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Natur = gut? Chemie = schlecht?
Konservierungsstoffe in Lebensmitteln

Tomatenpüree mit und ohne Konservierungsstoff

Chemie-LK der KKS vorne (v.li.):
Stefan Seidler, Claudia Hoven, Sven Wilke, Florian Schwenck, Hans-J. Redinger
hinten: Christiane Rücker, Christine Krause, Hans Abromeit, Amelie Blaschke, Jette Neuman

Inhaltsübersicht:

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Konservierungsstoffe als Gegenstand eines praxisnahen Unterrichts

Mit wachsendem Verbraucherbewusstsein in den letzten Jahren wird Lebensmittelzusatzstoffen ein verstärktes Interesse entgegen gebracht. Was lag da näher als das Angebot des LV Nord des VCI anzunehmen, sich mit dem Wettbewerbsthema "Lebensmittelzutaten - Unentbehrliche Hilfsmittel oder verzichtbares Beiwerk" zu beschäftigen. Dass der Leistungskurs Chemie sich mit dem Thema "Konservierungsstoffe" auseinander gesetzt hat, ist mehr durch Zufall entstanden, entpuppte sich aber als ein sehr interessantes und für alle Beteiligten lehrreiches Themenfeld.

Unbestritten ist heutzutage, dass praxisorientierte Inhalte für das Lernen im naturwissenschaftlichen Unterricht nicht nur förderlich, sondern auch unverzichtbar sind. Ziel der Behandlung von Konservierungsstoffen und -verfahren im Unterricht sollte daher auch nicht eine bloße Aneinanderreihung von einzelnen Verfahren und Stoffen sein. Vielmehr muss es über die theoretische Kenntnis und den geschichtlichen Hintergrund hinaus auch ein "Erfahren" und "Begreifen" geben, das durch praktische Anwendung nicht zuletzt zum kritischen Verbraucherverhalten führt. Angesprochen werden sollten in diesem Projekt die Interessen der Schülerinnen und Schüler an einer generellen Auseinandersetzung mit einem wichtigen Bereich ihrer Alltagswelt, zu deren Aufklärung die Chemie, die Naturwissenschaften allgemein, einen Großteil beitragen können.

Der fächerübergreifende Aspekt des gewählten Themas wird dadurch offensichtlich, dass mit Hilfe chemischer Substanzen durch biologisch/chemische Vorgänge Mikroorganismen bekämpft werden sollen. Dabei bleibt eine Behandlung und Analyse biologischer Aspekte unausweichlich, der Bezug zum Fach Biologie lässt sich leicht herstellen - die Beschäftigung mit dem Bau und der Lebensweise von Schimmelpilzen und Bakterien ergibt sich von selbst.

Bei der Durchführung wurden von den Schülerinnen und Schülern verschiedene Aktivitäten verlangt: Über die Suche nach Informationsmaterial (bei der uns das Internet sehr geholfen hat), der theoretischen Beschäftigung mit der Materie bis hin zur Aneignung und selbständigen Erarbeitung fachgerechter Arbeitsmethoden. Der gesellschaftspolitische Aspekt, den diese Thematik birgt, wurde durch die Durchführung einer Umfrage in der Itzehoer Fußgängerzone ebenso erfasst, wie durch eine Diskussion mit Vertretern des KIN, Institut für Lebensmittelkonservierung in Neumünster, dem der Kurs im Juni einen Besuch abstattete.

Der Leistungskurs Chemie im 12. Jahrgang der Kaiser-Karl-Schule Itzehoe legt mit diesem Skript eine Gemeinschaftsarbeit vor, die insgesamt vier Wochen (ca. 21 Stunden) in Anspruch nahm. Darin eingeschlossen sind sämtliche Aktivitäten in Itzehoe - Bürgerbefragung, Theorie, Versuche, z.T. als Parallelversuche in Gruppenarbeit. Die Schreibarbeiten wurden in häuslicher Arbeit angefertigt.

Stundenübersicht:

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Geschichte der Lebensmittelkonservierung, eine Übersicht

Sich auch im Winter oder in Zeiten von Nahrungsknappheit ausgewogen und gesund ernähren zu können ist für die meisten von uns selbstverständlich. Dabei sind die Zeiten gar nicht so lange her, in denen die Vorratshaltung für die kalte Jahreszeit recht mühselig war. Einfacher wurde es erst durch die vielen technischen Neuerungen auf dem Gebiet der Konservierung.

Die Konservierung von Lebensmitteln hat daher eine lange Tradition. Die ältesten bekannten Methoden sind das Trocknen, das Räuchern und das Salzen. Welche dieser Methoden angewendet wurde, hing hauptsächlich von den klimatischen Bedingungen ab. Archäologische Befunde belegen, dass schon um 7000 vor Chr. Fleisch geräuchert wurde; auch das Salzen war schon in prähistorischer Zeit bekannt. Das Trocknen aber ist sicherlich die älteste Methode. Um 3000 v. Chr. legte man in Mesopotamien zu Konservierendes in Öl ein; die Ägypter benutzten dazu um 2000 v. Chr. Essig und Honig. Essig als Konservierungsstoff für Lebensmittel war allerdings schon seit dem 5. Jahrtausend v. Chr. im Orient bekannt.

In der Bibel wird im Zusammenhang mit den "sieben fetten und den sieben mageren Jahren" die Einlagerung von Getreide in sogenannten Fruchthäusern erwähnt, wobei es sich angeblich um eine "Gaslagerung" gehandelt haben soll. Die Römer benutzten Wachs oder mit Wein gekneteten Ton als Umhüllung von Früchten, da sie erkannt hatten, dass Obst unter Luftabschluss länger haltbar ist. Um Wein zu konservieren, wurde er in geräucherten Fässern gelagert, die römischen Winzer gaben allerdings schon Schwefeldioxid hinzu. Auch finden sich bei Plinius Aufzeichnungen über die konservierenden Eigenschaften von Äpfel-, Ameisen-, Essig-, Milch-, Oxal-, Wein- und Zitronensäure. Ca. 200 n. Chr. kam im Römischen Reich das Kühlen in angefeuchteten Steinkrügen auf, wobei sich die Menschen der Verdunstungskälte bedienten. Die Araber legten um 1000 n. Chr. Früchte in Alkohol ein. Zur gleichen Zeit begannen die Bewohner Ostasiens ihre Lebensmittel mit Milchsäure oder Zucker zu konservieren.

In Europa wurde die Konservierung mit Zucker erst 1353 bekannt. 1765 konnte Spallanzani nachweisen, dass das Abkochen von Lebensmitteln deren Verderb hinaus zögert. Aus diesen Erkenntnissen aufbauend, zeigte Pasteur 1875, dass Mikroorganismen für den Verderb verantwortlich sind. Seitdem wird die Wirkungsweise von Konservierungsstoffen als "antimikrobiell" bezeichnet. 1809 wurde der Vorläufer der Konservendose vorgestellt: ein luftdicht verschlossenes Gefäß sollte einige Zeit im Wasserbad erhitzt werden, um die darin befindlichen Lebensmittel vor dem Verderben zu bewahren.

Im Jahre 1875 wurde die konservierende Wirkung von Benzoesäure erkannt, 1939/40 auch die der Sorbinsäure, dem heute am weitesten verbreiteten Konservierungsmittel. Seit Mitte der 50er Jahre gibt es auch die Bestrahlung von Nahrungsmitteln mit ionisierenden Strahlen, deren Verträglichkeit aber bis heute nicht ausreichend erforscht ist. Daher ist dieses Verfahren in Deutschland nicht zugelassen.

Die ältesten Konservierungsmethoden sind auch heute noch in Gebrauch; die neu entdeckten chemischen Stoffe können die alten, traditionellen Verfahren nur ergänzen, aber nie ganz ersetzen.

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Umfrage bezüglich des Themas Konservierungsstoffe

Wir haben 65 Personen unterschiedlichen Alters in der Itzehoer Innenstadt zum Thema Konservierungsstoffe befragt:

Kommentar:

Wie erwartet wusste der Großteil (83 %) der Befragten, was Konservierungsstoffe sind. Auffällig ist, dass relativ wenig Leute auf die Zusammensetzung von Nahrungsmitteln achten (nur 35 %), aber dass die meisten (83 %), wenn auch aus unterschiedlichen Gründen, der Ansicht sind, Konservierungsstoffe hätten Einfluss auf den menschlichen Körper, wobei relativ häufig die Auslösung von Allergien als Beispiel genannt wurde (26 %). Aber nahezu die Hälfte (43 %) konnte nur Vermutungen über diese Einflussformen anstellen. Viele der Befragten sind außerdem der Meinung, dass Konservierungsstoffe ebenfalls die Lebensmittel beeinflussen (71%). Obwohl sie von negativen Auswirkungen Kenntnis haben, hält der Großteil dennoch Konservierungsstoffe für sinnvoll, da sie gerne die Nahrungsmittel zu Hause lagern möchten. Jeder Fünfte versucht, dem Konsum von Konservierungsmitteln aus dem Wege zu gehen, indem fast täglich frische Ware gekauft wird. Weiterhin konnten uns viele Befragte traditionelle Konservierungsmethoden nennen, die von ihnen häufig auch angewendet werden, wie z.B. Einkochen, Einfrieren und Einlegen.

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Konservierungsverfahren

Konservierungsverfahren dienen dazu, frische Lebensmittel ohne den Einsatz von Konservierungsstoffen haltbar zu machen, bzw. die Wirkung der Konservierungsstoffe zu verbessern. Eine sehr alte Konservierungsmethode ist die Konservenherstellung. Hierbei wird die Nahrung zunächst auf eine Temperatur um 100°C erhitzt (Sterilisieren), um Gifte produzierende Mikroorganismen abzutöten. Die Abtötung von Staphylokokken (Bakterienform) ist allerdings selbst durch halbstündiges Kochen nicht möglich.

Ein schonenderes Verfahren ist die Pasteurisierung; bei ihr wird die Nahrung nur auf 55 bis 70°C erhitzt, was den Geschmack und die Zusammensetzung deutlich weniger verändert. Der Nachteil ist, dass bei diesen Temperaturen Sporen von Bakterien keimfähig bleiben und die Nahrung somit nur begrenzt haltbar ist. Die so keimarm gemachte Nahrung wird dann in Konservendosen abgefüllt und luftdicht versiegelt. Als Erfinder der Konserve gilt der französische Konditor Nicolas Appert, der im Jahre 1809 Lebensmittel kochte, in Gläser abfüllte und diese mit Kork versiegelte. Für diese Erfindung erhielt er von Kaiser Napoleon I. den für die damalige Zeit sehr hohen Preis von 12000 Goldfrancs. Napoleon hatte diesen Preis für die Erfindung eines Verfahrens zur Haltbarmachung von Nahrungsmitteln ausgesetzt, um die Möglichkeiten der Truppenversorgung zu erweitern.

Eine ähnliche Methode ist das Einmachen. Der Erfinder des Einmachens ist der Amerikaner John Landis Mason (1858). Er entwickelte das Einmachglas in seiner heute noch charakteristischen Form. Das Einkochgut wird in saubere Gläser gefüllt und lose verschlossen, z.B. mit einem Gummiring und einem klammergehaltenen Deckel. Die Gläser werden im Einmachkessel auf 80 - 90°C erhitzt und der Glasinhalt dehnt sich etwas aus. Der Deckelverschluss funktioniert dabei wie ein Überdruckventil. Danach kühlt das Glas ab - die Wärmeausdehnung geht zurück. Durch die Gummidichtung wird das Glas jetzt fest verschlossen - im Inneren des Glases entsteht ein Unterdruck. Dieser luftdichte Verschluss verhindert ein Verderben des Inhalts. Durch Hitze und Druck werden zwar die meisten Krankheitserreger abgetötet, einige jedoch, z.B. der Erreger des Botulismus, überleben und können sich in säurearmen Lebensmitteln normal entwickeln und zu schweren Formen von Lebensmittelvergiftungen führen.

