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Vitamine

Braunfärbung Obst

Vitamin C im Apfel

Zitronensaft1

Zitronensaft2

Apfel-Schoko-Rezept

Lerneinheit: Experimente

Um gesund zu leben ist es wichtig, die richtigen Lebensmittel zu sich zu nehmen. Von außen ist nicht ersichtlich, welche Stoffe in einem Apfel oder einer Möhre enthalten sind. Erst das Wissen über die Inhaltsstoffe unserer Ernährung bildet das Fundament für eine bewusste und ausgewogene Ernährung. Gegenstand der folgenden experimentellen Untersuchungen ist daher die Veranschaulichung der Wirkung von Vitamin C als Antioxidans, das Messen des Vitamin C Gehaltes mit Hilfe von Teststäbchen sowie das Extrahieren von Provitamin A aus Möhren.

Ascorbinsäure als Antioxidans

Vitamin C hat den chemischen Namen Ascorbinsäure. Dieser Name leitet sich vom „antiscorbutischen Faktor“ ab, der auf die Wirkung gegen die klassische Mangelerscheinung Skorbut hinweist. Zahnfleischblutungen, Zahnausfall, herabgesetzte Immunabwehr, Müdigkeit sowie verzögerte Wund- und Frakturheilung sind einige Folgen. Ascorbinsäure ist erforderlich für den Aufbau von Bindegewebe, Zähnen und Knochen und es ist wichtig für den Transport von Eisen im Blut. Es gilt als Aktivator für den Zellstoffwechsel und Stimulans für die Abwehrfunktionen.

Braunfärbung von Obst

Eine weitere Wirkung von Ascorbinsäure kommt auch der Konservenindustrie zugute: Es verhindert die Oxidation im Organismus an den Stellen, wo sie unerwünscht ist. Es wird daher als Antioxidans zu Obst-, Gemüse- oder Pilzkonserven hinzugegeben, um Oxidation und somit Braunfärbung zu verhindern.

In dem Forscherauftrag „Schutzengel in der Zitrone?“ werden über einen Zeitraum von mindestens einer halben Stunde hinweg vier verschieden präparierte Proben von geriebenen Äpfeln betrachtet. Während der Wartezeit können weitere Versuche zum Themenkomplex Vitamine durchgeführt werden. Eine der Proben wird mit Essig beträufelt, eine mit Zitronensaft, eine weitere mit Ascorbinsäurelösung und die vierte Probe bleibt unbehandelt. Die Essigprobe und die unbehandelte Probe nehmen nach und nach eine unansehnliche Braunfärbung an, während die Proben mit Ascorbinsäure und Zitronensaft unverändert bleiben.

Die Probe, die mit Essig beträufelt wurde, hat sich ebenso wie die unbehandelte Probe verändert. Der Essig hat einen pH-Wert von ungefähr drei und gehört somit zu den Säuren. Die Essigprobe verdeutlicht, dass die Schutzwirkung gerade nicht auf die Wirkung durch die Säure der Zitrone zurückzuführen ist, sondern tatsächlich auf der antioxidativen Wirkung der Ascorbinsäure beruht. Die Erklärung für die verfärbten (oxidierten) Schnittstellen ist folgende: Ist eine Zelle unbeschädigt, so stellen Zellorganellen abgegrenzte Räume dar. Durch das Aufschneiden oder Reiben werden Begrenzungen (Membranen) zu den Zellorganellen zerstört. Deren Inhalt vermischt sich mit anderen Zellsäften und bestimmte Enzyme werden freigesetzt. Bei Anwesenheit von Sauerstoff kommt es zu einer enzymatischen Oxidation und dabei entsteht ein dunkelbrauner Stoff: Melanin. Dieses Pigment ist auch in Form von Sommersprossen und bei dunkelhäutigen Menschen in der Haut vorhanden.

Die aufgeträufelte Ascorbinsäure verhindert die oben beschriebene Oxidationsreaktion auf der Oberfläche der Äpfel und damit auch die Braunfärbung, indem es selbst den Sauerstoff abfängt und oxidiert. Die Ascorbinsäure selbst wird leicht oxidiert und stellt ein starkes Reduktionsmittel dar. Daher erfolgt auch die Bezeichnung als Antioxidans. Zwar enthält der Apfel selbst auch Ascorbinsäure, allerdings in wesentlich geringerer Menge und so wird er braun, sobald die Ascorbinsäure im Oberflächenbereich aufgebraucht ist. Zitronensaft weist beispielsweise die zehnfache Konzentration auf (siehe Tabelle 3, folgende Seite) und kann somit die Braunfärbung des Apfels für lange Zeit verhindern.

Aus dem täglichen Leben dürfte einigen Kindern bekannt sein, dass dieser Schutzeffekt auch in der Küche zur Anwendung kommt. Beispielsweise wird bei der Zubereitung von Obstsalat zum Schluss etwas Zitrone aufgeträufelt, um die unansehnliche Färbung zu unterbinden. Anhand der Apfelproben können die Kinder direkt feststellen, welches Verfahren die Braunfärbung am wirksamsten verhindert. Die konzentrierte Ascorbinsäure hat den Apfel am besten geschützt und somit können auch Rückschlüsse auf die Schutzwirkung im Organismus gezogen werden. Die Kinder sollen durch dieses Experiment erkennen, was Ascorbinsäure bewirkt und wie bedeutsam deren Zufuhr für den Körper ist.

