Lebensmittelchemie - ein Wahlpflichtkurs in der 9. Klasse

Lebensmittelchemie - ein Wahlpflichtkurs in der 9. Klasse
VOLKER WISKAMP
Impressum: Prof. Dr. V. Wiskamp, FH Darmstadt, Fb. CuB, Hochschulstr. 2, D-64289 Darmstadt
Einleitung
Im Rahmen eines Projektes zur Verbesserung der Beziehungen zwischen Fachhochschule und
Schule hatte ich die Gelegenheit, in einer 9. Klasse des Lichtenberg-Gymnasiums in
Darmstadt einen Wahlpflichtkurs Chemie (2 Stunden pro Woche) zu leiten. Die
teilnehmenden 13 Schülerinnen und 3 Schüler verfügten zu Beginn des Kurses, d.h. nach
Abschluss ihres 8. Schuljahres, in dem sie eine Stunde pro Woche Chemieunterricht gehabt
hatten, über Grundkenntnisse des Faches und der chemischen Formelsprache und wollten vor
allem selbst experimentieren. Die Themenauswahl war mir überlassen mit der einzigen
Auflage, verbindlichen Lernstoff der späteren Klassen möglichst nicht vorwegzunehmen.
Ziele
Für das von mir vorgeschlagene Schwerpunktsthema Lebensmittelchemie hatte mich vor
allem die Lektüre neuerer Arbeiten von R. Stübs in dieser Zeitschrift /1-3/ motiviert. Hier
waren nicht nur die wichtigsten Experimentieranleitungen zitiert - ich kann deshalb im
folgenden auf Angaben von Quellen verzichten -, sondern es wurde vor allem ein Plädoyer
dafür eingelegt, Lebensmittel wegen ihrer vielseitigen Chemie in den Unterricht der
Sekundarstufe II, insbesondere in Leistungskurse, zu integrieren. Da ich außerdem selbst
Erfahrungen hatte, wie sich die Chemie der Öle, Fette und Kohlenhydrate als nachwachsende
Rohstoffe für die chemische Industrie in der praktischen Ausbildung fortgeschrittener
Studenten des Chemieingenieurwesens einsetzen lässt /4/, reizte es mich besonders zu
erproben, wie das Thema mit jungen Schülern der Sekundarstufe I behandelt werden kann.
Beim Umgang mit den alltäglichen Stoffen sollten sich zwanglos grundlegende chemische
Arbeitstechniken, Sicherheit und Umweltschutz im Labor sowie ausgehend von den
Phänomenen Prinzipien des wissenschaftlichen Denkens und Experimentierens vermitteln
lassen, auch ohne dass viele Stoffkenntnisse bei den Schülern vorhanden sind. Außerdem
sollten sich Basisqualifikationen wie mündliches und schriftliches Dokumentieren und
Interpretieren von Laborergebnissen, Transferdenken, Diskussionsfähigkeit und
Gruppenarbeit schulen lassen. Als affektives Lernziel sollten die Kursteilnehmer vor allem
verinnerlichen, wie sehr die Chemie unser tägliches Leben bestimmt. All diese
Gesichtspunkte sind für die naturwissenschaftliche Ausbildung insgesamt wertvoll.
Im folgenden möchte ich einige Erfahrungen aus dem Kurs schildern.
Qualitatives Arbeiten
Aufgrund des analogen Verhaltens von Glucose, Fructose, Saccharose und Stärke beim
Erhitzen (Bildung eines Kondensats, das sich mit Testpapier als Wasser identifizieren ließ,
und eines schwarzen Rückstandes) und gegenüber konzentrierter Schwefelsäure (Bildung
einer kohleartigen, aufgeschäumten Masse) war es für die Schüler überzeugend, dass die
weißen Stoffe einer gemeinsamen Verbindungsklasse angehören. Der Name Kohlenhydrate
war einleuchtend. Zur Unterscheidung der Stoffe führten die Schüler weitere Tests (Zugabe

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von Iodlösung, von alkalischer Kupfer(II)-tartratlösung, Eintauchen eines Glucosetesttreifens)
durch, betrachteten Formelbilder und stellten Struktur-Eigenschaft-Korrelationen auf: Nur das
helical aufgebaute Stärkemolekül reagiert mit Iod, nur Glucose und Fructose, die (in ihrer
offenkettigen Form) beide über eine C-O-Doppelbindung verfügen, wandeln die blaue
Kupferverbindung in eine rote um, nur Glucose verfärbt den Teststreifen.