Weitere Verfahren sind das Kühlen und Tiefgefrieren. Die Gefriertechnik wurde 1842 erstmalig kommerziell eingesetzt und erreichte erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts größere Ausmaße, als die mechanische Kühlung mit Hilfe von zirkulierenden Kühlmitteln aufkam. Das Gefrieren verhindert die Vermehrung der in der Nahrung enthaltenen Mikroorganismen.

Bakterien werden zum Teil abgetötet, allerdings nicht alle. Diese vermehren sich dann nach dem Auftauen wieder, meistens wegen fehlender Konkurrenz sogar schneller als zuvor. Enzyme bleiben mit verlangsamter Geschwindigkeit aktiv. Der Vorteil des Gefrierens ist, dass die Nahrung dem Frischprodukt sehr ähnlich ist, allerdings können durch wachsende Eiskristalle im Gewebe Zellen zerstört werden. Dagegen hilft sehr rasches Gefrieren, was allerdings nur im großtechnischen Einsatz möglich ist. Durch Kühlen kann Nahrung für wenige Wochen haltbar gemacht werden. Es wird die Vermehrung von Mikroorganismen gehemmt und enzymatische Prozesse werden verlangsamt, es ändert sich allerdings der Geschmack und der Vitamingehalt.

Ein weiteres Verfahren ist das Trocknen. Schon der prähistorische Mensch trocknete Nahrung um sie haltbar zu machen. In wasserfreier Umgebung können Mikroorganismen nicht weiterleben, Enzyme werden inaktiviert und die meisten chemischen Reaktionen stark verlangsamt; das macht das Trocknen dem Sterilisieren überlegen. Der große Nachteil ist, dass die Nahrung höchstens zwei Drittel des entzogenen Wassers wieder aufnehmen kann, wodurch die spätere Konsistenz etwas zäh wird.

Beim Trocknen entweicht das Wasser durch Verdunstung auf "natürliche" Weise aus der Nahrung, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung. Die Trocknung durch Heißluft oder Gefriertrocknung - hierbei gefriert das Wasser in der Nahrung im Hochvakuum und sublimiert dann sofort - wird Wasserentzug genannt. Dieses Verfahren erlebte seinen Durchbruch erst nach dem 2. Weltkrieg und hat sich auf wenige besonders geeignete Nahrungsmittel spezialisiert, z.B. Milch, Eier, Hefe, Pulverkaffee und Gemüse.

Ein weit verbreitetes Verfahren ist das Räuchern. Hierbei hängt das Räuchergut mehrere Stunden in einer Kammer und wird dem Rauch eines langsam schwelenden Holzfeuers ausgesetzt. Die im Rauch enthaltenen Stoffe Formaldehyd und Kresol, sowie die austrocknende Hitze konservieren dabei die Nahrung. Anschließend wird die Nahrung dann zumeist eingefroren. Der Nachteil ist, dass auch hier wieder der Botulismus-Erreger überlebt und bei Unterbrechung der Kühlkette zur schweren Formen der Lebensmittelvergiftung führen kann.

Nachdem die Gefahr möglicher toxischer Wirkungen erkannt worden war, zog man den Einsatz ionisierender Bestrahlung als Alternative in Betracht. Die Strahlung verlangsamt den Reifeprozess, verhindert das Wachstum von Mikroorganismen und tötet vorhandene Pilze und Bakterien ab. Der Nachteil ist, dass der Geschmack verändert wird. Außerdem kann die Bestrahlung mit Röntgen- oder Gammastrahlung zur Bildung von Radikalen oder Peroxiden führen. Wegen mangelnder Akzeptanz in der Bevölkerung kommt diese Art der Konservierung bisher nur beschränkt zum Einsatz.

Auch die Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln gilt als schonende Alternative zur thermischen Konservierung. Bereits vor hundert Jahren stellte man fest, dass Hochdruck prinzipiell alle Mikroorganismen einschließlich Viren inaktivieren kann, es fehlten aber geeignete Apparaturen für die industrielle Anwendung. Im Jahre 1990 erlebte die Druckkonservierung in Japan dann doch ihren Durchbruch. Die Lebensmittel werden hierbei einem Druck von bis zu 10000 bar ausgesetzt, wodurch sämtliche Bakterien, Hefen, Viren und Schimmelpilze, sowie die jeweiligen Sporen inaktiviert werden. Eine Ausnahme sind hierbei einige Bakteriensporen, die auch Drücke von 10000 bar aushalten. Diese bringt man zunächst durch niedrige Drücke von 600 bis 1000 bar zum Auskeimen um sie dann mit Hochdruck abzutöten. Der Mechanismus der Druckinaktivierung von Mikroorganismen ist noch nicht vollständig geklärt. Es wird vermutet, dass durch den Druck die Ribosomen in den Zellen zerstört werden und dadurch die Zellteilung unterdrückt wird. Der Druck bewirkt auch eine Destabilisierung der Zellmembran und zerstört diese teilweise, ebenfalls kommt es zu einer drastischen Erhöhung der Permeabilität der Cytoplasma-Membran, was zum Eindringen von extrazellulärem Material führt und damit auch zum Zelltod des Mikroorganismus.

Der große Vorteil ist, dass Vitamine und Aromastoffe nicht beeinflusst werden. Der Druck verursacht aber noch andere positive Veränderungen. Er macht z.B. Stärkegele stabiler, Muskelfleisch zarter und Schokolade cremiger.

Bis zum Einsatz dieses revolutionären Verfahrens in der EU wird es wegen der komplizierten Zulassungsverfahren aber noch mindestens 5 Jahre dauern.

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Konservierungsstoffe

Einführung:

Konservierungsstoffe gehören zu den Lebensmittelzusatzstoffen und sollen bestimmte Lebensmittel vor mikrobiologischem Verderb schützen. Sie wirken bakteriostatisch und fungistatisch, d.h. sie hemmen den Stoffwechsel und das Wachstum von Mikroorganismen (Bakterien, Schimmelpilzen und Hefen. Diese Keime können den Verderb von Lebensmitteln verursachen oder sogar zu Lebensmittelvergiftungen führen. Ca. 95% der konservierten Nahrungsmittel werden mit physikalischen Methoden haltbar gemacht, nur 5% werden chemische Substanzen zugesetzt. Bei diesen 5% sind Verfahren nicht anwendbar, weil das Lebensmittel zerstört würde. So können z.B. Mayonnaise und Salatsoßen weder erwärmt noch eingefroren werden, um die Haltbarkeit zu verlängern. Der hohe Wassergehalt stellt aber einen hervorragenden Nährboden für Mikroorganismen dar. Somit leisten Konservierungsstoffe einen wertvollen Beitrag zur wirtschaftlichen Nutzung von Lebensmitteln, dienen gleichzeitig auch der Erhaltung der Gesundheit des Verbrauchers. Sie leisten damit (leider aber) auch einer hygienisch nachlässigeren Verarbeitung und einem sorgloseren Umgang Vorschub. Eine Deklaration auf den Verpackungen ist nicht immer erforderlich, vor allem dann, wenn die Stoffe über konservierte Zutaten in das Lebensmittel gelangen. Verwendung finden chemische Konservierungsmittel in Frischprodukten, Konserven, Trocken- und Fertignahrung, sowie in vielen Getränken und Soßen.

Die Konservierungsstoffe sind, wie auch andere Lebensmittelzusatzstoffe europaweit einheitlich mit den so genannten E-Nummern gekennzeichnet. Im Folgenden werden wir die bekanntesten Stoffe, die wir auch in unseren Versuchen verwendet haben, näher erläutern. Oftmals steht hinter einem Stoff eine ganze Gruppe von Stoffen, die sehr ähnliche Eigenschaften, jedoch teilweise schädliche Nebenwirkungen haben. Wie andere Nahrungsmittelzusatzstoffe besitzen auch die Konservierungsstoffe einen ADI-Wert (acceptable daily intake), der die aus toxikologischer Sicht unbedenkliche Dosis darstellt, die täglich, ein Leben lang, aufgenommen werden darf, ohne dass es zu gesundheitlichen Schädigungen kommt. Der tatsächliche Verbrauch an Konservierungsstoffen liegt i.d.R. bei ca. 1-10% des ADI-Wertes.

Die gebräuchlichsten Konservierungsstoffe:

Sorbinsäure (E 200)

Sorbinsäure ist eine synthetisch hergestellte Hexa-2,4-diensäure, die auch aus Vogelbeeren gewonnen werden kann.

Formel: CH₃-CH=CH-CH=CH-COOH

Sie besitzt eine antimikrobielle Wirkung gegen Hefen und Pilze, weniger gegen Bakterien, indem sie in den genannten Organismen die Tätigkeit wichtiger Enzyme hemmt. Die Wirkung ist pH-abhängig; eine Anwendung ist bis pH 6,5 möglich. Sorbinsäure wird vom menschlichen Organismus wie eine Fettsäure abgebaut, daher gilt sie als unbedenklich. Die ab einer Konzentration von über 0,3% den Eigengeschmack von Lebensmitteln verändernde Säure kommt hauptsächlich in Margarine, Marmelade und Wein vor. Ihr Natriumsalz (Natriumsorbat - E 201) gilt als erbgutverändernd.

Benzoesäure (E 210)

Benzoesäure wird synthetisch hergestellt, auch wenn sie in Spuren (meist als Glycosid) schon in vielen Lebensmitteln enthalten ist.

Formel:

Eingesetzt werden die Salze der Benzoesäure, da die Löslichkeit der Säure zu gering ist. Wirksam ist jedoch die undissoziierte Säure, wahrscheinlich aus Gründen der Permeabilität. Ihre Wirksamkeit beschränkt sich hauptsächlich auf Hefen und Pilze, weniger auf Bakterien. Auch sie hemmt die Tätigkeit von Enzymen, behindert daneben aber auch den Stofftransport durch die Zellmembran. Sie wirkt vorwiegend in Lebensmitteln mit einem pH-Wert unter 4,5.

Es ist erwiesen, dass Benzoesäure ab einer Aufnahme von 0,5 g am Tag den Leberstoffwechsel belastet. Außerdem sind allergische Reaktionen möglich. So sind Benzoesäure und ihre Salze im Tierfutter verboten, da bereits ein Gehalt von fünf Promille für Katzen tödlich sein kann. Dennoch wird sie Obst- und Gemüsekonserven, sowie mariniertem Fisch und Fertigsalaten zugesetzt.

PHB-Methylester (E 218)

Parahydroxy-Benzoesäure-Methylester wird synthetisch durch Veresterung aus Benzoesäure hergestellt.

Formel:

PHB-Methylester wirkt gegen Pilze, Hefen und einige Bakterien (Coliforme, Salmonellen). Die Ester schädigen die Mikrobenmembran und führen zur Denaturierung von Proteinen in den Organismen. Im Gegensatz zu Benzoesäure ist die Wirksamkeit kaum vom pH-Wert abhängig (Abb. 1).

