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Nachweis von Glukose und Cellulose 06:45 min

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Transkript Nachweis von Glukose und Cellulose

Hallo! In fast allen unseren Lebensmitteln ist Glukose, also Traubenzucker, enthalten. Dieser kommt nicht nur in Trauben vor, sondern steckt auch in Brot, Mais oder Kartoffeln, in Süßigkeiten und Früchten. Cellulose ist ein Ballaststoff und ist in den Zellwänden von Obst, Gemüse, Getreide, Kartoffeln und Hülsenfrüchten enthalten. Er kann von der menschlichen Verdauung nicht aufgeschlüsselt werden. Jammerschade, denn im Grunde besteht Cellulose aus einer langen Kette von unverzweigten Glukosemolekülen. In diesem Video geht es um den Nachweis dieser beiden Stoffe. Du wirst lernen, wie du den Versuch aufbaust und durchführst, welche Beobachtungen du erwarten kannst und wie du diese anderen erklären kannst. Beginnen wir mit dem Glukosenachweis: Für den Versuchsaufbau legt ihr am besten ein paar Reagenzgläser in einem Reagenzglasständer bereit. Außerdem einen Reagenzglashalter, Pipetten, einen Bunsenbrenner und als Chemikalien die Lösung Fehling 1 und Fehling 2. Natürlich brauchst du auch ein paar Lebensmittel, in denen du Glukose nachweisen willst, zum Beispiel Milch, Birnen, Äpfel oder Brot. Bei der Durchführung setzt du zuerst eine Schutzbrille auf, um deine Augen vor der ätzenden Lösung zu schützen. Dann stellst du aus den beiden Lösungen ein Gemisch zu gleichen Teilen her. Ein Reagenzglas befüllst du mit etwas Wasser und dem zerkleinerten Nahrungsmittel, zum Beispiel Brot. Das zweite bleibt ohne nachzuweisende Substanz. Diese Probe ist die Blindprobe. Beide Reagenzgläser werden geschüttelt. Zu jeder Probe gibst du nun einige Tropfen des Fehling-1- und Fehling-2-Gemisches. Als letzten Schritt erhitzt du die Proben vorsichtig über dem Bunsenbrenner. Beachte den Siedeverzug! Wenn du zu schnell und zu stark erhitzt, bilden sich große Gasblasen, die explosionsartig aus dem Gefäß entweichen. Die Flüssigkeit kann durch den schnellen Temperaturanstieg nicht sieden, also nicht verdampfen. Wenn alles geklappt hat, machst du folgende Beobachtung: Die Probe mit dem glukosehaltigen Nahrungsmittel verfärbt sich von blau über gelb-braun zu orange-rot. Die Blindprobe bleibt in der Farbe des Fehling-Gemischs, blau. Wie lässt sich dieser Farbumschlag erklären? Zunächst musst du wissen, dass durch die Mischung von Fehling 1 und Fehling 2 ein Komplex aus zwei Kupfer(II)-Ionen entsteht. Dieser sorgt für die blaue Farbe. Werden nun Aldehyde in Form von Glukose hinzugegeben, geben die Aldehydgruppen Elektronen ab. Das ist eine Oxidation. Zweifach positiv geladene Kupfer(II)-Ionen werden zu einfach positiv geladenen Kupfer(I)-Ionen reduziert. Diese können sich nicht mehr als Komplex halten und werden zu rotem Kupfer(I)-oxid. Der Cellulosenachweis läuft so ähnlich ab. Für den Versuchsaufbau brauchst du nur Glaspipetten mit Pipettenhütchen, die Chemikalien Zinkchlorid beziehungsweise Iod-Kaliumiodidlösung und eine Petrischale. Als cellulosehaltigen Stoff nimmst du zum Beispiel ein weißes Blatt Papier, einen Haushaltsschwamm, Puddingpulver oder Watte. Um den Versuch durchzuführen, legst du jeweils eine Probe in eine Petrischale und gibst mit der Pipette einige Tropfen Zinkchlorid beziehungsweise Iod-Kaliumiodidlösung hinzu. Denk auch an die Blindprobe, für die du einen nicht cellulosehaltigen Stoff verwendest und an die Schutzmaßnahmen. Nun kannst du eine intensive dunkelviolette bis schwarze Färbung beobachten. Die Erklärung für dieses Phänomen beginnt mit der Quellung der Cellulosefasern durch Zinkchlorid. Dabei lagern sich Zink-Ionen zwischen den Polymersträngen an und bilden Komplexe mit den Hydroxylgruppen der Cellulose. DAs bewirkt den Abbau der Cellulosekette. Die Abstände zwischen den Polymersträngen werden so groß, dass große Polyiodid-Ionen eingelagert werden. Der entstehende Komplex sorgt für die violette Färbung. Fassen wir noch einmal zusammen: Glukose in Lebensmitteln weist du mit einem Gemisch aus Fehling 1 und Fehling 2 nach. Nach dem Erhitzen wird die blaue Färbung zum roten Niederschlag. Die Aldehydgruppen der Glukose geben Elektronen ab, die die Kupfer(II)-Ionen der Komplexe der Fehlingschen Lösung zu Kupfer(I)-Ionen reduzieren. Rotes Kupfer(I)oxid entsteht. Beim Cellulosenachweis wird die Probe mit wenigen Tropfen Zinkchlorid beziehungsweise Iod-Kaliumiodidlösung beträufelt. Sie verfärbt sich violett. Die Cellulosefasern quellen auf, sodass sich Polyiodid-Ionen zwischen den Polymersträngen anlagern. Ein Komplex entsteht. Bei den Versuchen ist es wichtig, eine Blindprobe zu machen und an Schutzbrille, Siedeverzug und die ätzende Wirkung der Chemikalien zu denken. Jetzt bist du gut informiert für den nächsten Schulversuch. Tschüss!

