Emsland-Sonne-Brause, Kunst und Wissenschaft
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<strong>Emsland</strong>-<strong>Sonne</strong>-<strong>Brause</strong>, <strong>Kunst</strong> <strong>und</strong> <strong>Wissenschaft</strong> ?<br />
Ein Projekt einer 10. Klasse der Liebfrauenschule Vechta<br />
Fachlehrer: Martin Ratermann<br />
Liebfrauenschule Vechta<br />
Marienstr. 4<br />
493377 Vechta<br />
E [ ]<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
0<br />
300 350 400 450 500 550 600<br />
1<br />
Wellenlänge [nm]
<strong>Emsland</strong>-<strong>Sonne</strong>-<strong>Brause</strong>, <strong>Kunst</strong> <strong>und</strong> <strong>Wissenschaft</strong> ?<br />
1 Vom Untersuchungsobjekt zum Projekt<br />
1.1 Entwicklung der Projektidee<br />
Beim Besuch der Lebensmittel- oder Getränkeabteilungen von Supermärkten fallen den K<strong>und</strong>en<br />
besonders die attraktiven, manchmal auch sehr intensiven Farben der Produkte auf. Häufig verdanken<br />
die Lebensmittel ihr ansprechendes Aussehen dem Zusatz natürlicher, naturidentischer oder<br />
synthetischer Farbstoffe. Im Chemieunterricht <strong>und</strong> in Arbeitsgemeinschaften hatten wir an unserer<br />
Schule bereits mehrere Projekte zum Thema "Farbstoffe in Lebensmitteln"<br />
durchgeführt <strong>und</strong> dabei interessante Ergebnisse erzielt. 1 Bei der Suche nach<br />
neuen Untersuchungsobjekten stießen wir, zunächst eher zufällig, auf die intensiv<br />
rote <strong>Emsland</strong>-<strong>Sonne</strong>-<strong>Brause</strong>. Ursprünglich galt unser Interesse lediglich den<br />
enthaltenen Farbstoffen. Schließlich setzten wir uns aber zum Ziel möglichst<br />
viele Inhaltsstoffe der <strong>Brause</strong> experimentell nachzuweisen. Am Anfang stand<br />
dabei die intensive Suche nach geeigneten Versuchsvorschriften. Bei unseren<br />
Literaturrecherchen stießen wir auf eine Vielzahl interessanter Quellen. Als<br />
besonders ergiebig erwiesen sich z.T. hervorragend präsentierte<br />
Praktikumsanleitungen aus dem Internet. 2<br />
1 <strong>Emsland</strong>-<br />
<strong>Sonne</strong>-<strong>Brause</strong><br />
2Etikett der <strong>Emsland</strong>-<strong>Sonne</strong>-<strong>Brause</strong><br />
1.2 Limonade oder <strong>Brause</strong> - was ist der Unterschied ?<br />
Uns war zunächst nicht bewusst, dass zwischen einer Limonade <strong>und</strong> einer <strong>Brause</strong> Unterschiede<br />
bestehen. Im Rahmen unserer Literaturstudien stießen wir dann aber auf Informationen 3 . Danach<br />
enthalten <strong>Brause</strong>n im Unterschied zu Limonaden <strong>und</strong> Fruchtsaftgetränken naturidentische oder<br />
künstliche Aroma- <strong>und</strong> /oder Farbstoffe.<br />
1<br />
Z.B. Was Tiere Bunt macht, Lit. [3]<br />
2<br />
vgl. Literaturliste, hier sind nur die wichtigsten Titel angegeben.<br />
3<br />
vgl. [a]<br />
2
2 Die Farbstoffe<br />
2.1 Wasserlöslich oder fettlöslich ?<br />
In einem ersten Experiment sollten die Farbstoffe einer gelben Limonade <strong>und</strong> der roten <strong>Brause</strong> im<br />
Hinblick auf ihre Löslichkeiten in verschiedenen Lösungsmitteln verglichen werden. Dazu wurden<br />
Proben beider Lösungen mit wenig Hexan überschichtet <strong>und</strong> geschüttelt.<br />
Beobachtung: Der gelbe Farbstoff der Limonade wurde überwiegend in die Hexanschicht überführt.<br />
Der rote Farbstoff der <strong>Brause</strong> blieb in der wässerigen Phase gelöst.<br />
Deutung: Bei dem gelben Farbstoff der Limonade handelt es sich um ein fettlösliches Carotinoid.<br />
Dieses ist nicht wasserlöslich <strong>und</strong> liegt in der Limonade in suspendierter Form vor. Dies erklärt auch<br />