Neben dem PHB-Methylester gibt es noch fünf weitere PHB-Ester, die ähnlich verwendet werden. Ihre Wirksamkeit steigt mit zunehmender Länge der Alkylketten (Abb. 2), dennoch werden aus Gründen der Löslichkeit Moleküle mit kürzeren Ketten bevorzugt. Sie lösen alle überdurchschnittlich häufig Allergien aus. Diese gefäßerweiternden Stoffe haben eine starke krampflösende Wirkung und wurden von Fachleuten für die Betäubung von Fröschen vorgeschlagen. Eingesetzt werden die PHB-Ester, gelöst in Alkalilösungen, Ethanol oder Propylenglycol, z. B. als Zugabe bei Füllungen für Backwaren, Fruchtsäften, Marmeladen und mariniertem Fisch

Konz. des Esters:

Schwefeldioxid (E 220), Natriumsulfit (E 221)

Schwefeldioxid und Natriumsulfit werden synthetisch durch Verbrennen von Schwefel hergestellt. Natriumsulfit ist ein Stoff der Schwefeldioxid freisetzt. Beide Stoffe gehören zu den ältesten von Menschen genutzten Zusatzstoffen. Sie hemmen das Wachstum und die Teilungsfähigkeit von Mikroorganismen. Sulfite werden im Körper durch Sulfitoxidase in Sulfat umgewandelt und über den Urin ausgeschieden. Die Wirkung steigt mit fallendem pH-Wert.

Formeln:   SO₂   Na₂SO₃

Da Schwefel ein Reduktionsmittel ist, verhindert es die durch die Tyrosin-Oxidase ausgelöste oxidative Obstbräunung. Aus diesem Grund dient Schwefel auch zur Schönung von Obst und Gemüse. Besonders Trockenobst enthält viel Schwefel. Auch in Wein und Konserven sind Schwefeldioxid oder seine Verbindungen enthalten. Sulfit kann bei empfindlichen Menschen Kopfschmerzen, Übelkeit oder Asthmaanfälle hervorrufen. Des weiteren kann es zu anaphylaktischen Schocks und zur Hemmung unterschiedlicher Enzyme im Körper kommen.

Biphenyl (E 230)

Biphenyl wird synthetisch hergestellt.

Biphenyl wird zur Oberflächenbehandlung von Zitrusfrüchten eingesetzt und auch Einwickelpapiere sind mit Biphenyl behandelt. Eigentlich gilt es als Pestizid. Es hemmt das Wachstum von Schimmelpilzen durch eine Blockade der Carotinbiosynthese und eine Schädigung der Zellmembran.

Nach Tierversuchen steht es im Verdacht Blasenkrebs zu verursachen. Der wasserdampfflüchtige Stoff kann über schälende Hände ins Fruchtfleisch gelangen und so oder über die Atmungsorgane in den Organismus kommen. Aus den Herstellerwerken sind durch die Einwirkungen von Biphenyl schon Todesfälle bekannt geworden. Behandelte Früchte müssen durch den Hinweis "Schale nicht zum Verzehr geeignet" gekennzeichnet werden.

Kalium- (E 249) und Natriumnitrit (E 250)

Kalium- und Natriumnitrit werden synthetisch hergestellt. Auch die Nitrate von Kalium und Natrium werden als Konservierungsmittel eingesetzt.

Formeln:   KNO₂   NaNO₂

Nitrite und Nitrate wirken antimikrobiell und tragen dadurch zur Rötung und Farberhaltung von Fleisch und Wursterzeugnissen bei. Sie erzeugen den typischen Pökelgeschmack. In Lebensmitteln darf die zehnfache Menge der im Wasser erlaubten Rückstände dieser Stoffe enthalten sein. Nitrite können zu krebsauslösenden Nitrosaminen reagieren. Akut schädlich sind Nitrate für Kleinkinder. Sie können den Sauerstofftransport blockieren, so dass Blausucht entstehen kann.

Essigsäure (E 260)

Essigsäure (Ethansäure) wird synthetisch oder durch Gärung hergestellt.

Formel: CH₃-COOH

Sie wirkt gegen Hefen, Bakterien und Pilze.
Sie wird häufig in Verbindung mit Zucker verwendet (süß-sauer), da man große Mengen von ihr braucht um sie zum Konservieren zu nutzen. In geringen Mengen wird sie als Säuerungsmittel genutzt.

Proprionsäure (E 280)

Propionsäure (Propansäure) wird synthetisch hergestellt

Formel: CH₃- CH₂-COOH

Sie wirkt gegen Pilze, weniger gegen Bakterien.
Propionsäure und ihre Salze (Propionate) werden im Körper abgebaut und können als physiologische Zwischenprodukte des Intermediärstoffwechsels angesehen werden. Die Säure findet Anwendung in der Backwarenherstellung und in geschnittenem Brot.

Dimethyldicarbonat:

Dieser Stoff diente zunächst als Desinfektionsmittel. Mit der Einführung der PET-Flasche für Softdrinks wurde aus dem Dicarbonat ein Konservierungsmittel. In die Plastikflaschen dürfen keine heißen Flüssigkeiten gefüllt werden, so dass die Abfüller ihre Getränke ohne Erhitzung entkeimen müssen. Das Mittel dazu ist Dimethyldicarbonat. Es tötet alles Leben in der Flasche ab und zerfällt dann. Daher ist es in den Flaschen auch nicht deklarationspflichtig.

Konservierungsstoffe

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Die Gegenspieler: 1. Bakterien, Bau und Struktur

Bakterien sind die zahlenmäßig größte und wahrscheinlich älteste Lebensform der Erde. Man nennt sie auch Prokaryonten, das heißt sie sind einzellig und haben einen einfachen Zellaufbau ohne Kernmembran und ohne echten Zellkern. Ihre Größe kann einen Tausendstel Millimeter bis einen halben Millimeter betragen. Die Vermehrung erfolgt über die Zellteilung. Die Bedeutung der Bakterien in der Natur ist sehr groß, da sie organisches Material abbauen und dadurch eine Mineralisierung bewirken. Bei der Nahrungssuche sind sie nicht sehr wählerisch, denn sie können sich fast jeden Stoff für ihre Bedürfnisse zerlegen. Ist der Stoff passend zerlegt, wird er über die Zellmembran aufgenommen. Um diese Stoffe nun zu mineralisieren, benötigen einige Bakterien Sauerstoff, während andere Gärung betreiben. Jedoch sind nicht alle so nützlich, denn manche sind auch Krankheitserreger.

Bakterienkolonie auf Griesbrei

Zum größten Teil bestehen die Bakterien aus dem Cytoplasma, etwa 75-95%. Dies ist eine wässrige Grundsubstanz, die gelöste Lipide, Eiweiße, Spurenelemente und Mineralsalze enthält. Eingeschlossen wird das Cytoplasma von der Cytoplasmamembran, dem Plasmalemma. Sie besteht aus einer doppelten Schicht von Phospholipiden, ist also aufgebaut wie eine Biomembran. Dabei ist der Phosphatteil hydrophil und der Lipidanteil, welcher ins Innere der Doppelschicht ragt und eine wichtige Barrierefunktion übernimmt, hydrophob. Außerdem sind in der Membran bewegliche Polypeptidmoleküle eingebaut, die für den Transport zuständig sind. Damit die Bakterien auch eine äußere Form haben, besitzen sie eine Zellwand, die aus Murein, einem Polysaccharid, besteht. Das Murein ist mit Proteinen vernetzt. Zur Fortbewegung dienen den Bakterien Geißeln, deren Art und Form man auch zur Einteilung der Bakteriengruppen verwendet. Weitere Anhänge an der Oberfläche sind die so genannten Glykokalix, mit denen sie sich auf Unterlagen festheften. Dabei gehen die Glykokalix (Gesamtheit aller Zuckermoleküle an der Oberfläche), Bindungen mit den Glykoproteinen der Wirtszelle ein - sie dienen praktisch als Erkennungsmerkmal. Innerhalb der Zellwand befinden sich noch das Karyoplasma, welches das ringförmige Bakterien-Chromosom enthält, die Ribosomen, die Plasmiden und Mesosome.

Für den Aufbau werden die Makroelemente Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium und Eisen benötigt. Ebenso werden die Mikroelemente, in den meisten Fällen Spurenelemente, Mangan, Molybdän, Zink, Kupfer, Kobalt, Nickel, Vanadium, Bor, Chlor, Natrium und Silicium gebraucht. Das sind die Grundbedingungen für ein Wachstum. Je nach Anpassung an bestimmte Umweltbedingungen werden auch Vitamine, Aminosäuren, Purine, Pyrimidin, etc. herangezogen. Man unterscheidet anspruchslose von anspruchsvollen Bakterien. Die anspruchslosen begnügen sich mit einer einfachen Nährlösung, die anspruchsvollen dagegen bevorzugen komplexe Böden, in denen zum Beispiel Hefe, Pepton und Extrakte aus Fleisch enthalten sind. Um sich schnell vermehren zu können, sollten mehrere Faktoren im Optimalbereich der Bakterien vorhanden sein. Bevorzugt wird ein pH-Wert von 7. Die Temperatur ist für mesophile Bakterien um die 20°-45°C angemessen, für thermophile > 45°C und für psychrophile < 20°C. Für den osmotischen Druck ist ein Salzgehalt von 0,1-10% wichtig. Auch der Sauerstoff spielt eine wichtige Rolle, außer bei den anaeroben Bakterien. Obligate Aerobier benötigen unbedingt Sauerstoffzufuhr, bei den Oberflächenkulturen reicht der Luftsauerstoff.

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Die Gegenspieler: 2. Schimmelpilze, Bau und Struktur

Auch wenn sie keine Ähnlichkeiten miteinander haben: Schimmelpilze gehören in dieselbe Gruppe wie Champignons und Hefen. Schimmelpilze kommen überall vor, auf allen Kontinenten, in der Luft, im Wasser und im Boden. Heute kennt man etwa dreihundert Arten.

Schimmelpilz ist der allgemein bekannte Begriff für Pilze der Aspergillus- und Penicilliumarten. Die Pilze haben zwei unterschiedliche Lebensarten: Zum einen den Saprophysmus - dabei ernährt sich das Lebewesen von abgestorbenem Material, zum anderen den Parasitismus - das Lebewesen ernährt sich von einem Wirtsorganismus und schädigt oder tötet ihn dadurch.

Schimmelpilze können fast auf jedem Lebensmittel wachsen. Wenn es warm und ein bisschen feucht ist, wachsen sie besonders schnell. Der farbige und sichtbare Teil des Pilzes ist die Vermehrungswerkstatt der Pilze. Die runden Sporen (Konidien) fliegen durch die Luft oder werden zum Beispiel durch den Menschen verschleppt. Auf einer geeigneten Nahrungsgrundlage keimt die Konidie aus und wächst in das Lebensmittel hinein. Verborgen und fast unsichtbar wächst der schlauchartige Pilzkörper (Mycel) im Inneren. Dieses Mycel bildet Hyphen (dünne, lange Fäden), die in das organische Material der Wirtsorganismen eindringen und dort ein Enzym absondern, das deren Substrat auflöst. Ist das Substrat aufgelöst, können die Pilze die für das Wachstum benötigten Stoffe Wasser, Zucker und Stärke aufnehmen. Um einen erneuten Pilzbefall zu vermeiden, müssen verschimmelte Lebensmittel möglichst schnell von anderen getrennt werden und in den Müll geworfen werden.