In der Klassenarbeit stellte ich folgende Aufgabe: „Eine Probe wurde verwechselt. Es kann
sich nur um eine wässrige Lösung von Glucose, Fructose, Saccharose oder Stärke handeln.
Interpretiere bitte die vom Lehrer vorgeführten Nachweisreaktionen und begründe, welche
Probe tatsächlich vorliegt.“ Dann versetzte ich einzelne Proben (und Wasser als Referenz) mit
Iodlösung (negativ), Fehling-Reagenz (positiv) und Glucose-Teststreifen (negativ). Fast alle
Schüler kamen zum richtigen Ergebnis (Fructose).
Am Ende einer Unterrichtsstunde wurde eine Saccharoselösung mit Bäckerhefe versetzt. In
der nächsten Woche wurde die Mischung filtriert und das Filtrat destilliert. Siedepunkt und
Dichte des Destillates wurden bestimmt. In einem zweiten Experiment wurde Rotwein
destilliert. Die zuerst übergehende Flüssigkeit hatte den gleichen Siedepunkt und die gleiche
Dichte wie das Gärprodukt, worauf die Schüler dieses rasch als Alkohol identifizierten.
Qualitative anorganische Analytik war erforderlich, um Gemüse und Fleisch auf
Mineralstoffe zu untersuchen. Dazu musste die organische Materie zunächst durch Veraschen
mineralisiert werden. (Hier unterbrach ich das Thema Lebensmittelchemie für zwei Wochen,
um mit den Schülern Experimente mit faszinierenden Mineralien (Bestimmung von
Ritzhärten und Strichfarben /5/) durchzuführen und dadurch den Kurs insgesamt aufzulockern
und um einen anderen Gesichtspunkt zu bereichern.) Beim Calcium- oder Chloridnachweis
lernten die Kursteilnehmer dann die Bedeutung von Blind- und Zusatzproben kennen, um
aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.
Quantitatives Arbeiten
Die Schüler hatten bereits gehört, dass Obst und Gemüse beim längeren Liegen an der Luft
einen Teil seines Vitamin C-Gehaltes verlieren. Hierzu wurde ein quantitatives
Modellexperiment durchgeführt: 10 mL einer 1%igen Ascorbinsäurelösung wurden mit
Wasser verdünnt. Nach Zugabe von etwas Natronlauge (pH ≈ 10) wurde 20 Minuten Luft
durch die Lösung geleitet, die dann angesäuert, mit etwas Kaliumiodid und Stärkelösung
versetzt und mit Kaliumiodat-Maßlösung bis zur bleibenden Blaufärbung titriert wurde. Eine
Vergleichstitration von 10 mL der (nicht mit Luft behandelten) Ascorbinsäurestammlösung
wurde durchgeführt /6/. Ohne Einzelheiten der Analysenmethode zu verstehen, konnten die
Schüler die beiden Titrationsergebnisse vergleichen und ausrechnen, wie viel % des Vitamins
oxidativ zerstört wurden.
Die Schüler wussten, dass Sprudelwasser Kohlenstoffdioxid enthält und dass der CO 2 -Gehalt
beim Stehenlassen des Getränkes in einem offenen Glas abnimmt. Im Praktikum
quantifizierten sie dieses Phänomen, indem sie 100 mL Selterswasser mit Phenolphthalein
versetzten und mit NaOH-Maßlösung bis zur Rotfärbung titrierten und in einem zweiten
Experiment die gleiche Menge Selterswasser untersuchten, nachdem sie 2 Minuten Luft
durchgeleitet hatten. Ähnlich wie bei der oben beschriebenen Vitamin C-Bestimmung war
auch hier ein detailliertes Verständnis der Titration nicht nötig, um den prozentualen
Säureverlust des Sprudels zu ermitteln.

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Transferdenken
Die Schüler schüttelten eine Mischung von Wasser und Sojaöl sowie eine weitere, der vorab
eine Mikrospatelspitze Natriumoleat oder -stearat zugesetzt worden war. Danach
beobachteten sie im ersten Fall eine rasche Phasentrennung, im zweiten Fall eine langsame
und gleichzeitig ein starkes Schäumen. Die Wirkungsweise von Fettsäuresalzen als Tenside
wurde erläutert.
Im nächsten Versuch schüttelten die Schüler eine Mischung von Wasser und Sojaöl, der
etwas Natronlauge zugegeben worden war, unmittelbar nach der NaOH-Zugabe und nach
20minütigem Tempern der Mischung in einem fast siedenden Wasserbad. Eine
Schaumbildung war erst nach der längeren Einwirkungszeit der Base zu erkennen, woraus die
Schüler schlossen, dass offensichtlich ein Tensid entstanden war.