die Trübung der Limonade. Der Farbstoff der klaren <strong>Brause</strong> ist wasserlöslich <strong>und</strong> lässt sich daher mit<br />
Hexan nicht extrahieren.<br />
3 Extraktionsversuche mit <strong>Brause</strong> <strong>und</strong> Limonade<br />
2.2 Isolierung der Farbstoffe aus der <strong>Brause</strong><br />
Da sich die Farbstoffe mit Hexan nicht extrahieren<br />
ließen, musste ein anderes Extraktionsverfahren<br />
angewandt werden. Wir entschieden uns für die<br />
"Wollfadenmethode". Wir gaben entfettete Wollfäden<br />
in die <strong>Brause</strong>. Ein bei anderen Versuchsobjekten<br />
notwendiger Zusatz von Essig erübrigte sich hier, da<br />
die <strong>Brause</strong> ausreichend sauer war. Soll das Experiment<br />
nur wenige Minuten dauern, muss erhitzt werden. Da<br />
wir die entfärbte Lösung aber weiter auf andere<br />
Inhaltsstoffe untersuchen wollten <strong>und</strong> befürchteten,<br />
dass durch die Erwärmung hitzelabile Bestandteile<br />
zerstört werden könnten, entschieden wir uns dafür,<br />
den Ansatz über Nacht ohne Erwärmung zu rühren.<br />
Am nächsten Tag war die Lösung völlig entfärbt <strong>und</strong><br />
die Wollfäden hatten eine intensiv rote Farbe<br />
angenommen (Abb. 4).<br />
3<br />
4 Gefärbter Wollfäden in entfärbter <strong>Brause</strong>
Die Wollfäden wurden unter fließendem Wasser gewaschen. Durch Kochen in verdünnter<br />
Ammoniaklösung wurden die Farbstoffe wieder von den Fäden desorbiert. Die erhaltene rote Lösung<br />
wurde spektralfotometrisch untersucht. Das Spektrum (Abb. 5) zeigt drei Absorptionsmaxima bei bei<br />
411 (430) nm <strong>und</strong> bei 510 nm. Das Aussehen des Spektrums deutet auf zwei oder drei Farbstoffe hin.<br />
2.3 Chromatografie<br />
5 Absorptionsspektrum der Farbstoffe in der <strong>Brause</strong><br />
Die beim Kochen mit Ammoniakwasser erhaltene Farbstofflösung wurde eingeengt. Mit<br />
Mikropipetten wurden die Farbstoffe auf Cellulose-Dünnschichtplatten 4 übertragen. Die Platten<br />
wurden in eine Chromatografiekammer gestellt. Als Laufmittel wurde ein Gemisch aus 25 ml<br />
Ammoniaklösung (5%ig), 3 ml Brennspiritus <strong>und</strong> 1 g Natriumcitrat verwendet. Nach wenigen<br />
Minuten war eine Auftrennung in eine rote <strong>und</strong> zwei gelbe Farbstoffbanden deutlich zu erkennen.<br />
4 Polygram CEL 300<br />
E [ ]<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
6 Chromatogramme der <strong>Brause</strong>farbstoffe<br />
0<br />
300 350 400 450 500 550 600<br />
Wellenlänge [nm]<br />
4<br />
RF-Werte:<br />
roter Farbstoff:<br />
0.45<br />
gelbe Farbstoffe:<br />
0.15<br />
0.31
Deutung: Die Auftrennung in drei Farbstoffbanden deutet zunächst auf drei Farbstoffe hin. Auf dem<br />
Etikett sind jedoch nur zwei Farbstoffe als Inhaltsstoffe angegeben: E 104 (Chinolingelb) <strong>und</strong> E 124<br />
(Cochenillerot A). Literaturstudien ergaben, dass Chinolingelb herstellungsbedingt aus einem<br />
Gemisch aus Disulfonaten (mind. 80 %) Monosulfonaten (höchstens 15 %) <strong>und</strong> Trisulfonaten<br />
(höchstens 7 %) besteht 5 . Es ist daher anzunehmen, dass die intensivere obere gelbe Bande durch<br />
Disulfonate <strong>und</strong> die untere Bande im Wesentlichen durch Monosulfonate erzeugt wird. Das in der<br />
Literatur angegebene Absorptionsmaximum von 411 nm entspricht exakt dem von uns gef<strong>und</strong>enen.<br />
Vermutlich sind die Monosulfonate für das zweite Absorptionsmaximum bei 430 nm verantwortlich.<br />
Das dritte Absorptionsmaximum bei 510 nm ist eindeutig dem Cochenillerot A zuzuordnen <strong>und</strong><br />
entspricht ebenfalls dem Literaturwert.<br />