Abb.:   a. Mycel und Sporenbehälter des Köpfchenschimmels     b. Fadensporen beim Pinselschimmel

Die Schimmelpilzkörper an sich sind ungiftig, sie schmecken nur meistens muffig. Aber einige von ihnen bilden Mykotoxine (Pilzgifte), die auch für den Menschen giftig sind. Bekanntere Beispiele von Pilzgiften, die Krebs erregen können, sind das Aflatoxin B1 und Ochratoxin A. Experten vermuten aber, dass noch lange nicht alle Mykotoxine bekannt sind.

Auch die Schimmelpilze haben bevorzugte Umweltfaktoren. Dazu gehört u.a. die Temperatur. Die optimale Temperatur liegt bei 20°- 40°C. Diese Optimaltemperatur überschneidet sich mit der Maximaltemperatur, welche 30°- 55°C beträgt. Dies ist einfach zu erklären, da sich unter dem Begriff Schimmelpilz mehrere Pilzarten vereinigen und nicht alle die gleichen Temperaturen bevorzugen. Die Mindesttemperatur beträgt zwar 20°C, jedoch wurde selbst bei -7°C noch ein Mycelwachstum beobachtet. Auch die Luftfeuchtigkeit ist nicht unbedeutend.

Bei trockener Luft wurde eine höhere Sporenkonzentration festgestellt als bei feuchter Luft. Ein Nährboden mit dem pH-Wert 4,5 - 6,5 wird bevorzugt. Einige Arten wachsen aber auch auf Nährböden mit einem pH-Wert außerhalb des Optimalbereichs. So gedeiht der Aspergillus niger noch bei dem pH-Wert von 1,5 und der Aspergillus flavus toleriert einen pH-Wert bis zu 10,5.	Schimmelpilzbefall auf Tomatenpüree
Schimmelpilzrasen auf Grießbrei	Weniger Bedeutung kommt den Faktoren Sauerstoff und Licht zu. Die meisten Schimmelpilze benötigen wenig Sauerstoff und kommen mit dem Luftsauerstoff aus. Einige leben auch ganz ohne Sauerstoff. Das Licht hat in den meisten Fällen keinen Einfluss. Bei den übrigen Pilzen wird die Bestrahlung mit Licht als vorbeugende oder bekämpfende Maßnahme genutzt.

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Die Gegenspieler: 3. Die Hefe - Ein einzelliger Mikroorganismus

Trotz seines leblosen Aussehens besteht der Hefeblock in Wirklichkeit aus einer riesigen Zahl von Hefezellen, die nur unter dem Mikroskop sichtbar sind. In einem kleinen Würfel von 1 cm³, der etwa 1 g wiegt, sind allein 10 Milliarden lebende Hefezellen enthalten! Jede Zelle, d. h. jeder einzelne Mikroorganismus, der kugel- oder eiförmig sein kann, ist nichts anderes als ein winziger Pilz, dessen Größe nicht mehr als 6 bis 8 Tausendstel Millimeter beträgt. Wenn man Hefe unter dem Elektronenmikroskop betrachtet, kann man von außen nach innen wie bei den meisten pflanzlichen Zellen eine Zellwand, eine cytoplasmatische Membran, ein Cytoplasma, einen Zellkern, Vakuolen, Ribosome und Mitochondrien unterscheiden.

Die cytoplasmatische Membrane wird von der Zellwand geschützt und stellt den Austausch mit der Außenwelt sicher. Das Cytoplasma, ein Art Gel, ist das Substrat des Lebens der Zelle. Der Zellkern, der die Chromosomen (die Träger der genetischen Eigenschaften) enthält, regelt die Übertragung der erblichen Eigenschaften und die wichtigsten innerhalb der Zelle stattfindenden Reaktionen.

In den Vakuolen werden die unterschiedlichen Reservestoffe gelagert. Die Ribosomen sind an der Produktion von Proteinen beteiligt. Die Mitochondrien sind die eigentlichen Energiezentralen der Zelle, wenn diese bei Vorhandensein von Sauerstoff arbeitet. Ihre Aufgabe besteht in der Verarbeitung des Zuckers, den die Hefe aufnimmt, zu Energie und daher in der Sicherstellung des Zellwachstums.

Stoffwechsel

Die Hefe lebt wie jedes Lebewesen in Gegenwart von Sauerstoff (Aerobiose), aber sie hat auch die bemerkenswerte Fähigkeit, sich an ein sauerstofffreies Medium anpassen zu können (Anaerobiose).

Um ihren Energieverbrauch zu sichern, kann sie sich von verschiedenen kohlenstoffhaltigen Substraten ernähren, vor allem von Zucker: Glucose ist vorzugsweise der Nährstoff von Saccharomyces cerevisiae.

Saccharose wird außerhalb der Zelle in Glucose und Fructose gespalten, und zwar durch ein Enzym das sich in der Zellenwand befindet: die Invertase. Maltose ist ebenfalls ein wichtigstes endogenes Gärungssubstrat; es dringt mit Hilfe einer spezifischen Permease in die Hefezelle ein und wird dann durch die Maltase in zwei Glucosemoleküle aufgespalten.

Je nach Sauerstoffgehalt des Kulturmediums entstehen zwei Arten von Stoffwechsel.

Aerobiose: In Anwesenheit von Luft produziert die Hefe aus Zucker und Sauerstoff Kohlensäure, Wasser und eine große Menge Energie. Unter diesen Bedingungen wird die Glucose vollständig oxidiert:

Die gesamte biochemische Energie, die potentiell in der Glucose enthalten ist, wird so freigesetzt. Mit Hilfe dieser Energie hält sich die Hefe am Leben. Sie kann diese Energie aber auch verwenden, um organische Stoffe zu synthetisieren, d. h. um zu wachsen und um sich zu vermehren. Ihr Nährmedium muss dann noch andere Stoffe enthalten, vor allem Stickstoff. Die Vermehrung erfolgt durch Sprossungswachstum, d.h. durch mitotische Teilung der rundlichen, locker zusammen hängenden Einzelzellen.

Anaerobiose: Wenn die Hefe nicht über Sauerstoff verfügt, kann sie trotzdem Zucker in Energie umwandeln, um sich am Leben zu halten. Dieser Stoffwechselprozess wurde von Pasteur als Gärung definiert. Der Zucker wird in Kohlensäure und Alkohol umgewandelt. Die Glucose wird unvollständig oxidiert:

Der so entstandene Alkohol enthält noch viel Energie, denn es wurde nur ein Teil der biochemischen Energie, die potentiell in der Glucose enthalten ist, freigesetzt (ungefähr 20 mal weniger als beim Atmungsprozess). So wird die Hefe zwar am Leben erhalten, aber sie kann sich nicht schnell vermehren. Hauptsächlich werden Hefepilze durch Konservierungsstoffe bekämpft, damit der Prozess der Gärung unterbleibt.

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Nebenwirkungen von Konservierungsstoffen

Im alltäglichem Leben begegnen wir ständig Konservierungsmitteln, besonders in vielen Lebensmitteln. Dieser Fakt löst bei einem nicht kleinen Teil der Bevölkerung Ängste aus, wie auch die Umfrage gezeigt hat. Ist diese Angst berechtigt? Ist die häufig von vielen Seiten her geäußerte Vermutung, dass Konservierungsstoffe Allergien auslösen oder selbst Allergene sind, berechtigt? Um die Lösung dieser Fragestellung geht es hier. Zunächst aber eine allgemeine Erläuterung des weit gefassten Begriffs "Allergie".

Man unterscheidet zwischen

• Aversion (persönliche Abneigung gegen einen Stoff, einen Geschmack, Geruch oder einer Herstellweise)
• Intoleranz (Unverträglichkeit gegen einen bestimmten Stoff aufgrund eines Enzymdefekts z. B. Diabetes)
• Pseudoallergischen Reaktionen (auch PAR genannt, heftige Reaktionen verschiedener Körperzellen, unabhängig vom Immunsystem)
• echten Allergien (übertriebene Abwehrreaktion des Immunsystems gegen unbedenkliche Stoffe)

Aus heutigem Kenntnisstand sind keine Patienten bekannt, die eine echte Allergie gegen einen Konservierungsstoff haben. Die Konservierungsstoffe sind aus medizinischer Sicht keine Auslöser für andere echte Allergien. Aber Konservierungsstoffe lösen häufig pseudoallergische Reaktionen aus.

Bei einer echten Allergie läuft folgender Reaktionsmechanismus ab:
Es gibt an jeder Körperoberfläche Mastzellen. Wenn sich an diese Mastzellen Immunglobin (das ist ein Protein), auch IgE genannt, bindet, kann infolge von Berührung mit einem Allergen explosionsartig Histamin ausgeschüttet werden. Dieses Histamin kann dann zu Juckreiz, Niesen, pfeifendem Atmen, Hautausschlag, Asthmaanfällen, Kribbeln der Zunge und der Lippen führen. Im schlimmsten Fall ereilt den Patienten ein anaphylaktischer Schock. Das bedeutet, dass z. B. die Lippen, die Zunge und der Kehlkopf so stark anschwellen, dass der Patient in Gefahr steht, zu ersticken. Der anaphylaktische Schock kann aber auch erst nach einigen Stunden oder Tagen erfolgen: Nach ausgedehntem Nesselausschlag treten Atemstörungen sowie Blutdruckabfall auf. Wenn dem Patienten nicht sofort Adrenalin gespritzt wird, kann der anaphylaktische Schock zum Tode führen. Ungefähr 2 Prozent der Bevölkerung leiden an echten Lebensmittelallergien, z.B. gegen Nüsse oder Milchprodukte.

Bis heute ist der Reaktionsmechanismus der pseudoallergischen Reaktionen noch nicht erforscht. Die Mediziner können aber mit Gewissheit sagen, dass das Immunsystem völlig unbeteiligt ist. Dieses wurde durch Bluttests gezeigt. Die Symptome, die bei pseudoallergischen Reaktionen ausgelöst werden, sind ähnlich wie die Symptome bei einer echter Allergie: Nesselsucht (großflächiger, juckender Hautausschlag), Atemnöte, Kopfschmerzen und Übelkeit häufig auch Hyperaktivität. Die pseudoallergischen Reaktionen werden häufig auch als Lebensmittelunverträglichkeiten bezeichnet. Die Häufigkeit dürfte nach Schätzungen bei Säuglingen zwischen 4 und 6 Prozent liegen, aufgrund dieser hohen Wahrscheinlichkeit lässt man im Babynahrungsbereich alle Produkte konservierungsstofffrei. Die Wahrscheinlichkeit ist bei Kleinkindern bei 1-2 Prozent, bei Erwachsenen unter 1 Prozent.

