Warum werden Äpfel braun und Apfelsaft nicht? · Thema: Apfelsaft, Enzyme, Polyphenoloxidase...

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Schülerseiten Warum werden Äpfel braun und Apfelsaft nicht? Thema: Apfelsaft, Enzyme, Polyphenoloxidase 26.11.2014 V12-Polyphenoloxidase_ToTest Seite 1 V12 1. Einleitung Bei der Verarbeitung von Naturstoffen kommt es häufig zu unerwünschten Begleitreaktionen. So kann beispielsweise das Erhitzen von Milch zu verändertem Geschmack führen. Der Kontakt mit Luftsauerstoff oxidiert verschiedene chemische Substanzen, so dass Geschmacks- oder Farbänderungen auftreten. Bei der Verarbeitung und Lagerung von solchen Produkten stellt sich häufig die Frage, wie solche Begleitreaktionen unterbunden werden können. 2. Grundlagen In Früchten kommen viele verschiedene Stoffe vor. Eine Gruppe von Verbindungen wird hierbei unter dem Begriff Polyphenole zusammengefasst. 2.1. Enzyme Enzyme sind Proteine, die die Aktivierungsenergie von biochemischen Reaktionen herabsetzen und dadurch als Biokatalysatoren wirken. Sie beschleunigen Reaktionen um das Millionenfache oder mehr. Enzyme sind hochspezifisch, d.h. sie können nur einen ganz bestimmten Stoff/ eine ganz bestimmte Stoffgruppe (= Substrat) chemisch umsetzen. Das Substrat passt in das Enzym wie der Schlüssel in das Schloss (Schlüssel- Schloss-Prinzip [2]). Reaktionen, die mit Hilfe eines Enzyms katalysiert werden, laufen im einfachsten Fall nach folgendem Schema ab: Katalysator: Ein Katalysator erhöht die Geschwindigkeit einer Reaktion und geht dabei unverändert aus der Reaktion hervor. Substrat: Ausgangsstoff (Edukt), der in einer enzymkatlisierten Reaktion umgesetzt wird.

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Warum werden Äpfel braun und Apfelsaft nicht?

Thema: Apfelsaft, Enzyme, Polyphenoloxidase

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V12

1. Einleitung

Bei der Verarbeitung von Naturstoffen kommt es häufig zu unerwünschten

Begleitreaktionen.

So kann beispielsweise das Erhitzen von Milch zu verändertem Geschmack

führen. Der Kontakt mit Luftsauerstoff oxidiert verschiedene chemische

Substanzen, so dass Geschmacks- oder Farbänderungen auftreten. Bei der

Verarbeitung und Lagerung von solchen Produkten stellt sich häufig die

Frage, wie solche Begleitreaktionen unterbunden werden können.

2. Grundlagen

In Früchten kommen viele verschiedene Stoffe vor. Eine Gruppe von

Verbindungen wird hierbei unter dem Begriff Polyphenole zusammengefasst.

2.1. Enzyme

Enzyme sind Proteine, die die Aktivierungsenergie von biochemischen

Reaktionen herabsetzen und dadurch als Biokatalysatoren wirken. Sie

beschleunigen Reaktionen um das Millionenfache oder mehr.

Enzyme sind hochspezifisch, d.h. sie können nur einen ganz bestimmten

Stoff/ eine ganz bestimmte Stoffgruppe (= Substrat) chemisch umsetzen. Das

Substrat passt in das Enzym wie der Schlüssel in das Schloss (Schlüssel-

Schloss-Prinzip [2]).

Reaktionen, die mit Hilfe eines Enzyms katalysiert werden, laufen im

einfachsten Fall nach folgendem Schema ab:

Katalysator:

Ein Katalysator erhöht

die Geschwindigkeit einer

Reaktion und geht dabei

unverändert aus der

Reaktion hervor.

Substrat:

Ausgangsstoff (Edukt),

der in einer

enzymkatlisierten

Reaktion umgesetzt wird.

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Das Enzym wird dabei am Ende wieder freigesetzt und steht somit für

weitere Reaktionen wieder zur Verfügung.

