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Lebensmittelkonservierung

Lebensmittelkonservierung. Luisa Wanka SS 2009. Gliederung. 1. Einleitung: Was bedeutet Konservieren? 2. Geschichte der chemischen Lebensmittelkonservierung (D1a,b) 3. Konservierung durch Senkung des pH- Wertes (D2) 4. Schwefeln von Lebensmitteln (V1+2)

eleanor
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Presentation Transcript

  1. Lebensmittelkonservierung Luisa Wanka SS 2009

  2. Gliederung 1. Einleitung: Was bedeutet Konservieren? 2. Geschichte der chemischen Lebensmittelkonservierung (D1a,b) 3. Konservierung durch Senkung des pH- Wertes (D2) 4. Schwefeln von Lebensmitteln (V1+2) 5. Pökeln von Lebensmitteln (D3,V3+4+5) 6. Nachteile 7. Schulrelevanz 8. Literatur

  3. 1. Einleitung

  4. 1. Einleitung 1.1 Definition: Was bedeutet Konservieren? • Konservierung:conservare(lat.) = bewahren, erhalten • Definition: • Ziel: Erhaltung des äußeren Erscheinungsbildes, des Geschmacks und der Konsistenz Schaffen eines Zustands, in dem äußere und innere Verderbsursachen beseitigt bzw. der Prozess des Verderbs verlangsamt wird. Verlängerung der Haltbarkeit

  5. 1. Einleitung 1.2 Verursacher des Lebensmittelverderbs: • Lebensmittelverderb wird durch Bakterien, Hefen und Schimmelpilze verursacht • Bakterien: Fäulnis, Ansäuerung, Verfärbung (z.B. Fäulnis: Abbau von Aminosäuren und Proteinen, Freisetzung von H2S oder NH3) • Hefen: Gärung (z.B. Säfte) • Schimmelpilze: Verschimmeln und Erweichung (z.B. Schimmelpilzrasen)

  6. 1. Einleitung 1.3 Wirkungsweise von Konservierungsstoffen Wirkungsklassen: • mikrobiozide Stoffe: (z.B. in Pflanzenschutzmitteln): Abtöten von schädlichen Organismen • mikrobiostatische Stoffe: (z.B. Lebens- oder Futtermittelkonservierung): Verhindern: Bakterien-Wachstum, Bildung von Toxinen

  7. 1. Einleitung Einteilung der Konservierungsverfahren Lebensmittelkonservierung chemisch (5 %) physikalisch (95 %) Einsalzen Bestrahlung thermisch • UV-Licht • Sterilisieren • Pasteurisieren • - Trocknen • - Kühlen • - Einfrieren Einzuckern Pökeln Räuchern Zusatzstoffe

  8. 2. Geschichte der Lebensmittel-konservierung

  9. 2. Geschichte 2. Geschichte der Lebensmittelkonservierung ~ 7000 v. Chr.: Salzen, Trocknen, Räuchern ~ 3000 v. Chr.: Einlegen in Öl (Mesopotamien) ~ 2000 v. Chr.: Einlegen in Essig (Ägypten) und Honig (Römisches Reich) ~ 1000 v. Chr.: Einlegen in Alkohol (Arabien) und Milchsäure (Ostasien) ~ 50 n. Chr.: Schwefeln (Römisches Reich) ~ 1400 n. Chr.: Pökeln ~ 1900 n. Chr.: Bor- und Salicylsäure ~ 1950 n. Chr.: Bestrahlung Heute: Kühlung und Sorbinsäure

  10. 2. Geschichte 2.1 Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung • Haltbarkeit: von Lebensmitteln beschränkt • Verfügbarkeit vieler Rohstoffe: nur während Erntezeit • Internationaler Warenaustausch:Weg von Produktionsort zum Verbraucher immer länger • Konsument: Wandel der Einkaufsgewohnheiten • Medizin/Toxikologie: Schutz vor Toxinbildung

  11. 2. Geschichte 2.1 Notwendigkeit der Lebensmittelkonservierung Vorbeugung des Missbrauchs von Konservierungsmitteln Richtlinien der WHO und EU: • ADI-Werte (acceptabledailyintake) = Tageshöchstdosis in mg/kg Zusatzstoffe kennzeichnungspflichtig: • klassifiziert durch E-Nummern (z.B. E210 für Benzoesäure)

  12. 2. Geschichte Demo 1a Trocknen von Champignons

  13. 2. Geschichte Demo 1b Konservierung mit Salz und Essig (nach Runge)