Bedenkliche Konservierungsstoffe:

Nicht alle Konservierungsstoffe sind Auslöser für pseudoallergische Reaktionen, aber auf folgende sind häufig solche Reaktionen registriert worden:

Behandlungsmöglichkeiten bei pseudoallergischen Reaktionen:

Heutzutage sind noch keine Testverfahren für pseudoallergische Reaktionen bekannt. Deshalb gibt es für potenzielle Betroffene nur eine Möglichkeit, eine pseudoallergische Reaktion zu erkennen: Der Patient muss auf eine Diät gesetzt werden, deren Nahrung möglichst wenig Zusätze enthält und die zunächst einseitig ist. Bis zu dem Zeitpunkt, an dem alle Symptome abgeklungen sind, darf der Patient keine weiteren Nahrungsmittel zu sich nehmen. Nach und nach werden jetzt in einem bestimmten Zeitabstand dem Patienten neue Nahrungsmittel und neue Zusatzstoffe verabreicht. Dieses geschieht so lange, bis sich wieder Symptome zeigen. Nun kann der Arzt nachvollziehen, welches Nahrungsmittel, bzw. welcher Zusatzstoff verantwortlich sein müsste. Um sicher zu gehen, wird dem Patienten oftmals noch der Verdachtstoff direkt verabreicht. Wenn dieser dann entsprechende Symptome zeigt, kann der Arzt sicher sein, den auslösenden Stoff gefunden zu haben. Manchmal haben die Patienten mehrere Stoffe, auf die sie reagieren, deshalb dauert diese Suche oftmals sehr lange. Nach der Untersuchung wird eine neue Diät aufgestellt, die es ermöglichen soll, sich ohne die bedenklichen Stoffe zu ernähren. Im Einzelfall kann diese Diät heftige Entzugserscheinungen bei dem Patienten hervorrufen, aber nach einiger Zeit stellt sich ein allgemein besseres Gesundheitsbild ein. Ein großes Problem ist bei pseudoallergischen Reaktionen gegen Konservierungsstoffe, dass diese teilweise deklarationsfrei in die Lebensmittel gelangen können. Dies ist der Fall, wenn z. B. Zutaten für ein Lebensmittel mit Konservierungsmitteln vorbehandelt sind oder wenn der Konservierungsmittelanteil eine bestimmte Mindestgrenze unterschreitet. Diese Problematik bedeutet für viele Betroffene, dass sie völlig auf Fertigprodukte der Nahrungsmittelindustrie verzichten müssen.

Gesunder Nebeneffekt: Konservierungsstoffe helfen gegen Karies

Die einen verteufeln Konservierungsstoffe als Allergieauslöser, die anderen loben deren Einsatzmöglichkeiten in der Kariesvorbeugung. Amerikanische Forscher haben heraus gefunden, dass Benzoate, Sorbate und ähnliche Konservierungsstoffe in Lebensmitteln offenbar gesünder als vermutet sind. Sie stellten fest, dass diese Stoffe die zahnschützende Wirkung von Fluoriden in Zahnpasten merkbar verstärken. Die aktuelle Studie, vorgestellt auf dem Jahrestreffen der International Association of Dental Research, baut auf Forschungsergebnissen des Rochester-Mikrobiologen Robert Marquis auf. Er hatte herausgefunden, dass viele Konservierungsstoffe ähnliche Effekte bewirkten wie Fluorid. Die Versuche untermauern die Hypothese aus den fünfziger Jahren, dass Fluorid nicht wirkt, indem es die Zähne remineralisiert und kleine Löcher stopft. Statt dessen hemmt Fluorid Bakterien, die sich von Zucker ernähren und zahnschädigende Säure produzieren. Fluorid und Konservierungsstoffe machen es demnach Bakterien schwer, ihren idealen pH-Wert aufrecht zu erhalten, so dass sie zur Säureproduktion nicht mehr in der Lage sind.

Konservierungsstoffe und Tierversuche

Einige Konservierungsstoffe, die in den heutigen Lebensmitteln verwendet werden und für den menschlichen Organismus unbedenklich sind, bzw. sein sollen, haben erschreckende Auswirkungen für einige tierische Organismen. So wird z.B. die Verwendung von Benzoesäure und ihre Salzen in Hunde- und Katzenfutter vom Gesetzgeber verboten. Man hat nämlich festgestellt, dass bereits fünf Promille Benzoesäure für Katzen tödlich sein können. Aus diesem Grunde sollte der Tierhalter auch seinem Hund oder seiner Katze keine Nahrungsmittel verabreichen, die mit Benzoesäure behandelt sind, z.B. Fischsalat oder Fleischsalat.

In einer Versuchsreihe mit PHB-Estern wurde festgestellt, dass diese gefäßerweiternd wirken und man mit diesem Stoff optimal Frösche betäuben kann. Des weiteren wirken diese Ester krampflösend.

Die Kombination von E 232 (Natrium-Ortophenylphenolat, ein Fungizid zur Oberflächenbehandlung von Citrusfrüchten) mit E 233 (Thiabendazol, ein Fungizid zur Oberflächenbehandlung von Bananen) förderte im Tierversuch Blasenkrebs. Das Konservierungsmittel Thiabendazol (E 233) führte bei der Maus zusätzlich zu Nierenschäden und Missbildungen.

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Versuche

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Versuch zur Wirkung von Konservierungsstoffen in Babynahrung

Früh übt sich: Sven bei der Zubereitung des Baby-Grießbreis

Um die allgemeine Wirkungsweise von Konservierungsstoffen und deren Abhängigkeit von der erforderlichen Menge nach zu vollziehen, wählten wir einen Versuch mit konservierungsstofffreiem Babybrei, dem unterschiedliche Mengen und Sorten von Konservierungsstoffen hinzugefügt wurden. Versuchsvorbereitung: 110 Gramm Baby-Grießbrei wurden nach Packungsanleitung fachgerecht zubereitet. Von dieser Menge Babybrei wurden jeweils zehn Gramm in eine Petrischale gefüllt (insgesamt elf Schalen). Versuchsdurchführung: Die unten angegebenen Mengen und Sorten an Konservierungsstoffen wurden in die Petrischalen gegeben und gut verrührt. Alle Petrischalen, mit Ausnahme der Schale 11, wurden mit jeweils drei Tropfen einer Schimmelpilzkultur versetzt, die auf Tomatenpüree gezüchtet wurde. (Tomate pürieren, in Schalen füllen, mit Schimmelpilzen beimpfen und 2 Tage im Wärmeschrank bei ca. 35o C aufbewahren). Anschließend wurden die Petrischalen mit einem Deckel versehen und für zwei Tage in einem Wärmeschrank bei 28o C aufbewahrt. Das Resultat ist in der Tabelle abzulesen. Die Petrischalen wurden unverändert nochmals für weitere zwei Tage in den Wärmeschrank gegeben und anschließend begutachtet. Die Resultate sind ebenfalls in der Tabelle aufgeführt. (Als Resultat: sehr viel, viel, mäßig, wenig oder kaum Schimmelpilzbefall (S.); Bakterienbefall (B.))

Christiane beim Einfüllen der Grießbrei-Proben in Petrischalen

Konservierungsmittel Menge Resultat 1 Resultat 2 Sorbinsäure 0,005 g sehr viel sehr viel S. mäßig B. Sorbinsäure 0,01 g viel sehr viel S. wenig B.. Sorbinsäure 0,1 g wenig kaum S. kein B. Benzoesäure 0,005 g sehr viel sehr viel mäßig B. Benzoesäure 0,01 g viel viel S. wenig B. Benzoesäure 0,1 g kaum kaum S. kein B. Salz 0,029 g sehr viel sehr viel S. Salz 0,27 g viel viel S Salz 2,22 g kaum kaum S. ohne, mit Pilz / sehr viel S. sehr viel S. viel B. ohne, ohne Pilz / viel Bakterien sehr viel B.

Stefan beim "Impfen" der Grießbrei-Proben mit wässriger Schimmelpilzlösung

Analyse:

Wie die Versuchsreihe zeigt, sind nur größere Mengen von Konservierungsstoffen wirkungsvoll. Erst ab einem Stoffanteil von einem Prozent des Babybreis lassen sich nennenswerte positive Ergebnisse erzielen. Beim Einsatz von Salz ist der Anteil, der zur Herabsetzung von Schimmelpilz- und Bakterienbefall führt, noch höher, so dass vermutlich - wir haben den Geschmack nicht überprüft - die Nahrung ungenießbar ist. Durch das Impfen mit Schimmelpilzlösung (aus der "Zucht") ist der Pilz bei der Besiedlung der Petrischalen zunächst im Vorteil. Jedoch zeigt das Ergebnis des Versuchs "ohne Pilz und ohne Konservierungsstoff", dass eine Besiedlung durch Bakterien sehr schnell und umfangreich erfolgt, was nicht zuletzt an der "Allgegenwärtigkeit" und der immensen Teilungsfähigkeit von Bakterien liegt. Auf den geimpften Flächen schien es, als ob der Schimmelpilz durch Absonderung von Stoffen die Ansiedlung von Bakterien zumindest unterdrückt, da der Bakterienbefall verhältnismäßig gering war.

Obwohl Sorbinsäure als Konservierungsstoff unbedenklich ist, sollte in der Baby- und Kleinkindernahrung grundsätzlich auf Zusatzstoffe jeglicher Art verzichtet werden. Das setzt natürlich voraus, dass die frisch zubereitete Nahrung auch umgehend verzehrt und auf eine hygienische Zubereitungsform geachtet wird.

Das Ergebnis: Nach vier Tagen im Wärmeschrank ist bei 0,1 g Benzoesäure kaum Pilzbefall und keine Bakterienansiedlung zu erkennen (vorne). Hinten rechts der Befall bei Zugabe von 0,005 g, links bei 0,01 g Benzoesäure

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Versuch: Hemmung der alkoholischen Hefegärung durch Konservierungsstoffe in Abhängigkeit vom pH-Wert

Im folgenden Versuch wollten wir untersuchen, ob die alkoholische Gärung und die Wirkung entsprechender hemmender Konservierungsstoffe vom pH-Wert abhängig ist.

Geräte und Reagenzien:

Gärungssaccharometer, Trockenschrank (37° C), pH-Papier, Messpipetten, Reagenzgläser, Bäckerhefe, Benzoesäure, Natronlauge, Apfelsaft (unbehandelt). Durchführung:

Wir haben den Apfelsaft mit verd. NaOH auf verschiedene pH-Werte gebracht. In unbehandeltem Zustand hat Apfelsaft durch die Äpfelsäure einen pH-Wert von etwa 4. Wir stellten Reagenzien mit pH 6 und pH 8 her.

Aus jedem Reagenz stellten wir eine Hefesuspension (0,1 g / 10 ml) und eine Konservierungsstofflösung mit Benzoesäure (25 mg / 25 ml) her.

So ergaben sich für jeden pH-Wert drei Lösungen: Jeweils 7 ml des Apfelsaftes (pH 4, pH 6 und pH 8) mit jeweils 1 ml Hefesuspension (pH 4, pH 6 und pH 8) und 2 ml Konservierungsstofflösung (pH 4, pH 6 und pH 8).

Diese Lösungen wurden blasenfrei in Gärungssaccharometer gefüllt und bei 37° C in den Trockenschrank gestellt. Nach 2, 3, 20 und 48 Stunden wurde der Stand des durch Gärung entstandenen CO₂ abgelesen. Es ergab sich folgende Kurve:

Florian (li) und Hans beim Präparieren der Gärungssaccharometer

Beobachtung:

Die Wirkung der Benzoesäure scheint vom pH-Wert abhängig zu sein. Jedoch könnte die Hefegärung selbst vom pH-Wert abhängig sein und somit das Ergebnis verfälschen. Deswegen setzten wir parallel eine zweite Versuchsreihe ohne Konservierungsmittel und, zu Vergleichszwecken, mit einem weiteren pH-Wert von 10 an. Die Lösungen bestanden aus je 9 ml Apfelsaft und 1 ml Hefesuspension. Es ergab sich folgende Kurve:

Auswertung:

Die Gärung ist in diesem Bereich nur zu einem vernachlässigbaren Anteil vom pH-Wert abhängig, wobei die Hefepilze trotz allem in einem pH-Bereich von 6 am aktivsten sind. Dies spiegelt sich besonders im ersten Versuchsteil wieder. Die Benzoesäure hatte im schwach sauren Milieu fast keine Auswirkung auf die Gärung. Im sauren Milieu dagegen hat sie die Gärung vollständig verhindert. Das liegt daran, dass die Benzoesäure nur in undissoziiertem Zustand wirksam ist. Je höher der pH-Wert, desto weniger H₃0⁺- Ionen sind vorhanden. Bei einem pH-Wert von 4, in saurem Milieu, sind bereits so viele H₃0⁺- Ionen vorhanden, dass die Benzoesäure nicht weiter oder nur geringfügig dissoziiert vorliegt, so dass sie stark hemmend auf die Hefepilze wirken kann. In schwach saurem Milieu muss die geringere Zahl der H₃0⁺- Ionen bereits durch die Säure "ausgeglichen" werden, H+ wird abgespalten, das Konservierungsmittel verliert an Wirksamkeit. Im alkalischen Milieu dissoziiert die Säure vollständig und wird unwirksam.

