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Naturwissenschaften Klasse 8. Skript zum Unterricht am
Gymnasium Paulinum
Hubert Schäferhoff
30. September 2009
Vorwort
Das hier vorgelegte Skript soll den SchülerInnen der nächsten Jahrgänge als
Arbeitsgrundlage für den Unterricht in Naturwissenschaften des Wahlpflicht-
bereichs II dienen. Es enthält in den einzelnen Teilen eine kurze theoretische
Einführung zum jeweiligen Themengebiet, Arbeitanleitungen, Auswertungsbei-
spiele und Zusatzaufträge. Zur Nachbereitung des Unterrichts und zur Vorbe-
reitung auf Klausuren mag es nützlich sein.
Das Skript ist in Zusammenarbeit mit den Schülern des Kurses 2004/5 er-
arbeitet worden. Es enthält nur einen Teil der in jenem Jahr bearbeiteten The-
men. Die Struktur ist nicht immer ganz konsistent: einige Kapitel kommen als
Protokoll einer Unterrichtssequenz daher, liefern die erzielten (Mess-)ergebnisse
und die eigenen Interpretationen, andere hingegen sind eher wie ein Arbeits-
buch konstruiert, d. h. nicht alle Tabellenspalten sind gefüllt, nicht auf alle
gestellten Fragen gibt es gleich eine gedruckte Antwort, zusätzlich werden of-
fene Arbeits-/Rechercheaufträge aufgelistet. Diese Uneinheitlichkeit entspringt
dem Charakter dieses Skripts: es ist nicht fertig, sondern soll jedes Jahr ver-
bessert werden, auf dass die Zahl der Fehler immer kleiner wird. Vor allem
aber soll es erweitert werden um neue Themen und Experimentalreihen folgen-
der SchülerInnengenerationen. Dies wird sich vor allem als notwendig erweisen,
wenn die Verkürzung der Gymnasialzeit auf zwölf Jahre eine Neukonzeption
des Wahlpflichtbereichs Naturwissenschaften erforderlich macht.
Ich danke allen SchülerInnen für das Schreiben von Texten und die manch-
mal mühsame Konstruktion von Zeichnungen am Rechner. Auch das manchmal
stumpfsinnig anmutende Korrekturlesen haben sie noch auf sich genommen. Ich
bitte alle LeserInnen um Nachsicht und um Nachricht, wenn wir noch Fehler
übersehen haben, seien sie formaler oder fachlicher Natur.Der Import der meist mit MS Word erstellten Dokumente gelang mithilfe von NeoOffice/J
und Torsten Lemkes GraphicConverter auf einem MacIntosh unter MacOS X 10.2.8.
Münster, im Juli 2005
Vorwort zur überarbeiteten Fassung
Da der Wahlpflichtbereich II jetzt bereits in der Jahrgangsstufe 8 beginnt
und wir uns aus fachlichen Gründen entschlossen haben, den Bereich Phy-
sik/Technik in der Klasse 9 zu behalten, war es notwendig, das Skript zum Teil
Biologie und Chemie zu überarbeiten.
Zwei Schwerpunkte zeichneten sich dabei ab:
Der experimentelle Teil musste ausgedehnt und erweitert werden, und zwar
so, dass der Alltags- und Technikbezug verstärkt wurde und ein Teil der Expe-
rimente auch zuhause vollzogen werden kann.
1
Der theoretische Teil musste sich verringern: die Interpretation auf mole-
kularer Ebene und die chemische Formelsprache mitsamt den Berechnungs-
möglichkeiten kann vor dem Hintergrund des in NRW gültigen Lehrplans noch
nicht sinnvoll vermittelt und angewendet werden. Aus ähnlichem Grund ist es
schwierig, die eine oder andere Labortechnik (Photometrie, Gaschromatogra-
phie) sinnvoll in den Unterricht einzubinden.
Nachdem dieses Skript zwei Jahre lang in der Klasse 10 durchaus positiv
von SchülerInnen und Eltern aufgenommen wurde, hoffe ich, auch den jüngeren
Kursteilnehmern etwas Sinnvolles anbieten zu können.
Münster, im Oktober 2006
2
3
Inhaltsverzeichnis
I Volumenmessgeräte 5
II Konzentrationsangaben von Lösungen 9
III Wachstum und Keimung 13
IV Das Herbarium 18
V Stärke in Kartoffeln 22
VI Eulen 29
VII Alkoholische Gärung 36
VIII Pökeln 44
IX „Brühe” 49
X Dünnschicht- und Papierchromatographie 54
XI Bakterienversuchstechnik 58
XII Boden 66
XIII Superabsorbierende Polymere (SAP) 74
XIV Raps (Familie der Kreuzblütler) 77
XV Anhang 81
4
Teil I
Volumenmessgeräte
5
Volumenmessgeräte gehören zum Standardhandwerkszeug jedes Biologen oder Che-
mikers. Auch wenn in der modernen Labortechnik viele der in der Schule verwendeten
Glasgeräte inzwischen durch technisch anspruchsvollere, mehr oder weniger automatisierte
„Maschinen” ersetzt sind, ist es doch nützlich, den Umgang mit den Standardhilfsmitteln
zu beherrschen und vor allem ihre Genauigkeit abschätzen zu können.
Abbildung 1 zeigt eine kleine Auswahl an solchen Hilfsmitteln, mit denen das Volumen
von Flüssigkeiten im Schullaboralltag bestimmt wird.
Abbildung 1: Messgeräte und Pipettierhilfe:
a=Becherglas; b=Erlenmeyerkolben; c=Messzylinder; d=Vollpipette; e= Peleusball
Becherglas, Erlenmeyerkolben und Messzylinder sind kalibriert, d. h. sie tragen auf
der Seitenwand eingeätzte Striche, an denen man das Volumen ablesen kann, sie tragen
eine Kalibrierung. Die Vollpipette trägt ebenfalls solch einen Strich, allerdings nur am
oberen Hals, Zwischenwerte sind also nicht ablesbar. Es gibt allerdings auch Messpipetten
unterschiedlicher Größe, die auch das Ablesen kleinerer Mengen erlauben.
Wichtig ist das richtige Ablesen zu beachten: Flüssigkeiten wie Wasser zeigen an Glas
Adhäsion, sie ziehen sich also am Glas hoch. Wenn man dann von der Seite her die
Oberkante des Flüssigkeitsspiegels ansieht, schaut man auf zwei Linien: unten ist der
eigentliche Wasserspiegel, oben die kleine Portion Flüssigkeit, die sich an der Glaswand
emporgesogen hat (Abbildung 2: Unterer und oberer Meniskus).
Abbildung 2: Seitenansicht einer Pipette
Die Glasgeräte sind alle darauf geeicht, dass die untere der beiden Li-
6
nien mit dem Eichstrich übereinstimmen muss, wenn man den Flüs-
sigkeitsstand abliest.
Zur Demonstration und zur Einübung der Messtechnik dient folgender Versuch. Zur Kon-
trolle der Messgenauigkeit wird die Waage eingesetzt; dabei gehen wir davon aus, dass
Wasser eine Dichte von ρ = 1g/ml aufweist.
V 1: Abzumessen sind 50 ml Wasser.
1. Messzylinder, V=100 ml; vor und nach dem Füllen wiegen.
2. Wie 1, mit Messzylinder V=50 ml.
3. Wie 1, mit einem Becherglas, V=250 ml.
4. Wie 1, mit einem Erlenmeyerkolben, V=100 ml.
5. Mit einer Vollpipette werden 50 ml Wasser in ein vorher gewogenes Becherglas be-
liebiger Größe gegeben. Erneut wiegen.
6. Wie 5, mit einer Pipette, V=10 ml.
Pipetten werden nie mit dem Mund benutzt, sondern es wird der Peleusball
verwendet!
• Man drückt zunächst auf das obere Ventil P und gleichzeitig auf den Ball, dadurch
ensteht ein Vakuum.
• Man setzt das untere Ende auf die Pipette und taucht sie in die anzusaugende Flüs-
sigkeit.
• Man drückt auf das untere Ventil E, die Flüssigkeit steigt hoch. Zum Beenden lässt
man einfach das Ventil los.
• Hat man zuviel Flüssigkeit angesogen, drückt man das seitliche Ventil E; es schafft
eine Verbindung zur Außenluft, daher kann die Flüssigkeit wieder ablaufen.
• Man hält die Pipette über das Zielgefäß und drückt E: Die Flüssigkeit läuft voll-
ständig heraus. (Die kleine Menge, die übrig bleibt, ist bei der Konstruktion bereits
berücksichtigt.
Ein Beispiel für ein Versuchsergebnis zeigt Tabelle 1:
7
Tabelle 1: Rohdaten zu Versuch 1
Messgerät Lee
rmas
se(g
)
Mas
sena
chB
efül
lung
(g)
Diff
eren
z(g)
Abw
eich
ung
in%
Messzylinder 100 ml 107,5 156,7Messzylinder 50 ml 73,1 122,5Becherglas 250 ml 95,4 153,3
Erlenmeyerkolben 300 ml 61,7 112,2Vollpipette 50 ml 95,1 151,1Messpipette 10 ml 95,1 143,9
Aufgaben:
1. Berechne die Massendifferenz in g und Prozent und trage die Werte in die Tabelle
ein.
2. Prüfe, ob die untenstehenden Schlussfolgerungen zutreffen oder geändert werden müs-
sen.
3. Vergleiche mit den Ergebnisse Deines eigenen Versuchs.
Schlussfolgerung:
Je kleiner der Durchmesser an den Eichstrichen und je kleiner die Einheiten der
Eichstriche, desto genauer die Messung. Je kleiner die Anzahl an Messungen
für ein Ergebnis, desto genauer wird die Gesamtmessung.
8
Teil II
Konzentrationsangaben von
Lösungen
9
Sowohl Chemiker als auch Biologen arbeiten ständig mit Lösungen, d. h. ein Stoff,
sei er ursprünglich fest, flüssig oder gasförmig gewesen, ist im Lösungsmittel (meistens
destilliertem Wasser) so fein verteilt, dass man in der Lösung keine Phasengrenze mehr
sieht: Die Lösung ist homogen.
Im Labor ist es schon aus Sicherheitsgründen wichtig zu wissen, wie viel von einem
Stoff gelöst ist. Auch im Alltag ist man oft mit solchen Angaben konfrontiert, die man
verstehen sollte. Wer weiß sofort, was die Aufschrift heißt:
Vol.-% Alc.=4,3.
Wir beginnen mit einem kleinen Versuch.
V1: Herstellen einer definierten Lösung
Stellt bitte nach Eurem eigenen Rezept in einem 250er Becherglas eine Rohrzuckerlösung
her: V=100 ml, w=15 %. Gießt das Produkt anschließend in einen 100er Messzylinder und
notiert nicht nur Euer Rezept, sondern auch das tatsächlich erzeugte Volumen.
Definitionen
1. Massenprozent w:
w =Stoff(g)
Loesung(g)
Bezogen auf unser Beispiel heißt das, von 100 g der Lösung sollen 15 g Zucker sein
und 85 g Wasser. Da, wie erlebt, beim Lösen eine Volumenänderung auftritt, d.
h. die Volumina sich nicht direkt addieren lassen, muss man hier anders vorgehen:
man wiegt 22,5 g Zucker ab, mischt ihn mit 127,5 g=127,5 ml Wasser. Wenn die
Lösung klar ist, misst man mit einem Messzylinder genau 100 ml ab. Geht das
auch sparsamer?
2. Massenanteil a:
a =Stoff(g)
Loesungsmittel(L)
Beispiel: a=20 g/L bedeutet, das 20 g des zu lösenden Stoffes in genau 1000 ml
Wasser aufgelöst worden sind; es wird beim Lösungsprozess Wasser nachgefüllt, um
die Volumenänderung auszugleichen. Als Gefäß kommt nur ein Messkolben in Frage
(Vgl. Teil I).
3. Volumenprozent Vol-% x:
x =Stoff(L)
Loesung(L)
Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird eine Flüssigkeit in einer Flüssigkeit
gelöst (z. B. Alkohol in Wasser) oder ein Gas in einer Flüssigkeit (z. B. Sauerstoff in
Wasser).
10
Umrechnen und verdünnen
Im Schullabor muss man nicht jede Lösung selbst herstellen. Oftmals hat man sogenannte
Stammlösungen im Chemikalienschrank, das sind Lösungen mit einer genau eingestellten
Konzentration. Beispiele sind Salzsäure, w = 37 % oder Natronlauge, c = 1 mol/l. Es ist be-
quem, wenn man schnell zwischen diesen Angaben umrechnen und aus einer Stammlösung
diejenige durch Verdünnung herstellen kann, die gerade benötigt wird.
Beispiel: Rohrzuckerlösung, w = 20 %. (20 g + 80 g Wasser)
Nach Auflösung wird das Volumen bestimmt. Ergebnis: V = 91 ml.
Um die übrigen Konzentrationsmaße berechnen zu können, brauchen wir zunächst die
Dichte der Lösung. Um sie zu bestimmen wird ein bestimmtes Volumen der fertigen Lösung
genau bestimmt und gewogen.
Zahlenbeispiel:
m(Loesung) = 43, 3g V (Loesung) = 41ml
ρ = mV
= 43,3g41ml
= 1, 05 gml
Eine Stammlösung soll vorliegen mit genau diesen Angaben, es stehen 50 ml davon zur
Verfügung.
Frage 1: Wie hoch ist der Massenanteil a?
Die Lösung geht über den Dreisatz:
1ml = 1, 05g
50ml = 1, 05 ∗ 50 = 52, 5g
1000ml = 52, 5 ∗ 20 = 1050g
Von 1050 g sind 20 % Zucker.
1050 ∗20
100= 210g/l
Verdünnung
Unsere Lösung zusammengefasst: w(Stamm)=20%, a(Stamm) = 210 g/l.
Arbeitsziel ist: Stelle durch Verdünnen eine Lösung her, die 200 g wiegt und 0,5 Mas-
senprozent enthält.
Also: m(Ziel)=200g; w(Ziel)=0,5 %.
