Arbeitsblatt: Stärke Nachweis

FHNW Fachdidaktik Hauswirtschaft Leistungsnachweis Experimente im Hauswirschaftsunterricht Stärke in Lebensmitteln Stärkekörner bei 800-facher Vergrösserung Betreut durch C. Senn Reto Bürgenmeier Thiersteinerallee 79 4053 Basel 076 330 01 78 INHALTSVERZEICHNIS: EINLEITUNG UND BEGRÜNDUNG DER THEMENWAHL 3 INFORMATIONEN ZUR STÄRKE 4 VERSUCHSANLEITUNGEN UND AUSWERTUNG 5 Anmerkungen zu den Versuchen für die Lehrperson 5 Versuch 1: Brot kauen 7 Versuch 2: Der Stärkenachweis 9 Versuch 3: Nachweis von Stärke in verschiedenen Lebensmitteln 11 Versuch 4: Stärkeabbau durch Speichel 13 REFLEXION 15 QUELLEN 16 Seite 2 von 16 Einleitung und Begründung der Themenwahl Ich habe einige Zeit damit zugebracht, ein spannendes Thema zu suchen und darüber Nachzudenken, welches Thema wohl am besten geeignet wäre, um mit Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe im Hauswirtschaftsunterricht zu experimentieren. Schliesslich habe ich mich für das Thema der Stärke entschieden. Dafür gibt es viele Gründe, von denen ich einige aufzählen möchte: Der Stellenwert von Stärke in der Ernährung ist ein Grund. Die Stärke ist eine wichtige Untergruppe der Kohlenhydrate. Diese tragen zu einer ausgewogenen Ernährung bei. Ein anderer Grund ist, dass ich im Vorfeld bemerkt habe, dass mit Stärke gut handlungsorientierte Experimente durchführbar sind. Ich wollte einfache, gut umsetzbare Versuche finden, die auch schülergerecht und ungefährlich durchführbar sind. Ausserdem denke ich, dass bei den Schülerinnen und Schülern anhand der Stärke auch ein Interesse für den Aufbau der anderen Nahrungsmittelbestandteile geweckt werden kann. Die Experimente sind gut im Rahmen einer Unterrichtseinheit zur Verdauung durchführbar oder passen auch, wenn zum Beispiel die Kartoffel oder ein anderes stärkehaltiges Nahrungsmittel als Thema im Unterricht behandelt wird. Seite 3 von 16 Informationen zur Stärke Zu den mengenmässig wichtigen Gruppen der Nährstoffe gehören neben Fetten und Eiweissen die Kohlenhydrate. Von den Kohlenhydraten möchte ich gerne eine wichtige Untergruppe näher Betrachten: die Stärke. Stärke (unten) ist ein Mehrfachzucker (Polysaccharid), das aus vielen miteinander verknüpften Glucosemolekülen aufgebaut ist. Glucose (links) ist ein Einfachzucker (Monosaccharid) und ein wichtiger Energielieferant für uns, aber genauso für Tiere und Pflanzen. Sie gelangt schnell ins Blut und kann von Körper direkt verwertet werden, weshalb Sportler vorm Wettkampf oder Schüler/innen vor Klassenarbeiten noch schnell Dextroenergen essen. Dextrose ist ein weiterer Name für Glucose oder Traubenzucker. Stärke ist ein wichtiger Energielieferant für den menschlichen Körper. Im Körper des Menschen wird die Stärke mit Hilfe von Verdauungsenzymen gespalten und zu den einzelnen Glucosebausteinen abgebaut, die dann dem Stoffwechsel zur Energiegewinnung dienen. Amylase ist ein Enzym das schon im Mund anfängt zu arbeiten, es hilft bei der Verdauung von Stärke. Vorkommen von Stärke: Da Stärke den Pflanzen als Energiereserve dient, kommt sie besonders reichhaltig in Samenkörnern oder anderen Speicherorganen, wie den Kartoffeln vor. Hauptstärkelieferanten sind Kartoffeln, Mais und Weizen. Speisestärke