2.4 Die Farbstoffe der <strong>Brause</strong><br />
2.4.1 E 104 Chinolingelb<br />
2.4.2 E 124 Cochenillerot<br />
Ges<strong>und</strong>heitliche Bewertung 6 : Wegen der chemischen<br />
Ähnlichkeit mit Azofarbstoffen wird ein<br />
Zusammenhang bei der Auslösung von<br />
Pseudoallergien <strong>und</strong> hyperkinetischem Syndrom bei<br />
entsprechend veranlagten Menschen nicht<br />
ausgeschlossen.<br />
In den USA ist Chinolingelb für die Färbung von<br />
Lebensmitteln nicht zugelassen !<br />
Tierversuche haben bisher keine Hinweise auf eine<br />
Toxizität des Farbstoffes ergeben.<br />
5<br />
Ges<strong>und</strong>heitliche Bewertung: Wegen der<br />
chemischen Struktur (Azofarbstoff) wird ein<br />
Zusammenhang bei der Auslösung von<br />
Pseudoallergien <strong>und</strong> hyperkinetischem Syndrom<br />
bei entsprechend veranlagten Menschen nicht<br />
ausgeschlossen. Weiterhin wird eine Beteiligung<br />
bei der Auslösung von Neurodermitis <strong>und</strong><br />
Asthma für möglich gehalten. Tierversuche<br />
haben bisher allerdings keine Hinweise auf eine<br />
Toxizität des Farbstoffes ergeben.<br />
5 Richtlinie 95/45/EG der Kommission vom 26.Juli 1995 zur Festlegung spezifischer Reinheitskriterien für<br />
Lebensmittelfarbstoffe, geändert durch Richtlinie 1999/75/EG der Kommission vom 22.Juli 1999<br />
6 Ges<strong>und</strong>heitliche Bewertung u.a. nach Literaturstelle [f]
3 Die Citronensäure<br />
3.1 Bestimmung des Gehaltes an Citronensäure<br />
Durchführung: Eine Probe der <strong>Brause</strong><br />
wurde über Nacht mit einem<br />
Magnetrührer gerührt, um die<br />
enthaltene Kohlensäure zu entfernen.<br />
Die in der Lösung enthaltene<br />
Citronensäure sollte titrimetrisch<br />
bestimmt werden. Dazu wurden 25<br />
Milliliter der entgasten <strong>Brause</strong> mit<br />
Natronlauge der Konzentration 0.1<br />
mol/l titriert (rote Kurve, Abb.8). In<br />
einem Parallelversuch wurden 25 ml<br />
einer wässerigen Citronensäurelösung<br />
titriert (grüne Kurve, Abb. 8). Das<br />
Vergleichsexperiment mit einer<br />
Citronensäurelösung sollte dazu dienen,<br />
den Verlauf der Titrationskurve<br />
vergleichend zu beurteilen . So sollte<br />
gezeigt werden, dass in der entgasten<br />
<strong>Brause</strong> ausschließlich Citronensäure<br />
titriert wurde.<br />
7 Schülerinnen bei der Titration<br />
In weiteren Experimenten wurde die entfärbte <strong>und</strong> entgaste <strong>Brause</strong> eingesetzt. In diesen Experimenten<br />
wurden die Äquivalenzpunkte anhand des Farbumschlages von Bromthymolblau als Indikator<br />
bestimmt. Die Ergebnisse waren in allen Versuchen gleich.<br />
Beobachtung: Bei einem Natronlaugeverbrauch von 8<br />
Millilitern tritt ein sprunghafter Anstieg des pH-Wertes auf.<br />
Auswertung: c(Citronensäure) =c(Natronlauge)•V(Natronlauge)/3•V(Citronensäure)<br />
c(Citronensäure) = 0.1 mol/l • 8 ml / 3 • 25 ml = 0.011 mol/l<br />
Ergebnis: Die Citronensäurekonzentration der Lösung beträgt<br />
0.011 mol/l. Das entspricht<br />
m = M • c = 192.4g/mol • 0.011 mol/l = 2.11 g/l.<br />
Die Konzentration der Citronensäure beträgt 0.211%.<br />
(Die Dichte der Regina beträgt 1 g/ml).<br />
3.2 Zur Verwendung von Citronensäure<br />
6<br />
pH [ ]<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Titration von <strong>Brause</strong> <strong>und</strong><br />
Citronensäurelösung<br />
0<br />
0 5 10 15 20 25<br />
Natronlauge [ml]<br />
8 Titrationskurven<br />
Citronensäure bewirkt in erster Linie einen sauren Geschmack. Sie trägt außerdem zur Haltbarkeit der<br />
<strong>Brause</strong> bei, weil sie als Säure das Wachstum von Mikroorganismen hemmt.