Schritte:
1. Verdünnungsfaktor VF
VF = wSt : wZ = 20 : 0, 5 = 40
11
2. Verdünnungsmasse VM
VM = mz : V F = 200g : 40 = 5g
3. Masse Wasser
mH2O = mz − mV = 200g − 5g = 195g
4. Verdünnungsvolumen VV
VV =mV
ρ=
5g
1, 05 gml
= 4, 76ml
Man verdünnt also 4,76 ml Stammlösung mit 195 g = 195 ml Wasser, um das Ergebnis zu
erreichen.
Aufgaben:
1. Stelle ein Kochsalzlösung beliebiger Konzentration her. Lass Deinen Nachbarn w und
a berechnen.
12
Teil III
Wachstum und Keimung
13
Eine der ersten experimentellen Untersuchungen, die SchülerInnen im Biologieunter-
richt selbständig durchführen können, befasst sich mit der Keimung von Samen. Hieran
soll diese Unterrichtseinheit anschließen mit dem Ziel, einzelne Faktoren, die die Keimung
und das Wachstum beeinflussen, genauer zu untersuchen.
Voruntersuchungen
Objekte: Samen von Gras (Deutsches Weidelgras), Weißklee, Raps.
• Schneide einige der zur Verfügung stehenden vorgequollenen Samen längs auf. Zeichne
oder fotografiere die Objekte und vergleiche in einem Text mit der Abbildung, die
zu beschriften ist.
• Erläutere mit Hilfe der Abbildung den Keimungsablauf. Berücksichtige dabei beson-
ders die Nährstoffversorgung: welche Nährstoffe werden benötigt und wozu, woher
stammen die Nährstoffe, wann beginnt der Keimling sich selbst zu ernähren und wie
macht er das.
Abbildung 3: Samenbau
Abbildung 4: Keimungsablauf
Allgemeines zur Methode
Materialien: Erlenmeyerkolben mit Lösungen (z. B. NaCI-Lösungen), Samen der zu un-
tersuchenden Pflanzenart, Waage, Lineal, Messzylinder, Petrischalen mit Deckel, Filterpa-
pier, Watte. Versuchsdurchführung:
• Die Petrischalen werden auf der Unterseite beschriftet und mit Watte oder Filterpa-
pier ausgelegt.
14
• In jede Petrischale werden 10 oder 20 Samen gegeben und mit je 10 -15 ml einer der
Lösungen gut gewässert.
• Dann wird die Petrischale verschlossen und eine Woche an einem geschützten Platz
aufgestellt.
• Jeweils 3 und 7 Tage nach Versuchsbeginn werden die gekeimten Samen gezählt und
die Keimungsrate (Prozentanteil gekeimter Samen) berechnet.
• Nach 7 Tagen (Versuchsende) werden das Längenwachstum und die Biomassepro-
duktion der Keimlinge (Stängel und Blätter ohne Wurzeln und Samen) bestimmt. Es
werden Keimungsrate, Längenwachstum und Biomasseproduktion bei unterschiedli-
chen Intensitäten eines Umweltfaktors gemessen. Beispiel: verschiedene Salzlösungen
(0,00/0,01/0,05/0,10/0,20/0,40 %)
• Auswertung: Nach Versuchsdurchführung und Datenerhebung erfolgt eine grafische
Auswertung.
1. Zur Bestimmung der relativen Keimungsraten werden für jede einzelne Petrischale die
Keimlinge gezählt und in Bezug zur Gesamtzahl der eingesetzten Samenzahl gesetzt.
2. Zur Bestimmung der durchschnittlichen Biomasseproduktion pro Individuum wird
die Gesamtbiomasse der oberirdischen Teile der Keimlinge in einer Schale gewogen
und durch die Anzahl der Keimlinge geteilt.
3. Zur Bestimmung des durchschnittlichen Längenwachstums pro Individuum wird die
Länge der Keimlinge einzeln ausgemessen und dann anschließend ein Mittelwert für
jede Schale berechnet.
4. Die Mittelwerte werden graphisch in Abhängigkeit von der Konzentration der Ver-
suchslösungen mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms grafisch dargestellt:
x-Achse = unabhängige Variable (z.B. Salzkonzentration), y-Achse = abhängige Va-
riable ( z. B. Keimungsrate in %).
5. Interpretation: Reagieren verschiedene Arten gleich oder unterschiedlich auf verschie-
dene Konzentrationen? Ab welcher Konzentration sind Keimrate und/oder Wachs-
tum deutlich vermindert bzw. ab welcher Konzentration ist keine Reaktion mehr zu
verzeichnen?
15
Abbildung 5: Auswertungsbeispiel
Kriterien für die methodisch «saubere» Planung und Durchführung eines Ex-
periments
1. Die Fragestellung und der experimentelle Ansatz sollten auf einen zu prüfenden Fak-
tor konzentriert werden.
2. Es muss eine Kontroll- oder Null-Variante als Vergleich zur Prüfung der Wirkung des
experimentellen Vorgehens geben.
3. Der zu untersuchende Faktor sollte soweit möglich in verschiedenen Versuchsansätzen
quantitativ variiert werden.
4. Jede Variante des Experiments sollte mindestens in 5 Wiederholungen durchgeführt
werden, so dass Mittelwerte berechnet werden können.
5. Alle anderen relevanten Rahmenbedingungen sollten konstant gehalten werden.
6. Die Parameter, die erhoben werden, müssen in ihrer Ausprägung quantitativ messbar
oder mindestens in einer Ja/Nein-Unterscheidung zählbar sein.
7. Wenn subjektive Einschätzungen bei der Datenerhebung unvermeidbar sind, müssen
«Blind- bzw. Doppelblind-Erhebungen» durchgeführt werden, um subjektive Ein-
flussfaktoren zu minimieren.
Aufgaben
1. Lies den Text zu den Kriterien aufmerksam durch und kläre unbekannte Begriffe;
eventuell ist es sinnvoll, den Text in eigene Worte zu fassen.
16
2. Entwirf mit Deiner Gruppe eine Problemstellung und ein dazu passendes Experiment
zur Keimung und zum Wachstum, dass den aufgeführten Kriterien entspricht.
3. Erstelle mit Hilfe des Abschnitts “Allgemeines zur Methode” einen Arbeitsplan. Füh-
re das Experiment durch, werte es aus und erstelle eine Präsentation (Plakat mit
Fotoserie oder Ähnliches).
17
Teil IV
Das Herbarium
18
Ein Herbarium erlaubt dem Botaniker, Pflanzen unterschiedlicher Herkünfte zu verglei-
chen und unsichere Bestimmungen zu überprüfen („Vergleichsherbar“) oder Vorkommen
bestimmter Arten an ihren Wuchsorten nachzuweisen („Belegherbar“). Durch Auswertung
älterer Herbarien lassen sich nicht selten Änderungen in der Häufigkeit oder Verschiebun-
gen der Verbreitungsgebiete nachzeichnen. Das spätere (Neu-)Bestimmen einer Pflanze
im Herbarium ist fast immer möglich; die räumlichen Strukturen bleiben nämlich beim
Trocknen und Pressen erhalten. Farben können zwar ausbleichen oder sich verändern; je-
doch bedient man sich gewisser „Faustregeln“ - so weiß man, dass gelbe Pflanzenteile nach
dem Trocknen langsam schwarz werden. Um einen dauerhaften Zugriff auf die gesammelten
Pflanzen sicherzustellen, werden die Herbarpflanzen unter klimakontrollierten Bedingungen
gelagert. Eine trockene Lagerung ist wichtig, um Fäulnis und Schimmelbildung zu verhin-
dern. Staubläuse, Museumskäfer oder andere Sammlungsschädlinge, die von getrockneten
Pflanzen leben, werden am besten durch gelegentliches Tiefkühlen bekämpft. Die einzelnen
Herbarbögen werden im Optimalfall liegend in flachen Fächern aufbewahrt.
Für Hobbybotaniker könnte es sich lohnen, digitale Herbarien anzulegen. Ein solch
digitales Werk ist meist länger aus- sagekräftig, als die schnell an Heu und Stroh erinnernde
Natursammlung und bietet außerdem weitere Vorteile.
... Das Herbarblatt lässt sich am Ende als Farbdruck ausdrucken....Die so ausgedruckten
Blätter lassen sich problemlos archivieren und sind weitaus problemloser zu lagern. Auch
Schutzmaßnahmen zu Vorbeugung gegen Schädlingsbefall sind überflüssig.
Als digitales Herbarium kommt entweder die Fotosammlung oder eine Sammlung gescann-
ter Pflanzen (und damit auch Bilder) in Frage.
Eine andere Variante, Pflanzen zu kennzeichnen und damit das Wiedererkennen zu
lernen ist es, Pflanzen zu zeichnen, so wie es in unseren Bestimmungsbüchern gemacht
wird. Der Vorteil ist, dass man beim Zeichnen sehr genau hinschaut und Details, die für
die Bestimmung wichtig sind, hervorheben kann.
Beispiele für die genannten Varianten liefern die Abbildungen.
Abbildung 6: Knoblauchrauke, fotografiert
19
Abbildung 7: Knoblauchrauke, gezeichnet
20
Abbildung 8: Kornblume, Gescannt
Aufgabe: Sucht zwei Pflanzenarten aus der Umgebung der Schule, scannt, foto-
grafiert, zeichnet und presst jeweils ein Exemplar. Vergleicht die Arbeitstech-
niken und Ergebnisse vor dem Hintergrund der Texte.
21
Teil V
Stärke in Kartoffeln
22
Kartoffeln gehören in vielen Ländern zu den Grundnahrungsmitteln. In Deutschland
sind über einhundert Sorten zum Anbau zugelassen.
Je nach Sorte und Anbaubedingungen enthalten die Knollen 10 -17 % Stärke, 1 -5 %
Zucker, 0,5 - 2 % Eiweiß, 0,1 % Fett, 0,8 - 2 % Ballaststoffe, ca. 1 % Mineralien, zahlreiche
Vitamine und ca. 75 % Wasser.
Verwendung
Papier und Pappe Pack- und Zeitungspapiere, Wellpappen Baustoffe Gips-Karton-Platten,
Mineralfaser-Platten Textilherstellung Schlichtemittel, Appreturmittel, Wäschesteife Kleb-
stoffe Tapetenkleister, Leime für Holzplatten Biotechnologie Nahrungsquelle für Mikro-
organismen Kunststoffe Verpackungen und Folien, Formteile Reinigungsmittel Wäsche-
Seifen, Wasch-Pulver, Wasch-Rohstoffe Kosmetik und Pharmazie Zahn-Pasten, Creme, Ge-
sichtspuder, Trockenshampoo, Tabletten Lebensmittelindustrie Backwaren, Saucen, Pud-
dings, Konserven .
Als Biokunststoff oder auch Bioplastik (engl. bioplastics) werden Kunststoffe bezeich-
net, die auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden (bio-basierte Kunst-
stoffe). Nach einer alternativen Definition sind Biokunststoffe alle biologisch abbaubaren
Kunststoffe unabhängig von ihrer Herkunft, welche alle Kriterien zum Nachweis der bio-
logischen Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit von Kunststoff(produkt)en erfüllen (bio-
abbaubare Kunststoffe).[1] Während die erste Definition nicht oder nur schwer abbaubare
Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe einschließt werden nach der zweiten De-
finition diese ausgeschlossen und biologisch abbaubare Kunststoffe auf Mineralölbasis mit
eingeschlossen. Die Brockhaus-Enzyklopädie definiert Biokunststoffe als kunststoffanaloge
Werkstoffe, die vollständig oder zu überwiegenden Anteilen aus Biopolymeren erzeugt und
unter Anwendung der für Kunststoffe üblichen Verfahren modifiziert werden.[2] Thermo-
plastische Stärke ist ein Biopolymer, welches für die Herstellung von Biokunststoff genutzt
wird. Sie ist aufgrund ihrer für die Nutzung negativen Eigenschaft, Wasser aufzunehmen,
im Regelfall nur eine der Komponenten, aus der moderne Biokunststoffe auf Stärkeba-
sis hergestellt werden. Der zweite Grundbestandteil dieser Kunststoffblends besteht aus
wasserabweisenden, biologisch abbaubaren Polymeren wie Polyester, Polyesteramiden, Po-
lyesterurethanen oder Polyvinylalkohol. Ein Kunststoffblend setzt sich demnach aus zwei
Phasen zusammen, aus der kontinuierlichen und der hydrophoben Polymerphase, sowie aus
der dispersen und hydrophilen Stärkephase. Während des Schmelzvorgangs im Extruder
verbinden sich die wasserlösliche, disperse Stärkephase und die wasserunlösliche, kontinu-
ierliche Kunststoffphase zu einem wasserfesten Stärkekunststoff. Mit einem Marktanteil
von etwa 80 Prozent bildet thermoplastische Stärke den derzeit wichtigsten und gebräuch-
lichsten Vertreter der Biokunststoffe.
23
Abbildung 9: Verwendungsbeispiele
Fast ein Drittel der in Deutschland produzierten Kartoffeln werden für die Stärkepro-
duktion benutzt. Die Abbildung zeigt schematisch den Ablauf der Gewinnung von Stärke.
24
Abbildung 10: Prozessablauf
Ein wesentliches Qualitätskriterium der Ware ist daher der Stärkegehalt, der sich ana-
lytisch bestimmen lässt.
Versuch 1:
1. 300 g Kartoffeln werden in einer Küchenmaschine zerkleinert. Man bringt den Brei auf
ein nicht zu grobmaschiges Haushaltsieb und lässt den Fruchtsaft in ein passendes
Becherglas abfließen, wobei die Masse leicht mit einem Löffel gedriickt wird. Aus
25
300 g Reibsel erhält man so etwa 50 ml Fruchtsaft. 10 ml davon werden in einem
beschrifteten Reagenzglas aufbewahrt.
2. Man übergießt das im Sieb befindliche Reibsel mit Wasser, dessen Volumen etwa
gleich dem des Fruchsaftes ist, vereinigt die ablaufende Flüssigkeit mit dem Rest des
Fruchtsaftes aus dem ersten Arbeitsgang und hebt den Saft auf.
3. Man schüttet das Reibsel aus dem Sieb sofort auf ein Leinentuch, formt es zu einem
Beutel, taucht diesen in eine etwa 2 L fassende Schale (z.B. Rundwanne), die 1 L
destiliertes Wasser enthät, knetet das Reibsel, das die Faserstoffe und den Hauptanteil
der eingeschlossenen Stärke enthält, 5 Min. unter Wasser gründlich durch und presst
den Beutel dann kräftig aus. Die stark getrübte hellbraune Stärkesuspension wird in
ein 1-L-Becherglas gegossen.