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Versuch: Wirkung von Konservierungsstoffen in Abhängigkeit von der Konzentration

Fruchtsäften werden Konservierungsstoffe zugegeben, um deren Gärung zu verhindern, bzw. zu verzögern.

Im folgenden Versuch haben wir die Wirkung von Konservierungsstoffen in Abhängigkeit von deren Konzentration untersucht. Dazu haben wir unbehandelten Apfelsaft mit einer Hefesuspension und unterschiedlichen Konzentrationen von Benzoesäure versetzt. Dann haben wir die CO₂-Menge, die sich nach 3, 5, 20 und 48 Stunden gebildet hat, gemessen.

Zur Herstellung der Konservierungsstofflösung haben wir 25 mg Benzoesäure in 25 ml Apfelsaft gelöst. Für die Hefesuspension lösten wir 100 mg frischer Hefe in 10 ml Saft. Danach füllten wir 6 Reagenzgläser nach folgendem Konzept:

Amelie beim Auflösen der schwer löslichen Benzoesäure in Apfelsaft

Den Inhalt der Reagenzgläser haben wir, nachdem sie gut geschüttelt waren, in Gärungssaccharometer gefüllt und diese in einen Trockenschrank gestellt. Nun haben wir nach 3, 5, 20 und 48 Stunden die CO₂-Menge, die sich in der Zeit gebildet hat, abgelesen.

Wir erhielten folgende Ergebnisse:

Auswertung:

Anhand der Versuchsergebnisse kann man erkennen, dass der Konservierungsstoff schon bei geringer Konzentration eine gute Wirkung zeigt. Diese Wirkung verändert sich auch bei zunehmender Konzentration nicht, denn in allen Lösungen mit Benzoesäure hat sich nach 20 Std. 0,2 ml CO₂ gebildet.

Nur die Lösung ohne Konservierungsstoff wies ein anderes Ergebnis auf. Bei einer kontinuierlichen Steigerung der Werte hatten sich nach 20 Stunden 6,4 mL und schließlich nach 48 Stunden 8,5 mL CO₂ gebildet, was aber bei Fehlen eines Hefen abtötenden Mittels verständlich ist.

Daraus kann man schließen, dass Konservierungsstoffe die Gärung zwar hinauszögern, jedoch nicht verhindern können. Dabei spielt die Konzentration ab einer Menge von 100 µg/mL anscheinend keine Rolle mehr.

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Versuch: Schwefeldioxid als Konservierungsmittel

Versuch: Konservierung von Früchten mit Schwefeldioxid

Sicherheitshinweise:
Schwefeldioxid ist ein Atemgift (giftig, T). Nicht einatmen!

Geräte:
Erlenmeyerkolben (200 ml, weite Form), Stopfen, Tiegelzange, Pinzette, Messer

Chemikalien:
Schwefelschnur, Wasserstoffperoxid (3%ig)

Durchführung:
Zunächst wird ein Stück Schwefelschnur entzündet und dann mit einer Tiegelzange in einen Erlenmeyerkloben eingeführt. Die Öffnung wird leicht mit einem Stopfen verschlossen. Wenn die Schnur abgebrannt ist, wird eine Apfelscheibe in den Erlenmeyerkolben gegeben, den man daraufhin sofort wieder verschließt. Parallel dazu lässt man die andere Apfelscheibe an der Luft liegen (man kann auch mehrere Apfelscheiben nehmen).
Nach 5 Minuten nimmt man die geschwefelte Apfelscheibe aus dem Kolben, lässt auch diese noch 5 Minuten an der Luft liegen und vergleicht dann beide.

Beobachtung:
Während sich die unbehandelte Apfelscheibe braun verfärbt hat, besitzt die geschwefelte ihre ursprüngliche, helle Farbe.

Auswertung:
Frisch aufgeschnittne Früchte oxidieren mit Luftsauerstoff unter Anwesenheit von katalytisch wirkenden Enzymen und werden dabei braun (Autooxidation). Das bei der Verbrennung von Schwefel mit Sauerstoff entstehende Schwefeldioxidgas wirkt antioxidativ und enzymhemmend, weshalb geschwefelte Früchte ihre ursprüngliche Farbe behalten (Konservierungsverfahren). Schwefeldioxid wirkt daneben auch antibakteriell, weshalb es zum Schwefeln von Fässern bei der Weinherstellung verwendet wird.

Reaktionsgleichung:

keimtötend,
antioxidativ

Zusatz: Nachweis von Sulfit (+H₂O₂ + BaCl₂- Lsg.)

Auf die geschwefelte Apfelscheibe werden wenige mL H₂O₂ (Wasserstoffperoxid) gegeben. Danach wird diese Scheibe mit dem H₂O₂ in Wasser gelegt. Gibt man nun noch BaCl₂-Lösung hinzu, so fällt ein weißer Niederschlag von Bariumsulfat aus. In einem Kontrollversuch mit einer unbehandelten Apfelscheibe gab es bei Zugabe von Bariumchlorid-Lösung keinen Niederschlag von Bariumsulfat.

Reaktionsgleichungen:

Links eine ungeschwefelte, rechts eine geschwefelte Apfelscheibe nach ca. 30 Minuten

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Versuch: Konservierung von Trockenfrüchten

Erlenmeyerkolben mit entfärbtem Jod-Stärke-Papier

Versuch: Untersuchung von Trockenobst auf Schwefeldioxid Geräte: Erlenmeyerkolben (100 ml, enge Form), Stopfen, Reagenzglasklammer, Bunsenbrenner Chemikalien: Trockenfrüchte, Jod-Stärke-Papier Durchführung: Einige Trockenfrüchte (z.B. Sultaninen, Aprikosen) werden zerkleinert und in einen Erlenmeyerkolben Bild 10 gegeben. Anschließend fügt man noch 25 ml Wasser hinzu. Dann wird ein Jod-Stärke-Papier, das halb in den Kolben hineinhängt, mit einem Korkstopfen im Kolben fest eingeklemmt. Der Erlenmeyerkolben wird vorsichtig erwärmt und dabei hin und her geschwenkt.

Beobachtungen:
Nach einiger Zeit entfärbt sich das Jod-Stärke-Papier.

Auswertung:

Früchte, die später als Trockenobst weiterverarbeitet werden, müssen einem Konservierungsverfahren unterzogen werden, damit sie nicht anfangen zu faulen oder ihre helle Farbe aufgrund der Autooxidation mit Sauerstoff und katalytisch wirkenden Enzymen verlieren. Eines der ältesten Konservierungsverfahren ist das Schwefeln der Früchte, also das Behandeln mit enzymhemmenden, antioxidativ und antibakteriell wirkendem Schwefeldioxidgas. Dieses Gas kann durch Erhitzen in wässriger Lösung indirekt mit Jod-Stärke-Papier nachgewiesen werden. Es wird aus dem Sulfit freigesetzt und reduziert das Jod.

Aus toxikologischer Sicht ist das Schwefeln von Lebensmitteln sehr umstritten, da das Vitamin B im Organismus zerstört wird. Allerdings wirkt Schwefeldioxid / Sulfit nicht kumulativ (reichert sich nicht im Körper an), da es im Organismus zum Sulfat (dem Salz der Schwefelsäure) oxidiert und als solches ausgeschieden wird.

Reaktionsgleichung:

Geschwefelte Trockenfrüchte enthalten Sulfit:

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Versuch: Bestimmung des Schwefeldioxid-Gehaltes von Wein

Schwefel ist als Konservierungsstoff in fast allen Weinen enthalten, um diese vor Schimmelpilzen zu schützen. Die Holzfässer, in denen der Wein gelagert wird, werden geschwefelt. Der Schwefel reagiert mit dem Wasseranteil des Weins zu schwefliger Säure.

Da Schwefel (schweflige Säure) ein Reduktionsmittel ist, kann die Konzentration des gelösten Schwefeldioxids im Wein mit einer Jodlösung bestimmt werden. Der Wein wird mit einer Jodlösung bekannter Konzentration titriert. Zu dem Wein werden noch einige Tropfen einer Stärkelösung gegeben, die das überflüssige Jod durch eine Blaufärbung sichtbar macht.

Wir untersuchten je 50 ml eines italienischen und eines französischen Weißweins. Vor dem Titrieren fügten wir dem Wein noch einige Tropfen einer Stärkelösung hinzu. Für die Titration verwendeten wir eine Jodlösung mit der Konzentration von 0.005 mol/L, mit der wir die Büretten auf etwa 30 mL auffüllten.

Bei der Titration konnten wir beobachten, wie sich die bräunliche Jodlösung im Wein entfärbte. Nach einiger Zeit setzte eine dauerhafte Blaufärbung des Weines ein. Zu diesem Zeitpunkt hatten wir für den französischen Wein 6 ml und für den italienischen 7,6 ml der Jodlösung verbraucht.

Diese Beobachtung ist folgendermaßen zu erklären:
Durch das Schwefeln der Fässer lagert sich Schwefeldioxid (SO₂) am Holz an. Mit dem Wasser des Weins reagiert SO₂ zu schwefliger Säure.

Diese Säure liegt im Wein in Form von Hydrogensulfit (HSO₃ ^-) und Sulfit-Ionen (SO₃ ^2-) vor. Die Ionen reagieren mit dem Jod, wobei der Schwefel oxidiert und das Jod reduziert wird.

Jodid-Ionen sind im Gegensatz zu Jod-Molekülen farblos. Aus diesem Grund entfärbt sich die bräunliche Jodlösung in dem Wein. Sobald alle Sulfit-Ionen oxidiert wurden, geht das Jod mit der Stärke einen Jod-Stärke-Komplex ein, der durch eine Blaufärbung sichtbar ist.

Da je zwei Sulfit-Ionen mit einem Jod-Molekül reagieren, kann man anhand der Konzentration der Jodlösung und der Menge des verbrauchten Jods den Schwefelgehalt des Weines bestimmen.

Auf diese Weise berechneten wir eine Schwefelgehalt von 193 mg/l bei dem italienischen und 152,4 mg/l bei dem französischen Weißwein. Beide hatten einen Alkoholgehalt von 11,5%.

Eine Auswahl: Konzentration an Schwefeldioxid im Wein

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Versuch: Wirkung des PHB-Esters

Für diesen Versuch wurden zunächst eine Tomate mit Hilfe eines Küchenmessers geschält und anschließend mit dem Mörser und Stößel solange zerdrückt und vermengt, bis wir Tomatenpüree erhielten. Jeweils zehn Milliliter des Tomatenpürees wurden auf fünf Petrischalen verteilt. Zum Tomatenpüree wurde dann PHB- Methylester entsprechend der unten aufgeführten Tabelle hinzugefügt, umgerührt und das Tomatenpüree mit Schimmelpilzkulturen geimpft. Anschließend wurden die Petrischalen für zwei Tage in den Wärmeschrank bei 35 Grad Celsius gestellt. Das Ergebnis ist ebenfalls in der Tabelle aufgeführt. Nach weiteren zwei Tagen wurden die Petrischalen nochmals auf Schimmelpilzbefall hin überprüft.