4 Die Zucker<br />
4.1 Nachweis von Kohlenhydraten in der <strong>Brause</strong><br />
4.1.1 Molisch-Test<br />
Je drei Milliliter der Proben wurden in Reagenzgläser gefüllt, mit einigen Tropfen Molisch- Reagenz<br />
(15%ige Thymollösung in Ethanol) versetzt <strong>und</strong> mit konzentrierter Schwefelsäure unterschichtet.<br />
Untersucht wurden Maltose-Lösung 5%ig, Glucose-Lösung 5%ig, Fruktose-Lösung 5%ig,<br />
Saccharose-Lösung 5%ig, entfärbte <strong>Brause</strong>, Wasser. In dieser Reihenfolge wurden die Reagenzgläser<br />
von links nach rechts gefüllt.<br />
Maltose Glucose Fructose Saccharose <strong>Brause</strong> Wasser<br />
9 Ergebnisse des Molisch-Tests<br />
Beobachtung: In den Vergleichsansätzen mit verschiedenen Zuckern <strong>und</strong> in dem Ansatz mit <strong>Brause</strong><br />
verfärbte sich der untere Bereich dunkel. An der Grenzfläche trat jeweils ein orangefarbener Ring auf.<br />
Der Ansatz mit Wasser blieb farblos.<br />
Deutung: Das Auftreten eines orangen Ringes an der Grenzfläche lässt auf Anwesenheit von<br />
Kohlenhydraten schließen. Die <strong>Brause</strong> enthält ein Kohlenhydrat oder mehrere Kohlenhydrate.<br />
In Gegenwart von konz. H2SO4 werden Zucker unter Bildung von Furfuryl-Derivaten dehydratisiert.<br />
Furfural entsteht bei der Deydratisierung von Pentosen, während aus Hexosen Hydroxymethylfurfural<br />
gebildet wird. Naphtol-(1) (bzw. Thymol) reagiert mit den zyklischen Aldehyden zu purpur gefärbten<br />
Kondensationsprodukten (Furfuryl-diphenyl-methan-Farbstoffe) (1). 7<br />
10 Bildung des Farbstoffes beim Molisch-Test (Hier formuliert mit Naphthol statt mit Thymol)<br />
7 Kursiv gedruckter Text <strong>und</strong> Abb. 9 zitiert aus [e]<br />
7
4.2 Überprüfung auf reduzierend wirkende Zucker - der Benedict-Test 8<br />
Benedict-Reagenz: Lösung 1: 17.3 g Natriumcitrat <strong>und</strong> 10 g Natriumcarbonat in 70 ml<br />
warmem Wasser gelöst,<br />
Lösung 2: 1,7g Kupfersulfat in 20 ml Wasser gelöst<br />
Je drei Milliliter der Proben wurden Reagenzgläser gefüllt <strong>und</strong> mit je einem Milliliter der Lösungen 1<br />
<strong>und</strong> 2 versetzt. Anschließend stellt man die Lösungen für einige Minuten in ein etwa 70°C warmes<br />
Wasserbad.<br />
Maltose Glucose Fructose Saccharose <strong>Brause</strong> Wasser<br />
11 Ergebnisse des Benedict-Tests<br />
Beobachtung: Mit Maltose-, Glucose-, Fructoselösung <strong>und</strong> <strong>Brause</strong> bildete sich ein ziegelroter<br />
Niederschlag. Bei Saccharose <strong>und</strong> Wasser blieb die Niederschlagsbildung aus, die Lösungen blieben<br />
blau.<br />
Deutung: Bei Anwesenheit reduzierend wirkender Zucker bildet sich ein ziegelroter Niederschlag aus<br />
Kupfer-I-oxid. Saccharose wirkt nicht reduzierend. <strong>Brause</strong> enthält einen oder mehrere reduzierend<br />
wirkende Zucker<br />
12 Reaktionsschema zum Nachweis reduzierend wirkender Zucker<br />
8<br />
Benedict Reagenz ist ein Ersatz-Reagenz für das übliche Fehling-Reagenz. Benedictreagenz ist für den<br />
Schulbereich vorzuziehen, da Natriumhydroxid durch das weniger basische Natriumcarbonat ersetzt ist.<br />
8
4.3 Nachweis von Fructose - Seliwanoff-Test<br />
Seliwanoff-Reagenz: 0.05 g Resorcin in 100 ml konzentrierter Salzsäure (c=6 mol/l)<br />
Zu 2 ml Probelösung wurden je 5 ml Seliwanoff-Reagenz gegeben. Anschließend wurden die Proben<br />
für 5 Minuten im siedenden Wasserbad erhitzt (oberes Bild). Danach wurden die Proben weitere 5<br />
Minuten erhitzt (unteres Bild).<br />