  14. 2. Geschichte Auswertung Demo 1 • Wasserentzug macht Lebensmittel fast unbegrenzt haltbar Wassergehalt < 4 % und trockene Lagerung • Salz entzieht den Mikroorganismen im Lebensmittel das lebensnotwendige Wasser mind. 8 bis 24 %ige Kochsalzlösung nötig • Salz meist in Kombination mit Essig

  15. 3. Konservierung durch Senkung des pH-Wertes

  16. 3. pH-Wert-Senkung 3.1 Konservierung mit Essigsäure • konservierende Wirkung beruht auf Senkung des pH-Wertes Essigsäurekonzentration mind. 0,5 % • Wirkung steigt mit sinkenden pH-Wert • bei niedrigen pH-Werten kann die Säure die Zellmembran der Mikroorganismen durchdringen und zerstören Wirkung: Mikroorganismen benötigen für Wachstum neutrales Milieu, daher Essigsäure sehr effektiv.

  17. 3. pH-Wert-Senkung Demo 2 Aufnahme einer Titrationskurve von Gurkenwasser

  18. 3. pH-Wert-Senkung 3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve

  19. 3. pH-Wert-Senkung 3.2 Graphische Auswertung der aufgenommenen Titrationskurve Ergebnisse: Säure im Gurkenwasser Essigsäure (pKs-Wert: 4,75) Reaktionsgleichung: CH3COOH (aq) + Na+(aq) + OH-(aq) CH3COO-(aq) + Na+(aq) + H2O Bestimmung der Menge von Essigsäure: n(CH3COOH) = c(NaOH)*V(NaOH)* t = 0,1mol/L*11,5 mL*1,00 = 1,15 mmol m(CH3COOH) = M(CH3COOH)*n(CH3COOH) = 60,05 mg/mmol*1,15 mmol = 69,05 mg/mmol In 50 mL Gurkenwasser sind demnach 69,05 mg Essigsäure enthalten.

  20. 4. Schwefeln von Lebensmitteln

  21. 4. Schwefeln 4.1 Allgemeines und Wirkung • Lebensmittel werden mit Schwefeldioxid oder Salzen der schwefeligen Säure behandelt • wird in der Technologie wegen ihrer antimikrobiellen, antioxidativen und reduzierenden Eigenschaften eingesetzt (z. B. Obst: Verhinderung von Bräunungsreaktionen) • ADI-Wert: 0,7 mg/kg Körpergewicht, d.h. ein Erwachsener (KG = 70 kg) kann ohne Gefahr täglich 49 mg SO2 zu sich nehmen

  22. 4. Schwefeln 4.2 Toxizität und Anwendungsgebiete • Einsatz aus toxikologischer Sicht umstritten zerstört Vitamin B1im Organismus, Entstehung von Krämpfen der Bronchialmuskulatur • Anwendung hauptsächlich bei Trockenfrüchten oder Gemüse, Konfitüre und der Weinherstellung. Rotwein hat zum Beispiel einen Gesamtgehalt an Schwefel von 175 mg/L

  23. 4. Schwefeln Versuch 1 Schwefeln von Apfelstücken

  24. 4. Schwefeln Auswertung Versuch 1 • Schwefel wird durch den Sauerstoff der Luft zu Schwefeldioxid oxidiert • das entstandene SO2–Gas verhindert die Bräunungsreaktion durch Phenoloxidation • um Lebensmittel vor einer Oxidation an der Luft zu schützen, verwendet man Antioxidantien (hier: SO2) • Antioxidantien können Luftsauerstoff abfangen und somit eine Oxidation verhindern 0 0 +4-2 S8(s) + 8 O2(g)8 SO2(g)

  25. 4. Schwefeln Versuch 2 Nachweis von SO2 in Trockenobst mit Bleiacetat-Papier

  26. 4. Schwefeln Auswertung Versuch 2 0 +1 +2 0 3 Zn(s) + 6 HCl(aq) 3 ZnCl2(aq) + 3 H2(nasc) 3H2(nasc)+ 4 SO2(g) H2S(g) + 2 H2O H2S(g) + Pb(CH3COO)2 (aq) PbS(s) + 2 CH3COOH(aq) 0 +4 +1 -2 +1 • Braunfärbung des Bleiacetat-Papiers durch Bildung von H2S • Schwarzfärbung erfolgt durch Bildung von PbS