ist wie Rübenzucker ein ziemlich reiner und einheitlicher Stoff, den wir im Lebensmittelgeschäft kaufen können. Im Gegensatz zu Mehl, dessen Hauptbestandteil ja auch Stärke ist, enthält sie keine Mineralstoffe und kein Protein mehr. Verwendung findet Stärke vor allem wegen ihrer dickenden Wirkung (z.B. in Suppen und Saucen). Stärke kann auch zum Kleben verwendet werden (Stärkekleister). Seite 4 von 16 Versuchsanleitungen und Auswertung Anmerkungen zu den Versuchen für die Lehrperson Alle Versuche am besten alleine oder zu zweit durchführen lassen und jeweils mit den Schülerinnen und Schülern vor und nach der Durchführung besprechen. Es braucht jeweils nur sehr geringe Mengen von Jod. Versuch 1 Bei längerem Kauen von Brot (enthält Stärke) nehmen die Schülerinnen und Schüler einen süssen Geschmack im Mund wahr und stellen wahrscheinlich fest, dass im Mund irgendetwas passieren muss. Dieser Versuch hat einführenden Charakter. Anmerkung: Wenn ein Brot eine starke Rinde hat, kann der bittere Geschmack sehr im Vordergrund stehen. Falls nötig mit den Schülerinnen und Schülern besprechen. Erklärung: Die Amylase (ein Enzym) baut die Stärke (ein Mehrfachzucker) zu Glucose (ein Einfachzucker) ab. Versuch 2 Anhand dieses Versuches können die Schülerinnen und Schüler erkennen, das Jod eine Nachweismethode für Stärke ist. Erklärung: Jod, hat eine rotbraune Ursprungsfärbung und verfärbt sich im Zusammenhang mit Stärke dunkelblau bis violettschwarz. Versuch 3 Bei diesem Versuch können die Schülerinnen und Schüler zu verschiedenen Lebensmitteln Vermutungen anstellen und dann überprüfen ob sie Stärke enthalten. Erklärung: Nicht bei allen Lebensmitteln ist klar, ob sie Stärke enthalten. Sehr ergiebig ist nach der Durchführung die Besprechung der Ergebnisse mit den Schülerinnen und Schülern. Versuch 4 Die Schülerinnen und Schüler können feststellen, dass Speichel die Kartoffelstärke abbaut und daher auch die blaue Färbung langsam verschwindet. Erklärung: Die Stärke ist mit Jod dunkelviolett bis schwarz verfärbt. Die Amylase im Speichel baut die Stärke in Glucose ab und damit auch die Jodfarbe. Bei der Besprechung mit den Schülerinnen und Schülern kann der Bezug zum ersten Versuch hergestellt werden. Wahrscheinlich können sie nun beantworten, warum Brot im Mund nach einigem Kauen süss wird. Seite 5 von 16 Allgemein: Wenn wir die Jodlösung direkt auf die Lebensmittel tropfen, sieht der Fleck bei positiver Reaktion fast schwarz aus. Den eigentlichen Farbton kann man noch besser erkennen, wenn man eine Stärkelösung mit Jodlösung versetzt und gegebenenfalls mit Wasser verdünnt, bis man die blauviolette Farbe gegen das Licht gehalten gut erkennen kann. Darum ist auch das Kochwasser von klein geschnittenen Kartoffeln gut geeignet für den Stärkenachweis. Alternativ lassen sich die Versuche auch ohne Reagenzgläser und Reagenzglasständer durchführen. Dafür braucht es dann kleine Gläser und Teelöffel zum rühren. Ein Teller mit intakter Oberfläche und ein gefaltetes Küchenpapiertuch darauf bieten auch eine gute Unterlage anstelle der Petrischale. Für den Versuch 4 kann anstelle des Kartoffelkochwassers auch kalt angerührte Kochstärke genommen werden. Die Enzyme arbeiten am besten bei Körpertemperatur 