Maltose Glucose Fructose Saccharose <strong>Brause</strong> Wasser<br />
13 Ergebnisse des Seliwanoff-Tests<br />
Beobachtung: Mit Fructose ergab sich nach kurzer zeit eine intensive Rotfärbung, mit Saccharose<br />
eine etwas weniger intensive. Die (zuvor entfärbte) <strong>Brause</strong> verfärbte sich langsam rot. Nach 10<br />
Minuten waren die Rotfärbungen kräftiger, die Abstufung der<br />
Farbintensitäten blieb aber bestehen.<br />
Deutung: Ketosen ergeben beim Seliwanoff-Test eine<br />
Rotfärbung. Fructose ist eine Ketose, Glucose <strong>und</strong> Maltose<br />
sind Aldosen. Unter den vorliegenden sauren Bedingungen<br />
findet langsam eine Hydrolyse von Saccharose in Fructose <strong>und</strong><br />
Glucose statt. Anwesenheit von Saccharose führt deshalb<br />
langsamer zu einer Rotfärbung. Die <strong>Brause</strong> enthält also<br />
entweder Fructose <strong>und</strong>/oder Saccharose. Die langsamere<br />
Reaktion deutet auf Saccharose hin. Es ist allerdings nicht<br />
auszuschließen, dass Fructose enthalten ist <strong>und</strong> die weniger<br />
intensive Rotfärbung auf der geringen Konzentration des<br />
Zuckers beruht. 14 Farbstoff Seliwanoff-Test<br />
9
4.4 Nachweis von Glucose - der GOD-Test<br />
In die Zuckerlösungen wird kurzzeitig ein Glucoseteststäbchen gehalten. Nach einer Minute kann<br />
aufgr<strong>und</strong> der Verfärbung des Testfeldes Glucose nachgewiesen werden.<br />
Maltose Glucose Fructose Saccharose <strong>Brause</strong> Wasser<br />
15 Ergebnis des GOD-Tests<br />
Beobachtung: Nur bei Glucoselösung <strong>und</strong> <strong>Brause</strong> verfärbte sich das Testfeld bläulich.<br />
Deutung: Bei Anwesenheit von Glucose tritt eine Blaufärbung auf. Die enzymkatalysierte Reaktion<br />
(Glucose-Oxidase-Reaktion) ist spezifisch, andere Zucker reagieren nicht. <strong>Brause</strong> enthält Glucose.<br />
4.5 Vorläufiges Ergebnis<br />
Mithilfe der bisher durchgeführten Experimente ist folgende Aussage möglich: Glucose ist sicher<br />
enthalten, dies zeigt der positive GOD-Test. Aufgr<strong>und</strong> des Ergebnisses des Seliwanoff-Tests ist zu<br />
vermuten, dass außerdem Saccharose <strong>und</strong>/oder Fructose vorhanden sind. Ein Anteil von Maltose ist<br />
unwahrscheinlich, kann aber aufgr<strong>und</strong> unserer Experimente nicht ausgeschlossen werden.<br />
4.6 Chromatografischer Nachweis der Zucker<br />
Da unsere bisherigen Ergebnisse keine endgültige Klärung der Frage erlaubten, welche Zucker in der<br />
<strong>Brause</strong> enthalten sind, sollte eine chromatografische Analyse Aufschluss bringen. Lösungen der<br />
Zucker <strong>und</strong> <strong>Brause</strong> wurden auf eine Kieselgel-Platte aufgebracht. Als Laufmittel wurde ein Gemisch<br />
aus 40 ml Butanon, 40 ml Aceton <strong>und</strong> 25 ml 3%iger Borsäurelösung verwendet. Als<br />
Derivatisierungsreagenz wurde ein Gemisch aus 0.02g Naphthoresorcin, 10 ml Ethanol <strong>und</strong> 1 ml<br />
konzentrierte Schwefelsäure verwendet. Nach erfolgter Trennung wurden die DC-Platten getrocknet,<br />
mit dem Derivatisierungsreagenz besprüht <strong>und</strong> bei 120 °C für fünf Minuten in den Trockenschrank<br />
gestellt.<br />
10
Fructose Glucose Maltose Saccharose <strong>Brause</strong><br />
16 DC-Platte nach Trennung <strong>und</strong> Derivatisierung<br />
Beobachtung: Es treten unterschiedlich gefärbte Flecken auf. Fructose <strong>und</strong> Saccharose ergeben rote<br />
Flecken, Maltose <strong>und</strong> Glucose blaue. Die Laufstrecken der Zucker unterscheiden sich (leider) kaum,<br />
