GewürzeDie Chemie des

guten Geschmacks

Gliederung1. Definition2. Einteilung3. Sensorik4. Inhaltstoffe

- ätherische Öle- Scharfstoffe- ungesättigte Verbindungen- Fette- Stärke- Eiweiße- Farbstoffe

5. Wirkung 6. Schulrelevanz

Definition

„Gewürze und Kräuter sind Pflanzenteile, die wegen ihres Gehaltes an natürlichen Inhaltsstoffen als geschmack- und/oder geruchgebende Zutaten zu Lebensmitteln bestimmt sind.“

Gewürze

(Leitsätze für Gewürze und andere würzende Mittel des Deutschen Lebensmittelbuches vom 27. Mai 1998, Abschnitt I A1)

Einteilung der Gewürze

Gruppenname Beispiele1. Samen und Früchte Pfeffer, Vanille, Paprika,

Muskatnuss, Senf2. Kräuter und Blätter Petersilie, Basilikum,

Thymian, Majoran, Lorbeer

3. Wurzeln und Wurzelstöcke

Ingwer, Kurkuma

4. Blüten und Blütenteile Gewürznelken, Safran5. Zwiebeln Knoblauch, Zwiebel6. Rinden Zimt

Grundbegriffe der Sensorik

Flavour(oraler Gesamteindruck)

Geschmack(Geschmacksstoffe über Geschmacksrezeptoren)

Tastempfinden(physikalische Reize)

Aroma(Gesamtgeruchseindruck über Geruchsrezeptoren)

nasaler Geruch(Aromastoffe direkt über

die Nase)

retronasaler Geruch(Aromastoffe indirekt vom

Rachenraum)

Der Geschmackssinn

Inhaltsstoffe

• Primäre Inhaltsstoffe:Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren, Stärke, Cellulose, Lignin

• Sekundäre Inhaltstoffe: ätherische Öle, Scharfstoffe, Bitterstoffe, Farbstoffe, Gerbstoffe, Harze, Glycoside

Ätherische Öle

• Gemische lipophiler, flüssiger, flüchtiger Verbindungen

• Für jede Pflanze charakteristischer Geruch und Geschmack

• Zusammensetzung von vielen Faktoren abhängig• Bisher weit über 3000 chemische Verbindungen

isoliert• Häufige Bestandteile: Monoterpene (C10) und

Sesquiterpene (C15)

V1: Wasser(dampf)destillationNelken

Apparatur zur Wasserdampfdestillation

V1: Wasser(dampf)destillationNelken

• Beruht auf der Flüchtigkeit und der (mäßigen) Wasserlöslichkeit der ätherischen Öle

• Ätherisches Öl löst sich in heißem Wasser und destilliert mit Wasserdampf über

• Nelken: 15-20% ätherisches Öl

Hauptkomponenten des ätherischen Öls:

OH

OCH3

Nelken

Eugenol

(70-90%)

β-Caryophyllen

(5-12%)

Humulen

(bis 2%)

OCOCH3

OCH3

Aceteugenol

(2-5%)

Weitere Komponenten:

CHO

OH

OCH3

VanillinMyrcen Limonen

α-Pinen β-Pinen

O

O

H

Furfurol

OH

O

O CH3

Salicylsäuremethylester

Nelken

V2: Dünnschichtchromatographie

• DC-Kieselgelkarten• Aufgetragen 1. Eugenol, 2. Wasserdampf-

destillat, 3. Chloroformauszug• Fließmittel: Hexan/Essigsäureethylester 4:1• Entwicklung mit Kaliumpermanganat-Reagenz

→ Im Nelkenöl ist Eugenol enthalten

Nelken

Scharfstoffe

• Chemisch heterogene Gruppe von Verbindungen• Erhöhen den Appetit, steigern Mundspeichel- und

Magensaftsekretion• Stimulieren Nasenschleimhäute und Schweißdrüsen• Empfindungen von Wärme bis Schmerz• Biologische Bedeutung: Schutz vor Fraßfeinden• Piperin in Pfeffer, Gingerol in Ingwer, Isothiocyanate in