4. Der Beutel mit dem ausgepressten Reibsel wird in der gleichen Weise noch einmal
in 1 L Wasser 5 Min. lang durchgeknetet und ausgepresst. Die so erhaltene farblose
und weniger getriibte Suspension wird ebenfalls in ein l-L-Becherglas gegossen. Man
nimmt den Faserrückstand aus dem Leinentuch, das als Trennsieb gedient hat, und
und stellt ihn zur Seite.
5. Aus den in die beiden Bechergläser überführten Suspensionen (Schritt 3 und 4) setzt
sich die Stärke als weißer Bodensatz ab. Nach 20 bis 30 Min. werden die darüber
stehenden Flüssigkeiten vorsichtig abgegossen; von jeder wird eine Probe (10 ml) in
einem beschrifteten Reagenzglas zurückbehalten. Die beiden Bodensätze werden noch
zweimal mit je 500 ml kaltem Wasser aufgeschlämmt. Nach dem Absetzen (10 bis 15
Min.) werden die Flüssigkeiten vorsichtig abgegossen. Man schlämmt die abgeschie-
denen Stärkeanteile noch einmal auf und gießt die beiden jetzt weißen Suspensionen
durch je ein vorher gewogenes Faltenfilter, wäscht mit wenig kaltem Wasser nach und
lässt die in den Filtern zurückgebliebene Stärke an der Luft oder im Trockenschrank
schonend bei einer Temperatur unter 40 °C trocknen.
6. Die Flüssigkeiten aus den Arbeitsschritten 1 und 2 können jetzt ebenfalls vorsichtig
abgetrennt werden. Der Rückstand wird wie in Schritt 5 zweimal gewaschen und
filtriert, nach dem Trocknen gewogen.
Die ermittelten Einzelmassen sind zu addieren und in Prozentsätze umzurech-
nen.
Versuch 2
In den Wartezeiten sollen die wesentlichen Bestandteile der Kartoffel qulitativ nachgewie-
sen werden. Als Probe dienen dabei die beiden Reagenzgläser mit Flüssigkeit, die zur Seite
gestellt worden sind. Die Beobachtungen werden protokolliert.
1. Stärke: 1 ml der Probe wird mit Lugolscher Lösung versetzt.
26
2. Eiweiß: 2 - 3 ml des Reagenzglases 1 werden kurz aufgekocht. Der Lehrer gibt nach
dem Abkühlen ca. 1 ml konzentrierte Salpetersäure dazu, es wird erneut kurz aufge-
kocht, wenn nötig.
3. Zellulose: Eine Probe der ausgepressten Reibsel wird mit Chlorzinkiodlösung be-
tropft.
Es ist empfehlenswert, den Versuch 2 mit allen anfallenden Wasserproben aus Versuch 1
zu wiederholen.
Es ist ohne weiteres erkennbar, dass das Analyseverfahren sehr aufwendig ist. Auf der
Suche nach einem Schnelltest fand man ein Verfahren, dass sich der Dichte der Kartoffel
bedient. Stärke hat eine höhere Dichte als Wasser.
Es gilt: je höher der Stärkegehalt, desto höher die Dichte.
Die Abbildung zeigt, dass ein angenähert linearer Zusammenhang zwischen dem Stär-
kegehalt und der Dichte der Kartoffel besteht.
Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Stärkegehalt und Dichte der Kartoffel
Aufgabe:
1. Bestimmt die Dichte der Kartoffeln mit den Methoden, die Ihr in der Klasse 7 im
Chemieunterricht gelernt habt. Vergleicht Euer Ergebnis mit denen in der Grafik und
bewertet die Zuverlässlichkeit der Methode.
27
2. Vergleicht die Ergebnisse mit der entsprechenden EG-Verordung: http://europa.eu.int/eur-
lex/hu/dd/docs/1993/3199R2718-HU.doc
28
Teil VI
Eulen
29
Allgemeines
Die Eulen (Strigiformes) sind eine Ordnung der Vögel (lat. Aves), zu der über 140 Arten
gezählt werden. Vertreter der Gruppe sind auf allen Kontinenten, mit Ausnahme der Ant-
arktis, anzutreffen. Die meisten Arten sind nachtaktiv und haben zahlreiche Anpassungen
an ihre nächtliche Aktivität entwickelt. Innerhalb der Eulen unterscheidet man die beiden
Familien der Schleiereulen (Tytonidae) und der Eigentlichen Eulen (Strigidae).
Eulen besitzen eine sehr typische Gestalt. Als auf die nächtliche Jagd spezialisierte Vö-
gel unterscheiden sich Eulen von anderen Vögeln durch spezifische anatomische Merkmale.
Der Körper ist gedrungen und der Kopf, im Vergleich zu dem anderer Vögel, auffällig groß
und rundlich. Der Schnabel der Eulen ist stark gekrümmt und mit scharfen Kanten ausge-
stattet Eulen haben große, nach vorn gerichtete Tubularaugen. Diese Augen ermöglichen
es ihnen, Gegenstände sowie ihre Beutetiere räumlich zu sehen und Geschwindigkeiten und
Abstände abzuschätzen (Binokulares Sehen). Die Augen selbst sind unbeweglich, statt-
dessen können die Tiere ihren Kopf bis zu 270° drehen, wodurch das Gesichtsfeld stark
erweitert wird. Geschützt werden die Augen durch ein oberes und ein unteres Augenlid
sowie durch eine Nickhaut, die das Auge bedecken können.
Während andere Vogelarten in der Regel kleine runde Ohröffnungen haben, zeichnen
sich Eulen durch schlitzförmige Ohröffnungen aus, die fast so lang wie die Kopfhöhe sind.
Diese Ohröffnungen sind nicht symmetrisch am Kopf angeordnet, die rechte Ohröffnung
liegt etwas höher. Diese Asymmetrie ist je nach Eulengattung unterschiedlich stark ausge-
prägt, bei allen jedoch vorhanden. Viele Eulen haben außerdem einen optisch auffallenden
Gesichtsschleier, der den Schall in Richtung ihrer Ohren lenkt. Gemeinsam mit den Fe-
derohren dient der Gesichtsschleier im Feind- und Sozialkontakt auch dazu, Stimmungen
auszudrücken, und ist aus diesem Grunde häufig auffällig gefärbt. Bewegliche Ohrläppchen
vor und hinter der Ohröffnung sind mit kurzen, harten Federn ausgestattet und unterstüt-
zen die Geräuschortung. Ebenfalls die Geräuschortung unterstützend ist der im Vergleich
zu anderen Vogelarten breitere Schädel. Ein seitliches Geräusch wird dadurch von einem
Ohr den Bruchteil einer Sekunde früher wahrgenommen. Der Teil des Gehirns, in dem sich
das Gehörzentrum befindet, ist sehr gut entwickelt. Bei der Schleiereule z.b. wurden 95.000
Nervenzellen festgestellt, bei der Krähe sind es hingegen nur 27.000. Die Eulen sind jedoch
weniger empfindlich für Geräusche mit niedriger Frequenz, hingegen ist die Empfindlichkeit
gegenüber hohen Frequenzen sehr gut entwickelt.
Im Verhältnis zum Körpergewicht haben Eulen eine große Flügelfläche. Dies ermöglicht
Eulen einen geräuscharmen Flug. Dieser wird auch dadurch unterstützt, dass die Flugfe-
dern der meisten Gattungen einen weichen Rand haben. Die Ausnahme davon stellen die
Fischeulen und Fischuhus dar, die sich auf Fische als Nahrungstiere spezialisiert haben.
Der Fuß der Eulen besitzt vier Zehen, die bei den Schleiereulen etwa gleich lang sind. Bei
den Eigentlichen Eulen ist die nach hinten weisende Innenzehe etwas verkürzt. Die äußers-
te Zehe ist als Wendezehe ausgebildet und kann sowohl nach vorn als auch nach hinten
gedreht werden. Die Normalstellung ausgewachsener Eulen ist dabei "zygodactyl", also
30
mit zwei nach vorn und zwei nach hinten weisenden Zehen. Eulenarten sind weltweit mit
Ausnahme der Antarktis sowie einzelner Inseln verbreitet. Sie besiedeln fast alle Arten von
Lebensräumen, von den trockenen und feuchten Urwäldern über Savannen, Sumpfgebieten
und Wäldern bis hin zur Tundra. Dabei leben die meisten Arten in den tropischen und
subtropischen Lebensräumen Südamerikas und Asiens. Das nördliche Verbreitungsgebiet
weist die Schnee-Eule auf, die in der Tundra Nordsibiriens, Nordkanadas und sogar an den
Küsten Grönlands anzutreffen ist.
Tabelle 2: Heimische EulenartenArt Spannweite Größe Gewicht
Uhu 170 cm 70 cm 3000 gSchleiereule 84 cm 35 cm 350 gRauhfußkauz 57 cm 25 cm ca. 160 g
Steinkauz 55 cm ca. 23 cm 190 cmWaldkauz 96 cm 38 cm ca. 550 g
Waldohreule 95 cm 36 cm 300 gSumpfohreule 105 cm 35 cm 370 gSperlingskauz 17 cm Starengröße 65 g
Abbildung 12: Schleiereule
31
Abbildung 13: Steinkauz
Abbildung 14: Uhu
Gewölle
Gewölle sind wurstförmige, grauschwärzliche, filzige Gebilde, die man regelmässig an Rast-
plätzen von Greifvögeln und Eulen findet. Aber auch andere Vogelarten machen Gewölle, z.
B. Krähen, Möwen oder Kormorane. Wegen der Grösse der Vögel und ihren verschiedenen
Speisezetteln unterscheiden sich die Gewölle der einzelnen Vogelarten in Form, Grösse und
Oberfläche.
Einige Stunden nach dem Verschlingen des Beutetiers werden die Gewölle im Magen
der Vögel zu rundlichen, filzigen Ballen zusammengepresst und ausgewürgt. Sie enthalten
die unverdaulichen Reste der Beutetiere: Haare, Federn, Knochen, aber auch Teile von
Insektenpanzern.
Bei den Eulen werden die Beutetierknochen während der Verdauung nicht zerstört.
Sogar feine Knöchelchen findet man unbeschädigt im Gewöll wieder. Anhand der Überreste
kann man die einzelnen Beutetiere auch bestimmen. Wichtigstes Beweisstück ist dabei der
Schädel. Damit kann man herausfinden, ob es sich bei der Beute um eine echte Maus
(Langschwanzmäuse, z. B. Hausmaus, eine Wühlmaus (z. B. Feldmaus) eine Spitzmaus
oder um einen Vogel handelt.
32
Präparationsmethoden
Zentrifugiermethode
1. Ein Bodensieb (ca. 0,25 mm) wird in ein Gefäß mit Wasser gestellt.
2. Ein Gewölle in das Sieb legen, quellen lassen.
3. Sieb herausnehmen, Gewölle mit Wasserstrahl kräftig abspülen.
4. Siebinhalt in ein Zentrifugenglas spülen, 3 - 4 Minuten bei 2500 Umdrehungen zentri-
fugieren: Die Fellreste finden sich dann an der Oberfläche, die Knochen am Glasgrund.
5. Zentrifugenglas vorsichtig durch das Sieb abgießen, Wasser in das Glas nachfüllen
und wieder vorsichtig abgießen; solamge wiederholen, bis die Fellreste im Sieb und
die Knochenreste im Glas sind.
6. Knochenreste in eine Petrischale geben, 3 - 4 Stunden im Wärmeschrank bei 50 - 60
° C trocknen lassen.
7. Nach der Trocknung können die Knochen unter dem Binokular sortiert, gezeichnet
oder fotografiert werden. Dabei hilft der Bestimmungsschlüssel.
Die direkte Methode
Ein einzelnes Gewölle wird mit Pinzette und Präpariernadeln unter der Lupe zerzupft, die
Knochen herauspräpariert und sortiert. Auch dabei hilft der Bestimmungsschlüssel.
Zusatzaufgabe: Die Vor- und Nachteile beider Methoden sind zu beschreiben.
33
Abbildung 15: Bestimmungsschlüssel, Seite 1
34
Abbildung 16: Bestimmungsschlüssel, Seite 2
35
Teil VII
Alkoholische Gärung
36
Backen, Brauen, Brennen
Wir beginnen mit zwei kleinen Versuchen:
V1: Einen Beutel Trockenhefe in Wasser geben und 10 Minuten quellen las-
sen. Anschließend einen Tropfen der Suspension auf einen Objektträger geben
und mit steigender Vergrößerung mikroskopieren und dann skizzieren. Bitte
nicht nur Kringel zeichnen, sondern 2 - 3 Zellen genau anschauen!
V2: Es wird eine etwa erbsengoße Hefeteigkugel geknetet und in einen mög-
lichst großen Messzylinder mit warmem Wasser gegeben.
Beobachtung: ?
• V 1 zeigt, dass sich die Hefezellen (Saccharomyces cerevisiae = einzelliger Pilz) durch
Sprossung vermehren. Dies bedeutet, dass sich die Zelle mitsamt ihrem Zellkern teilt.
Abbildung 17: Sprossende Hefe
• V2: Ursache ist eine ____________________________________
durch Gasentwicklung. Die Dichte der Hefeteigkugel hat sich ______________________
sie ist jetzt __________________ als die von Wasser (1g/ml).
Grundlagen:
Hefe ist ein einzelliger Pilz, der sich von Kohlenhydraten wie Zucker ernährt. Die Zellen
haben dazu zwei Varianten entwickelt:
1. Unter hinreichender Sauerstoffversorgung wird der Zucker vollständig in den Mit-
ochondrien veratmet und die dabei gewonnene Energie zum Wachstum genutzt.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ⇒ ∆E = −2827KJ
mol
Das heißt auf „Deutsch”: 1 Teilchen Traubenzucker + 6 Teilchen Sauerstoffgas reagie-
ren zu 6 Teilchen Kohlenstoffdioxidgas und 6 Teilchen Wasser. Es wird „eine Menge”
Energie frei.