so dass eine ganz eindeutige Zuordnung schwer fällt. (Beim Besuch des Lebensmitteluntersuchungsamtes<br />
in Oldenburg im Herbst 2001 stellten wir fest, dass unsere Ergebnisse sich nicht sehr stark von<br />
professionellen Analysen unterscheiden. Abhilfe könnte hier die Verwendung eines anderen<br />
Laufmittelgemisches schaffen. Dieses enthielte aber als krebserregend eingestuftes Acetonitril, dessen<br />
Einsatz im Schulunterricht unseres Erachtens nicht zu verantworten wäre.)<br />
Ergebnis: Versuchte Zuordnung siehe Abbildung 14.<br />
4.7 Der Massenanteil der Zucker<br />
100 g der <strong>Brause</strong> wurden über mehrere Tage im Trockenschrank bei einer Temperatur von 50 °C bis<br />
zur Bildung eines nahezu festen Rückstandes getrocknet. Die Masse dieses Rückstandes betrug 3,2 g.<br />
Wir nahmen an, dass die Masse der Farbstoffe <strong>und</strong> Süßstoffe zu vernachlässigen sei <strong>und</strong> der<br />
Feststoffrest aus wenig Citronensäure (genau 0.21 g, vgl. Punkt 3.1) <strong>und</strong> vor allem aus Zucker<br />
bestand. Daraus ergab sich einen Zuckeranteil von 30 g/l <strong>Brause</strong>.<br />
4.8 Zusammenfassung der Zuckeranalysen<br />
Ganz eindeutige Beweise können wir nicht liefern. Es spricht aber einiges dafür, dass Saccharose mit<br />
wenig Fructose <strong>und</strong> Glucose als Kohlenhydrate in der <strong>Brause</strong> enthalten sind. Auf dem Etikett steht der<br />
Hinweis "mit einer Zuckerart". Bei einem Besuch des Lebensmitteluntersuchungsamtes in Oldenburg<br />
erhielten wir von einem Lebensmittelchemiker die Information, dass in der <strong>Brause</strong> enthaltene<br />
Saccharose unter den sauren Bedingungen - der pH-Wert liegt unter 3 - langsam hydrolysiert werden<br />
kann. Insofern ist es plausibel, wenn neben Saccharose Glucose <strong>und</strong> Fructose, vernutlich nur als<br />
Hydrolyseprodukte, vorhanden sind.<br />
11<br />
Saccharose ?<br />
Glucose ?<br />
Fructose ?
5 Die Süßstoffe<br />
5.1 Nachweis von Aspartam<br />
Aspartam musste getrennt von den übrigen Süßstoffen nachgewiesen werden, da es sich nicht<br />
gemeinsam mit diesen aus der <strong>Brause</strong> extrahieren ließ. Lösungen von Aspartam, von Acesulfam, von<br />
Saccharin, entfärbte <strong>Brause</strong> <strong>und</strong> dest. Wasser wurden erhitzt <strong>und</strong> mit wenig festem Ninhydrin versetzt.<br />
Beim Aspartam trat sofort eine Blaufärbung auf. Diese dient als Nachweis für Aspartam. Die von uns<br />
erwartete Blaufärbung der zuvor entfärbten <strong>Brause</strong> blieb zunächst aus, bis die Lösung mit Natronlauge<br />
etwa neutralisiert wurde. Diese Phänomen beobachteten wir auch, wenn wir der <strong>Brause</strong> Aspartam<br />
zugaben. Den Ausgang dieses Experimentes werteten wir als gelungenen Aspartamnachweis in der<br />
<strong>Brause</strong>.<br />
17 v. l.n.r.: Aspartamlösung, Acesulfamlösung, Saccharinlösung, <strong>Brause</strong>, dest. Wasser nach<br />
Erwärmen <strong>und</strong> Zugan von Ninhydrin<br />
5.2 Nachweise von weiteren Süßstoffe<br />
9 vgl. Literatur [6]<br />
10 Di-2-ethylhexylphophphorsäure<br />
12<br />
Weitere in der <strong>Brause</strong> enthaltene Süßstoffe<br />
sollten chromatografisch nachgewiesen werden.<br />
Angesichts der geringen Süßstoffkonzentrationen<br />
mussten diese zunächst aus der Lösung<br />
extrahiert <strong>und</strong> anschließend aufkonzentriert<br />
werden. Dazu wendeten wir ein in der Literatur 9<br />
beschriebenes Verfahren an. In zwei Parallelversuchen<br />