Analyse:

PHB-Ester wirken vor allem gegen Schimmelpize und Hefen, können aber auch gegen Bakterienbefall eingesetzt werden (Coli-B., Salmonellen). Die Ester wirken nicht nur gegen Mikroorganismen, sondern auch auf das Wachstum höherer Pflanzen. Bei Menschen können Allergien ausgelöst werden.

Beimpfen der mit PHB-Ester versetzten Petrischalen mit Tomatenpüree

Die Ester (vor allem Methyl-, Ethyl- und Propylester) werden in Backwarenfüllungen, Marmeladen und auch Fischmarinaden verwendet.
Schon relativ geringe Mengen (siehe Versuche) zeigen nachhaltige Erfolge. PHB-Ester gelten als sehr wirksame Konservierungsmittel.

Versuchsergebnis nach 2 Tagen: von links nach rechts zunehmende PHB-Ester-Konzentration

PHB-Ester lassen sich im Versuch relativ leicht herstellen:

Versuchanleitung: Synthese von p-Hydroxybenzoesäuremethylester:

Im Jahre 1923 schlug T. Sabalitschka p-Hydroxybenzoesäuremethylester (pHB-Ester) als Konservierungsstoffe vor. Heute werden solche Ester als Konservierungsstoffe in Pharmazeutika, Lebensmitteln und Kosmetika eingesetzt.

Arbeitsvorschrift:

Für die Synthese nehmen wir 4g p-Hydroxy-Benzoesäure, 12ml Methanol, und 15 Tropfen Schwefelsäure (Katalysator) und erhitzen das Gemisch in einem 50ml-Kolben ca. 2 Stunden lang. Ein Liebigkühler kühlt die Dämpfe ab und ein Trockenrohr verhindert, dass Wasser von der Luft in die Reaktion gelangt. Nach 2 Stunden wird das Methanol abdestilliert. Der Rückstand wird auf die fünffache Menge Eiswasser gemischt. Das Produkt wird abgenutscht (Vakuumfiltration).

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Versuch: Pökeln

Wie wir ja bereits aus dem Beitrag "Konservierungsmethoden" erfahren haben, ist eine der ältesten Methoden in der Konservierung das Einsalzen in Kochsalz. Ähnlich diesem Einsalzen funktioniert das Pökeln. Auch dieses Verfahren ist bereits seit dem Mittelalter bekannt, und der Unterschied zum normalen Einsalzen liegt in der Mischung der unterschiedlichen Salze. Beim heutigen Pökeln wird mit einer Kochsalzmischung mit 0,4% NaNO₂ - Anteil gearbeitet.

Zu Versuchsbeginn: Fleischstück in Lake (li.)

In einem Versuch wollten wir die Wirksamkeit des Pökelns testen.

Versuchsanleitung:

Materialien: Pökelsalzlösung (NaCl mit 0,4% NaNO₂-Anteil - zu beziehen vom Metzger), 2 Fleischstücke je 100 g, 3 Bechergläser (1000 ml), Frischhaltefolie.

Zwei Fleischstücke (je 100 g) werden eine Woche lang in mit Folie abgedeckten 1000 ml Bechergläsern im Chemieraum gelagert (am besten auf der Fensterbank). Eines der Gläser wird zuvor mit 500 ml Pökellake (ca. 11 %ig) gefüllt, so dass eines der Fleischstücke in der Lake schwimmt. Das andere Stück liegt im leeren Becherglas. Nach einer Woche wird die Folie von dem Becherglas mit der Lake entfernt, das Fleisch entnommen, abgetrocknet und in ein neues 1000 ml Becherglas gegeben. Nach Bedecken mit Folie lässt man beide Gläser für eine weitere Woche stehen.

Hinweis: Das Entfernen der Folie und die Entsorgung des Fleisches sollte nur unter dem Abzug unter Verwendung von Handschuhen erfolgen.

Beobachtung:

Zum Zeitpunkt des Umlagerns des Fleischstückes in der Lake war sein Zustand recht ähnlich dem, den es ursprünglich hatte, es war ein rotes, rohes Stück Fleisch. Das nicht gepökelte Fleisch hatte jedoch nach einer Woche bereits seine Farbe verloren und saht grau aus. Es hatte eine leicht schleimige Oberfläche und im Becherglas war etwas grünliche Flüssigkeit.

Nach weiteren vier Tagen Lagerung wirkte das unbehandelte Versuchsobjekt noch deutlich stärker verändert, es war nun grünlich und es hat sich deutlich mehr Flüssigkeit angesammelt. Auf der Oberseite des Fleisches hatte sich eine leichte Pilzschicht gebildet. Das gepökelte Fleisch hingegen wirkte farblich nur sehr leicht verändert und sah noch genießbar aus.

Zwei Wochen nach Beginn des Versuches war der Zeitpunkt für eine abschließende Begutachtung gekommen. Das gepökelte Fleisch hatte nun auch seine Farbe verloren und wirkte nicht mehr ganz so frisch . Bei der Betrachtung des zweiten Becherglases erwartete uns eine Überraschung. Von dem Fleischstück war nicht mehr viel zu sehen, es hatten sich Maden angesiedelt und diese zersetzten das Fleisch. Dies war insofern überraschend, da wir die Fleischstücke stets unter Folie aufbewahrt hatten. Da muss wohl schon in der Metzgerei eine Fliege eine Chance zur Eiablage gehabt haben!

Das Ergebnis unseres Versuche ist mehrschichtig zu deuten. Das Pökeln ist eine Konservierungsmethode, die ein gutes Ergebnis vorzeigt. Außerdem behält das Fleisch durch den Nitritzusatz im Pökelsalz seine rote "frische" Farbe über eine verhältnismäßig lange Zeit (ca. 10 Tage). Neben der Konservierung (durch Wasserentzug) ist dieser Effekt ein weiterer Vorteil des Pökelns. Allerdings sollte das gepökelte Fleisch nach Möglichkeit kühl gelagert werden, denn bei Zimmertemperatur (in unserem Chemieraum) hielt sich auch das zuvor gepökelte Fleisch nicht unendlich. Der Nachteil von gepökeltem Fleisch oder gepökelter Wurst: Nitrite und Nitrate sind in der Lage, im Lebensmittel oder im Gastrointestinaltrakt Amine zu nitrosieren. Nitrosamine sind vor allem für Kleinkinder gefährlich, außerdem stehen sie im Verdacht Krebs zu erzeugen.

Nach 14 Tagen: Gepökeltes Fleischstück (li), ungepökeltes Fleisch, von Maden zerstört (re)

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Versuch: Einsalzen von Weißkohl

Versuch: Einsalzen von Weißkohl Material: 1,8 kg Weißkohl; Salz; 4 1L-Bechergläser, weit; 4 1L-Bechergläser, hoch; Krauthobel; Waage; Lineal Durchführung: Der Weißkohl wird in vier Teile geteilt und getrennt in die vier weiten Bechergläser gehobelt. Der gehobelte Kohl wird mit 3%, 10%, bzw. 30% Salz (nach Gewicht) gründlich vermengt. Eine Kontrollportion bleibt ungesalzen. Die hohen Bechergläser werden mit Wasser gefüllt und auf das Kraut gestellt. Nun wird von Zeit zu Zeit der Wasserentzug gemessen und das Aussehen nach 5 Tagen beschrieben.

Claudia hobelt fleißig Weißkohl

Kohl mit (re) und ohne Kochsalzzusatz

Beobachtung: Schon nach kurzer Zeit kann man bei dem mit Salz vermischten Weißkohl eine deutliche Entwässerung erkennen. Über den gesamten Versuchszeitraum betrachtet verläuft dieser Entwässerungsprozess jedoch immer langsamer ab, bis er schließlich ganz aufhört. Beim Weißkohl ohne Salz setzt keine Entwässerung ein.

Nach 5 Tagen messen wir das entzogene Wasser. Im ersten Glas (3% Salz) wurden ca.80 ml Wasser, im zweiten Glas (10%) ca.100 ml Wasser und im dritten Glas (30%) wurden ca. 150 ml Wasser freigesetzt. Auch im Aussehen unterschieden sich die vier Arten deutlich. Der Kohl, der mit 30% Salz vermischt wurde, sieht auch noch nach 5 Tagen absolut frisch und grün aus und hat keine Anzeichen von Zersetzung. Auch der Kohl mit 10% Salz ist noch ziemlich frisch und ebenfalls noch essbar. Der Weißkohl, der mit 3% Salz vermengt wurde ist dagegen schon sehr braun und es haben sich Ansätze von Schimmelpilzen gebildet. Der Weißkohl ohne Salz ist vertrocknet und braun geworden, und man kann einen Schimmelpilz- und Bakterienbefall erkennen.

Auswertung:

Durch die hygroskopische Wirkung des Salzes wird dem Weißkohl das Wasser aus den Zellen durch osmotische Vorgänge entzogen. Dabei treten biochemische Veränderungen der Zelle durch Plasmolyse und Schädigung des Protoplasten ein. Bei den meisten Mikroorganismen führt der Wasserentzug zur Verschlechterung der Lebensbedingungen bis hin zum Tode, so dass die Bakterien und Pilze, denen ebenfalls das Wasser entzogen wird, nicht mehr tätig werden können. Außerdem fördern kleine Salzmengen z.B. das Wachstum von Milchsäurebakterien, die durch Ausscheidung von Milchsäure andere Bakterien und Schimmelpilze am Wachstum hindern.

Nicht behandelter Kohl ist ein leicht verderbliches Lebensmittel. Erst durch den Einsatz des Konservierungsstoffes Salz kann das Gemüse auch bei Zimmertemperaturen über längere Zeit haltbar gemacht werden. Allerdings ist erkennbar, dass eine Konservierungsmenge von 3% Salz nicht ausreicht, um den Kohl frisch zu halten. Hingegen haben wir festgestellt, dass bereits eine Menge von 10% Salz ausreichen würde, um den Kohl hinlänglich zu konservieren. Sollte dann noch eine Kühlung erfolgen, müsste diese Konzentration genügen, um den Kohl über Wochen hinweg frisch zu halten. Ein 30%iger Gewichtsanteil von Kochsalz führt zu geschmacklichen Beeinträchtigungen.

Versuchsreihe: Einsalzen von Weißkohl - Ergebnis nach 5 Tagen
links: ohne Salz, ganz rechts: 30% Salzzugabe

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KIN-Besichtigung

Im Rahmen unseres Konservierungsmittelprojektes haben wir ein privates Lebensmittelinstitut in der näheren Umgebung besucht, das KIN in Neumünster. KIN stand zur Gründungszeit (1965) für "Konserveninstitut Neumünster", heute beschäftigt sich das Institut nicht nur mit Konserven, sondern mit der gesamten Palette der Lebensmittelkonservierung. Die Abkürzung KIN wurde zwar beibehalten, aber in "Kompetenz in Nahrungsmitteln" umgewandelt.