2.2. Polyphenole

Bei den Polyphenolen handelt es sich um Phenole mit mehr als einer OH-

Gruppe. Sie kommen in Pflanzen als Farb-, Aroma- und Gerbstoffe vor. Den

Polyphenolen wird eine gesundheitsfördernde Wirkung zugeschrieben. Sie

wirken als Antioxidantien. Ihnen wird nachgesagt, vorbeugend gegen Krebs

und Herz-/Kreislauferkrankungen zu wirken [1].

2.3. Polyphenoloxidasen

Polyphenoloxidasen sind Enzyme, die die Abbaureaktionen von Polyphenolen

katalysieren. Hierbei entstehen meist braune Farbstoffe. Sie kommen, wie

die Polyphenole auch, in natürlichen Rohstoffen, wie z.B. Obst oder Gemüse

vor.

2.4. Chinone

Chinone sind Oxidationsprodukte von Aromaten, insbesondere von

Phenolen. Sie entstehen z.B., wenn Polyphenole mit Hilfe von

Polyphenoloxidasen umgesetzt werden. Chinone haben eine gelbe Farbe und

reagieren in zahlreichen verschiedenen chemischen Reaktionen weiter zu

braunen Produkten, den Melaninen.

Diese Braunfärbung kann durch Zugabe anderer Antioxidantien, wie z.B.

Vitamin C, verhindert werden.

2.5. Chemisches Gleichgewicht und Reaktionsgeschwindigkeit

Reagiert ein Stoff A mit einem Stoff B zu einem Stoff C und einem Stoff D, so

kann diese Reaktion grundsätzlich in beide Richtungen laufen. Es stellt sich

ein chemisches Gleichgewicht ein.

Das chemische Gleichgewicht wird durch verschiedene Parameter wie

Temperatur, Druck oder Konzentration beeinflusst.

Bei einer enzymatischen Reaktion wird nur die Reaktionsgeschwindigkeit

verändert und nicht das chemische Gleichgewicht.

Trägt man die Menge an gebildetem Produkt einer chemischen Reaktion über

der Zeit auf, so ist zu Beginn eine starke Zunahme des Produktes

festzustellen. Die Reaktion läuft nahezu nur in eine Richtung.

Reaktions-

geschwindigkeit:

Stoffumsatz pro Zeit,

d.h.

Abnahme de Edukts/Zeit

oder

Zunahme des

Produkts/Zeit

Antioxidans:

Ein Antioxidans ist eine

chemische Verbindung,

die eine unerwünschte

Oxidation anderer

Substanzen gezielt

verhindert.

Catechol Benzol

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Mit zunehmender Menge an gebildetem Produkt, kann die Reaktion dann

auch wieder in die andere Richtung laufen, bis im Gleichgewichtszustand

keine Zunahme des Produktes mehr ersichtlich ist. Die Reaktionen laufen

nach wie vor immer noch in beide Richtungen ab, die Menge des Produktes

bleibt jedoch konstant.

Durch die Überlagerung der Hin- und Rückreaktion kann die Geschwindigkeit

der Produktbildung nur zu Reaktionsbeginn ermittelt werden.

Hier kann eine Tangente an die Kurve angelegt werden, aus der die Steigung

und somit die Geschwindigkeit erfasst werden kann.

In diesem Versuch wird als Substrat die chemische Substanz Catechol

verwendet. Dieses wird zusammen mit Sauerstoff zu einem o-Quinon und

Wasser umgesetzt. Die Reaktion wird hierbei durch das Enzym

Polyphenoloxidase katalisiert.

Das o-Quinon besitzt eine gelbe Farbe. Durch eine Vielzahl weiterer

chemischer Reaktionen entstehen aus Quinonen Substanzen mit brauner

Färbung [4].

Diese braunen Substanzen können photometrisch erfasst werden.

Enzymaktivität:

Maß für die Zahl der

Substratmoleküle, die ein

Enzym pro Sekunde

umsetzt.

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2.6. Photometrische Messung

Licht wird von verschiedenen Stoffen adsorbiert. Wird ein Lichtstrahl einer

bestimmten Wellenlänge durch eine Küvette mit einer Lösung / einer

Suspension geschickt, so kann ein Teil des Lichtes durch das Medium / die

Partikel adsorbiert werden. Die Intensität des ausfallenden Lichtes (I1) ist

dann geringer, als die des einfallenden Lichtes (I0).