36C, bei Zimmertemperatur 20C und kälter, wie bei Versuch 4, brauchen sie lä nger für ihre Arbeit. Das heisst es lohnt sich die Proben länger stehen zu lassen, um sie dann später wieder beobachten zu können. Mit Jod eingefärbte Stärkekörner lassen sich auch gut unter dem Mikroskop betrachten (Vergrösserung 100x wählen). Im Tiptopf mit der 17. Auflage finden sich Informationen zum Thema auf den Seiten 386 bis 388 und im neuen Tiptopf mit der 18. vollständig überarbeiteten Auflage auf den Seiten 396 und 425. Die Informationen zur Stärke sind für die Lehrperson gedacht, könnte aber auch den Vorraussetzungen der Schülerinnen und Schülern entsprechend abgegeben und mit ihnen besprochen werden. Hinweis: Jod ist nicht in ganz allen Apotheken erhältlich. Frühzeitig besorgen. Seite 6 von 16 Versuch 1: Brot kauen Der folgende Versuch soll als Einführung dienen. Geräte: Brotmesser, Brotbrett Materialien: Weissbrot (z.B. Baguette) Durchführung: • Schneide das Brot in kleine Stückchen. • Beobachte während der Versuchsdurchführung, wie sich das Brot in Bezug auf die vier Geschmacksrichtungen verhält, benütze dazu die Liste unten • Kaue ein Stück Weissbrot so lange wie möglich Brot Bitter Salzig Süss Sauer Am Anfang nach einigem Kauen nach sehr langem Kauen (mehreren Minuten) Was stellst du fest? Seite 7 von 16 Welche Geschmacksrichtung dominiert am Anfang? Welche am Ende? Aus welchem Nahrungsmittelbestandteil besteht Brot hauptsächlich? Und welches Nahrungsmittel schmeckst du am Ende? Was macht der Speichel mit dem Brot? Erklärung: Brot enthält Stärke. Diese wird durch den Speichel in Zuckerbausteine abgebaut. Seite 8 von 16 Versuch 2: Der Stärkenachweis Stärke im Alltag Wenn du starken Hunger hast, weisst du, dass eine grosse Portion Spaghetti dich gut und schnell satt macht. Das liegt daran, dass in den Spaghetti Kohlenhydrate in Form von Stärke enthalten sind. Die Kohlenhydrate zählen zu den wichtigen Nährstoffen für den menschlichen Körper. Im nachfolgenden Versuch lernst du einen Nachweis kennen, mit dem Stärke in Lebensmitteln nachgewiesen werden kann. Geräte: Reagenzgläser und Reagenzglasständer Materialien: Lebensmittel: Maizena oder Kartoffelstärke Nachweismittel: Jodlösung in Tropffläschchen Sicherheitshinweis Bei allen Experimenten gilt: Bei der Durchführung der Versuche herrscht Essund Trinkverbot. Nicht mit den Händen in die Schleimhautpartien (Augenlieder Mund ) fassen und die Hände am Ende gründlich waschen. Durchführung: In diesem Versuch geht es um die Frage, wie man Stärke mit Jod nachweisen kann. Man nennt dies auch eine Vergleichsprobe, weil man in späteren Versuchen auf diese Ergebnisse zurückgreifen kann. Seite 9 von 16 Nachweis von Stärke: • Tropfe einen kleinen Tropfen Jodlösung auf ein Löschpapier oder Küchenpapier und schreibe unten auf welche Farbe Jod hat. • Gib etwas Kartoffelstärke und etwas Wasser in ein Reagenzglas und schüttle die Stärke vorsichtig auf. • Tropfe ein wenig Jodlösung dazu. • Beobachte was geschieht. Farbe von Jod: Beobachtung: Wie hat sich die Farbe verändert? Erklärung: Mit Jodlösung kann man Stärke nachweisen und so auch in Lebensmitteln sichtbar machen. Seite 10 von 16 Versuch 3: Nachweis von Stärke in verschiedenen