2. Bei Sauerstoffmangel schalten die Zellen auf ein Sparprogramm um, die Gärung.
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 ⇒ ∆E = −87, 9KJ
mol
Das heißt auf „Deutsch”: 1 Teilchen Traubenzucker reagiert zu 2 Teilchen Alkohol
und 2 Teilchen Kohlenstoffdioxidgas. Es wird auch Energie frei, aber der Betrag ist
37
niedriger. Um den Grund dafür herauszufinden, gib 10 ml Alkohol (Spiritus) in eine
Porzellanschale und versuche, die Portion mit einem Brenner zu entzünden. Beobach-
tung:________________________________Deutung: Der Alkohol
enthält noch __________________________, die von den Hefezellen
__________________________________.
V3: Am Abend vor der nächsten Unterrichtsstunde in Naturwissenschaft be-
reitest Du einen Teig: 100 g Weizenmehl werden mit einer Messerspitze Koch-
salz und einer Messerspitze Zucker gemischt, das Gemisch wird geteilt. Der
erste Teil wird mit einer Messerspitze Trockenhefe gut vermischt und anschlie-
ßend mit so wenig Wasser verrührt und verknetet, dass eine nicht oder kaum
klebrige Kugel entsteht. Der zweite Teil wird nicht mit Hefe vermischt, aber
ebenfalls mit Wasser zu einem Teig verknetet. Beide Portionen bringst Du in
Plastiktöpfen (mit Deckel) oder in Gefrierbeuteln mit in die Schule. Varianten:
Verschieden Mehlsorten (Roggen-, Mais-, Reis- oder Vollkornmehle).
V4: Verschiedene gekaufte Apfelsaftsorten werden mit je einem Beutel Tro-
ckenhefe versetzt, ein Gäraufsatz wird angebracht. Die Ansätze lässt man etwa
6 Wochen stehen.
Abbildung 18: Gäraufsatz
Abhalten von bakteriellen Fremdeinwirkungen durch das Wasser, jedoch Gasaustritt mög-lich.
In diesem Versuch entsteht Apfelwein (Ebbelwoi). Seine „Stärke”, d. h. sein Alkoholge-
halt hängt ab von der urspünglichen Zuckerkonzentration des Saftes.
Brot
Als Hausaufgabe habt Ihr einen Hefeteig erzeugt, während ich folgenden Ansatz vorbereitet
habe:
Sauerteig
Spontane Säuerung
Je die gleiche Menge (Roggen-)Mehl, Wasser und ein Löffel Sauermilch/Dickmilch wer-
den miteinander vermischt und zugedeckt bei Zimmertemperatur ca. zwei Tage stehen
38
gelassen. Riecht der Teig dann angenehm säuerlich, kann man davon ausgehen, dass sich
Milchsäurebakterien durchgesetzt haben und im Gemisch dominieren.
Aufgaben:
1. Untersucht die verschiedenen Teige: Aussehen, Porung, Geruch, pH-Wert.
2. Ein winziges Stück eines jeden Teiges wird mit Wasser aufgeschwemmt, die Auf-
schwemmung auf einem Objektträger ausgestrichen und mikroskopisch untersucht:
Vergleichende Zeichnung und/oder Beschreibung.
3. Als Hausaufgabe backt Ihr diese Teige nach erneutem Durchkneten im vorgeheizten
Backofen (180 °C) eine Stunde lang. Das Produkt bringt zur nächsten Stunde mit
zur Schule, damit wir es prüfen können.
Abbildung 19: Brotsorten
Abbildung 20: Öfen
39
Abbildung 21: Getreide
Getreide
Aufgaben:
1. Prüft die verschiedenen Brote hinsichtlich der Krume, der Kruste, der Porung, des
Geruchs und des Geschmacks.
2. Versucht, unter Bezug auf die Ergebnisse von Aufgabe 1 den Nutzen von Sauerteig
zu bestimmen. Informiert Euch über die Wirkung von Sauerteig (z.B. Wikipedia).
3. Stellt einen Text zusammen, der die Wirkung des Backens auf den Teig beschreibt.
4. Unterscheidet die Getreidesorten voneinander und informiert Euch über den Anbau
und die typische Verwendung.
Saccharometrie
Ein Einhornsaccharometer (Vgl. Abb.) wurde bis zum 19. Jahrhundert benutzt, um bei Pa-
tienten, bei denen der Verdacht einer Diabetes bestand, den Traubenzuckergehalt im Harn
zu messen. Zu diesem Zweck wurden 10 ml Harn mit einer genau definierten Menge einer
bestimmten Hefekultur versetzt und für eine festgelegte Zeit in einen Wärmeschrank ge-
stellt. Anhand der entstandenen Gasmenge, die im geschlossenen Rohr des Saccharometers
aufgefangen wurde, ließ sich der Traubenzuckergehalt im Harn errechnen.
Abbildung 22: Einhornsaccharometer
Grundlagen: s.o.
Zu dem oben beschriebenen labormedizinischen Zweck benutzen wir in der Schule das
Gerät nicht, dazu gibt es inzwischen erheblich leistungsfähigere Verfahren. Die Röhrchen
40
lassen sich aber benutzen, um die Leistungsfähigkeit verschiedener Hefestämme miteinan-
der zu vergleichen (Hefewettrennen) oder die Vergärbarkeit verschiedener Substrate zu
ermitteln.
Versuch: 10ml einer 10%igen Substratlösung /- supension + 5ml einer Hefeauf-
schwemmung (7g Trockenhefe in 110 ml) mischen, in das Einhornröhrchen ein-
füllen (t = 0 ) und in den Wärmeschrank stellen. Temp.: 30°C. Im Abstand
von 15 Minuten wird der CO2−Gehalt abgelesen.
Tabelle 3: Gärungsergebnisse verschiedener SubstrateV (CO2)(ml)nach x Minuten
Substrat 15 30 45Glucose 1,6 3,8 5,8Fructose 0 3,6 > 5Maltose 0 < 0,1 < 0,1Mannose 0 0,2Lactose 0 <0,2Leucrose 0 <0,2
Saccharose 0,25 1,4Roggenmehl 0 0,4 0,8Weizenmehl 0 0,05 0,8Maismehl o 0,2
(Wie man an den Lücken in der Tabelle sieht, gibt es beim Experimentieren in der Gruppe schon manchmal
Pannen).
Aufgaben:
1. Wie kommt es, dass etwas mehr als 15 Minuten vergehen, bis eine Gärung einsetzt?
2. Wieso ist bei Glucose die Zeitverzögerung so gering?
3. Vor dem Hintergrund des Brauprozesses sind die Werte von Maltose erstaunlich.
Begründe!
4. Interpretiere die Mehlwerte.
5. Wie stellt man die Ergebnisse graphisch am besten dar?
6. Recherchiere die Strukturformeln der verwendeten Zucker. Interpretiere auf dieser
Basis die Werte der veschiedenen Zucker im Zusammenhang.
7. Stelle Informationen über Enzyme zusammen.
Technisches Umfeld:
• Bäckerhandwerk: Brot soll aufgehen durch Bildung von CO2-Bläschen, die sich beim
Erhitzen ausdehnen und, bei Verwendung von Weizenmehl, durch Klebereiweiß sta-
bilisiert werden.
41
• Winzerhandwerk: Weintrauben werden gepresst und zu Most verarbeitet. Durch die
Gärung des filtrierten Weintraubensaftes entsteht ein sogenannter Jungwein, der nach
einer gewissen Reifung zu einem genießbaren Wein wird.
• Brennerhandwerk (Schnaps - Herstellung): Destillation einer alkoholischen Lösung.
Sonst gäbe es nur 18% Alkohol, da sich die Hefezellen bei der Gärung durch den
entstehenden Alkohol selbst vergiften. Außerdem werden, neben der Anreicherung
von Alkohol zusätzlich Aromastoffe erhalten.
• Brauerhandwerk:
Abbildung 23: Das Mälzen
42
Abbildung 24: Das Brauen
Aufgabe:
• Stelle die Stufen des Brauprozesses tabellarisch dar und erläutere die Funktion der
einzelnen Arbeitsschritte.
43
Teil VIII
Pökeln
44
Inhaltsangabe einer Fleischwurst: Geflügelfleisch, Geflügelfett, Wasser, Gewürze, Kon-
servierungsstoffe, Ascorbinsäure (Vitamin C).
Wir werden hier der Frage nachgehen, was Vitamin C in einer Wurst zu suchen hat.
Versuch:
• Vorversuch: Ein Spatel Pökelsalz in wenig Wasser lösen. Einen Spatel Ascorbinsäure
in einem anderen Reagenzglas ebenfalls in Wasser lösen. Beide Lösungen in einen
Erlenmeyerkolben (100 ml) mit 75 ml Wasser geben. Beobachtung?
Versuche mit Fleisch und den Zutaten:
1. Pökelsalz: Jeweils 1 Spatel NaNO2 in 75 ml Wasser lösen. Fleisch zugeben, Einwir-
kungsdauer 5 Minuten.
2. Jeweils 1 Spatel Ascorbinsäure in 75 ml Wasser lösen. Fleisch zugeben, Einwirkungs-
dauer 5 Minuten.
3. Ascorbinsäure und Pökelsalz: wie 1, aber sofort 1 Spatel Ascorbinsäure zufügen,
Stopfen aufsetzen und festhalten. (Abzug!)
4. Fleisch mit kochendem Wasser begießen, 5 Min. lang ziehen lassen.
5. Wie 4, aber mit Fleisch aus 1.
6. Wie 4, aber mit Fleisch aus 2.
7. Wie 4, aber mit Fleisch aus 3.
Die Fleischstücke werden mit einer Pinzette aus dem heißen Wasser entfernt und in eine
Petrischale gelegt. Dort können sie untersucht werden, auch indem man sie durchschneidet.
Die jeweils zu beobachtende Farbe bitte notieren.
Aufgabe:
Formuliere nach Lektüre der folgenden Texte die Interpretation des Beobach-
tungsergebnisses.
Herstellungsprozess
Die Produktion von Wurst ist sehr gut in den Sachgeschichten der Sendung mit der Maus
dargestellt worden. Sehr spröde dargestellt verläuft die Herstellung in folgenden Schritten:
45
Abbildung 25: Produktion von Wurst
Aufgabe: Fasse den Prozess erklärend in Worte.
Pökeln
Wurst soll rötlich aussehen, damit es optisch an Fleisch erinnert. Die rötliche Farbe wird
durch Myoglobin hervorgerufen, einen Verwandten des Hämoglobin. Es handelt sich um ein
Eiweißmolkül, dass sich in den Muskelzellen befindet. Im Zentrum des Moleküls findet sich
ein Eisenion, das Fe2+-Ion, das für die Sauerstoffbindung im Muskel hauptverantwortlich
ist. Beim Erhitzen oxidiert es zu Fe3+und das Fleisch wird grau-braun. Beim Konservieren
durch Pökeln wird dieser Prozess unterbunden, indem man Natriumnitrit (NaNO2) zugibt.
46
Abbildung 26: Wirkung des Vitamin C beim Pökeln
Das Nitritpökelsalz spaltet beim Erhitzen NO ab, das sich mit den Fe2+-Ionen ver-
bindet und dadurch die Oxidation verhindert. Das Fleisch bleibt also rötlich. Da Nitrit
für Menschen nicht sehr gesund ist, darf es nur in sehr kleinen Mengen eingesetzt werden
(max. 0,5 bis 0,6 %). Um die Wirkung des Nitrits zu steigern, wird deshalb Ascorbinsäure
zugefügt. Sie reagiert mit dem NaNO2 und produziert schneller NO aus kleinerer Menge,
47
sodass der Produzent insgesamt mit einer niedrigeren Dosis auskommt.
Abbildung 27: Gehalt an Nitrit abhängig von der Produktionstechnik
Die Darstellung ist verbesserungswürdig.Es soll bedeuten: x = Zeit in Tagen (0,3,7,10,14 Tage), y = Nitrit
in mg/kg.
Aufgaben:
• Werte die Graphik aus und versuche am Rechner, eine verbesserte Darstellung zu
produzieren.
• Recherchiere den Zusammenhang zwischen Pökelsalz und Gesundheit.
48
Teil IX
„Brühe”
49
Als Würzmittel schon ca. 100 Jahre alt („Maggiwürfel”) dienen Extrakte aus Pflan-
zen oder tierischen Produkten in Form gefriergetrockneter Pulver als Hilfsmittel in der
„schnellen” Küche. Fertiggerichte wie Suppen bestehen zum größten Teil aus diesem Ma-
terial, Rezepte in Publikumszeitschriften kommen selten ohne den Zusatz eines Teelöffels
Gemüsebrühe aus.
Hergestellt werden sie auf unterschiedliche Weise:
• Fleisch-(reste) werden unter Zusatz von Gewürzen wie Liebstöckel („Maggikraut”)
gekocht, die entstehende Suppe wird eingedampft und dann durch Gefriertrocknung
gepulvert.
• Bestimmte Pflanzen wie Zwiebeln, Sellerie, Möhren, Lauch, Liebstöckel etc. werden
gekocht, zusätzlich gewürzt und eingedampft, anschließend ebenfalls gepulvert. (Ge-
müsebrühe)
In diesem Teil des Skriptes befassen wir uns mit der Analyse einiger Komponenten dieser
Produkte. Zu diesem Zweck werden verschiedene Markenprodukte zunächst optisch, auch
mithilfe einer Lupe untersucht. Man sieht, unter anderem, kleine Pflanzenstücke, die sich
z. T. identifizieren lassen: Möhre, Lauch, Paprika etc. Zusätzlich findet man neben einer
amorphen Masse kleine weiße Partikel, die die Vermutung nahelegen, dass es sich um Fett
handelt, das zunächst aus dem Gemisch gewonnen werden soll.
Das Fett
V1: Fettextraktion (quantitative Bestimmung). In einem Kurs wurden fol-
gende Vorschläge gemacht:
1. Zentrifugieren.
2. Das Pulver wird zunächst trocken erwärmt. Danach gießt man das flüssige Fett ab
bzw. filtriert es.
3. Das Pulver wird aufgebrüht. Dann lässt man es abstehen und versucht, das Fett
abzuschöpfen. Am Ende wird versucht, dass Fett mit einem Scheidetrichter von der
restlichen Brühe zu trennen.