  27. 5. Pökeln von Lebensmitteln

  28. 5. Pökeln 5.1 Allgemeines • Pökelsalz besteht hauptsächlich aus Kochsalz (NaCl) und geringen Mengen an Nitrit-Salzen (NaNO2-Massenanteil: 0,4 bis 0,5 %) • weitere Inhaltsstoffe:Saccharose und Pökelhilfsstoffe, wie z.B. L-Ascorbinsäure • Anwendung: Rohe Fleisch- und Wursterzeugnisse

  29. 5. Pökeln 5.2 Pökelarten • Trockenpökelung: Einreiben mit NaCl-NaNO2 -Gemisch • Nasspökelung: in 15-20%ige Pökelsalz-Lösung eingelegt (mehrere Tage) • Spritzpökelung: Injektion einer Pökellake, darin eingelegt (1 Tag)  Lagerung: bis zu mehreren Monaten

  30. 5. Pökeln 5.3 Wirkung Wirkung ist von zwei Faktoren abhängig: • Senkung der Wasseraktivität durch Zugabe von NaCl • Anwesenheit von Nitrit (wirkt antibakteriell, antioxidativ und verstärkt die haltbarkeitsverlängernde Wirkung von NaCl) z.B. 100 mg Nitrit/kg gegen Clostridiumbotulinum-Sporen nötig • optimale Wirkung bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Lagertemperaturen

  31. 5. Pökeln Demo 3 Wirkung von Pökelsalz

  32. 5. Pökeln Wirkung von Pökelsalz Nach 1 Woche Lagerung Ungepökeltes Fleischstück Gepökeltes Fleischstück

  33. 5. Pökeln Auswertung Demo 4 Die antimikrobielle Wirkung des Nitrits beruht auf der freigesetzten salpetrigen Säure und den daraus entstehenden Stickoxiden. Disproportionierungsreaktion: NO2-(aq) + H3O+(aq)HNO2(aq) + H2O 3 HNO2 (aq) HNO3 (aq) + 2 NO (aq/g) + H2O Stickstoffmonoxid wirkt konservierend, farbbildend, aromabildend und antioxidativ +3 +5 +2

  34. 5. Pökeln 5.3 Weitere Wirkung: Umrötung von Fleisch Umrötung: Nitrit kann sich an den Muskelfarbstoff Myoglobin unter Bildung des Nitrosomyoglobin anlagern gekochtes Fleisch erhält rote Farbe (Umrötung) Subjektive Wirkung (Geschmack/Optik): Bildung von Nitrosomyoglobin (rote Fleischfarbe ≠ Frische!)

  35. 5. Pökeln Versuch 3 Umrötung von Hackfleisch

  36. 5. Pökeln Auswertung Versuch 3 Struktur des Myoglobins (Mb) Tertiärstruktur von Mb: Quelle: http://1.bp.blogspot.com/_oN9Qi7HfHqA/RzyyMYu17XI/AAAAAAAAAWw/vaRKauDzD_Y/s320/Myoglobin.png

  37. 5. Pökeln Auswertung Versuch 3 Reaktion ohne Zugabe von Pökelsalz Mb(Fe²+)-His Mb(Fe³+)-His Reaktion mit Zugabe von Pökelsalz 1. Schritt: Nitrit-Reduktion Mb(Fe²+)-His + NO2-(aq) + 2 H3O+ (aq) Mb(Fe3+)-His + NO(g) + 3 H2O 2.Schritt: Reaktion mit NO a) Mb(Fe2+)-His + NO(g) Mb(Fe2+)NO + “His” b) Mb(Fe3+)-His + NO(g) Mb(Fe3+)NO + “His” Kochen Myoglobin, purpurrot MetMb, grau-braun +3 +2 Myoglobin, purpurrot MetMb, grau-braun Nitrosomyoglobin Nitrosometmyoglobin

  38. 5. Pökeln 5.4 Nachweis und Gehalt-Bestimmung von Nitrit in Pökelsalz Nach der Zusatzzulassungsverordnung darf nicht mehr als 100 mg/kg Nitrit über Pökelsalz der Lebensmittel zugegeben werden. 1. Für den Nitrit-Nachweis: Lunges-Reagenz 2. Gehalts-Bestimmung: Kaliumpermanganat

  39. 5. Pökeln Versuch 4 Qualitativer Nachweis von Nitrit in Pökelsalz

  40. 5. Pökeln Auswertung Versuch 4 Lunges 1: 1 g Sulfanilsäure in 30 -%iger Essigsäure Lunges 2: 0,3 g α-Naphthylamin in Eisessig und Wasser Reaktionen: 1.Schritt: Diazotierung