Der Zusammenhang zwischen der Adsorption des Lichtes und der

Konzentration des Stoffes wird durch das Lambert-Beer‘sche Gesetz

beschrieben. Es zeigt, dass die Verringerung der Lichtmenge abhängig ist von:

Der Menge der adsorbierenden Substanz in der Flüssigkeit (Konzentration)

Dem Weg, den das Licht durch die Flüssigkeit zurücklegen muss

Der Wahrscheinlichkeit dass das Licht durch die Substanz adsorbiert wird (ist abhängig vom Adsorptions- oder Extinktionskoeffizient der jeweiligen Substanz).

In geringen Konzentrationsbereichen ist die Adsorption proportional zur

Stoffkonzentration. Dies kann genutzt werden, um Substanzen in einer

Lösung zu messen.

Werden Werte über OD = 1 erreicht muss verdünnt werden und die

Konzentration über den Verdünnungsfaktor ausgerechnet werden.

Zusatzinformation:

Lambert-Beer’sches Gesetz:

Mit:

A: Adsorption

Ԑ: Extinktionskoeffizient

d: Pfadlänge in cm

c: Konzentration der

adsorbierenden Substanz

I0: einfallendes Licht

I1: ausfallendes Licht

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3. Versuchsdurchführung

3.1. Teilversuch 1

Was passiert, wenn das Fruchtfleisch des Apfels in Kontakt mit der Luft kommt?

Material

1 Apfel

1 Zitrone

1 Küchenmesser

1 Küchenreibe Aufgabenstellung

Untersuche, ob es bei der Bearbeitung des Apfels zu Veränderungen kommt. Versuchsdurchführung

Teile den Apfel mit dem Küchenmesser

Rasple etwas vom Apfel mit der Küchenreibe

Beträufle einen Teil des geraspelten Apfels mit Zitronensaft

Beobachte, ob sich etwas verändert Beobachtung:

Notiere deine Beobachtung. Aufgaben:

a) Erkläre, was passiert. b) Warum werden zerkleinerte Äpfel, die z.B. zum Backen verwendet werden

sollen, häufig mit Zitronensaft beträufelt? c) Warum legt man geschälte Kartoffeln möglichst schnell ins Wasser?

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3.2. Teilversuch 2

Kann durch Erhitzung das Braunwerden von Apfelsaft verhindert werden?

Material

Catechol

1 Feinwaage

1 Wägeschälchen

Meßkolben 100 ml

VE-Wasser

2 Äpfel

1 Küchenreibe

1 Mörser

2 Trichter

2 Faltenfilter

2 Bechergläser ca. 100 ml

1 Erlenmeyerkolben ca. 200 ml

2 Messzylinder 50 oder 100 ml oder 2 Reagenzgläser

1 Zentrifuge (wenn vorhanden) und 2 passende Röhrchen

Aufgabenstellung

Untersuche, welchen Einfluss eine Erhitzung auf das Braunwerden von Apfelsaft

hat.

Versuchsdurchführung

Ansetzen der Catechollösung

Berechne, wie viel Catechol du für 100 ml einer 5 mM Catechollösung

benötigst.

Setze 100 ml einer 5 mM Catechollösung in VE-Wasser an.

Vorbereitung der Apfelprobe

Äpfel entkernen und mit einer Küchenreibe fein raspeln

Die Apfelstücken in einem Mörser fein zu Brei zerreiben

Den Filter in den Trichter geben und den Apfelbrei filtrieren

Das Filtrat 5 min bei 10.000 rpm zentrifugieren.

Versuchsdurchführung

Probe auf 2 Bechergläser aufteilen.

1 Kolben auf >70 °C erhitzen.

Erhitzten Kolben in Eiswasser abkühlen, so dass beide Kolben gleiche

Temperatur haben.

In je einen Messzylinder 30 ml Catechol-Lösung und 10 ml Saft mischen.

Nach 5 und 10 min die beiden Kolben vergleichen.

Catechol ist

gesundheitsschädlich!

Sicherheitsvorschriften

beachten!

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Beobachtung:

Notiere deine Beobachtung.

Aufgaben:

a) Erkläre, was passiert. b) Viele Lebensmittel werden vor dem Eingefrieren blanchiert. Hast Du eine

Erklärung dafür? Notiere diese in deinem Heft.

