Konservierungsstoffe

Konservierungsstoffe Übung

• Nenne die Verwendung für einige Konservierungsstoffe.

  Tipps

  Bei Kindern sind auch säuerliche Süßwaren beliebt.

  Auf den Schalen von Zitrusfrüchten haften relativ unpolare Verbindungen am besten.

  Traditionell werden vor dem Einkochen die Gläser „ausgeschwefelt“.

  Lösung

  Konservierung durch Natriumsulfit

  Es ist üblich, Wein, Fruchtkonserven und Kloßmehl durch Natriumsulfit zu konservieren. In geringen Mengen ist die Verbindung physiologisch unbedenklich. Sie schützt die Nahrungs- und Genussmittel vor dem Verderb durch Mikroorganismen.

  Konservierung durch das Phenyl des Biphenyls

  Apfelsinen und Zitronen werden durch die Behandlung der Schalen haltbar gemacht. Natürlich sollten behandelte Schalen nicht für die Speisenzubereitung verwertet werden. Sinnvoll ist es außerdem, sich nach dem Schälen und noch vor dem Verzehr einer Apfelsine die Hände zu waschen.

  Konservierung durch Milchsäure

  Milchsäure wird für die Haltbarmachung von Getränken, Süßwaren und Sauerkonserven verwendet. Das Konservierungsmittel muss nicht immer unbedingt zugesetzt werden. Bei der Zubereitung von Sauerkraut entsteht Milchsäure durch den Gärungsprozess.

• Benenne die chemischen Konservierungsstoffe.

  Tipps

  In Nitraten hat Stickstoff die Oxidationsstufe +5.

  Bei der Bezeichnung von Nichtmetall-Oxiden wird die Zahl der am Aufbau des Moleküls beteiligten Atome benannt, nicht jedoch die Oxidationszahl des Nichtmetalls.

  Lösung

  Erste Zeile:

  • Sorbinsäure: Im Unterschied zur $C_6$-Alkansäure, der Hexansäure (Capronsäure), ist diese Verbindung zweifach ungesättigt.
  • Kaliumnitrit: Die Summenformel dieser Verbindung ist $KNO_2$. Sie verleiht dem Fleisch eine schöne rote Farbe und wirkt dem Verderb entgegen. Allerdings können aus dem Salz krebserregende Nitroso-Verbindungen entstehen.
  • Schwefeldioxid: Dieses Oxid des Schwefels bildet mit Wasser schweflige Säure. Diese Verbindungen und das Natriumsalz der Säure töten Mikroorganismen.

  Zweite Zeile:

  • Milchsäure: Mit systematischen Namen ist das 2-Hydroxypropansäure. Die Moleküle der Verbindung besitzen ein asymmetrisches Kohlenstoff-Atom.
  • Zucker: Gemeint ist hier der Haushaltszucker (Kristallzucker, Rübenzucker, Rohrzucker). Obwohl selbst biologisch abbaubar, erhöht Zucker den osmotischen Druck der Zellen von Nahrungsmitteln und verhindert dadurch das Eindringen von Mikroorganismen. Es handelt sich um ein Disaccharid. Die Moleküle sind aus zwei Monosaccharid-Molekülen aufgebaut. Im Gegensatz dazu ist Traubenzucker (Glucose) ein Monosaccharid.
  • 2-Phenylphenol: Das ist ein Derivat des Biphenyls. Biphenyl ist für die Desinfizierung von Lebensmitteln nicht mehr zugelassen. Diese Verbindung ist offensichtlich biologisch leichter abbaubar und daher die Anwendung statthaft. Biphenylalkohol gibt es nicht. Befindet sich eine Hydroxy-Gruppe $-OH$ an einem aromatischen Ring, handelt es sich um ein Phenol.

• Erkenne Konservierungsstoffe an ihren Eigenschaften.

  Tipps

  Dreibasisch bedeutet, es sind drei funktionelle Säure-Gruppen im Molekül vorhanden.

  Im Gegensatz zu den organischen Verbindungen sind die meisten anorganischen Stoffe hochschmelzend.

  Kohlenwasserstoffe sind praktisch nicht wasserlöslich.

  Lösung

  Die verschiedenen Konservierungsstoffe haben unterschiedliche Eigenschaften und lassen sich daher in unterschiedlichen Bereichen einsetzen.

  • Die Propionsäure ist wie ihr Vorgänger in der homologen Reihe mit Wasser mischbar, allerdings ist sie weniger flüchtig. Wichtig ist hier die Tatsache, dass Propionsäure und Essigsäure ähnliche Konservierungseigenschaften aufweisen. Da Erstere weniger flüchtig ist, hält sie sich auch länger als Nahrungsmittel.
  • Sorbinsäure besitzt die gleiche Säurestärke wie Essigsäure. Sie wird häufig als Kalium-Salz verwendet. Essigsäure und Sorbinsäure weisen fast gleiche $pK_s$-Werte auf. Damit ist Sorbinsäure eine schwache Säure. Sie liegt in wässriger Lösung hauptsächlich undissoziiert vor. Ihr Kalium-Salz hydrolysiert. Es entsteht die Säure, das Medium wird alkalisch.
  • Schwefeldioxid ist von stechendem Geruch. Es kann oxidiert werden und besitzt selbst reduzierende Wirkung. Es ist das Anhydrid der Schwefligen Säure. Das Sulfit-Ion kann zum Sulfat-Ion oxidiert werden. Daher wirkt es reduzierend.
  • Der ehemalige Lebensmittelzusatzstoff E 230 (Biphenyl) zählt zu den aromatischen Verbindungen. Als typischer Aromat ist Biphenyl kaum wasserlöslich und seine Verwendung ist damit ohnehin begrenzt. Sein Verbot resultiert aus der ausgeprägten schädlichen Wirkung.
  • Citronensäure ist eine dreibasische, organische Säure. Sie ist für viele Lebensmittel unbegrenzt zugelassen. Man findet sie in Zitrusfrüchten. Es gibt nicht viele dreibasische Säuren. Bei den anorganischen Verbindungen ist das Phosphorsäure, bei den organischen Citronensäure. Nicht zugelassen ist Citronensäure für Honig, Butter und Milch.
  • Kochsalz (Natriumchlorid) schmilzt relativ hoch bei 800 °C, es ist gut wasserlöslich und dissoziiert in zwei Ionen gemäß: $NaCl(s) \rightleftharpoons Na^\oplus(aq) + Cl^\ominus(aq)$

