlung, 19

Fotosynthese, 78

Fraktion, 51

Frosthärte, 78

Fruchtwechselpflanze, 78

Fructose, 41

G

Gäraufsatz, 38

Gartenboden, 62, 68

Gärung, 37, 42, 82

Gasentwicklung, 37

Gefriertrocknung, 50

Gehörzentrum, 30

Geliermittel, 60

Gemüsebrühe, 50

Geruchsneutralität, 75

Gesamtporenvolumen, 72

Geschmacksverstärker, 51

Gesichtsfeld, 30

Gesichtsschleier, 30

Gestein, 67

Gewölle, 32

Glucose, 41, 60, 82

Glutaminsäure, 53

Größe, stoffartspezifische, 56

Grundgestein, 67

Gründünger, 78

H

Habitate, 59

Hämoglobin, 46

Harn, 40

Hauptfrucht, 78

Hausmaus, 32

Hefeaufschwemmung, 41

Hefekultur, 40

Hefesuspension, 61, 64

87

Hefeteigkugel, 37

Hefewettrennen, 41

Hefezellen, 37

Herbarium, 19

Hexan, 51

Hirtentäschelkraut, 78

Humus, 67

Humusgehalt, 70

Hygieneartikel, 75

I

Ionen, 51

J

Ja/Nein-Unterscheidung, 16

Jungwein, 42

K

Kaffeefilter, 57

Kahmhaut, 62

Kalibrierung, 6

Kalkgehalt, 70

Kalkgestein, 68

Kaltpressen, 79

Kartoffelchips, 53

Kartoffeln, 23

Käsereien, 59

Katalasetest, 72

Katalasewert, 72

Keimling, 15

Keimung, 14

Keimungsablauf, 14

Keimungsrate, 15

Kelchblätter, 78

Kläranlagen, 59

Klebereiweiß, 41

Klimazonen, 68

Klone, 60

Knochen, 33

Kochsalz, 38, 51

Kohl, 78

Kohlendioxid, 82

Kohlenhydraten, 37

Kohlenstoffdioxidgas, 37

Kohlenstoffquelle, 60

Kolonie, 63

Kompost, 68

Konservieren, 46

Kontrollvariante, 16

Kosmetika, 79

Krankenhaus, 59

Kreuzblütler, 78

Kristalle, 51

Kristallformen, 51

Kristallgitter, 51

Krümel, 70

Krümelgrößenverteilung, 70

Krümelstabilität, 70

Kupfersulfatlösung, 53

L

Labor, gentechnisches, 59

Lactose, 41

Längenwachstum, 15

Lauch, 50

Laufmittel, 56

Laufmittelfront, 55

Lehmboden, 78

Lehme, 69

Leichtbenzin, 79

Leucrose, 41

Liebstöckel, 50

Löschblatttest, 79

Lösemittel, 51

Löslichkeit, 56

Lösungen, 10

Lösungsmittel, 50, 55, 79

Luftporen, 71

Luftstickstoff, 62

Lupe, 50, 51

M

Maggikraut, 50

Maggiwürfel, 50

88

Magnesiastäbchen, 51

Mais, 38

Maismehl, 41

Maltose, 41, 82

Mälzen, 42

Mannose, 41

Marmeladenglas, 57

Massenanteil, 10

Massenprozent, 10

Mehl, 82

Meniskus, 6

Messgenauigkeit, 7

Messzylinder, 6, 37

Milch, 62

Minimalmedien, 60

Mischzone, 67

Mitochondrien, 37

Mittelwerte, 16

Möhren, 50

Molekülketten, 76

Molkerei, 59

Moose, 67

Moospolster, 67

Most, 42

Muskelzellen, 46

Mutterzelle, 60

Myoglobin, 46

N

Nähragar, 61

Nährmedium, 60

Nährsalzversorgung, 78

Nährstoffversorgung, 14

Natrium, 52

Natriumglutamat, 51, 53

Natriumnitrit, 46

Netzwerk, 76

Neurotransmitter, 53

Nickhaut, 30

Ninhydrinprobe, 53

Nitrit, 47

Nitritpökelsalz, 47

O

Objektträger, 37

Oel, 79

Oelausbeute, 80

Oelrettich, 78

Ohrläppchen, 30

Ohröffnungen, 30

Organelle, 60

Oxidation, 47

P

Papierchromatographie, 55

Paprika, 50

Pasteurisierung, 62

Peleusball, 7

Pepsin, 60