Blanchieren:

Brühen, Überbrühen, das

kurze Eintauchen von

Lebensmitteln in

kochendes Wasser.

.

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3.3. Teilversuch 3

Welchen Einfluss hat der pH-Wert auf das Braunwerden von Apfelsaft?

Material

Catechol

1 Feinwaage

1 Wägeschälchen

Meßkolben 150 ml

VE Wasser

3 Äpfel

1 Küchenreibe

1 Mörser

2 Faltenfilter

5 Bechergläser (100 ml)

1 Erlenmeyerkolben (200 ml)

pH-Meter

NaOH (10 M) , /HCl (1M)

5 Messzylinder (50 oder 100 ml, oder alternativ 5 Reagenzgläser)

Aufgabenstellung

Untersuche, welche Parameter Einfluss auf die Begleitreaktionen beim Apfelsaft haben.

Versuchsdurchführung

Apfel entkernen und mit einer Küchenreibe fein raspeln

Die Apfelstücken in einem Mörser fein zu Brei zerreiben

Den Filter in den Trichter geben und den Apfelbrei filtrieren

Das Filtrat 5 min bei 10.000 rpm zentrifugieren

Probe auf 5 Bechergläser aufteilen.

Mit NaOH und HCl in jedem Becherglas einen anderen pH-Wert einstellen (ca. pH 12, pH 10, pH 7, pH 4, pH 2). Dazu den pH-Wert des Saftes messen und tröpfchenweise Lauge bzw. Säure zugeben.

In je einen Messzylinder 30 ml Catechol-Lösung und 10 ml Saft mischen

Nach 5 und 10 min die Kolben vergleichen. Beobachtung:

Notiere deine Beobachtung. Aufgaben:

Erläutere welchen Einfluss hat der pH-Wert hat?

Catechol ist

gesundheitsschädlich!

Sicherheitsvorschriften

beachten!

Sicherheitsvorschriften

beim Umgang mit Säuren

und Lauge beachten

Tip:

Der Apfelsaft hat einen

natürlichen pH-Wert von

ca. 4.

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3.4. Teilversuch 4

Untersuchung des Einflusses der Temperatur auf die enzymatische Bräunung von Apfelsaft. Material

VE Wasser

1 Messkolben 50 ml

1 Feinwaage

1 Wägeschälchen

Catechol

1 Apfel

1 Küchenreiben

1 Mörser

1 Trichter

Rundfilter

Falls vorhanden: Zentrifuge und entsprechende Röhrchen

5 Bechergläser 100 ml

1 Thermometer (evtl. Stativmaterial zum Festklemmen)

1 Heizplatte mit Magnetrührer

1 Rührfisch

Photometer (540 nm)

6 Küvetten

Pipetten (750 µl, 250 µl) Aufgabenstellung

Bestimme die Aktivität der Polyphenoloxidase im Apfel in Abhängigkeit der Erhitzungstemperatur. Der Versuch wird bei Raumtemperatur (RT), bei 40°C, 50°C, 60°C und 70°C durchgeführt. Versuchsdurchführung

Ansetzen der Catechollösung

Berechne, wieviel Catechol du für 50 ml einer 5 mM Catechollösung benötigst.

Setze 50 ml einer 5 mM Catechollösung in VE-Wasser an.

Vorbereitung der Apfelprobe

Je Temperaturstufe werden ca. 25 ml benötigt

Apfel entkernen und mit einer Küchenreibe fein raspeln

Die Apfelstücken in einem Mörser fein zu Brei zerreiben

Den Filter in den Trichter geben und den Apfelbrei filtrieren

Das Filtrat 5 min bei 10.000 rpm zentrifugieren

Den Überstand in die Bechergläser geben, und unter Rühren auf jeweils RT, 40°C, 50°C, 60°C und 70°C erhitzen.

Alle Proben in Eiswasser auf RT abkühlen

Versuchsdurchführung:

Photometer einschalten und die Wellenlänge 540 nm auswählen

Catechol ist

gesundheitsschädlich!

Sicherheitsvorschriften

beachten!

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Den Blindwert mit VE-Wasser einstellen

750 µl Catechollösung und 250 µl Apfelsaft in eine Küvette pipettieren, mit Parafilm oder Alufolie abdecken und 30 s schütteln.