• Entscheide, welche Stoffe im Rauch beim Räuchern enthalten sind.

  Tipps

  Wichtige Räucherprodukte entstehen bei der Verbrennung von Holz.

  Der Rauch enthält organische Verbindungen verschiedener wichtiger Verbindungsklassen.

  Im Rauch enthalten sind einfachste organische Verbindungen sowie deren Derivate mit unterschiedlichem Anteil an Sauerstoffatomen.

  Lösung

  Beim Räuchern wird Holz verbrannt. Im Rauch sind also Zersetzungsprodukte der Holzbestandteile enthalten. Holz enthält z.B. die Polymere Cellulose und Lignin. Diese Zersetzungsprodukte können nicht flüchtige Stoffe sein wie:

  • Asche,
  • Ruß,
  • Teer,
  • Harze.

  Außerdem sind Kohlenwasserstoffe, Phenole und eine Reihe von organischen Verbindungsklassen mit unterschiedlichem Sauerstoffgehalt enthalten:

  • Alkohole,
  • Ketone,
  • Formaldehyd,
  • Ameisensäure,
  • Essigsäure,
  • Carbonsäureester.

• Bestimme gängige Konservierungsverfahren.

  Tipps

  Man schützt Lebensmittel vor dem Verderb, indem durch Zugabe einer unschädlichen Substanz der osmotische Druck der umgebenden wässrigen Lösung erhöht wird.

  Mikroorganismen benötigen für den Stoffwechsel Wasser.

  Lösung

  Für den Verderb von Lebensmitteln sind Mikroorganismen verantwortlich. Um die Lebensmittel vor dem Verderb zu schützen, müssen also die Lebensmittel vor den Mikroorganismen geschützt werden. Dazu werden die Lebensbedingungen der Organismen verschlechtert. Es kann also entweder eine sehr hohe oder eine sehr niedrige Temperatur gewählt werden. Durch Osmose kann dem Organismus das benötigte Wasser entzogen werden oder es erfolgt ein Ausschluss von Sauerstoff. Auch für den Organismus schädliche Substanzen können zugesetzt werden, solange diese Substanzen in den zugesetzten Mengen nicht auch dem Menschen schaden würden.

  Konservierungsmethoden sind daher:

  • Trocknung,
  • Kühlung,
  • Zuckerung,
  • Salzen,
  • Säuern,
  • Räuchern.

• Beschreibe die Gärprozesse bei der Herstellung von Sauerkraut.

  Tipps

  Die Milchsäure ist im Kohl nicht enthalten. Sie entsteht erst durch die Gärung.

  Aus Ethanol entsteht durch bakterielle Oxidation Essigsäure.

  Eine Erhöhung des pH-Wertes bedeutet eine Verminderung der Säurekonzentration.

  Lösung

  1. Das Rezept
  Für die Herstellung von Sauerkraut verwendet man Weißkohl. Der Kohl wird in feine Streifen gehobelt und in einem Steintopf geschichtet. Zwischen die Lagen streut man Kochsalz und drückt bis zum Austreten von Saft.

  2. Die Vorgänge
  Durch das Salz wird das Austreten des Saftes erleichtert. Der Saft deckt den gesamten Kohl ab und gewährleistet einen Luftausschluss. Der einsetzende Gärprozess wird als Milchsäuregärung bezeichnet. Die Gärung kann 6 bis 8 Wochen dauern. Das Hauptprodukt der Reaktion ist Milchsäure. Die chemische Reaktion kann man am Absinken des pH-Wertes erkennen. Das ist das Ergebnis der Erhöhung der Konzentration der Milchsäure. Als Folge erhöht sich der Zelldruck. Dadurch können Mikroorganismen nicht mehr in die Zellen eindringen und den zersetzen.

  3. Chemische Prozesse
  Im Sauerkrautsaft ist der Zucker Fructose gelöst. Die Umsetzung zu Milchsäure kann man so darstellen:

  $C_6H_{12}O_6$$\;\longrightarrow\;2\:$$CH_3-CH(OH)-COOH$

  Als Nebenprodukte können Ethanol und Kohlenstoffdioxid entstehen:

  $C_6H_{12}O_6$$\;\longrightarrow\;$$CH_3-CH(OH)-COOH$$\:+\:$$CH_3-CH_2-OH$$\:+\:$$CO_2$

  Daran schließt sich die Oxidation des Ethanols:

  $CH_3-CH_2-OH$$\:+\:$$2\:O_2$$\;\longrightarrow\;2\:$$CH_3-COOH$$\:+\:$$2\:H_2O$