1 Kommentar
  1. Sehr gut gemacht! Danke :)

    Von Reinhard Giselbrecht, vor fast 3 Jahren

Nachweis von Glukose und Cellulose Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Nachweis von Glukose und Cellulose kannst du es wiederholen und üben.

  • Schildere die Notwendigkeit einer Schutzbrille.

    Tipps

    In den meisten Laboren hängt dieses Schild. Sieht man dieses Gebotszeichen, sollte man auf jeden Fall einen „Augenschutz tragen“. In vielen Laboren ist es verboten, es ohne Schutzbrille zu betreten – unabhängig davon, ob für das Experiment gefährliche Chemikalien benötigt werden oder nicht.

    Personen mit langen Haaren müssen diese immer mit einem Haargummi zusammenbinden. Das schützt davor, dass sie in die Flamme eines Bunsenbrenners hängen und so Feuer fangen. Die Haare hinter die Brillenbügel zu klemmen, reicht bei Weitem nicht aus.

    Trägt man eine Brille als Sehhilfe, kann diese keinesfalls eine Schutzbrille ersetzen. Deshalb gibt es Schutzbrillen speziell für Brillenträger. Diese sind etwas größer, damit man sie über der eigenen Sehhilfe tragen kann.

    Lösung

    Bei jedem Experiment kann etwas schiefgehen, so wie bei dieser armen Chemikerin. Umso wichtiger ist es, dass man durch Schutzkleidung ausreichend geschützt ist. Dazu zählen neben der Schutzbrille auch ein Kittel, der bis zum Hals zugeknöpft ist, und in manchen Fällen spezielle Handschuhe, die vor ätzenden Säuren oder Verfärbungen schützen. Weitere Schutzmaßnahmen sind das Zusammenbinden von langen Haaren, ein aufgeräumter Versuchsaufbau, sicheres Stehen aller Geräte und Chemikalien und ein Abzug.

    Schutzbrillen sind nicht unbedingt kleidsam und können durch Kratzer die Sicht einschränken. Gelangen jedoch heiße, giftige oder ätzende Chemikalien in die Augen, riskiert man weitaus schlimmere Folgen. Dazu sollte man es nicht kommen lassen!
    Eine Schutzbrille schützt vor ätzenden Chemikalien, Glasbruch, kochenden und umherspritzenden Flüssigkeiten usw.

    Übrigens gibt es für Brillenträger spezielle Schutzbrillen, die groß genug sind, um die Sehhilfe nicht absetzen zu müssen. Auf Kontaktlinsen sollte man beim Experimentieren grundsätzlich verzichten. Sollte es doch dazu kommen, dass etwas Ätzendes in den Augenbereich kommt, würde sich diese zwischen Auge und Kontaktlinse sammeln – eine Augendusche oder das Auswaschen der Augen wäre also nutzlos.