Als später Margarine und kosmetische Cremes aus wässrigen und öligen Ausgangsstoffen
hergestellt wurden, war es für die Praktikumsteilnehmer leicht einzusehen, das zusätzlich
Emulgatoren benötigt wurden, um optisch homogene Produkte zu erzielen.
Ökologische Gesichtspunkte
Beim Experimentieren mit Lebensmitteln fallen nur wenige giftige Reste an, die nicht
weggeschüttet werden dürfen, z.B. kupferhaltige aus Fehlingproben, sondern in einem
bereitgestellten Gefäß gesammelt wurden. Einmal darauf hingewiesen, hielten sich die
Schüler konsequent an die Sammelvorschrift. Es wurde Ihnen mitgeteilt, dass die Reste in die
Stoffströme des anorganischen Praktikums an der FH Darmstadt eingeschleust und dort auf
wiederverwertbares Kupfersulfat aufbereitet werden.
Reste aus den Versuchen zum Nachweis der Doppelbindung in der Ölsäure mit Brom wurden
ebenfalls gesammelt. Die fachgerechte Entsorgung führte ich als Demonstrationsversuch vor:
Zu der Emulsion der bromorganischen Verbindung in Wasser gab ich pulverförmige
Aktivkohle, um den Schadstoff an der Kohlenoberfläche zu adsorbieren. Nach Filtration
wurde das giftfreie Filtrat weggeschüttet und die schadstoffbeladene Kohle der
Sondermüllverbrennung zugeführt.
An diesen Beispielen lernten die Schüler, dass Umweltschutz zum Experiment dazugehört
und auf chemischen Prinzipien beruht.
Eine weitere Möglichkeit, ökologische Probleme anzusprechen, ergab sich in Anschluß an
einen Versuch zur Aufnahme von Wasserinhaltsstoffen durch Pflanzen: Ein Bund
Schnittlauch wurde einen Tag in Wasser, ein zweiter in LiNO 3 -haltiges Wasser gestellt. Dann
wurden die Spitzen einiger Pflanzen in die Brennerflamme gehalten. Eine rote
Flammenfärbung belegte die Aufnahme von Lithiumionen. Da jede Pflanze Nährstoffe
braucht, ist eine Düngung ihres Nährbodens nötig. Überschüssiger Dünger sowie Schadstoffe
im Boden können allerdings auch von Menschen durch den Verzehr der Pflanze
aufgenommen werden.
Gesundheitserziehung
Die Schüler wussten, dass das Naschen von Süßigkeiten zu Karies führen kann. Darunter
versteht man die Auflösung der Zahnsubstanz durch Milchsäure, die beim Abbau von Zucker
durch Mundbakterien entsteht. Als Modellexperiment wurde vorgeführt, wie die Säure eine
Eierschale unter Freisetzung von Gasblasen (CO 2 ) rasch zersetzt. Eine zweite Eierschale
wurde zuerst einen Tag in eine gesättigte NaF-Lösung gelegt, bevor sie der Milchsäure

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ausgesetzt wurde. Jetzt war nur eine sehr langsame Gasentwicklung zu sehen. Der Versuch
spiegelt die Kariesprophylaxe durch Putzen der Zähne mit fluoridhaltiger Zahnpasta wider,
wobei die Zahnoberfläche in eine säureresistente Fluorappatit-Schicht umgewandelt wird /7/.
Vom Reagenzglas- zum halbtechnischen Ansatz
Zunächst schüttelten die Schüler eine Mischung von Kokosflocken und Petrolether im
Reagenzglas, filtrierten, gaben das Filtrat auf ein Uhrglas und warteten, bis das Lösemittel
(unter dem Abzug) verdunstet war und ein fettiger Film zurückblieb. Anschließend wurde
ihnen die halbtechnische Gewinnung von Kokosfett aus -flocken durch Soxhlett-Extraktion
und anschließendes Abdestillieren des Lösemittels am Rotavapor vorgeführt. Sichtlich
beeindruckt waren die Praktikanten von der erhaltenen Fettmenge und der Effektivität des
Lösemittelrecyclings.
Ekelige Chemie
In eine Stärkelösung zu spucken, um den katalytischen Abbau der Moleküls durch die im
Speichel enthaltene Amylase zu beweisen, traute sich nur ein Schüler. Die Mädchen ekelten
sich zu sehr davor.
Den Geruch von Sojaöl bei der Siedepunktsbestimmung assoziierte eine Schülerin mit dem
von Fisch, worauf ihr gleich schlecht wurde.