wetzten wir dabei entfärbte bzw. nicht<br />
entfärbte <strong>Brause</strong> ein. Die später erhaltenen<br />
Ergebnisse waren identisch. Auf die Entfärbung<br />
der <strong>Brause</strong> kann also verzichtet werden.<br />
Im ersten Schritt wurden 50 ml <strong>Brause</strong> mit 15 ml<br />
D2EHPA 10 geschüttelt. Die wässerige Phase<br />
wurde verworfen. Die in der organischen Phase<br />
enthaltenen Süßstoffe wurden mit zwei mal 7 ml<br />
Ammoniaklösung reextrahiert.<br />
18 Extraktion der Süßstoffe mit D2EHPA
Der so erhaltene Süßstoffextrakt wurde mit Mikropipetten auf eine Kieselgelplatte aufgetragen.<br />
Daneben wurden Lösungen von reinem Acesulfam, Saccharin <strong>und</strong> zwei Süßstoffen mit<br />
überwiegendem Cyclamatanteil 11 zu Vergleichszwecken aufgetragen. Als Laufmittel wurde ein<br />
Gemisch aus 25 ml Xylol, 25 ml n-Propanol <strong>und</strong> 5 ml Ameisensäure eingesetzt. Nach etwa einer<br />
St<strong>und</strong>e wurde der Trennvorgang beendet <strong>und</strong> die Platte im Kaltlusftstrom getrocknet. Anschließend<br />
wurde die getrocknete Platte mit einer zweiprozentigen Lösung von 2,7-Dichlorfluoreszein in<br />
Brennspiritus 12 besprüht <strong>und</strong> für 15 Minuten bei etwa 70°C in den Trockenschrank gelegt. Nach dieser<br />
Zeit waren die von den Süßstoffen erzeugten hellen Flecken gut zu erkennen (vgl. Abb 19). Die<br />
Abbildung wurde am PC nachbehandelt (Erhöhung des Kontrastes), um die Substratflecken deutlicher<br />
sichtbar zu machen.<br />
19 Chromatogramm der Süßstofftrennung<br />
Saccharin Rf = 0.81<br />
Aceslufam Rf = 0.5<br />
Cyclamat Rf = 0.28<br />
Ergebnis: Cyclamat <strong>und</strong> Saccharin ließen sich von uns eindeutig in der <strong>Brause</strong> nachweisen. Das laut<br />
Etikett ebenfalls vorhandene Acesulfam fanden wir nicht.<br />
11<br />
Assugrin <strong>und</strong> ein weiteres Produkt<br />
12<br />
Das in der Literatur vorgeschlagene giftige Methanol wird durch Brennspiritus ersetzt, was offenbar ohne<br />
Einfluss auf das erhaltene Ergebnis blieb.<br />
13
5.3 Wissenswertes zu den enthaltenen Süßstoffen<br />
Süßstoffe werden eingesetzt, um einen angenehm süßen Geschmack ohne Zucker zu erzeugen.<br />
Dadurch enthalten die Nahrungsportionen viel weniger für den Körper verwertbare Energie (Joule).<br />
Ein Verzicht auf Zucker kann z.B. Nahrungsmittel auch für Diabetiker verträglich machen, die<br />
Zahnges<strong>und</strong>heit <strong>und</strong> eine erwünschte Gewichtsreduktion fördern. Einerseits stellt Zucker für den einen<br />
oder anderen Konsumenten ein Risiko dar, andererseits ist aber auch der Einsatz von Süßstoffen<br />
keineswegs unumstritten. Häufig (naturgemäß?) unterscheiden sich die Einschätzungen von<br />
Süßstoffindustrie <strong>und</strong> Verbraucherverbänden bezüglich der ges<strong>und</strong>heitlichen Risiken. Im Folgenden<br />
eine kurze Einschätzung eines Verbraucherverbandes 13<br />
Aspartam: Künstlicher Süß- <strong>und</strong> Geschmacksstoff, wirkt 200 mal süßer als Zucker.Für Menschen mit<br />
Phenylketonurie bedenklich. Teilweise wird Aspartam gentechnisch hergestellt. Für dieses ist eine<br />
abschließende Bewertung z. Zt. nicht möglich.<br />
Acesulfam: künstlicher Süßstoff <strong>und</strong> Geschmacksverstärker, wirkt 200mal süßer als Zucker. Gilt als<br />
unbedenklich.<br />
Cyclamat: Künstlicher Süßstoff, der 30-50 mal süßer wirkt als Zucker. Nach neueren Untersuchungen<br />
lassen sich alte Bef<strong>und</strong>e, nach denen höhere Dosen im Tierversuch zu Blasenkrebs <strong>und</strong> anderen<br />