4. „Wegblastechnik”.
5. Lösen des Fettes in einem Lösungsmittel (in diesem Falle wird Benzin verwendet).
Durchführung zu 5:
• Abwiegen von 5g Brühe.
• Brühe in Teebeutel aus Papier geben, diese zubinden und in einen Erlenmeyerkolben
mit 150 ml Benzin geben.
50
• Benzin auf ca. 50 °C erwärmen.
• Brühe (mit Teebeutel) aus dem Benzin entfernen: beide Fraktionen lässt man trock-
nen und wiegt erneut. (Achtung: Die Reste im Teebeutel nicht wegwerfen,
sie werden noch gebraucht).
Ergebnisse:
Zu 1: Keine Trennwirkung.
Zu 2: Ausschmelzen gescheitert wegen „Pyrolyse” des Pulvers.
Zu 3: Auskochen gescheitert, da selbst in warmem Zustand das Fett filtergängig ist und
es deshalb nicht komplett erfasst werden kann.
Zu 4: Technisch nicht realisierbar.
Zu 5: Vgl. Tabelle.
Tabelle 4: Literaturergebnis: (Knorr:„Fleischsuppe”)Lösemittel
Diethylether Hexan PetroleumbenzinEinwaage (g) 5,01 5,04 5,0Gefäß, leer (g) 103,295 108,94 103,79Gefäß, voll (g) 104,45 110,22 104,92
Fett (%) 23,05 25,4 23,6
Aufgaben:
Überlege, warum die ersten vier Vorschläge gescheitert sind und werte die Ergebnista-
belle zu 5 aus.
Die Kristalle V 2: Untersuchung des fettfreien Restes aus Versuch 1. Das Material muss
aus dem Teebeutel entnommen werden und unter der Lupe sortiert werden.
Beobachtungen: Es lassen sich Kristallformen unterscheiden: Weiße würfelförmige und
ebenfalls weiße längliche.
Vermutung:
• Bei den würfelförmigen Kristallen handelt es sich um Kochsalz.
• Wegen der entsprechenden Aufschrift auf den Verpackungen könnten die länglichen
Kristalle der Geschmacksverstärker Natriumglutamat sein.
Kochsalz Kochsalz bildet ein Kristallgitter aus Na+und Cl−. Beide Ionen lassen sich
nur getrennt nachweisen.
V 2.1: In einer entleuchteten Brennerflamme wird ein Magnesiastäbchen aus-
geglüht. Noch heiß taucht man es in reines Kochsalz und hält es anschließend
erneut in die Brennerflamme. Der Versuch wird mit den würfelförmigen Kris-
tallen wiederholt, die Beobachtungen werden verglichen.
51
Abbildung 28: Flammenfärbung durch Natrium
V 2.2: Man löst eine Spatelspitze Kochsalz in Wasser, säuert die Lösung mit
ein paar Tropfen verdünnter Salpetersäure an und tropft eine Lösung von Sil-
bernitrat zu. Der Versuch wird mit den würfelförmigen Kristallen wiederholt,
die Beobachtungen verglichen.
Abbildung 29: Silberchloridfällung
AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl ↓
Aufgaben: Formuliere das Ergebnis Eurer Versuche.
52
Natriumglutamat Es handelt sich um das Salz einer Aminosäure, der Glutamin-
säure. Es wirkt unter anderem in manchen Gehirnzellen als Neurotransmitter, so dass ein
Überdosierung zu Beeinträchtigungen des Kreislaufs führen kann.
In der Nahrungsmittelindustrie wird es als Geschmacksverstärker eingesetzt, z. B. in
Kartoffelchips und ähnlichen Knabbereien, aber auch in Fertiggerichten.
Das Salz lässt sich in der Schule mit verschiedenen Techniken nachweisen.
• Die Biuretprobe: Eine Spatelspitze der zu untersuchenden Substanz wird in wenig
Wasser gelöst. Tropfenweise wird eine alkalische Kupfersulfatlösung zugefügt, das
entstandene Gemisch im Wasserbad kurz erwärmt. Eine blauviolette Färbung zeigt
die Anwesenheit der Aminosäure.
• Die Ninhydrinprobe (darf nur vom Lehrer durchgeführt werden): Eine Lösung der
zu untersuchenden Substanz wird mit einigen Tropfen Ninhydrinlösung in Ethanol
versetzt und für 5 Minuten im Wasserbad gekocht. Bei Anwesenheit von Eiweißen
oder Aminosäuren zeigt das Gemisch eine tiefviolette Färbung.
Aufgaben:
1. Wie müssen diese beiden Versuche durchgeführt werden, um Natriumglutamat sicher
nachzuweisen? (Stichworte: Blindprobe, Vergleichsprobe).
2. Lies im Biologie- oder im Chemiebuch die Eigenschaften und die Struktur von Ami-
nosäuren und Eiweißen (Proteinen) nach.
53
Teil X
Dünnschicht- und
Papierchromatographie
54
Die Papierchromatographie ist ein Trennverfahren der Chromatographie für kleine Sub-
stanzmengen. Ein feines Filterpapier bildet die stationäre (= ruhende) Phase und Lösungs-
mittelgemisch die mobile (= bewegliche) Phase.
Die gelöste Probe wird in einem kleinen Tropfen auf einer mit Bleistift gezogenen
Startlinie auf das Filterpapier aufgebracht, daneben meist ein oder mehrere Tropfen einer
Lösung, die eine bekannte Substanz enthält (= Referenzprobe). Der Papierstreifen wird in
ein geschlossenes Glasgefäß gestellt oder gehängt, sodass das Papier die Glaswand nicht
berührt. Der Startpunkt befindet sich am unteren Ende so weit vom Papierrand entfernt,
dass er nicht in das Lösungsmittel eintaucht. Wenn das Laufmittel nur noch ca. 1 cm vom
oberen Rand entfernt ist, wird das Papier mit einer Pinzette entnommen, die Laufmittel-
front wird mit Bleistift markiert und das Chromatogramm im Wärmeschrank bei 30 °C
getrocknet.
Abbildung 30: Chromatographie vor dem Aufenthalt in der Kammer
55
Abbildung 31: Chromatographie nach dem Aufenthalt in der Kammer
Beispiel: Papierchromatographie von Filzstiftfarben: Wie oben beschrie-
ben werden auf der Startlinie verschiedene Filzstiftfarben in Form von Punkten
aufgebracht. Auf eine Referenz müssen wir hier verzichten. Die Chromatogra-
phie wird einmal mit Wasser als Laufmittel und zum zweiten mit Ethanol als
Laufmittel durchgeführt. Die Beobachtungen sind zu registrieren/zu zeichnen.
Bemerkungen:
• Unpolare Stoffe adsorbieren schlecht an der polaren Zellulose, lösen sich aber gut in
relativ unpolaren Laufmittel.
• Je stärker ein Stoff an der stationären Phase haftet und je geringer seine Löslichkeit
im Lösungsmittel, desto weniger weit wird er transportiert. Der relative Weg, den ein
Stoff auf der Zellulosedünnschicht zurücklegt, wird mit dem RF-Wert gekennzeichnet.
(RF = retention factor („Rückhaltungsfaktor”))
RF =Laufweite(Substanz)
Laufweite(Laufmittel)
Der Wert ist bei sonst gleichen Bedingungen (Papier- oder Dünnschichtsorte,
Laufmittelzusammensetzung) immer gleich und somit eine stoffartspezifische
Größe.
56
1. Aufgabe: Miss die Laufweiten der Filzstiftfarben Deines Versuches aus und berechne
die RF-Werte. Vergleiche die verschiedenen Laufmittel.
2. Entwirf einen Versuch, der die Zuverlässigkeit der Methode der RF-Wertbestimmung
testet.
Manchmal ist die Trennwirkung einer Chromatografie nicht hinreichend groß, die Flecken
der einzelnen Stoffe liegen sehr dicht beieinander oder bedecken sich. In solch einem Falle
wendet man ein Verfahren an, das in der folgenden Abbildung dargestellt ist.
Abbildung 32: Zweidimensionale Chromatographie
Aufgaben:
1. Bestimme in dem oben dargestellten eindimensionalen Chromatogramm die RF-
Werte.
2. Fasse die Arbeitsschritte, die für die zweidimensionale Chromatographie durchge-
führt werden mussten, in Worte. Zeichne schematisch den Zustand zu Beginn der
Chromatographie und nach dem ersten Durchlauf.
Hausaufgabe: Stelle aus Pflanzenteilen (Rotkohl-, Spinatblätter, Rote Beete etc.) einen
möglichst konzentrierten Saft her und chromatographiere ihn mit Wasser als Laufmittel
auf einem Kaffeefilter in einem Marmeladenglas. Protokolliere, fotografiere!
57
Teil XI
Bakterienversuchstechnik
58
Einführung
Bakterien sind kleine einzellige Lebewesen höchst einfach anmutender Bauart. Trotzdem
sind sie in der Natur außerordentlich erfolgreich, sie besiedeln Habitate (Lebensräume),
die sonst absolut lebensfeindlich wirken. Beispiele sind Bakterien in Solfataren, das sind
heiße Schlammquellen, wie es sie z. B. auf Island gibt. In solch gegensätzlich wirkenden
Bereichen wie Kläranlagen oder Käsereien hat sich der Mensch diese Lebewesen nutzbar
gemacht, führt andererseits einen Krieg gegen sie in der Medizin.
Aufgaben:
• Befrage fünf Menschen, Erwachsene, Jugendliche und Kinder nach ihren Kenntnissen
und ihrer Meinung zum Stichwort Bakterien. Notiere die Antwort stichwortartig.
• Recherchiere Fakten zu einer Bakteriengruppe: Boden, Kläranlage, Molkerei, Kran-
kenhaus, oder gentechnisches Labor; bereite einen Kurzvortrag vor.
Abbildung 33: Bakterium (Schema)
Bakterien besitzen ein Zellmembran und außerhalb davon noch zusätzliche Hüllen aus
Zellulose oder anderem Material, die Zellwand.
59
In der Zelle dominiert die Erbsubstanz, die DNA, auch Bakterienchromosom genannt.
Sie enthält die Erbinformationen des Lebewesens, das heißt die Baupläne für alle Stoffe
und Organelle, aus denen sich die Zellen aufbauen. Anders als bei den höheren Lebewesen
ist das Chromosom nicht von einer Membran umgeben, es gibt also keinen Zellkern. Bei
der Teilung wird die DNA kopiert und jede Tochterzelle besitzt anschließend die gesamte
Erbinformation der Mutterzelle; Tochterzellen sind also „Klone”.
Von den Organellen, die sich im Plasma befinden, sollen hier besonders die Ribosomen
erwähnt werden. An ihrer Oberfläche findet die Synthese aller Proteine statt, die das Bak-
terium zum Leben als Baustoff oder als Werkzeug in Form von Enzymen benötigt. Einige
der Enzyme bilden eine Reaktionskette, in der die Zelle aus organischen Molekülen wie
Zuckern Energie gewinnt. Diese Moleküle können aber auch gebraucht werden, um kör-
pereigene Substanz wie Zellulose zu synthetisieren; sie dienen dabei als Kohlenstoffquelle,
denn nahezu alle Moleküle, die in Lebewesen eine Rolle spielen, bestehen aus einer Kette
von Kohlenstoffatomen als Basis.
Im Labor werden Bakterien auf Petrischalenoder in Reagenzgläsern kultiviert und durch
ein Nährmedium in fester oder flüssiger Form zum Wachstum gebracht.
Es gibt unterschiedliche Nährmedien, zwei grundlegend verschiedene Typen werden hier
vorgestellt:
1. Minimalmedien. Sie enthalten einen Zucker als C-Quelle, meist Glucose, verschie-
dene Mineralien, von denen eines unbedingt Stickstoff enthalten muss (N-Quelle) und
Wasser. Sollen die Zellen auf einem festen Boden wachsen, wird noch Agar hinzu-
gefügt. Agar ist ein Kohlenhydrat, dass aus Algen gewonnen wird; es dient hier als
Geliermittel, verdickt also das Nährmedium, wird von den meisten Bakterien nicht
verdaut.
2. Vollmedien. Sie enthalten ebenfalls Glucose als C-Quelle und Mineralien, zusätz-
lich aber eine Eiweiß- bzw. Aminosäurequelle, die aus Casein oder Fleisch gewonnen
sein kann. Die Eiweiße sind dann oft technisch vorverdaut, indem sie z.B. mit dem
Verdauungsenzym Pepsin behandelt werden („Pepton”). Der Vorteil für die Zellen ist,
dass sie ihr körpereigenes Eiweiß nur noch aus schon fertigen Aminosäuren herstellen
müssen, sie sparen Energie und können sich daher schneller vermehren.
Zusätzlich ist eine Unzahl von Spezialmedien für einzelne Arten odert Typen von Bakterien
entwickelt worden, die Rücksicht auf ihre besonderen Eigenschaften nehmen. Wächst nur
eine Sorte Bakterien auf solch einem Spezialmedium, nennt man es Selektivmedium
oder Selektivnährboden, weil es aus der großen Zahl von Arten nur eine einzige sich
vermehren lässt, dadurch auswählt.
60
Abbildung 34: Mikrobiologische Laborgeräte
Versuche: Alle Glasgeräte, die in den Versuchen gebraucht werden, müssen
vorher 24 h lang bei 150 °C sterilisiert werden. Alle Lösungen werden für 20
Minuten im Dampfdrucktopf bei Überdruck sterilisiert. Sterilisieren heißt,
Bedingungen schaffen, bei denen alle Bakterienzellen und ihre Sporen ge-
tötet werden.
(Aus Sicherheitsgründen wird im Schullabor oft mit Hefezellen statt mit Bakte-
rien gearbeitet. Es handelt sich ebenfalls um Einzeller, allerdings um Pilze
und damit um Lebewesen, die als weiterentwickelt gelten. Die Versuchstech-
nik ist aber dieselbe, nur die Titerzahlen sind deutlich niedriger als die von
Bakterienkulturen.)
1. Steriltechniken: Ein Nähragar wird gegossen. Nach Abkühlung wird 1 ml einer Hefe-
suspension auf dem Nährboden ausgestrichen und mit dem Drygalskispatel verteilt.