Senf, Capsaicin in Paprika und Chilies

Demo 1: Capsaicin

• In reiner Form farblos, stabil gegen Hitze und Kälte, schlecht wasserlöslich

• Enthalten in Paprika und Chilies (Scheidewände)

• Schärfe noch in einer Verdünnung von 1:106 wahrnehmbar

• Schärfe gemessen in Scoville-Einheiten

Vanillylamid der 8-Methyl-trans-6-nonensäure

Paprika/Chilies

O

HO

CH3

HN

O

CH3

H3C

V3: Glucosinolatspaltung• Glucosinolate: Glucose β-pyranosidisch an zweiwertigen

Schwefel gebunden

Senf

Weißer Senf: Sinalbin (bis zu 5%):

p-Hydroxybenzyl-Glucosinolat

HOH2C

Schwarzer Senf: Sinigrin (bis zu 4,5%):

Allyl-Glucosinolat

H2C CH

H2C

R=

R=

OOH

OH

OH

OH

S C

R

N OSO3

• Das Enzym Myrosinase spaltet die β-Thioglucosid-Bindung der Glucosinolate

Senf

• Abspaltung des Sulfats in einer Art Lossen-Umlagerung• Entstehung eines Isothiocyanats („Senföl“)

Isothiocyanat

R

N

S

OSO3

Glucose

Myrosinase

pH 7

H2OR

N

S

OSO3

+ Glucose

(aq) (aq)

R

N

S

OSO3

(aq)

pH 7

H2OR N C S

(aq)+ SO4

2 (aq)

SenfIsothiocyanate („Senföle“)

Weißer Senf:

p-Hydroxybenzylisothiocyanat

Schwarzer Senf:

Allylisothiocyanat

HOH2C N C S H2C C

H

H2C N C S

• Die Isothiocyanate wirken auf Thermo- und Schmerzrezeptoren

• Reaktion bei Senfherstellung genutzt

• gleicher Vorgang beim Biss in eine Kaper, Radieschen oder einen Rettich

V4: Nachweis ungesättigter Verbindungen

• Ingwer enthält ungesättigte Verbindungen

Ingwer

Zingiberen (70%)

Im ätherischen Öl (2-4%) In ungesättigten Fettsäuren (bis 14%)

Linolsäure

HO

O

Elektrophile Addition von Brom an Doppelbindungen

Reaktionsgleichung:

Ingwer

Reaktionsmechanismus:

+ Br2 (aq)

Br

Br

HH

R

R

H

R R

H

R

H

R

H

Br

Br

R

H

R

H Br

RR

H HBr

BrBr

V5: Nachweis von Aminosäuren mit Ninhydrin

• Ingwer enthält Proteine, sowie freie Aminosäuren

Ingwer

Ruhemanns Purpur

Gesamtreaktion:

O

O

O

+ H3NO

O

R

N2

O

O

O

O

- H2O, -CO2,- RCHO

Reaktionsmechanismus(verkürzt)

Indan-1,2,3-trion

Halbaminol

Ingwer

O

O + H2N

COOH

R

H

O

OH

N

OHO

R

HH

O O

O

O

O

OH

OH

H2O

O O

O

O

NH

O

O

R- H2O

O

O

OH

N

OHO

R

HH

O

O

NH

OH

O

R+ OH(aq)

Ruhemanns Purpur

Ingwer

+ H2O

- OH(aq)

OH

NH

R

H

...

OH

+ H2O - H(aq)NH2 + O

R

H

O O

O

NH

O

NH

O

O

R R

H

O

NH

R

H

+

O

C

OO O O

OH

NH2+

O

O

N

O

O

O

O

O O

- H2O

V6: Fettverseifung• Muskatnuss enthält 40% fette Öle

(Muskatbutter) • Hauptbestandteil: Triglycerid der Myristinsäure• Basische Esterhydrolyse

Reaktionsgleichung:

Muskatnuss

C

C

C

O

O

O

H

H

H

H

H

C

O

C

O

C

O

C13H27

C13H27

C13H27

C

C

C

O

O

O

H

H

H

H

H

H

H

H

+

C

O

C

O

C

O

OC13H27

OC13H27

OC13H27

+

+

+

K(aq)

K(aq)

K(aq)

+ K(aq) + OH(aq)