Wissenschaftlich überzeugend, aber alles andere als appetitlich war auch ein Versuch zur
konservierenden Wirkung von Vitamin C: Eine 3 Tage alte, mit Ascorbinsäurelösung
getränkte Brotscheibe zeigte noch keinen Schimmelansatz, während eine Brotscheibe, die mit
Wasser getränkt war, vor lauter Schimmel kaum noch zu erkennen war.
Schließlich erfreuten sich auch das Homogenisieren - in der Schülersprache „Zermatschen“ -
von Bananen und Äpfeln zum anschließenden Glucose-Nachweis oder das Zerkochen von
Fleisch mit Salzsäure zwecks Herstellung von Suppenwürze keiner großen Beliebtheit.
„Gut, dass wir nicht immer wissen, was wir essen“, kommentierte eine Schülerin. Hinter
dieser Aussage verbirgt sich die traurige Wahrheit, dass viele Menschen die Produkte der
chemischen und Lebensmittelindustrie zwar wertschätzen und konsumieren, den
Herstellungsmethoden aber sehr kritisch und häufig sogar ablehnend begegnen. Ob mein
Appell, der Chemie in dieser Hinsicht zumindest eine faire Chance zu geben, genützt hat,
weiß ich nicht.
Fazit
Trotz anfänglicher Angst vor dem Umgang mit Säuren, Laugen, Brennern und heißen Geräten
und manchem ekelerregenden Versuch waren die Schüler froh, die Gelegenheit gehabt zu
haben, ein Jahr lang intensiv eigene Versuche durchzuführen und auszuwerten. Auf
Diskussionen und sorgfältige schriftliche Dokumentation der Ergebnisse hatte ich besonderen
Wert gelegt und die Chemiehefte auch regelmäßig kontrolliert. Und Spaß gemacht hat der
Kurs auch. Dies sei am Beispiel eines Versuches zum osmotischen Druck belegt. Ich hatte
jedem Kursteilnehmer ein Gummibärchen mit nach Hause gegeben mit der Aufforderung,
dieses in einem Glas mit Wasser zu „ertränken“ und die „Wasserleiche“ an nächsten Tag
genau zu beobachten. Ein Schüler fand es sehr lustig, dass das Tier riesig aufgequollen war,
und beim Versuch, es aus dem Wasser zu fischen, ein Bein verlor.

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Am Kursende wurde gefeiert, wobei erworbenes Fachwissen zum Bereiten der „Cocktails“ in
die Praxis umgesetzt wurde. Aus den Lebensmitteladditiven Ascorbinsäure
(Konservierungsmittel und Vitamin), Weinsäure (Säuerungsmittel),
Natriumhydrogencarbonat (Treibmittel) und kleinen Mengen Calciumcarbonat,
Magnesiumoxid und Kaliumchlorid (Mineralstoffe) wurde Vitaminbrausepulver hergestellt.
Nach dessen Auflösen in Wasser wurden die Getränke mit Haushaltszucker oder Süßstoff -
nach Geschmack - gesüßt. Faszinierende Farben resultierten bei Zugabe von
Farbstofflösungen, die zuvor durch Überschichten von Smarties mit Wasser und Ablösen der
Lebensmittelfarbstoffe bereitet wurden.
Literatur
1 Stübs, R.: Das Thema „Lebensmittel“ im Chemieunterricht. - In: Chem. Sch. - 43 (1996) 2. - S. 52 ...
60
2 Stübs, R.: Die „7 Säulen“ der Ernährung im Chemieunterricht. - In: Chem. Sch.. - 43 (1996) 7/8. - S.
270 ... 279
3 Stübs, R.: Lebensmittelzusatzstoffe. - In: Chem. Sch.
4 Wiskamp, V.: Nachwachsende Rohstoffe - eine neue Lehrveranstaltung an der Fachhochschule
Darmstadt. - In: chimica didactica. - 22 (1996) 1. - S. 67 ... 80; Kramb, V.: Evaluierung der
dreiteiligen Lehrveranstaltung „Nachwachsende Rohstoffe“. - In: chimica didactica. - 22 (1996) 1. - S.
81 ...83
5 Schmidkonz, B.: Beobachtungen an Gesteinen und Mineralien. - In: Chemkon. - im Druck
6 Proske, W.; Wiskamp, V.; Zenker, S.: Das erprobte Experiment: Quantitative Bestimmung von
Vitamin C. - In: Chem. Sch. - 44 (1997) . – im Druck
7 Proske, W.; Wiskamp, V.: Modellversuch zur Bildung und Vermeidung von Karies. - In: NiU-
Chemie, im Druck