Danach sofort die Messung starten und die Absorption messen (10 min) Aufgabenstellung / Messwerte:

a) Stelle die ermittelten Werte in einem Diagramm dar, wobei die gemessene Adsorption über der Zeit aufgetragen werden soll.

b) Was kannst Du feststellen? c) Warum müssen die Proben vor der eigentlichen Reaktion auf

Raumtemperatur abgekühlt werden? d) Bestimme die Reaktionsgeschwindigkeit in Δnm/s für die linearen Bereiche

der Kurve. Erläutere, warum die Reaktionsgeschwindigkeit nur zu Beginn ermittelt werden kann.

e) Zeichne ein Diagramm, bei dem die ermittelten Reaktionsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Erhitzungstemperatur dargestellt werden.

f) Was kannst Du feststellen? g) Was bedeutet das, für einen Apfelsaft der erhitzt / nicht erhitzt wird? h) Recherchiere im Internet nach 3 weiteren Beispielen, wo Enzyme in

industriellen Prozessen von Bedeutung sind. i) Kann ein in Verarbeitungsprozessen weit verbreiteter physikalischer

Vorgang wie die Zerkleinerung Einfluss auf die chemischen Inhaltsstoffe von Rohstoffen haben? Erläutere an einem Beispiel. Welche Maßnahmen können ergriffen werden, um unerwünschte Begleitreaktionen möglichst gering zu halten?

4. Weiterführende Literatur

[1] Das Aroma macht den Unterschied,

[2] Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert, Biochemie, 6, 2007,

[3] Bundesministerium für Bildung und Forschung, Weiße Biotechnologie,

[4] Enzyme Kinetics, http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/E/EnzymeKinetics.html

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5. Kurzbeschreibung

Dieser Versuch dreht sich um die enzymatische Bräunung von Äpfeln. Warum

werden Äpfel beim Anschneiden braun? Welche Faktoren beeinflussen das

Braunwerden von Äpfeln? Welchen Einfluss hat der physikalische Vorgang der

Zerkleinerung im Verarbeitungsprozess auf die chemischen Inhaltsstoffe im

Rohstoff? Wie kann das Braunwerden von Äpfeln / Apfelsaft bei der Verarbeitung

vermieden werden? Grundlagen Enzyme, Reaktionsgeschwindigkeiten.

Hierbei wird der Schwierigkeitsgrad in 4 Teilversuchen gesteigert.

6. Lernziel

Produktveränderungen während Verarbeitungsprozessen

Enzyme, Reaktionsgeschwindigkeit

Photometrie, Adsorptionsmessungen

7. Versuchsdauer

Teilversuch 1: 5 min am Anfang und 5 min am Ende einer Schulstunde

Teilversuch 2: 1 Schulstunde

Teilversuch 3: 1 Doppelstunde

Teilversuch 4: 1 Doppelstunde, mit Vorbereitung in der Stunde davor und

Nachbereitung in der Stunde danach.

Alles Zusammen: Bei arbeitsteiliger Bearbeitung: 2 DS

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8. Beispiellösungen

Teilversuch 1

Beobachtung:

Der Apfel / die geriebenen Äpfel färben sich braun

a) Erkläre, was passiert.

Beim Aufschneiden / Reiben der Äpfel kommen die Inhaltsstoffe in Kontakt mit

dem Luftsauerstoff. Die im Apfel enthaltenen Polyphenole können dann mit

Hilfe der ebenfalls im Apfel enthaltenen Phenoloxidasen umgesetzt werden.

Hierbei entstehen braune Substanzen (Melanine).

b) Warum werden zerkleinerte Äpfel, die z.B. zum Backen verwendet werden sollen, häufig mit Zitronensaft beträufelt? Das im Zitronensaft enthaltene Vitamin C ist ein starkes Antioxidans. Bei

Anwesenheit von Vitamin C, wird erst dieses oxidiert, so dass die

Oxidationsprozesse die zur Braunfärbung führen erst dann verstärkt

stattfinden, wenn das Vitamin C verbraucht ist.

c) Warum legt man geschälte Kartoffeln möglichst schnell ins Wasser?

Die Oberfläche der Kartoffeln ist dann nicht in direktem Kontakt mit

Luftsauerstoff, es findet somit keine Oxidation der Polyphenole statt.