Erkrankungen geführt haben sollen, nicht aufrecht erhalten. Von häufigem Verzehr wird abgeraten.<br />
Saccharin: Künstlicher Süßstoff, der 500 mal süßer wirkt als Zucker. In Tierversuchen gibt es<br />
Hinweise auf eine Beteiligung an der Entstehung von Krebsgeschwüren. in den USA ist ein<br />
entsprechender Warnhinweis vorgeschrieben. Von häufigem Verzehr wird abgeraten.<br />
6 Schluss<br />
Im Rahmen des Unterrichtsreihe, deren Ergebnisse wir hier vorstellen, wollten wir vor allem<br />
Erfahrungen mit analytisch praktischem Arbeiten sammeln. Viele der beschriebenen Experimente<br />
gelangen auf Anhieb, sodass schnelle Erfolgserlebnisse nicht ausblieben. Insbesondere die<br />
chromatographischen Zucker- <strong>und</strong> Süßstoffanalysen erwiesen sich aber als heikel. Hier mussten z.B.<br />
verschiedenen Laufmittelgemische getestet werden, bis brauchbare Ergebnisse erhalten wurden. Dies<br />
geschah zumeist in arbeitsteiliger Gruppenarbeit. Dadurch konnten in vertretbarer Zeit die hier<br />
präsentierten Ergebnisse erhalten werden. Alle Untersuchungen wurden ansonsten in<br />
Parallelversuchen von Kleingruppen durchgeführt, jeweils mit identischen Ergebnissen. Die Versuche<br />
sind also gut reproduzierbar. Mit den vorliegenden Versuchsvorschriften sollte es möglich sein,<br />
vergleichbare Untersuchungsobjekte im Unterricht oder in Arbeitsgemeinschaften in vertretbarer Zeit<br />
erfolgreich zu untersuchen.<br />
Im Rahmen des Unterrichts wurden jeweils auch ausführlichere Informationen zur ges<strong>und</strong>heitlichen<br />
Bewertung der Inhaltsstoffe eingeholt. Diese sind im Rahmen dieser Arbeit nur beispielhaft <strong>und</strong> sehr<br />
knapp dargestellt, um den Rahmen nicht zu sprengen. Uns ging es an dieser Stelle primär darum, die<br />
interessanten praktisch-analytischen Aspekte darzustellen.<br />
13 Aus www:zusatzstoffe-online.de<br />
14
7 Liste der verwendeten Literatur<br />
[1] Grob, P.: Einfache Schulversuche zur Lebensmittelchemie, Aulis-Verlag, Köln 2000<br />
[2] Lutz, B., Pfeifer, P.: Gaukler der Süße, in: NiU-PC 37 (1989), S.16-19<br />
[3] Ratermann, M.: Was Tiere bunt macht - Farbstoffe in der Nahrung, in: Chemkon 3/2001, S.149- 153<br />
[4] Schwedt, G.: Experimente mit Supermarktprodukten; Wiley-Verlag-Chemie, Weinheim 2001<br />
[5] Schwedt, G.: Farbstoffen analytisch auf der Spur, Aulis-Verlag, Köln 1996<br />
[6] Steiner, D., Schneider-Ebert, Chr.: Light-Getränke leicht untersucht, in: NiU-Chemie 6 (1995)<br />
S.12-17<br />
[7] Technical Information, Ajinomoto Aspartame; Firmenschrift<br />
Ausgewählte Seiten aus dem Internet:<br />
[a] www.verbraucherministerium.de/verbraucher/themen/ verbr/lmbuch/ls-erfrischungsgetraenke.pdf<br />
[b] http://www.stud.tu-muenchen.de/~stefan.brummet/facharbeit/<br />
[c] www.unipaderborn.de/schule/reis/fff/Chemie/Nachweis%20von%20Kohlenhydraten%20in%20Lebensmitteln.htm<br />
[d] http://berg.heim.at/almwiesen/410466/cho/zucker/zucker.htm<br />
[e] http://www.uniregensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Organische_Chemie/Didaktik/Keusch/p30_Z_mol.htm<br />
[f] www.zusatzstoffe-online.de/<br />
Fachlehrer: Martin Ratermann<br />
Liebfrauenschule Vechta<br />
Marienstr. 4<br />
49377 Vechta<br />
An den Untersuchungen waren folgende Schülerinnen beteiligt:<br />
Inka Bosmann, Anna-Lena Grote, Katharina Klostermann, Eva-Maria Luers, Sarah Ostmann,<br />
Alexandra Pentzlin, Theresa Rottinghaus, Nicole Sandvoß, Sonja Stein, Ruth Themann, Stefanie Voth<br />
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