Die Petrischale wird verschlossen und 24 h bebrütet. Varianten: a. Es wird eine nicht
sterilisierte Petrischale verwendet. b. Es wird eine nicht sterilierter, sondern nur auf
ca. 70 °C erwärmter Nährboden verwendet. Beobachtungen nach 24 h ?
2. Abklatschversuche: Sterile Nährböden werden mit verschiedenen Gegenständen (Dau-
men, Schuhsohlen, Türklinken, Schlüsseln etc.) in Berührung gebracht und für 24 h
bebrütet. Beobachtungen ? (Die Petrischalen werden vor der Untersuchung mit Te-
safilm zugeklebt und dürfen nicht geöffnet werden.)
61
3. Als Hausaufgabe: Dickmilch. Eine Thermosflasche wird mit kochendem Wasser
mehrfach gespült. 200 ml Milch aus einer frisch geöffneten Packung oder Flasche wird
auf etwa 35 °C erwärmt und in die Themosflasche gegeben. Ein Löffel Dickmilch aus
dem Lebensmittelhandel (es darf nichts über Pasteurisierung darauf stehen!) wird
zugefügt, die Flasche verschlossen und gut geschüttelt. Das Schütteln mehrfach im
Laufe von 24 h wiederholen. Nach einem Tag gießt man den Inhalt der Flasche in
eine Schüssel:.... guckt, riecht, schmeckt vorsichtig, gibt dann Honig dazu.....lecker!
4. Isolation von Azotobacter: Azotobacter ist eine der wenigen Bakterienarten, die Luft-
stickstoff oxideren und damit pflanzenverfügbar machen können. Sie benötigen dazu
Energie in Form von Zucker und Luftsauerstoff. Zur Isolation wird ein erbsengroßes
Stück Gartenboden in 100 ml Leitungswasser aufgeschwemmt. Nachdem sich der
Boden abgesetzt hat, wird die überstehende Flüssigkeit dekantiert. Zugefügt wer-
den 0,05 g Dikaliumhydrogenphosphat (K2HPO4) und 1 g Mannitose (Zucker). Die
Lösung ist nahezu frei von Stickstoffsalzen. Ca. 20 ml davon werden in ein unten
verstopftes Biogarohr gegeben, ein Stück Papierhandtuch wird zerknüllt und in der
Lösung versenkt. Nach etwa 10 Tagen kann man eine Probe von der an der Oberfläche
der Flüssigkeit sich bildende Haut (Kahmhaut) und von den auf dem Papier entste-
henden gelblichen oder schwarzen Kolonien auf einem Objektträger verstrichen, mit
einem Deckglas abgedeckt und mikroskopiert.
Abbildung 35: Biogarohr
Protokoll
• Zeichnen, fotografieren!
• Welche Funktion hat das Handtuchstück?
• Wozu dient das erbsengroße Stück Gartenboden?
62
• Warum muss man hier nicht mit sterilisierten Geräten arbeiten?
Bakterienwachstum
Bakterien vermehrten sich durch Zweiteilung. Zellen wie die von Escherichia coli (abgekürzt
E. coli) wachsen bis zu einer Dichte von 2 − 3 ∗ 109 Zellen / ml heran (Zellzahl/Milliliter
= Zelltiter). Es ist selbst mit guter Nährlösung nicht möglich, sie zu einer noch höheren
Konzentration wachsen zu lassen, weil Ausscheidungsprodukte eine stärkere Vermehrung
hemmen. Betrachtet man das Wachstum der Bakterien, so kann man 4 Phasen voneinander
unterscheiden:
1. Die lag- Phase. Hier findet ein verzögertes Wachstum statt. Die Bakterien müssen
sich erst an die neue Umwelt adaptieren und den Stoffwechsel auf Teilung einstellen.
2. Die logarithmische Wachstumsphase (log). Hier findet optimales Teilungswachstum
statt.
3. Die stationäre Phase. Die Teilungsrate nimmt ab, sie steht mit der Abbaurate im
Gleichgewicht.
4. Die Abbauphase. Die Anzahl lebender Keime nimmt ab, da viele von ihnen durch
die Ausscheidungsprodukte abgetötet werden.
Abbildung 36: Wachstumskurve von Bakterien (Schema)
Titerbestimmung
Eine kleine Menge der Suspension wird stark verdünnt auf eine Agarplatte gebracht, dort
gleichmäßig verstrichen und abgewartet, bis die einzelnen Bakterien zu einer Kolonie aus-
63
gewachsen sind, die man dann leicht erkennen und auszählen kann. Da man die Verdün-
nungsfaktoren kennt (oder zumindest kennen sollte), kann man die Ausgangskonzentration
errechnen. Man bebrütet die infizierten Platten bei 37°C. Die Kolonien werden nach einigen
Stunden sichtbar. Normalerweise erfolgt eine Auswertung am folgenden Tage. Da das im
Praktikum Schwierigkeiten bereiten kann, werden die für 24 h bebrüteten Platten in den
Kühlschrank gestellt, wo sie über längere Zeit haltbar bleiben, ohne dass die Bakterien ein
nennenswertes Wachstum zeigen. Die Bakterien, mit denen wir die Agarplatten infiziert
haben, sind für uns nicht erkennbar. Erst wenn sie sich vielfach geteilt haben, aus einer
Zelle also eine Kolonie geworden ist, ist auf der Platte etwas sichtbar.
Wir können festhalten; eine Kolonie ist die Nachkommenschaft nur einer
Zelle, wir sehen somit die Auswirkung des Vermehrungs-/ Teilungsprozesses.
Zur Bestimmung des Titers werden Probemengen, die über eine dezimale Verdünnungs-
reihe gewonnen wurden in Röhrchen mit einem entsprechenden Flüssigkeitsmedium (meist
0.9% NaCL-Lösung) überführt.
Versuch: Titerbestimmung einer Hefesuspension
Prinzip: Verdünnung der Ausgangskultur mit dem Ziel, eine zählbare An-
zahl von Kolonien zu erhalten.
Ausgangspunkt: Apfelwein aus nicht steriliertem A-Saft oder eine verdünnte
Hefesuspension (1 g Trockenhefe in 100 ml Wasser)
Verdünnungsmedium: Kochsalzlösung, w = 0,9 %.
Methode: Plattieren einer Verdünnungsreihe auf einem Selektivnährboden,
der nur Hefezellen wachsen lässt.
5 sterile Reagenzgläser werden mit 9ml Natriumchloridlösung gefüllt.
In Reagenzglas 1 wird 1 ml der Hefesuspension (des Apfelweins) gegeben
und gut durchgemischt.
1 ml aus Reagenzglas 1 wird in Reagenzglas 2 gefüllt und gut durchgemischt.
Wiederholen der Prozedur, bis alle Reagenzgläser Hefezellen enthalten.
64
Abbildung 37: Verdünnungsreihe
Aus dem RG 1 wird 1 ml auf die Platte 1 gegeben.
Aus dem RG 2 wird 1 ml auf die Platte 2 gegeben
usw.
Sicherheitshalber beimpft man für jede Probe 2 Platten.
Die Platten werden in den Wärmeschrank gestellt: 24St. bei 30 °C
Je nach Stundenplan werden die Platten nach 24 Stunden in den Kühl-
schrank gestellt, um das Wachstum zu stoppen.
Beispiel für ein Versuchsergebnis:
1. Rasen aus Zellen, daher nicht zählbar.
2. Sehr hohe Anzahl von Kolonien, daher ebenfalls nicht zählbar.
3. Einzelne Kolonien, zählbar : Platte 1 : 689 Kolonien, Platte 2: 851 Kolonien.
4. Relativ viel, zählbar : Platte 1: 50 Kolonien, Platte 2: 178 Kolonien.
5. Platte 1: 6 Kolonien, Platte 2: 20 Kolonien.
Beispielrechnung:
Platte 5.1 enthält 6 Kolonien und wurde 1 : 100000 verdünnt (VF = 10−5).
Titer = Zahl der Kolonien durch VF = 600.000
Aufgaben:
1. Berechne die übrigen Titer der Versuchsreihe.
2. Vergleiche zunächst die Ergebnisse einer Verdünnungsstufe und anschließend die der
verschiedenen Verdünnungsstufen miteinander: wie groß sind die Abweichungen, wor-
an kann das liegen?
65
Teil XII
Boden
66
In einem alten Film (Feuerzangenbowle) beginnt eine Physikstunde mit der Frage: „Wat
is eene Dampfmaschin‘? Da stelle mer uns janz domm.”
So ähnlich könnte man auch nach dem Begriff Boden fragen: Ist das nur Dreck?
Wenn wir einen Blick auf das Bodenprofilschema werfen, erkennen wir, dass es nicht
einfach nur Dreck ist, sondern ein recht geordnetes System aus verschiedenen Schichten.
Abbildung 38: Bodenprofil
Um zu verstehen, wie diese Schichtung entstanden ist, ist es tatsächlich ein guter Weg,
sich zunächst einmal dumm zu stellen oder die Fantasie zu bemühen:
Ein Vulkan ist ausgebrochen und hat sich wieder beruhigt. Zurück bleibt eine Fläche
erkaltenden nackten Gesteins. Die Sonne brennt darauf, Regen fällt und Schnee, Frost
lässt Eisschichten entstehen. Ganz allmählich wird der Stein rau und porös. Wasser kann
etwas tiefer eindringen, Ritzen werden ausgespült, in denen sich Algen, Flechten und Moo-
se ansiedeln. Sie wachsen und bilden kleine Polster, in denen sich der herangewehte Staub
fängt und Wasser gespeichert wird. Birkensamen keimen darin, schieben ihre Wurzeln in
die Ritzen und erweitern sie. Das Laub der Bäume fällt herab, wird von mikroskopisch
kleinen Pilzen und Bakterien, die mit dem Staub gekommen sind, verarbeitet; es entsteht
eine hauchdünne, dunkle Schicht, die jeder kennt, der sich einmal ein Moospolster auf ei-
ner Mauer von der Seite angesehen hat. Durch diesenVerwitterungsprozess (phyikalisch,
chemisch, biologisch) entsteht Humus, der auf dem Grundgestein eine dünne, immer mehr
wachsende Schicht bildet. Größere Pflanzen können darauf wachsen, Tiere wie Regenwür-
mer sich ansiedeln, gemeinsam sprengen sie immer mehr Material vom Grundgestein ab
und vermischen es mit der Humusschicht. Regen und Schnee spülen Stoffe aus der Humus-
schicht in die Tiefe, es entsteht eine dritte Schicht, eine Mischzone.
Und schon, im Laufe von „nur” einigen hunderttausend Jahren haben wir ein typisches
67
Bodenprofil vorliegen: Streuschicht, A-Horizont (Humusschicht), B-Horizont (Mischzone)
und C-Horizont (Ausgangsgestein).
Natürlich ist es nicht wirklich so einfach wie hier beschrieben. Sehr viele Faktoren be-
einflussen die Geschwindigkeit und die Art der Bodenbildung: Vulkanischer Basalt ergibt
einen anderen Bodentyp als Kalkgestein, in kühlen und nassen Klimazonen ensteht eine an-
derer als in feucht-warmen etc. Aber im Prinzip läuft der Prozess so ab und die Schichtung
erkennt amn auch immer wieder. Damit Ihr es genauer erfahrt, eine Hausaufgabe:
• Nehmt Euch mit Hilfe Eures Handys oder MP3-Players die Datei „bodengenese2.exe”
mit nach Hause und ladet es auf Euren Rechner. Unter Windows: Doppelklick ent-
packt das Archiv und erstellt ein Verzeichnis. Unter MacOS X verwendet man am
besten StuffIt Expander zum Entpacken, unter Linux müsste es mit „Unzip” gehen.
In dem Verzeichnis befindet sich unter anderem die Datei index.htm, die durch Dop-
pelklick oder aus einem Internetbrowser (Firefox, Camino, Konquerer o.ä.) heraus zu
öffnen ist. Spielt mit dem Programm, in dem Ihr Euch die verschiedenen Varianten
anseht (und lasst Euch nicht durch das Fachchinesisch schrecken).
Versuchsprogramm
Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, Versuchstechniken einzuüben, mit denen verschiedene
Böden charakterisiert und die Zusammenhänge zwischen Struktur und den übrigen Eigen-
schaften beschrieben werden können. Drei luftgetrocknete Böden stehen zur Verfügung:
1. Sand
2. Kompost
3. Gartenboden
68
Die
Fin
gerp
robe
Aktion Verweis
1.Versuch, die Probe zwischen den Handtellern zu einer bleistiftdicken Wurst auszurollen
a) nicht ausrollbar: Gruppe der Sande weiter bei 2
b) ausrollbar: Gruppe der sandigen Lehme, Lehme oder Tone weiter bei 4
2. Prüfen der Bindigkeit zwischen Daumen und Zeigefinger
a) nicht bindig. Sande weiter bei 3
b) bindig: Lehmiger Sand (lS)
3. Zerreiben auf der Handfläche
a) in den Handflächen kein toniges Material sichtbar: Sand (S)
b) in den Handflächen toniges Material sichtbar. anlehmiger Sand (Sl)
4. Versuch, die Probe zu einer Wurst von halber Bleistiftdicke auszurollen
a) nicht ausrollbar stark sandiger Lehm (SL)
b) ausrollbar sandiger Lehm, Lehm oder Tone weiter bei 5
5. Quetschen der Probe zwischen Daumen und Zeigefinger in Ohrnähe
a) starkes Knirschen: sandiger Lehm (sL)
b) kein oder schwaches Knirschen: Lehm oder Tone weiter bei 6
6. Beurteilen der Gleitfläche bei der Quetschprobe
a) Gleitfläche stumpf: Lehm (L)
b) Gleitfläche glänzend: Tone weiter bei 7
7. Glätten der Oberfläche mit dem Fingernagel
a) stumpf, mit sicht- oder fühlbaren Einzelkörnern: lehmiger Ton (lT)
b) glänzend, butterartig, keine Einzelkörner: Ton (T)
69
Abbildung 39: Struktur von Lehm, sehr stark vergrößert.