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Teilversuch 2

Beobachtung:

Der Versuchsansatz, bei dem der Apfelsaft nicht

erhitzt wurde, färbt sich bereits nach kurzer

Zeit braun. Der Versuchsansatz, bei dem der

Apfelsaft erhitzt wurde, färbt sich nicht.

Abb. 1: Reaktion von Apfelsaft mit Catechol ohne Erhitzung des Saftes (links) und mit Erhitzung des Saftes (rechts) nach 10 min

Aufgaben:

a) Erkläre, was passiert.

Beim nicht erhitzten Apfelsaft werden die im Apfel enthaltenen Polyphenole

mit Hilfe der ebenfalls im Apfel enthaltenen Phenoloxidasen zu braunen

Substanzen umgesetzt. Durch die Hitzeeinwirkung werden die

Polyphenoloxidasen zerstört, die Reaktion läuft nicht mehr ab.

b) Viele Lebensmittel werden vor dem Eingefrieren blanchiert. Hast Du eine Erklärung dafür? In den Lebensmitteln enthaltene Enzyme können viele verschiedene chemische

Reaktionen katalysieren, die zu unerwünschten Begleiterscheinungen bei der

Lebensmittelverarbeitung führen. Durch die Hitzeeinwirkung werden solche

Enzyme zerstört.

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Teilversuch 3

Beobachtung:

Notiere deine Beobachtung.

Abb. 2: Aufnahme nach 6 min Reaktionszeit

Die stärkste Farbänderung konnte bei ca. pH 7 festgestellt werde, gefolgt von pH 10.

Im sehr sauren Bereich (pH 2) konnte keine Farbänderung festgestellt werden.

Hier bietet sich die Möglichkeit, analog zu Teilversuch 4 die Reaktionskinetik in

Abhängigkeit vom pH-Wert zu untersuchen und das pH-Optimum für die Reaktion

festzulegen.

Aufgaben:

a) Erläutere welchen Einfluss hat der pH-Wert hat?

Jede enzymkatalysierte Reaktion hat ihr ein Optimum bei einem bestimmten

pH-Wert.

Teilversuch 4

Aufgabenstellung / Messwerte:

a) Stelle die ermittelten Werte in einem Diagramm dar, wobei die gemessene Adsorption über der Zeit aufgetragen werden soll.

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0 200 400 600 800

Ab

sorp

tio

n (

54

0 n

m)

Zeit (s)

Raumtemperatur

40° C

50° C

60° C

70° C

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b) Was kannst Du feststellen?

Die Kurven verlaufen mit zunehmender Temperatur immer flacher, d.h. die

Änderung der Adsorption pro Zeiteinheit wird immer geringer.

c) Warum müssen die Proben vor der eigentlichen Reaktion auf Raumtemperatur abgekühlt werden?

Chemische Reaktionen sind in der Regel temperaturabhängig. Um die Reaktionen miteinander vergleichen zu können, müssen jedes Mal gleiche Rahmenbedingungen geschaffen werden.

d) Bestimme die Reaktionsgeschwindigkeit in Δnm/s für die linearen Bereiche der Kurve

Die Steigung kann graphisch aus den Diagrammen, wie im Grundlagenteil

beschrieben, ermittelt werden.

e) Bestimme die Reaktionsgeschwindigkeit in Δnm/s für die linearen Bereiche der Kurve

Erläutere, warum die Reaktionsgeschwindigkeit nur zu Beginn ermittelt werden

kann.

f) Zeichne ein Diagramm, bei dem die ermittelten Reaktionsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Erhitzungstemperatur dargestellt werden.

g) Was kannst Du feststellen?

Die Reaktionsgeschwindigkeiten nehmen im untersuchten Temperaturbereich

mit zunehmender Temperatur ab.

h) Was bedeutet das, für einen Apfelsaft der erhitzt / nicht erhitzt wird?

Durch eine erhöhte Temperatur im Apfelsaft wird die Reaktionsgeschwindigkeit

der Umsetzung der Polyphenole stark verlangsamt. Durch Erhitzen des

Apfelsaftes kann somit die Bräunungsreaktion gestoppt werden.