Ascorbinsäuregehalt in Lebensmitteln messen

Fast alle Pflanzen und die meisten Warmblüter können Ascorbinsäure synthetisieren. Primaten (somit auch der Mensch) können dies nicht und müssen es mit der Nahrung aufnehmen. Vor allem in frischem Obst oder Gemüse, Kartoffeln, in der Milch und in der Leber kommt das essenzielle Vitamin vor.

Ascorbinsäuregehalt einiger Lebensmittel

Lebensmittel

Gehalts-Bereich
in mg/100g

Mittelwert
in mg/100g

Apfel

3 – 25

12

Erdbeere

45 – 94

64

Weintraube

  2 – 7

  4

Zitrone

35 – 62

53

In der Tabelle wird ersichtlich, dass je nach Lebensmittel nennenswerte Unterschiede zu verzeichnen sind. Außerdem gibt es sogar innerhalb einiger Sorten große Schwankungen.

Ein gutes Beispiel, um dies zu verdeutlichen, sind die Äpfel. Es gibt in Deutschland etwa 50 verschiedene Sorten auf dem Markt. Die Abbildung zeigt den Vitamingehalt von neun Apfelsorten im Vergleich. Während ein Apfel der Sorte Berlepsch gut 25 bis 35 mg/100g Ascorbinsäure enthält, bringt es ein Apfel der beliebten, knackigen Sorte Granny Smith gerade mal auf bis zu 4 mg/100g.

Ascorbinsäuregehalt verschiedener Apfelsorten

Bei dem Forscherauftrag „Wie viel Vitamin C steckt im Apfel“ soll der Ascorbinsäuregehalt zweier Apfelsorten untersucht werden. Anschließend wird getestet, ob der Apfel oder die Zitrone mehr Ascorbinsäure enthält. Dass der Name „Vitamin C“ dem Namen „Ascorbinsäure“ entspricht, muss vor der Durchführung thematisiert werden, damit es nicht zu Verwirrung kommt. Es wurde der Ascorbinsäure-Test der Firma Merckoquant verwendet und auf dem Behälter der Teststäbchen ist ausschließlich von Ascorbinsäure die Rede.

Die Äpfel beziehungsweise Zitronen werden aufgeschnitten und die Testzone wird kurz auf die Schnittfläche gedrückt, welche sich dann verfärbt. Die Färbung zeigt im Vergleich mit den aufgedruckten neun Farbfenstern den Anteil von Ascorbinsäure an. Nach zehn Sekunden kann das Ergebnis abgelesen werden. Die Farbreaktion beruht hierbei auf der Reduktionswirkung der Ascorbinsäure.

Farbskala des Ascorbinsäuretests

Farbskala des Ascorbinsäuretests

Im Rahmen des Projekts wurden Äpfel der Sorte Braeburn und der Sorte Granny Smith verglichen. Da die Ergebnisse anhand der oben abgebildeten Skala abgelesen werden müssen und diese nicht besonders kleinschrittig ist , liegen sie relativ nah beieinander. Doch ist ein klarer Unterschied in der Färbung erkennbar: Der Granny Smith führt tatsächlich nur zu einer Verfärbung, die höchstens dem zweiten Fenster (50 mg/l) entspricht, während der Braeburn eine deutlich intensivere Färbung hervorruft.

Das nachfolgende Foto zeigt den direkten Vergleich dreier Apfelsorten. Der Braeburn weist die dunkelste Verfärbung und der Granny Smith die hellste Verfärbung auf, während der Golden Delicious dazwischen anzusiedeln ist. Somit bieten sich die beiden äußeren Apfelsorten (Braeburn, Granny Smith) eher zum Vergleich an, da bei ihnen ein gravierender Unterschied auf der Skala ablesbar ist.

Ascorbinsäuregehalt von drei Apfelsorten

Ascorbinsäuregehalt von drei Apfelsorten

Wird nun noch die Zitrone zum Vergleich herangezogen, zeigt sich die deutliche Differenz eindeutig auf der Farbskala. Wie auch der Tabelle 3 zu entnehmen ist, enthält die Zitrone rund zehnmal soviel Ascorbinsäure wie der Apfel.

Durch diese Messdaten wird auch ein Bezug zum Forscherauftrag „Schutzengel in der Zitrone?“ hergestellt. Werden die beiden Experimente in Kombination durchgeführt, kommt es bei den Teilnehmern der Forscherwerkstatt oftmals zu Aha-Effekten: Der Vitaminanteil im Apfel ist nicht groß genug, um die Braunfärbung über längere Zeit zu verhindern. Außerdem kommt es auch noch auf die Apfelsorte an: Der Granny Smith wird sehr rasch nach dem Aufschneiden braun, während es beim Braeburn merklich länger dauert. Es gibt also sogar innerhalb der Apfelsorten Unterschiede.

Ideal ist es, wenn nach Vorschlägen der Kinder weitere Messungen an Obst und Gemüse eigenständig durchgeführt und dokumentiert werden können. Auch eine Vergleichsmessung von gekochten (geringerer Vitamingehalt) und ungekochten Kartoffeln (höherer Vitamingehalt) macht den signifikanten Unterschied des Gehalts an Vitamin C sichtbar und ist hervorragend geeignet, die Empfindlichkeit der Vitamine bei der Weiterverarbeitung zu thematisieren.