Laborversuche
Jeder Boden wird von zwei Gruppen untersucht. Alle Ergebnisse sind rechnerisch auf 100
g Boden zu beziehen, d.h. die Versuche sind mit abgewogenen Proben durchzuführen, die
Prozentrechnung ist anzuwenden ( Ausnahmen: Nr. 4, 5, 6, 7 ). Sämtliche Daten, nicht nur
die Rechenergebnisse, sind schriftlich oder in einer Tabellenkalkulation festzuhalten.
1. Wassergehalt: Boden 24 h bei 105°C im Wärmeschrank erhitzen.
2. Humusgehalt: Probe 24 h bei ca. 800°C im Muffelofen brennen.
3. Krümelgrößenverteilung mit den ausstehenden Bodensieben bestimmen: 100 g Boden
abwiegen, in die oberste Siebschale geben, verschließen und 5 Minuten gleichmäßig
schütteln. Den Inhalt der Einzelsiebe wiegen und aufbewahren.
4. Krümelstabilität: 10 Krümel aus der Fraktion zwischen 1 mm und 3,5 mm in eine
Petrischale geben, aus der Spritzflasche soviel Wasser zugeben, bis die Krümel zu 2/3
im Wasser liegen. 10 Minuten warten. Schalen durchschütteln, Verschlämmungsbild
beschreiben. Benotung: Note 1: K. zerfallen in wenige große Bruchstücke oder bleiben
erhalten. Note 2: K. zerfallen in große und wenige kleine Bruchstücke.. Note 3: K.
zerfallen in in große und kleine Bruchstücke zu gleichen Teilen. Note 4: K. zerfallen
in vorwiegend kleine Bruchstücke. Note 5: K. zerfließen.
5. pH-Wert mit den ausstehenden pH-Metern nach Hellige entsprechend der beiliegen-
den Vorschrift bestimmen.
6. Kalkgehalt: 1 Löffel Boden in eine Petrischale geben. Tropfenweise HCl, w = 10
%, zugeben. Gasentwicklung beobachten. Zum Vergleich: 1 Löffel Boden und eine
Spatelspitze Kalk mischen und behandeln wie beschrieben. Ergebnisabschätzung:
Unter 1 % Kalk: kein Aufbrausen. 1 - 2 %: schwaches Aufbrausen. 3 - 4 %: starkes
Aufbrausen, jedoch nicht anhaltend. Über 5 %: starkes, langanhaltendes Aufbrausen.
7. Mikroskopie: Sehr kleine Krümel werden unter dem Mikroskop bei schwacher bis
mittlerer Vergrößerung beobachtet und gezeichnet/beschrieben.
70
8. Schlämmanalyse: Ein Biogarohr wird 5 cm hoch mit Boden befüllt; das Rohr wird
anschließend mit einer schwach konzentrierten Kochsalzlösung (1 Löffel Salz auf einen
Liter Wasser) bis oben hin gefüllt, mit einem Stopfen verschlossen und kräftig 2
Minuten lang geschüttelt. (Achtung, Stopfen dabei festhalten). Das Rohr stellt
man dann für 5 Minuten ruhig in den Ständer. Die entstehende Schichtung wird
gezeichnet oder beschrieben.
9. Wasserdurchlässigkeit: 20 g Boden werden in ein Biogarohr gegeben, das unten mit
einem Stopfen verschlossen ist; der Stopfen hat eine Bohrung, durch das ein passendes
Kunststoffrohr geschoben ist, darauf liegt eine Lage Filterpapier. Unter das Rohr
wird ein leeres Becherglas, V = 100 ml gestellt. 50 ml Wasser werden vorsichtig auf
den Boden gegossen. Protokollieren: a: Zeit bis zum Erscheinen des ersten Tropfens.
b: Zeit bis zum Erscheinen des letzten Tropfens (Das kann bis zum nächsten Tag
dauern). c: Volumen des aufgefangenen Wassers.
10. Wasserporen/Luftporen: Der Versuch wird entsprechend der Abbildung aufgebaut.
Abbildung 40: Versuchsaufbau
Das Rohr wird mit 20 g Boden beschickt, der Kolbenprober bei geschlossener Schlauch-
klemme mit 100 ml Wasser gefüllt. Nun lässt man vorsichtig das Wasser aus dem Kol-
71
benprober fließen, bis es den unteren Rand der Bodenprobe im Rohr gerade eben
erreicht. Das Wasservolumen (Totvolumen) kann man am Kolbenprober ablesen. An-
schließend drückt man langsam Wasser durch die Bodenprobe, bis es die Oberfläche
gerade eben erreicht. Am Kolbenprober kann man wieder ablesen, wieviel ml Wasser
in die Probe hineingepasst haben, es entspricht dem Gesamtporenvolumen von 20 g
Boden. Als nächstes stellt man ein leeres Becherglas unter und entfernt den Schlauch
vom Kunststoffrohr, so dass das Wasser herauslaufen kann. Das Volumen des heraus-
gelaufenen Wassers entspricht der Menge an Luft, die das Wasser im Boden ersetzt
hat (Luftporenvolumen). Das Wasser, was im Boden geblieben ist, (Gesamtporenvo-
lumen - Luftporenvolumen) repräsentiert das Wasserporenvolumen: so groß ist der
Anteil an Poren, die besonders gut Wasser speichern können.
11. Katalasetest: Geräte und Reagenzien: Magnetrührer, Erlenmeyerkolben mit Gasablei-
tung, Stopfen, Kolbenprober, Siebe, Waage; Wasserstoffperoxidlösung (3%).
Abbildung 41: Versuchsaufbau
Durchführung: 5g getrockneter und mit dem groben Sieb fraktionierter Boden in
den Erlenmeyerkolben füllen, Rührfisch zugeben. 10 ml Wasserstoffperoxidlösung zu-
fügen, sofort zustopfen. Rührer einschalten, jede Minute das Gasvolumen am Kol-
benprober abmessen. Abbruch nach drei Minuten. Auswertung: Durchschnittliches
Gasvolumen pro Minute ausrechnen = Katalasewert.
Abbildung 42: Auswertungshilfe
72
Beispiel für eine Ergebnistabelle
Abbildung 43: Auswertungsbeispiel
73
Teil XIII
Superabsorbierende Polymere (SAP)
74
Um sich diesem Thema zu nähern, werden zunächst Windeln untersucht, denn hier und
in anderen Hygieneartikeln finden diese Moleküle ihre Alltagsverwendung.
Ansprüche des Verbrauchers an diese Produkte sind:
• Saugfähigkeit
• Wasserbindefähigkeit
• Geruchsneutralität
• Dichtigkeit
• Stabilität
• Elastizität
Dass SAP diese Ansprüche erfüllt, zeigt der folgende Versuch:
Versuch 1: Entferne von einer Windelhose vorsichtig das innere Flies. Zerzupfe
mit zwei Pinzetten die Watteeinlage. Zwischen den Fasern findet man kleine
Kügelchen, die in einem 250er Becherglas zu sammeln sind. Wenn der Boden
des Becherglases knapp bedeckt ist, gieße 100 ml Wasser in das Glas und warte
10 Minuten. Stelle dann das Glas vorsichtig auf den Kopf.
Wie SAP diese Ansprüche erfüllt und welche Komplikationen es dabei geben
kann, zeigt folgender Versuch:
Versuch 2: Abhängigkeit der Saugfähigkeit von verschiedenen Stoffkonzentra-
tionen
Zu diesem Zweck werden je 0,25 g SAP in Teebeutel eingewogen. Die Teebeutel
werden verschlossen und gewogen. Jeder Beutel wird anschließend in eine der in
der folgenden Tabelle aufgeführten Lösungen gelegt, nach 10 Minuten vorsichtig
entnommen und nach Abtropfen erneut gewogen.
Zur Auswertung benutze die folgende Tabelle.
Tabelle 5: Abhängigkeit der Saugfähigkeit von SAP von gelösten Stoffen unterschiedlicherKonzentration
Zusatz Einwaage (g) Ergebnis (g) Differenz(g) Massenzunahme (%)
Wasser 0.25NaCl, w=5 % 0.25
NaCl, w=0,5 % 0.25NaCl, w=0,05 % 0.25NaCl, w=0,005 % 0.25NaCl, w=0,0005 % 0.25
Interpretation:
75
SAP besteht aus langen Molekülketten, die miteinander vernetzt sind. Innerhalb des
Netzwerks finden sich viele geladene Gruppen, die in der Abbildung als CO−
2 -Gruppen
bezeichnet werden. Wenn Wasser auf SAP trifft, werden die Wassermoleküle von den ne-
gativen CO−
2 -Gruppen angezogen. Deswegen wird das Netzwerk größer, wenn es Wasser
aufgenommen hat.
Wenn aber im Wasser Salze gelöst sind (z.B. NaCl), dann nehmen die Na+ -Ionen den
Platz an der Gruppe ein, da diese eine volle positive Ladung tragen und daher stärker als
Wassermoleküle angezogen werden.
Abbildung 44: Chemische Struktur von SAP (schematisch)
76
Teil XIV
Raps (Familie der Kreuzblütler)
77
Biodiesel
Seit der ersten Ölkrise 1973 hat das öffentliche Interesse an Treibstoffen aus alternativen
Quellen langsam aber stetig zugenommen. Biodiesel ist einer dieser Ersatzstoffe, der aus
heimischem Raps in einem Umarbeitungsprozess gewonnen wird.
Abbildung 45: Rapsblüten
Die Kreuzblütler zeichnen sich durch 4 kreuzförmig zueinander stehende Kelch- und die
gleiche Anzahl Blütenblätter aus. Sie besitzen zudem 6 Staubgefäße, von denen 2 kürzer
gestielt sind als die 4 anderen. Zu ihrer Verwandtschaft zählen u.a. Senf, Ölrettich, das
in jeder Pflasterfuge zu findende Hirtentäschelkraut, vor allem aber die Kohlsorten wie
Weiß-, Grün-, Rotkohl oder Kohlrabi. Gemeinsam ist ihnen ihr hoher Anspruch an die
Düngerversorgung, insbesondere hinsichtlich des Stickstoffs: sie sind Starkzehrer.
• Aufgabe: Suche die o.g. Pflanzen und andere aus derselben Famile im Bestimmungs-
buch („Was blüht denn da?”) und im Gelände, z.B auf dem Schulhof.
Anbau
Winterraps ist eine Fruchtwechselpflanze und wird als Gründünger eingesetzt (Aussaat
nach der Ernte der Hauptfrucht, im Frühjahr wird der Raps gehäckselt und untergepflügt.
Raps speichert Dünger, sodass der Dünger nach dem Häckseln wieder in die Erde geht und
so für die nächste angebaute Pflanze verfügbar ist.)
Sommerraps dient der Samenproduktion. Durch Fotosynthese gewonnene Energie
wird im Fett gespeichert. Die Blüten blühen wochenlang, da die unteren Schoten früher reif
sind als die oberen. Er benötigt tief durchwurzelbaren Boden; besonders geeignet sind milde
tiefgründige Lehmböden, schwere Böden und humose Sandböden mit guter Nährsalzver-
sorgung und ausreichenden Niederschlägen; pH-Wert um 6,5. Die Frosthärte ist begrenzt.
78
Aus den Samen wird Öl gewonnen. Rapsöl wird v.a. für die Herstellung von Schmierstoffen,
Reinigungsmitteln, Kosmetika und als Treibstoff in angepassten Dieselmotoren verwendet.
Abbildung 46: Dieselmotor
Gewinnung des Rapsöles
1. Kaltpressen: Reinigen, Zerkleinern, Pressen, Filtern, Zentrifugieren, Abfüllen. Ziel:
hochwertiges Öl für die Küche, enthält alle rettbaren Vitamine.
2. Warmpressen: Reinigen, Zerkleinern, 1. Pressen, 2. Pressen, Rohöl, Raffinieren, Ab-
füllen. Ziel: höhere Ausbeute (da Fette bei Wärme dünnflüssiger sind); Viskosität
kleiner; nicht so hochwertig, da Vitamine Wärme nicht so gut vertragen.
3. Extrahieren: Extrahieren mit Lösungsmittel, das Fette löst, z.B. Leichtbenzin; Lö-
sungsmittel abdestillieren.
Erste Prüfungen
Zunächst werden Diesel, Rapsöl und Biodiesel vergleichend untersucht:
1. Prüfung mit den Sinnen: Geruch, Farbe
2. Verdampfbarkeit, z.B. Löschblatttest: Je ein Fleck von Wasser und den drei Stoffen
werden gefönt.
3. Viskosität. Test: Auslaufgeschwindigkeit definierter Volumina aus einer Pipette.
79
4. Flammpunkt (Lehrerversuch). 10 ml Substanz werden in einer Porzellanschale auf
eine Heizplatte/auf ein Drahtnetz über einen Brenner gestellt. Ein Thermometer
wird am Stativ so befestigt, dass die Spitze die Flüssigkeit gerade eben berührt. Die
Substanz wird erhitzt, mit einem brennenden Kienspan versucht man, die Dämpfe
zu entzünden.
Die Ergebnisse sind zu protokollieren.
Gewinnung von Rapsöl aus Raps
1. 1 g Rapssamen werden im Mörser mit dem Pistill gequetscht und gründlich verrieben.
Nach und nach werden 10 ml Aceton (oder Leichtbenzin) als Lösemittel hinzugefügt.
Die entstehende Flüssigkeit wird vorsichtig in eine gewogene Petrischale dekan-
tiert. Die Schale wird bis zur nächsten Stunde warm (nicht heiß) gestellt, damit
das Lösemittel verdampft. Die Petrischale wird erneut gewogen, die Ölausbeute pro-
zentual bestimmt und mit Literaturergebnissen verglichen.
2. 5 g Rapssamen in einen Teebeutel aus Papier geben, diesen zubinden und in einen
Erlenmeyerkolben mit 150 ml Benzin legen. Das Benzin wird auf ca. 40 °C erwärmt.
Teebeutel aus dem Benzin entfernen, trocknen und wiegen. Ausbeutebestimmung wie
in 1.
80
Teil XV
Anhang
81
Lösungsvorschläge zur Saccharometrie
1. Die Gärung setzt erst nach etwa 15 Minuten ein, da die Substratmoleküle erst in die
Zellen aufgenommen werden müssen.
2. Glucose wird so schnell verarbeitet, weil die Enzyme für dieses Substrat ausreichend
vorhanden sind und die Substratmoleküle sehr schnell aufgenommen werden können.