  • Beschreibe die Versuchsdurchführung des Glukosenachweises.

    Tipps

    Da zu Beginn das Gemisch aus Fehling I und Fehling II hergestellt wird, muss davor eine Schutzbrille aufgesetzt werden, da die beiden Chemikalien ätzend sind.

    Zum Schluss werden die beiden Proben (Probe mit zu untersuchender Substanz und Blindprobe) vorsichtig erhitzt. Achtung: Siedeverzug!
    Danach kann eventuell eine Verfärbung beobachtet werden.

    Lösung

    Versuchsdurchführung

    1. Setze eine Schutzbrille auf. Du hast es mit ätzenden Chemikalien zu tun.
    2. Stelle ein Gemisch aus Fehling I und Fehling II im Verhältnis 1:1 her.
    3. Fülle in ein Reagenzglas etwas Wasser und die zu untersuchende Substanz.
    4. Fülle in ein zweites Reagenzglas die gleiche Menge Wasser. Diese Probe dient als Blindprobe.
    5. Schüttle beide Reagenzgläser.
    6. Befülle beide Reagenzgläser mit dem Gemisch aus Fehling I und Fehling II.
    7. Erhitze beide Reagenzgläser vorsichtig. Beachte den Siedeverzug!
    8. Notiere deine Beobachtung.
    Übrigens: Wenn sich die Blindprobe verfärbt, ist entweder das Wasser oder die Chemikalien verunreinigt. Auch eine Verunreinigung des Reagenzglases kann nicht ausgeschlossen werden. Auf jeden Fall kann jede weitere Beobachtung ebenfalls aufgrund von Verunreinigungen fehlerhaft sein.

  • Bestimme für die jeweiligen Versuche die benötigten Geräte und Chemikalien.

    Tipps

    Zum Nachweis von Glukose wird ein Gemisch aus Fehling I und Fehling II angefertigt.

    Cellulose kann mit Iod-Kaliumiodid-Lösung (Lugolsche Lösung) oder Iod-Zinkchlorid-Lösung nachgewiesen werden.

    Der Nachweisversuch von Glukose wird mit Reagenzgläsern durchgeführt, für den Cellulosenachweis wird u. a. eine Petrischale benötigt.

    Lösung

    Um Glukose nachzuweisen, werden folgende Geräte und Chemikalien benötigt:

    • Reagenzgläser,
    • Reagenzglashalter und -ständer
    • Pipetten
    • Bunsenbrenner
    • Fehling I und Fehling II
    • Wasser
    Der Versuch zum Nachweis von Cellulose benötigt nicht ganz so viele Geräte:
    • Petrischale
    • Glaspipette
    • Iod-Zinkchlorid-Lösung oder Iod-Kaliumiodid-Lösung (Lugolsche Lösung)

  • Untersuche die Verdauung von Cellulose.

    Tipps

    Ein kleiner Exkurs in die Welt der Symbiose:
    Eine Symbiose ist eine Wechselbeziehung zwischen zwei Lebewesen, aus denen beide Partner einen Vorteil ziehen. Man unterscheidet Endosymbionten, die im Körper ihres Partners leben und Ektosymbionten, die außerhalb ihres Symbiosepartners leben.
    Die wohl wichtigste Symbiose ist die zwischen Bienen und Blütenpflanzen.

    Cellulasen sind Enzyme, die in der Lage sind, Cellulose in ihren Grundbaustein (β-Glucose) zu zerlegen. Einige Tiere wie Weinbergschnecken und Termiten besitzen das Enzym und sind damit direkt zur Celluloseverdauung befähigt.

    Lösung

    Von Wiederkäuern kennt man, dass sie Cellulose, im Gegensatz zu vielen anderen Tieren, verdauen können. Allerdings wird oft nicht erwähnt, dass sie dazu nur in der Lage sind, weil sie mit Mikroorganismen in Symbiose (Endosymbiose) leben, die Cellulose verstoffwechseln können. Solche Bakterien sind auch beim Menschen zu finden, die ihm die Verdauung zu kurzkettigen Fettsäuren erlauben. Da Cellulose aber in der Regel unverdaulich ist, gilt es als Ballaststoff.