Lebensmitteln Geräte: Petrischale, Küchenmesser, Reagenzgläser, Reagenzglasständer Materialien: verschiedene Lebensmittel: Stärkemehl, Mehl, Kartoffeln, Zucker, Salz, Brot, Äpfel, Bananen, Käse, Speiseöl, Reiskörner oder Reiswaffel, Lasagneblätter, Zwiebeln, Rüebli . Nachweismittel: Jodlösung in Tropffläschchen Sicherheitshinweis Bei allen Experimenten gilt: Bei der Durchführung der Versuche herrscht Essund Trinkverbot. Nicht mit den Händen in die Schleimhautpartien (Augenlieder Mund ) fassen und die Hände am Ende gründlich waschen. Durchführung: • Lege Stückchen verschiedener Lebensmittel in die Petrischale und schreibe die dazugehörigen Namen des Lebensmittels in die Liste unten. • Schneide dazu gegebenenfalls passende kleine Stücke zurecht. • Pulvrige Lebensmittel kannst du auch in einem Reagenzglas mit Wasser aufschütteln. • Schreibe zu allen Lebensmitteln deine Vermutung auf, ob Stärke vorhanden ist. • Tropfe nun zu allen Lebensmitteln Jodlösung. • Bei trockenen Lebensmitteln lohnt es sich eventuell ein paar Tropfen Wasser hinzuzugeben. • Beobachte was geschieht! Seite 11 von 16 Probe Lebensmittel Vermutung Beobachtung Ergebnis Stärke: Stärke: Ja Nein Ja Nein Du hast nun einige Beobachtungen gemacht und herausgefunden in welchen Lebensmitteln Stärke enthalten ist und in welchen nicht. Wo waren deine Vermutungen richtig? Wo warst du unsicher? Warum? Seite 12 von 16 Versuch 4: Stärkeabbau durch Speichel Einführung Im Versuch 3 hast du herausgefunden, dass Kartoffeln Stärke enthalten. Die Stärke wird in unserem Körper verdaut, das heisst die Stärkekette wird in seine Zuckerbausteine (Glucose) zerlegt. Diese wird überall in unserem Körper zur Energiegewinnung gebraucht. Den Zerlegungsvorgang kann man sich vorstellen, wie wenn eine Kette in ihre einzelnen Kettenglieder auseinander genommen wird. Bei einer Stahlkette braucht es dazu eine Kneifzange. Im Mund erledigt dies der Speichel mit Hilfe von Amylase. Dies ist ein Enzym, das hilft die Stärke in Zuckerbausteine zu zerlegen. Enzyme sind Proteine in unserem Körper die spezielle Fähigkeiten haben und damit chemische Prozesse beeinflussen können. Der erste Schritt der Verdauung von Nahrungsmitteln findet also schon im Mund statt. Wenn der Speichel arbeitet, kannst du ihm dabei zusehen. Dies zeigt der nachfolgende Versuch. Geräte: Becherglas, Messer, Pfanne, Reagenzgläser, Reagenzglasständer Materialien: Lebensmittel: Kartoffelkochwasser (kleingeschnittene Kartoffel in etwas Wasser aufkochen, Wasser abgiessen, abkühlen lassen und verwenden) Nachweismittel: Jodlösung in Tropffläschchen Sicherheitshinweis Bei allen Experimenten gilt: Bei der Durchführung der Versuche herrscht Essund Trinkverbot. Nicht mit den Händen in die Schleimhautpartien (Augenlieder Mund ) fassen und die Hände am Ende gründlich waschen. Seite 13 von 16 Durchführung: • Verdünne Kartoffelkochwasser mindestens 1:10 und gib Kartoffelkochwasser in ein Reagenzglas bis dieses zu 2/3 gefüllt ist. • Dann gibst du gerade soviel Jodlösung zu (nur wenige Tropfen!), bis die blaue Farbe auch beim Schütteln längere Zeit (mindestens 3-5 Minuten) stabil bleibt. • Stelle dir zwei saubere Reagenzgläser bereit. • Gib etwas Speichel in ein sauberes Reagenzglas hinein. • Verteile