3. In der Bäckerhefe liegen die Enzyme zur Spaltung und/oder Aufnahme von Maltose
nicht von Anfang an vor (Gegensatz zur Brauhefe).
4. Nach Verbrauch der zelleigenen Vorräte wird die Synthese passender Enzyme akti-
viert, die Maltose (u.a. Zucker) können dann verwertet werden. (Dies gilt nicht für
alle Zucker).
5. Die Stärke der Mehle kann in keinem Fall abgebaut werden; das Kohlendioxid, das
sich nach längerer Zeit bildet, stammt aus den Zuckern, die in kleinen Spuren im
Mehl vorhanden sind.
6. ?
7. ?
82
Abbildungsverzeichnis
1 Messgeräte und Pipettierhilfe: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Seitenansicht einer Pipette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 Samenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4 Keimungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5 Auswertungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
6 Knoblauchrauke, fotografiert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
7 Knoblauchrauke, gezeichnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
8 Kornblume, Gescannt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
9 Verwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
10 Prozessablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
11 Zusammenhang zwischen Stärkegehalt und Dichte der Kartoffel . . . . . . . 27
12 Schleiereule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
13 Steinkauz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
14 Uhu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
15 Bestimmungsschlüssel, Seite 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
16 Bestimmungsschlüssel, Seite 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
17 Sprossende Hefe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
18 Gäraufsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
19 Brotsorten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
20 Öfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
21 Getreide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
22 Einhornsaccharometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
23 Das Mälzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
24 Das Brauen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
25 Produktion von Wurst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
26 Wirkung des Vitamin C beim Pökeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
27 Gehalt an Nitrit abhängig von der Produktionstechnik . . . . . . . . . . . . 48
28 Flammenfärbung durch Natrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
29 Silberchloridfällung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
30 Chromatographie vor dem Aufenthalt in der Kammer . . . . . . . . . . . . 55
31 Chromatographie nach dem Aufenthalt in der Kammer . . . . . . . . . . . . 56
32 Zweidimensionale Chromatographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
83
33 Bakterium (Schema) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
34 Mikrobiologische Laborgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
35 Biogarohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
36 Wachstumskurve von Bakterien (Schema) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
37 Verdünnungsreihe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
38 Bodenprofil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
39 Struktur von Lehm, sehr stark vergrößert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
40 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
41 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
42 Auswertungshilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
43 Auswertungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
44 Chemische Struktur von SAP (schematisch) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
45 Rapsblüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
46 Dieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
84
Tabellenverzeichnis
1 Rohdaten zu Versuch 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Heimische Eulenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3 Gärungsergebnisse verschiedener Substrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4 Literaturergebnis: (Knorr:„Fleischsuppe”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5 Abhängigkeit der Saugfähigkeit von SAP von gelösten Stoffen unterschied-
licher Konzentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
85
Index
A
Abklatschversuche, 61
Aceton, 80
Adhäsion, 6
Agar, 60
Agarplatte, 63
A-Horizont, 68
Algen, 67
Alkohol, 37
Alkoholgehalt, 38
Aminosäure, 53
Aminosäurequelle, 60
Analyse, 50
Apfelsaft, 38
Apfelwein, 38, 64
Aromastoffe, 42
Ascorbinsäure, 45
Auskochen, 51
Auslaufgeschwindigkeit, 79
Ausschmelzen, 51
Azotobacter, 62
B
Bäckerhandwerk, 41
Bäckerhefe, 82
Bakterien, 59, 67
Bakterienchromosom, 60
Bakterium (Schema), 59
Basalt, 68
Bauplan, 60
Becherglas, 6
Beete, Rote, 57
Belegherbar, 19
Benzin, 50
Bestimmungsbuch, 78
Beutetierknochen, 32
B-Horizont, 68
Biodiesel, 79
Biogarohr, 62
Biomasseproduktion, 15
Biuretprobe, 53
Blindprobe, 53
Blüten, 78
Blütenblätter, 78
Boden, 59, 67, 78
Bodenbildung, 68
Bodenprofil, 67
Bodensiebe, 70
Brauen, 43
Brauerhandwerk, 42
Brauhefe, 82
Brauprozess, 43
Brennerflamme, 51
Brennerhandwerk, 42
Brühe, 49
C
Casein, 60
C-Horizont, 68
Chromatogramm, 55
Chromatographie, 55
Chromatographie, zweidimensional, 57
Chromatographiekammer, 55
D
Dampfdrucktopf, 61
Destillation, 42
Destillieren, 79
Diabetes, 40
Dichte, 11
86
Dichte(Kartoffel), 27
Dichtigkeit, 75
Dickmilch, 62
Diesel, 79
Dieselmotor, 79
diesenVerwitterungsprozess, 67
Diethylether, 51
DNA, 60
Doppelblinderhebungen», 16
Dreisatz, 11
Drygalskispatel, 61
Dünger, 78
E
Einhornröhrchen, 41
Einhornsaccharometer, 40
Eisenion, 46
Eiweiß, 27
Eiweißmolkül, 46
Elastizität, 75
Energie, 37, 78
Enzyme, 41, 60, 82
Erbinformation, 60
Erbsubstanz, 60
Erlenmeyerkolben, 6
Escherichia coli, 63
Ethanol, 53, 56
Eulen, 30
Extrahieren, 79
Extrakt, 50
F
Fäulnis, 19
Fellreste, 33
Fertiggerichte, 50, 53
Fett, 50, 78
Fettextraktion, 50
Filterpapier, 55
Filzstiftfarbe, 56
Flammenfärbung, 52
Flammpunkt, 80
Flechten, 67
Fleisch, 60
Fleischreste, 50
Fleischwurst, 45
Flügelfläche, 30
Fotosammlung, 19
Fotosynthese, 78
Fraktion, 51
Frosthärte, 78
Fruchtwechselpflanze, 78
Fructose, 41
G
Gäraufsatz, 38
Gartenboden, 62, 68
Gärung, 37, 42, 82
Gasentwicklung, 37
Gefriertrocknung, 50
Gehörzentrum, 30
Geliermittel, 60
Gemüsebrühe, 50
Geruchsneutralität, 75
Gesamtporenvolumen, 72
Geschmacksverstärker, 51
Gesichtsfeld, 30
Gesichtsschleier, 30
Gestein, 67
Gewölle, 32
Glucose, 41, 60, 82
Glutaminsäure, 53
Größe, stoffartspezifische, 56
Grundgestein, 67
Gründünger, 78
H
Habitate, 59
Hämoglobin, 46
Harn, 40
Hauptfrucht, 78
Hausmaus, 32
Hefeaufschwemmung, 41
Hefekultur, 40
Hefesuspension, 61, 64
87
Hefeteigkugel, 37
Hefewettrennen, 41
Hefezellen, 37
Herbarium, 19
Hexan, 51
Hirtentäschelkraut, 78
Humus, 67
Humusgehalt, 70
Hygieneartikel, 75
I
Ionen, 51
J
Ja/Nein-Unterscheidung, 16
Jungwein, 42
K
Kaffeefilter, 57
Kahmhaut, 62
Kalibrierung, 6
Kalkgehalt, 70
Kalkgestein, 68
Kaltpressen, 79
Kartoffelchips, 53
Kartoffeln, 23
Käsereien, 59
Katalasetest, 72
Katalasewert, 72
Keimling, 15
Keimung, 14
Keimungsablauf, 14
Keimungsrate, 15
Kelchblätter, 78
Kläranlagen, 59
Klebereiweiß, 41
Klimazonen, 68
Klone, 60
Knochen, 33
Kochsalz, 38, 51
Kohl, 78
Kohlendioxid, 82
Kohlenhydraten, 37
Kohlenstoffdioxidgas, 37
Kohlenstoffquelle, 60
Kolonie, 63
Kompost, 68
Konservieren, 46
Kontrollvariante, 16
Kosmetika, 79
Krankenhaus, 59
Kreuzblütler, 78
Kristalle, 51
Kristallformen, 51
Kristallgitter, 51
Krümel, 70
Krümelgrößenverteilung, 70
Krümelstabilität, 70
Kupfersulfatlösung, 53
L
Labor, gentechnisches, 59
Lactose, 41
Längenwachstum, 15
Lauch, 50
Laufmittel, 56
Laufmittelfront, 55
Lehmboden, 78
Lehme, 69
Leichtbenzin, 79
Leucrose, 41
Liebstöckel, 50
Löschblatttest, 79
Lösemittel, 51
Löslichkeit, 56
Lösungen, 10
Lösungsmittel, 50, 55, 79
Luftporen, 71
Luftstickstoff, 62
Lupe, 50, 51
M
Maggikraut, 50
Maggiwürfel, 50
88
Magnesiastäbchen, 51
Mais, 38
Maismehl, 41
Maltose, 41, 82
Mälzen, 42
Mannose, 41
Marmeladenglas, 57
Massenanteil, 10
Massenprozent, 10
Mehl, 82
Meniskus, 6
Messgenauigkeit, 7
Messzylinder, 6, 37
Milch, 62
Minimalmedien, 60
Mischzone, 67
Mitochondrien, 37
Mittelwerte, 16
Möhren, 50
Molekülketten, 76
Molkerei, 59
Moose, 67
Moospolster, 67
Most, 42
Muskelzellen, 46
Mutterzelle, 60
Myoglobin, 46
N
Nähragar, 61
Nährmedium, 60
Nährsalzversorgung, 78
Nährstoffversorgung, 14
Natrium, 52
Natriumglutamat, 51, 53
Natriumnitrit, 46
Netzwerk, 76
Neurotransmitter, 53
Nickhaut, 30
Ninhydrinprobe, 53
Nitrit, 47
Nitritpökelsalz, 47
O
Objektträger, 37
Oel, 79
Oelausbeute, 80
Oelrettich, 78
Ohrläppchen, 30
Ohröffnungen, 30
Organelle, 60
Oxidation, 47
P
Papierchromatographie, 55
Paprika, 50
Pasteurisierung, 62
Peleusball, 7
Pepsin, 60
Pepton, 60
Petrischalen, 60
Petroleumbenzin, 51
Pflanzenstücke, 50
Pflanzenteile, 57
Phase, mobil, 55
Phase, stationär, 55
pH-Meter, 70
pH-Wert, 70
Pilze, 67
Pipette, 79
Plasma, 60
Plattieren, 64
Pökeln, 44
Pökelsalz, 45
Polymere, superabsorbierende, 74
Porzellanschale, 80
Proteine, 53, 60
Pyrolyse, 51
R
Raps, 14, 77
Rapsblüten, 78
Rapsöl, 79
89
Rapssamen, 80
Rasen, 65
Referenz, 56
Referenzprobe, 55
Regenwürmer, 67
Reinigungsmittel, 79
Reis, 38
Ribosomen, 60
Roggen, 38
Roggenmehl, 41
Rotkohl, 57
S
Saccharometrie, 82
Saccharose, 41
Salpetersäure, 52
Salze, 76
Samen, 14, 79
Samenbau, 14
Samenproduktion, 78
Sammlungsschädlinge, 19
Sand, 68
Sandboden, 78
Sande, 69
SAP, 74
Sauerstoffbindung, 46
Sauerstoffgas, 37
Sauerstoffmangel, 37
Saugfähigkeit, 75
Schädel, 32
Scheidetrichter, 50
Schichten, 67
Schimmelbildung, 19
Schlämmanalyse, 71
Schleiereulen, 30
Schmierstoffe, 79
Schnaps, 42
Schnee-Eule, 31
Schoten, 78
Selektivmedium, 60
Selektivnährboden, 60
Sellerie, 50
Sendung mit der Maus, 45
Senf, 78
Silberchloridfällung, 52
Silbernitrat, 52
Solfatare, 59
Sommerraps, 78
Sparprogramm, 37
Spezialmedien, 60
Spinat, 57
Spiritus, 38
Spitzmaus, 32
Sprossung, 37
Stabilität, 75
Stammlösungen, 11
Stärke, 23, 82
Stärkegehalt, 25
Starkzehrer, 78
Startlinie, 55
Staubgefäße, 78
Sterilisieren, 61
Steriltechniken, 61
Stickstoff, 60
Stoffe, polare, 56
Stoffe, unpolare, 56
Streuschicht, 68
Strukturformeln, 41
Substrat, 82
Substrate, 41
Substratmoleküle, 82
Suppen, 50
Suspension, 37
Synthese, 82
T
Tabellenkalkulationsprogramm, 15
Teebeutel, 50, 80
Teig, 38
Teilung, 60
Thermosflasche, 62
Titerbestimmung, 63
90
Tochterzelle, 60
Tone, 69
Traubenzucker, 37
Treibstoff, 79
Trennverfahren, 55
Trennwirkung, 57
Trockenhefe, 37
Tubularaugen, 30
V
Verbreitungsgebiete, 19
Verdampfbarkeit, 79
Verdünnungsfaktor, 11, 64
Verdünnungsmasse, 12
Verdünnungsvolumen, 12
Vergärbarkeit, 41
Vergleichsherbar, 19
Vergleichsprobe, 53
Verschlämmungsbild, 70
Viskosität, 79
Vitamin C, 45
Vitamine, 79
Vollkornmehle, 38
Vollmedien, 60
Vollpipette, 6
Volumenmessgeräte, 6
Volumenprozent, 10
W
Wachstum, 14, 37
Wachstumsphase, 63
Wärmeschrank, 40, 55, 65
Warmpressen, 79
Wasser, 56
Wasserbad, 53
Wasserbindefähigkeit, 75
Wasserdurchlässigkeit, 71
Wassergehalt, 70
Wassermoleküle, 76
Wasserporen, 71
Wegblastechnik, 50
Weidelgras, 14
Weißklee, 14
Wein, 42
Weintrauben, 42
Weintraubensaft, 42
Weizenmehl, 38, 41
Wendezehe, 30
Wert, 56
Windeln, 75
Winterraps, 78
Winzerhandwerk, 42
Wühlmaus, 32
Wurst, 45
Würzmittel, 50
Z
Zelle, 37, 82
Zellkern, 37, 60
Zellmembran, 59
Zelltiter, 63
Zellulose, 27, 59
Zellwand, 59
Zentrifugieren, 50
Zucker, 37, 38
Zweiteilung, 63
Zwiebeln, 50
91