0,00E+00

5,00E-05

1,00E-04

1,50E-04

2,00E-04

2,50E-04

3,00E-04

3,50E-04

20 40 60 80

v [nm/s]

Erhitzungstemperatur [°C]

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i) Recherchiere im Internet nach 3 weiteren Beispielen, wo Enzyme eingesetzt werden von Bedeutung sind.

Beispiele:

In Waschmitteln: • Proteasen für den Abbau von Eiweißen • Amylasen für den Abbau von Stärke, • Cellulasen für den Abbau von Cellulose, • Lipasen für den Fettabbau

In der Medizin: verschiedene Enzyme als Therapeutika oder zur Diagnostik

In der Lebensmittelindustrie: Proteasen zur Hydrolyse von Proteinen bei der Käseverarbeitung

In Kosmetika In der Papier- und Textilindustrie: für Bleichprozesse [3]

j) Kann ein in Verarbeitungsprozessen weit verbreiteter physikalischer Vorgang wie die Zerkleinerung Einfluss auf die chemischen Inhaltsstoffen von Rohstoffen haben? Erläutere an einem Beispiel. Welche Maßnahmen können ergriffen werden, um unerwünschte Begleitreaktionen möglichst gering zu halten?

Ja, ein physikalischer Prozess wie die Zerkleinerung kann Einfluss auf die

chemischen Inhaltsstoffe haben. Am Beispiel der Apfelsaftproduktion führt das

Zerkleinern der Äpfel dazu, dass chemische Substanzen in Kontakt mit dem

Luftsauerstoff kommen. Dadurch wird eine Reihe von chemischen Reaktionen in

Gang gesetzt.

Ein weiterer Prozess kann das Erhitzen von Rohstoffen sein, bei dem durch die

erhöhte Temperatur Inhaltsstoffe zerstört (z.B. Proteine denaturiert) oder

andere chemische Reaktionen stattfinden.

Geeignete Maßnahmen können sein:

Erhitzen, um bestimmte Reaktionspartner zu zerstören, wie z.B. beim Blanchieren

Bei der Verarbeitung darauf achten, dass die Kontaktfläche mit Sauerstoff möglichst gering gehalten wird. Falls möglich, evtl. wässern.

Zusatz von Chemikalien, wie z.B. Antioxidationsmitteln, Konservierungsmitteln

9. Anmerkungen für projektorientiertes / forschendes Arbeiten

Untersuchung des Unterschiedes im Bräunen von geschälten / ungeschälten Äpfeln,

Untersuchung des Unterschiedes im Bräunen von unterschiedlichen Apfelsorten

Falls an der Schule Cassy – Systeme vorhanden sind: Test des Versuches mit dem Eintauchphotometer S bei den Wellenlängen 520 nm und 580 nm. Untersuchen, welche Einstellung günstiger ist.

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Temperaturbereich erweitern der Teilaufgabe 4 erweitern, Aktivität über T auftragen, das Maximum der Enzymaktivität in Abhängigkeit der Temperatur bestimmen, Bereich der RGT-Regel festlegen

pH-Optimum der Reaktion bestimmen

10. FAQ / Tips & Tricks

Wenn keine Feinwaage vorhanden ist, muss eine höher konzentrierte Lösung angesetzt und entsprechend verdünnt werden.

Gefahrenklasse Catechol

Falls keine Zentrifuge vorhanden ist:

Der Versuch wurde stichprobenartig auch ohne Zentrifuge getestet, jedoch muss

der Ansatz dann mindestens 30´ sedimentieren. Die photometrischen Werte sind

etwas höher, was vermutlich auf den noch enthaltenen Trub, in dem sich viele der

Reaktionspartner befinden, zurückzuführen ist.

11. Bezugsquellen

Catechol: z.B. bei Sigma Aldrich (http://www.sigmaaldrich.com), 200 g: ca. 23,-- €

Sicherheitsdatenblatt

Catechol beachten!

Keine Zentrifuge?

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12. Versuchslegende

Herausgeber: Technikinitiative NwT

Hochschule Furtwangen | Furtwangen University

Jakob-Kienzle-Str. 17

78054 Villingen-Schwenningen

http://technikinitiative-nwt.de/

[email protected]

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Ursula Eschenhagen

Erstellt: Juni 2012

In Zusammenarbeit mit: Max Pfaff