nun das mit Jod gefärbte Kartoffelkochwasser auf die beiden bereitgestellten Reagenzgläser und schüttle das Reagenzglas mit dem Speichel vorsichtig. • Nun musst du nur noch warten und beobachten. Probe das Beobachtung Kartoffelwasser mit Speichel Kartoffelwasser ohne Speichel Was kannst du aus diesem Ergebnis folgern? Aus welchen Bausteinen besteht Stärke? Wie ist die Stärke in ihre Bestandteile zerlegt worden? Seite 14 von 16 Reflexion Die Recherche zu diesem Thema hat mir viel Freude bereitet. Ebenso das Durchführen und Ausprobieren der Versuche. Am Anfang fand ich es ziemlich schwierig das Thema einzugrenzen. Ich dachte zuerst, dass ich als Thema die Kohlenhydrate wählen würde, musste dann aber erkennen, dass das den Rahmen sprengen würde und die möglichen Experimente zum Teil nicht so gut durchführbar wären (zum Beispiel die Fehling-Probe als Zuckernachweis). Ich war auf der Suche nach einfachen, gut durchführbaren und verständlichen Experimenten. Diese habe ich dann zu Hause ausprobiert und in der Schule mit meinen Schülerinnen und Schülern durchgeführt. Hierbei handelt es sich um je zwei Klassen Niveau Sekundarschülerinnen und Sekundarschüler im achten und neunten Schuljahr. Die dabei erhaltenen Rückmeldungen halfen mir die Versuchsanleitungen mehrfach dahingehend zu überarbeiten, dass sie verständlicher und klarer wurden. Zu einem guten Gelingen bei der Durchführung trägt bei, wenn die Schülerinnen und Schüler zuerst, die Versuchsanleitung lesen und versuchen das Experiment zu verstehen. Sie sollten erst loslegen dürfen, wenn sie der Lehrperson den Versuchsablauf plausibel schildern können. Dann ist es wichtig, dass das Jod sehr sparsam verwendet wird, die Ergebnisse werden bei allen Versuchen nicht besser durch zuviel Jod. Im Versuch 3 bei trockenen Lebensmitteln (Reis, Teigwaren, Mehl, ) hilft es wenn mit der Tropfflasche oder einfach mit einem Finger noch ein Tropfen Wasser dazugegeben wird. Somit sieht man die Verfärbung am besten. Hilfreich ist es auch die Schülerinnen und Schüler darauf hinzuweisen, die Reagenzgläser nicht zu hoch zu füllen, so sind sie besser geeignet zum schütteln. Zur Besorgung von Jod musste ich feststellen, dass dies in der Apotheke in Basel einfach war und der Apotheker dies auch gleich ungefragt in ein passendes Tropffläschlein abfüllte. In der Apotheke in Laufen war dies auf Anfrage nicht möglich. Bei den abschliessenden Besprechungen mit den Schülerinnen und Schülern wurde beim Rückbezug auf den ersten Versuch meistens klar, was genau beim Kauen von Brot passiert. Sie konnten nun erklären, dass in der Spucke „etwas (ein Enzym) die Stärke zu Zucker „zerkleinert und dass es darum beim Brotkauen süss wird. Mit Worten wie Enzym oder Amylase haben sie eher Mühe, lassen sich diese aber erklären. Insgesamt empfand ich das Arbeiten an diesen Experimenten und das Durchführen derselben als sehr befriedigend. Ich denke, dass ich viel dazulernen konnte. Seite 15 von 16 Quellen • Ernährungslehre zeitgemäss praxisnah, 8. Auflage 2000, Bildungsverlag EINS – Gehlen • Tiptopf, 17. Auflage 2005, Schulverlag blmv AG Stärke • Tiptopf, 18. Auflage vollständig überarbeitet 2008 schulverlag blmv AG Stärke • S. 386-388 S. 396/425 Seite 16 von 16