Muskatnuss

Reaktionsmechanismus der basischen Esterhydrolyse

R = Rest des Fettsäuretriglycerids

C13H27 OR

O

C13H27 OH

O

O R

C13H27 OH

O

C13H27 OH

O

C13H27 O

O

+ OH (aq) + OR (aq)

+ OR (aq) + HOR

tetraedrische Zwischenstufe

Carboxylat

Ester

Alkohol

Carbonsäure(aq)

V7: Stärkenachweis

• Pfeffer enthält bis zu 50% Stärke• Nachweis mit Lugolscher Lösung• Iod-Stärke-Reaktion: Blau durch CT-Komplex• Einlagerung von Polyiodid-Ionen (I3

-, I5-, I7

-…) in die Stärke-Amylose-Helix

Pfeffer

V8: Echter Safran?• Gewürz und Lebensmittelfarbstoff in

einem• Gewürz = Narben der Safranblüte• 100.000 bis 250.000 Blüten für 1 kg

Safran • Hoher Preis • Verfälschungen: z.B. verschiedene

Pflanzenteile der Färberdistel, Paprikapulver, Kurkumapulver

Safran/Kurkuma

Safran• Enthält den wasserlöslichen Farbstoff Crocin

CH3 CH3

O

O CH3 CH3

O

O

R

R

Safran/Kurkuma

Digentiobioseester des α-Crocetins

OO

OH

OHHO

OH

O

OH

OHHOR=

Kurkuma (Gelbwurz)• Gemisch dreier Farbstoffe: Curcumin (60%),

Desmethoxycurcumin (25%), Bisdesmethoxycurcumin (15%)

Safran/Kurkuma

Curcumin

HO

OCH3

O O

OH

OCH3

HO

OCH3

OH O

OH

OCH3

Enol-Form

Keto-Form

Safran/Kurkuma

Curcumin

Rote Farbe

HO

OCH3

OH O

OH

OCH3

+ OH-(aq)

- H2O

HO

OCH3

OH O

O

OCH3

HO

OCH3

OH O

O

OCH3

Curcumin

• In Wasser gering, in Alkalien, Alkohol und Öl leicht löslich• Natürlicher pH-Indikator (Umschlagbereich bei 7,5-8,5)• Lebensmittelfarbstoff E100• Färbt z.B. Currypulver, Speisesenf, Reisgerichte (Paella)

Safran/Kurkuma

Wirkung von Gewürzen

• Volksglaube contra Wissenschaft?• Große Rolle in der Heilkunde Indiens und Chinas• Heilwirkungen: appetit- und verdauungsfördernd,

antibakteriell, fungizid, krebshemmend, blutdrucksenkend, krampflösend

• Gewürze als funktionelle Lebensmittel • Vorsicht bei Muskatnuss: halluzinogen

Cassia-Zimt: leber- schädigendes Cumarin

Demo 2: Fungizide Wirkung• Nährboden: Agar mit Glucose (1%)• Hemmung des Wachstums von Schimmelpilzen

bei Zusatz von Nelken oder Zimt (2%)• Antimykotische Wirkstoffe

OH

OCH3

Zimt/Nelken

Eugenol Zimtaldehyd

O H

Schulrelevanz• Projektarbeit (fächerübergreifend: Chemie, Biologie,

Geschichte, Geographie, Wirtschaft)• GK/LK 11G:

- Alkansäuren und ihre Derivate (Esterverseifung)- Alkene (elektrophile Addition)- Naturstoffe: Fette, Kohlenhydrate, Aminosäuren,

Peptide• GK/LK 12G.2:

Farbstoffe, Nahrungsmittel (Inhaltsstoffe, Zusatzstoffe)

(Hessischer Lehrplan für das Fach Chemie an Gymnasien (G8))

„Unter allen Künsten der Menschheit gibt es keine, die sich einer richtigeren Beurteilung erfreut und deren Produkte allgemeinere Anerkennung genießen als die, welche sich mit der Zubereitung der Speise beschäftigt.“(Liebig, Chemische Briefe)

Na dann – Guten Appetit!

O

O

O

N

OH

OCH3

O

O O

Piperin

Gingerol

MyristicinCumarin

O

O

OCH3