    Einige Tiere besitzen sogar cellulosespaltende Enzyme, die Cellulasen. Damit können sie Cellulose direkt verdauen und sind nicht auf Symbionten angewiesen. Dazu zählen einige Schnecken, Muscheln, Krebse, Fadenwürmer und Insekten wie Termiten.

    Interessant ist, dass die beiden Vielfachzucker Stärke und Cellulose sehr ähnlich aufgebaut sind, denn ihr Grundbaustein ist jeweils Glucose. Allerdings ist die Bindung zwischen den Glucosemolekülen bei beiden Polysacchariden verschieden, sodass nur Stärke von den Verdauungsenzymen der meisten Tiere verstoffwechselt werden kann. Zur Celluloseverdauung werden dagegen Cellulasen benötigt – oder entsprechende Mikroorganismen, die Cellulose spalten können.

  • Entscheide, welche der dargestellten Lebensmittel Cellulose enthalten.

    Tipps

    Besonders Obst und Gemüse enthalten viel Cellulose, da Cellulose Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände ist.

    Süße Lebensmittel enthalten in der Regel auch viel Glukose.

    Lebensmittel wie Fisch (z. B. Dorsch, Hering) oder Milchprodukte enthalten in der Regel weder Glukose noch Cellulose. Dafür sind sie reich an Eiweißen.

    Lösung

    Cellulose ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände. Somit ist diese organische Verbindung der häufigste Vielfachzucker (Polysaccharid). Sie ist unverzweigt und kann aus zehntausend aneinandergereihten Glucosemolekülen bestehen.
    Wir finden Cellulose vor allem in Obst und Gemüse vor.
    Übrigens hat Cellulose als Lebensmittelzusatzstoff die Nummern E 460 bis E 466. Es wird z. B. als Verdickungsmittel verwendet.

    Sehr viele Lebensmittel enthalten Glucose (Traubenzucker). Dieser Einfachzucker gehört zu den Kohlenhydraten. Er ist Baustein aller Zwei- und Mehrfachzucker (z. B. Lactose, Stärke, Cellulose). Glucose wird von Pflanzen über den Prozess der Fotosynthese gewonnen.
    Wir finden Glucose vor allem in Honig, Süßigkeiten, Obst und Obsterzeugnissen (wie Konfitüre).

    In Milch, Milchprodukten, Fisch und Ei finden wir eher wenige bis keine Kohlenhydrate, dafür sind diese Nahrungsmittel aber reich an Eiweißen.

  • Erkläre die Farbreaktionen bei den Versuchen zum Nachweis von Glukose und Cellulose.

    Tipps

    Komplexe aus Kupfer(II)-Ionen $(Cu^{2+})$ erscheinen blau. Sie werden zu roten Kupfer(I)-Ionen $(Cu_2O)$ reduziert, während Aldehyde (wie Glukose) oxidiert werden. Es handelt sich hier um eine Redoxreaktion.

    Hermann Fehling veröffentlichte im Jahr 1848 eine Nachweisreaktion, die es ermöglichte, Zucker im Harn festzustellen. Die Chemikalien, die heute immer noch zum Nachweis von Zucker (Glukose) genutzt werden, wurden nach dem deutschen Chemiker benannt.

    Lösung

    Die Fehling-Probe wird zum Nachweis von Glukose genutzt. Die hellblaue Fehlingsche Lösung I wird im gleichen Verhältnis mit der farblosen Fehlingschen Lösung II vermischt. Es entsteht eine dunkelblaue Lösung. Kommt sie mit Glukose in Verbindung, kommt es zur Verfärbung von blau über gelb zu rot.
    Dieser Nachweis wurde Ende des 19. Jahrhunderts von Hermann Fehling entdeckt und war zur Diagnose von Diabetes bedeutend.

    Um Cellulose nachzuweisen, wird Iod-Kaliumiodid-Lösung oder Iod-Zinkchlorid-Lösung genutzt. Ersteres wird auch zum Nachweis von Stärke genutzt (ebenfalls ein Vielfachzucker). Fällt der Nachweis positiv aus, kommt es zur violett-blauen bis hin zur schwarzen Verfärbung.