  41. 5. Pökeln Auswertung Versuch 4 2. Schritt: Azokupplung

  42. 5. Pökeln Versuch 5 Quantitative Bestimmung des Nitrit-Gehalts in Pökelsalz

  43. 5. Pökeln Auswertung Versuch 5 Reduktion: MnO4-(aq) + H3O+(aq) + 5 e- Mn2+ (aq) + 12 H2O Oxidation: NO2- (aq) + 3 H2O NO3-(aq) + 2 H3O+ (aq) + 2 e- Gesamtreaktion: 2 MnO4-(aq) + 5 NO2-(aq) + 6 H3O+(aq)5 NO3-(aq) + 2 Mn2+(aq) + 9 H2O +7 +2 violett farblos +3 +5 violett farblos

  44. 5. Pökeln Auswertung Versuch 5 Berechnung von Nitrit-Gehalt: Beispiel: Einwaage Pökelsalz: m(Pökelsalz) = 25,000 g Mittelwert: VAnalyse= 18,35 mL Berechnung des Massenanteils w(NaNO2) in Pökelsalz: [M(NaNO2)=69 g/mol] 1 mL KMnO4-Lösung, c(KMnO4) = 0,02 mol/L, entspricht 3,45 mg NaNO2.  6,25 mL KMnO4-Lösung entsprechen 21,56 mg NaNO2. m(NaNO2)= 18,35 mL· 25000 mg/100 mL = 4575 mg NaNO2. Massenanteil: w(NaNO2)= 21,56 mg/4575 mg · 100% = 0,47% Richtwert: 0,4 – 0,5 %

  45. 6. Nachteile

  46. 6. Nachteile 6. Nachteile der Lebensmittelkonservierung Schwefeln: • schwefelige Säure zerstört Vitamine und löst bei empfindlichen Menschen (z.B. Asthmatikern) Überempfindlichkeitsreaktionen aus • viele Menschen reagieren ab 25 mg Schwefel, z.B. pro Liter Wein, mit Kopfschmerzen Pökeln: • Verlust von Vitaminen und Mineralstoffen • Entstehung von Nitrosaminen Krebserregend in Bier, Fischprodukten, gepökelten Fleischerzeugnissen Bildung von Nitrosaminen: NaNO2 (aq) + H3O+(aq) HNO2 (aq) + H2O + Na+ (aq) HNO2 (aq) + H3O+ (aq) NO+(aq) + 2 H2O R-NH + NO+ (aq) R-N-NO + H+

  47. 7. Schulrelevanz

  48. 7. Schulrelevanz 7. Schulrelevanz G8-Lehrplan: • fächerübergreifend: Chemie-, Biologieunterricht für Jg. 8-10 z.B. Besprechung des Zellaufbaus von Bakterien und Pilzen • Themenkomplex für Jg. 11-12: „Konservierung und Zusatzstoffe“ oder fakultativ im Bereich „Alkansäuren und ihre Derivate“ • Vielfalt der Konservierungsmethoden aus Haushalt bekannt starker Alltagsbezug (Schüler-Interessen) • ermöglicht außerschulische Lernorte (z.B. Supermarkt) • experimentelle Hausaufgaben

  49. 8. Literatur 8. Literatur • Baltes, W.: Lebensmittelchemie, 5. Auflage, Springer Verlag, Berlin.S. 133-153. • Fluck, E./Mahr, C.: Anorganisches Grundpraktikum, 6. Auflage, VCH, Weinheim 1985 • Riedel, E.: Anorganische Chemie, 5. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin - New York 2002 • Seabert, H./Wöhrmann, H.:Konservierung von Lebensmitteln mit und ohne Chemie. Materialien für den Unterricht. Hrsg.: AG Naturwissenschaften - sozial, Marburg 1992 • Stute, R.: Lebensmittel haltbar machen – die Entwicklung einer Technologie. In: NiU-Ch 10, Heft Nr. 49, 1999. S. 7-11 • http://www.chemie-macht-spass.de/2003-konservierungsstoffe.html#01 • http://www.chids.de/dachs/expvortr/580Lebensmittelkonservierung_Damm_Scan.pdf • http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/nwt/unterrichtseinheiten/bausteine/ernaehrung/bilder/01Geschichte%20Lebensmittelkonservierung.pdf • http://www.chemieunterricht.de/dc2/wsu-bclm/kap_05.htm • http://de.encarta.msn.com/encyclopedia_761560675/Lebensmittelkonservierung.html

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