Das Institut ist eine Dienstleistungsanbieter für produzierende Lebensmittelkonzerne. Es bietet seinen Kunden moderne Konzepte, praxisorientierte Lösungen und eine umfassende fachliche Beratung für die Optimierung von Produktionsabläufen an.

Das KIN liefert z. B. Hilfe, wenn ein Nahrungsmittelhersteller ein neues Produkt auf den Markt bringen will. Oder wenn ein Produzent fehlerhafte Produkte herstellt, forscht das KIN nach den möglichen Ursachen. Des weiteren erstellt das KIN chemische Analysen für Lebens-mittel und erforscht optimale Herstellweisen und Verpackungen für die nachgefragten Nahrungsmittel. Für diese Dienstleistungen verfügt das KIN über einen Maschinenpark zur Lebensmittelherstellung und ein chemisches Labor. Darüber hinaus bietet es Aus- und Weiterbildungsmöglichkeiten für sämtliche Berufe aus der Lebensmittelbranche.

Während unseres Besuches dort haben wir viel Wissenswertes über Nahrungsmittelzusatzstoffe erfahren. Wir haben mit verschiedenen Angestellten des Betriebes gesprochen, unter ihnen waren ein Metzgermeister und ein Lebensmitteltechniker, ein Lebensmittelchemiker, ein Tierarzt und die Pressesprecherin des Instituts. So hatten wir die Gelegenheit, das Thema Konservierungsstoffe von ganz verschiedenen Standpunkten aus vermittelt zu bekommen. Zu Beginn wurde uns erklärt was genau in dem Institut gemacht wird und wie dieser Betrieb entstanden ist: Das KIN wurde 1965 von dreißig Firmen aus der Lebensmittelbranche gegründet. Damals hatte es noch den Namen " Konserveninstitut Neumünster" und beschäftigte sich weitestgehend mit der Verbesserung der Konservierungstechnik der Konservendose. Mit dem Aufkommen neuer Techniken wurden die Aufgabenfelder des KIN zunehmend geändert. Somit stieg die Anzahl der Teilhaberfirmen auf 300. Zum damaligen Zeitpunkt (1965) gab es noch keine vergleichbare Einrichtung. Das KIN ist mit seiner speziellen Zusammenstellung von Analyse, Entwicklung und Fortbildung auch heute noch einzigartig in Europa.

Nach diesen allgemeinen Fragen kam der für uns interessantere Teil der Betriebsbesichtigung. Wir wurden in den Laborbereich geführt. Hier waren die verschiedensten Geräte vorhanden, einige waren neu für uns andere waren uns bereits bekannt. Es wurde uns berichtet, wie der Keimgehalt verschiedener Nahrungsmittel auf Antrag der Herstellerfirmen ermittelt wird. Es wurde uns erklärt, wie der Arbeitsablauf für die unterschiedlichen Analysen ist und wie mit Hilfe der Geräte die Zusammensetzung von Lebensmitteln genau untersucht werden kann. Besonders interessant war der sensorische Testraum und das Verfahren der sensorischen Prüfung von Lebensmitteln: Bei diesem Verfahren müssen die ausgebildeten Prüfer z. B. ein Produkt und das gleiche, etwas veränderte Produkt probieren, daran riechen, um mögliche Unterschiede auf diesem Wege zu ermitteln. Der Lebensmittelchemiker war für all unsere Fragen offen und erklärte uns alles sehr ausführlich und gut verständlich.

Nachdem wir den Laborbereich besichtig hatten, machten wir noch einen kurzen Abstecher in das Technikum des Betriebes; hier standen Autoklaven und ähnliche Geräte an denen verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel die Drucksteuerung beim Kochen bestimmter Konserven zur physikalischen Konservierung erprobt werden.

Nach unserer Besichtigungstour haben wir uns noch für gut eine Stunde mit dem Lebensmittelchemiker und dem Tierarzt über die chemischen Konservierungsmittel, ihre Alter-nativen, wie z.B. Wärmebehandlung, ihre Risiken und ihren Nutzen unterhalten. Die beiden Mitarbeiter konnten uns noch viele nützliche Informationen geben. Zum Teil waren die Informationen uns allerdings schon bekannt. Völlig neu war für uns die Konservierungstechnik des Reinraumes: Mit Hilfe von Luftfiltern wird ein bestimmter Bereich der Produktion, z. B. die Abfüllung, fast keimfrei gehalten. Somit wird verhindert, dass überhaupt Mikroorganismen oder Keime auf das Produkt gelangen können. Somit wird das Lebensmittel ohne Konservierungsmittel schonend haltbarer gemacht. Die Reinraumtechnik ist aber sehr kostspielig, deswegen kann sie oftmals nur bei bestimmten Produktionsabschnitten, die normalerweise die Lebensmittel mit sehr vielen Keimen etc. belasten, eingesetzt werden. Ansonsten muss natürlicherweise auf eine sehr saubere Verarbeitung geachtet werden. Ein weiterer Punkt, der uns erstaunte, war, dass eigentlich nur eine sehr geringer Prozentsatz an Lebensmitteln überhaupt mit Konservierungsstoffen behandelt werden müssen, da sie z. B. einen natürlichen Schutz gegen Schimmelpilzbefall, Gärung und Bakterienbefall durch Milchsäuren oder einen viel zu niedrigen pH-Wert haben. Des weitern machen viele Konservierungsverfahren das Einsetzen von Konservierungsmitteln überflüssig. Der Tierarzt erklärte uns, dass z. B. eine Wärmebehandlung des Produkts mit einer Temperatur von über 70 Grad Celsius die meisten Mikroorganismen abtötet und somit auf Konservierungsmittel verzichtet werden kann. Die Lebensmittel, in denen Konservierungsmittel vorkommen, können auf Feinkost und Wurstwaren beschränkt werden. Des weiteren wurde uns berichtet, dass die Konservierungsmittel, die in der EU in Lebensmitteln verwendet werden, starken Kontrollen unterliegen und vom Gesetzgeber auch die Dosierung besonders überwacht wird. Wir haben zum Beispiel nicht gewusst, das die Gefahr, die von Konservierungsmitteln in Kosmetika und Arzneimitteln ausgeht, um einiges höher einzuschätzen ist, da diese Stoffe Konservierungsmittel in oftmals beträchtlichen Konzentrationen beinhalten. Weiterhin haben wir noch etwas über die Wirkungsweise von Sorbin- und Benzoesäure sowie PHB-Estern erfahren, Stoffe, die auch wir im Praktikum behandelt haben. Abschließend ist noch zu sagen, dass alle Mitarbeiter sich sehr viel Mühe bei der Führung durch das KIN gegeben haben und wir alle sehr viel Spaß bei der Besichtigung hatten und eventuell der eine oder andere einen neuen Berufswunsch entdeckt hat.

Sven, Amelie, Hans und Christiane (von li.) begutachten "in Verkleidung" einige Produkte, die im KIN analysiert werden

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Vier Wochen Praktikum, ein Nachwort

"Natur = gut? Chemie = schlecht? - Konservierungsstoffe in Lebensmitteln", ein Thema, das uns für ca. vier Wochen intensiv beschäftigt hat, vermittelte uns einen umfassenden und interessanten Einblick in einen Bereich der Chemie, der, von den meisten Menschen allerdings unbewusst, uns tagtäglich begleitet und berührt. Die heutige Bevölkerung ist nämlich zu großen Teilen nicht oder nur unzureichend über das Vorhandensein und die Wirkungen von Konservierungsstoffen in Lebensmitteln informiert. Auch wir hatten vor diesem Projekt nur wenige Kenntnisse darüber, dass und in welchem Umfang Konservierungsstoffe zum Einsatz kommen. Da solche Bezüge im "normalen" Chemieunterricht noch zu selten aufgegriffen und hergestellt werden, waren wir dankbar für die Gelegenheit, die sich mit diesem Wettbewerb bot. Unser Kenntnisstand hat sich umfassend erweitert und damit auch die Möglichkeit, sich mit der Materie im Alltag kritisch(er) auseinander zu setzen.

Trotz aller intensiver Beschäftigung haben wir in der Fragestellung Konservierungsstoffe in Lebensmitteln: ja oder nein? keine eindeutige Antwort finden können. Sicherlich war das auch nicht zu erwarten, zumal uns bewusst geworden ist, dass es ein eindeutiges Ja oder Nein bei der Vielschichtigkeit der Materie nicht geben kann. Sicherlich hätten wir ohne Konservierungsstoff nicht die heutige Lebensmittelauswahl - von exotischen Früchten zu allen Jahreszeiten bis hin zu den Fertigmenüs im Supermarkt. Aber - und diese Frage stellt sich natürlich auch - müssen wir diese Vielfalt wirklich haben? Diese Frage wird jeder für sich persönlich beantworten müssen.

Allgemein aber ist zu sagen, dass in der heutigen konsum- und leistungsorientierten Gesellschaft eine Vielzahl von Mitbürgern auf konservierte Lebensmittel angewiesen sind. Das tägliche Einkaufen von frischen ?? Lebensmitteln ist in der Regel gar nicht möglich. Der schnelle Einkauf, die schnelle Zubereitung von Essen bedingen den Einsatz von haltbar gemachten Nahrungsmitteln, sei es über unterschiedliche Verfahren oder mit antimikrobiell wirkenden Substanzen.

Ohne Konservierung ihrer Lebensmittel wäre es unseren Vorfahren wohl auch nicht gelungen, in die unwirtlichsten Gegenden vorzudringen, ohne sie wäre sicherlich auch die Industrialisierung gescheitert, als die Bevölkerung vom Land in die Städte zog und dort mit Lebensmitteln versorgt werden musste. Alles das sind treffende Argumente für den Einsatz von Konservierungsstoffen.

Obwohl das Haltbarmachen von Lebensmitteln unabdingbar ist, ergeben sich natürlich auch Gründe gegen den Einsatz von Stoffen oder Verfahren. Das Auslösen von Allergien, der Verdacht auf Erregung von Krebserkrankungen und die z.T. wenig oder ungenügend erforschten Auswirkungen der Nebenwirkungen schließen einen maßlosen und unkritischen Einsatz dieser Mittel und Methoden aus.

Aus unserer Sicht wäre eine stärkere Nutzung der oftmals schonender wirkenden Konservierungsverfahren dem Zusatz von Konservierungsstoffen vorzuziehen. Ist die Zugabe von konservierenden Substanzen unumgänglich, sollten diejenigen Stoffe verwendet werden, die erwiesenermaßen keine oder die geringsten Nebenwirkungen haben. Da Nebenwirkungen oftmals auch konzentrationsabhängig sind, ist auf eine geringst mögliche noch wirksame Dosierung zu achten. Nicht zuletzt muss das Deklarationsgebot der verwendeten Substanzen auf den Lebensmitteln sorgfältig eingehalten werden - und dann aber bitte verständlicher ausgedrückt als bisher!

Als Fazit lässt sich feststellen: Wir werden ohne konservierende Maßnahmen oder Mittel heute nicht mehr auskommen. Dazu ist die Entwicklung auf diesem Gebiet zu weit fortgeschritten, sind auch die Verhaltensmuster in der Bevölkerung zu sehr fest gelegt. Viele werden lieb gewordene Gewohnheiten ohne Not nicht ändern wollen, was ja auch verständlich ist. Dennoch: allein über das Kaufverhalten, über die kritische Auseinandersetzung mit dieser Materie durch viele Bürgerinnen und Bürger lässt sich die Lebensmittelindustrie zu einer Forschung anregen, die zur Herstellung von (noch) besseren Konservierungsstoffen führt.

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Quellennachweise

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