Pepton, 60

Petrischalen, 60

Petroleumbenzin, 51

Pflanzenstücke, 50

Pflanzenteile, 57

Phase, mobil, 55

Phase, stationär, 55

pH-Meter, 70

pH-Wert, 70

Pilze, 67

Pipette, 79

Plasma, 60

Plattieren, 64

Pökeln, 44

Pökelsalz, 45

Polymere, superabsorbierende, 74

Porzellanschale, 80

Proteine, 53, 60

Pyrolyse, 51

R

Raps, 14, 77

Rapsblüten, 78

Rapsöl, 79

89

Rapssamen, 80

Rasen, 65

Referenz, 56

Referenzprobe, 55

Regenwürmer, 67

Reinigungsmittel, 79

Reis, 38

Ribosomen, 60

Roggen, 38

Roggenmehl, 41

Rotkohl, 57

S

Saccharometrie, 82

Saccharose, 41

Salpetersäure, 52

Salze, 76

Samen, 14, 79

Samenbau, 14

Samenproduktion, 78

Sammlungsschädlinge, 19

Sand, 68

Sandboden, 78

Sande, 69

SAP, 74

Sauerstoffbindung, 46

Sauerstoffgas, 37

Sauerstoffmangel, 37

Saugfähigkeit, 75

Schädel, 32

Scheidetrichter, 50

Schichten, 67

Schimmelbildung, 19

Schlämmanalyse, 71

Schleiereulen, 30

Schmierstoffe, 79

Schnaps, 42

Schnee-Eule, 31

Schoten, 78

Selektivmedium, 60

Selektivnährboden, 60

Sellerie, 50

Sendung mit der Maus, 45

Senf, 78

Silberchloridfällung, 52

Silbernitrat, 52

Solfatare, 59

Sommerraps, 78

Sparprogramm, 37

Spezialmedien, 60

Spinat, 57

Spiritus, 38

Spitzmaus, 32

Sprossung, 37

Stabilität, 75

Stammlösungen, 11

Stärke, 23, 82

Stärkegehalt, 25

Starkzehrer, 78

Startlinie, 55

Staubgefäße, 78

Sterilisieren, 61

Steriltechniken, 61

Stickstoff, 60

Stoffe, polare, 56

Stoffe, unpolare, 56

Streuschicht, 68

Strukturformeln, 41

Substrat, 82

Substrate, 41

Substratmoleküle, 82

Suppen, 50

Suspension, 37

Synthese, 82

T

Tabellenkalkulationsprogramm, 15

Teebeutel, 50, 80

Teig, 38

Teilung, 60

Thermosflasche, 62

Titerbestimmung, 63

90

Tochterzelle, 60

Tone, 69

Traubenzucker, 37

Treibstoff, 79

Trennverfahren, 55

Trennwirkung, 57

Trockenhefe, 37

Tubularaugen, 30

V

Verbreitungsgebiete, 19

Verdampfbarkeit, 79

Verdünnungsfaktor, 11, 64

Verdünnungsmasse, 12

Verdünnungsvolumen, 12

Vergärbarkeit, 41

Vergleichsherbar, 19

Vergleichsprobe, 53

Verschlämmungsbild, 70

Viskosität, 79

Vitamin C, 45

Vitamine, 79

Vollkornmehle, 38

Vollmedien, 60

Vollpipette, 6

Volumenmessgeräte, 6

Volumenprozent, 10

W

Wachstum, 14, 37

Wachstumsphase, 63

Wärmeschrank, 40, 55, 65

Warmpressen, 79

Wasser, 56

Wasserbad, 53

Wasserbindefähigkeit, 75

Wasserdurchlässigkeit, 71

Wassergehalt, 70

Wassermoleküle, 76

Wasserporen, 71

Wegblastechnik, 50

Weidelgras, 14

Weißklee, 14

Wein, 42

Weintrauben, 42

Weintraubensaft, 42

Weizenmehl, 38, 41

Wendezehe, 30

Wert, 56

Windeln, 75

Winterraps, 78

Winzerhandwerk, 42

Wühlmaus, 32

Wurst, 45

Würzmittel, 50

Z

Zelle, 37, 82

Zellkern, 37, 60

Zellmembran, 59

Zelltiter, 63

Zellulose, 27, 59

Zellwand, 59

Zentrifugieren, 50

Zucker, 37, 38

Zweiteilung, 63

Zwiebeln, 50

91