L 02.1

Experimentelle Lebensmittelchemie für den Unterricht

Backpulver

Anleitung für Lehrer, Arbeitsblatt für Schüler

Erstellt und ausprobiert von Steffen Lorenz.

Zeitbedarf: ca. 45 Minuten.
Zusammenhang: pH-Wert, Flammenfärbung
Material:
  • Uhrglas
  • Magnesia-Stäbchen
  • Brenner
  • Messzylinder 10mL
  • Messpipetten 1mL
  • 2 Reagenzgl. d=18mm
  • 1 Reagenzgl. d=30mm
  • 3 Bechergläser 50ml
  • Reagenzglasständer für 18- und 30mm-RG
  • Pasteurpipette mit Hütchen
  • Waage 0,0g
  • Alu-Folie (zum wiegen)
  • pH-Meter, Messkette
  • Schnappdeckelglas 10ml
  • Backpulver (mit Säuerungsmittel "Phosphat" E 405a)
  • Universalindikatorpapier
  • Universalindikatorstäbchen pH 0-14
  • Spezialindikatorstäbchen 6,5-10
  • Entsorgungsbehälter B1 (schwermetallhaltige Salze außer Quecksilber)
  • Pulverspatel ab 6mm
  • Reagenzglashalter f. 18- und 30mm
  • Glimmspan
Chemikalien:
  • Salpetersäure w=15%
  • Iod-Kaliumiodid-Lösung
  • gesättigte Ammoniummolybdat-Lösung (w ~ 5%)
  • NaHCO3
  • NaH2PO4
  • Na2HPO4
Durchführung 1: Ein Spatel Backpulver wird in einem Schnappdeckelglas in ca. 10ml Wasser suspendiert; von der Suspension etwas auf das Uhrglas gießen. Magnesia-Stäbchen in der Brennerflamme zur Rotglut erhitzen. Das Uhrglas geneigt und sehr nahe an ein Luftloch des Brenners halten und das heiße Stäbchen (am Luftloch!) in die Suspension eintauchen.
Beobachtung 1: Gelborange Flammenfärbung.
Deutung 1: Die gelborange Flammenfärbung zeigt die Anwesenheit von Natrium-Kationen an.
Durchführung 2.1: Die restliche Suspension wird mit Universalindikatorpapier, Universalindikatorstäbchen, Spezialindikatorstäbchen und der Messkette getestet. 
Beobachtung 2.1:
  pH-Wert (gemessen) pH-Wert (Erfahrung)
Universalindikator, Papier 7 7
Universalindikator, Stäbchen 0-14 7 7
Spezialindikator, Stäbchen 6.5-10 7.1 7.1
Messkette 6.8 6.7
Durchführung 2.2: Zum Vergleich werden jeweils 1g NaHCO3, NaH2PO4 und Na2HPO4 in den Bechergläsern in 30ml Wasser gelöst und die Lösungen mit der Messkette auf ihren pH-Wert getestet.
Beobachtung 2.2:
  pH-Wert (gemessen) pH-Wert (Erfahrung)
Lösung NaHCO3 9 8.2
Lösung NaH2PO4 5 4.4
Lösung Na2HPO4 10 9.3
Deutung 2.1 + 2.2: Die gemessenen pH-Werte der Referenzlösungen dienen der Abschätzung des Mischungsverhältnisses der Backtriebmittel im Backpulver.
Durchführung 3: Ein Spatel Backpulver wird in einem Reagenzglas in 10ml Wasser suspendiert. Tropfenweise wird mit einer Pasteur-Pipette Iod-Kaliumiodid-Lösung zugegeben.
Beobachtung 3: Die Suspension färbt sich blau.
Deutung 3: Im Backpulver muss also Stärke vorhanden sein.
Durchführung 4: Ein Spatel Backpulver wird in einem Reagenzglas in 10ml Wasser suspendiert. Die Suspension wird vorsichtig mit dem Brenner erhitzt; danach wird die Glimmspanprobe durchgeführt.
Beobachtung 4: Erlöschen des glimmenden Spans.
Deutung 4: Beim Erhitzen der Suspension muss ein Gas entstehen, welches den Glimmspan zum Erlischen bringt. Dabei kann es sich nur um Kohlendioxid handeln.
Durchführung 5: Ein Spatel Backpulver wird in einem Reagenzglas in 10mL Salpetersäure w=15% suspendiert. Schwenken, bis Gasentwicklung aufgehört hat. In der Brennerflamme 10-30s erhitzen, dann 5-10mL Molybdatlösung zugeben.
Beobachtung 5: Zunächst tritt eine Gelbfärbung der Suspension ein, nach Abkühlen kommt es zum Ausfallen eines gelben Niederschlags.
Deutung 5: Der gelbe Niederschlag ist ein Nachweis auf im Backpulver vorhandenes Phosphat.
Entsorgung: aus 1-4: E1 (Verdünnen, in den Ausguss geben)
aus 5: B1 (anorganische Abfälle flüssig/gelöst, Schwermetallsalze)
Quelle: Gietz,P.: in ChidS 5, 1994, S. 185 - 193.
Literatur:
  1. Belitz, H.-D. / Grosch, W.: Lehrbuch der Lebensmittelchemie
  2. Kirk-Othmer: Encyclopedia of chemical technology, 4th Edition, John Wiley&Sons, New York 1994, 3, 892 ff.
  3. Täufel, A. /  Tunger, L. / Zobel, M.: Lebensmittel-Lexikon, VEB Fachbuchverlag, Leipzig 1979.
Hintergrund: Backpulver ist ein Gemisch aus bestimmten chemischen Substanzen, das bei der Herstellung von Backwaren zur Teiglockerung eingesetzt wird. Die Lockerung des Teiges beruht auf dem Freiwerden von Gasen (meist Kohlendioxid CO2) während des Backvorgangs. Chemische Stoffe, die derartige Gase freisetzen werden als Backtriebmittel bezeichnet. Der wohl bekannteste Vertreter ist das Natriumhydrogencarbonat NaHCO3 (Natron). Dieses setzt beim Erhitzen CO2 frei:

Das bei dieser Reaktion ebenso entstehende Natriumcarbonat Na2CO3 (Soda) besitzt einen seifigen Geschmack. Aus diesem Grund werden  verschiedene andere Verbindungen als CO2-Quelle dem Backpulver zugesetzt. Von der Art dieser sogenannten Säureträger hängt die Freisetzungsgeschwindigkeit des Kohlendioxids ab; die eingesetzte Natronmenge bestimmt das Volumen an freigesetztem CO2. Drei Gruppen von Verbindungen kommen in Frage (Beispiele bzw. Gleichungen):

  

1. (saure) Salze der Phosphorsäure:

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2. Salze der Schwefelsäure:

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Bei Natriumaluminiumsulfat handelt es sich um ein wasserfreies Doppelsalz, welches erst in der Hitze reagiert.

  

3. Weinstein (Kaliumsalz der (R,R)-(+)-Weinsäure:

Als weiterer Bestandteil werden sogenannte Trennmittel zugesetzt: Mais-, Reis-, vor allem aber Weizenstärke. Sie sollen eine vorzeitige CO2-Entwicklung verhindern; außerdem verhindert die Stärke ein Klumpen.

  

Einer vorzeitigen CO2-Entwicklung kann auch mit "zweistufigen Backpulvern" entgegengewirkt werden:

  • Teigbereitung (T ~ 20-35°C): z.B. Ca(H2PO4)2 setzt schnell CO2 frei (Vortrieb)

  • Backvorgang (T ~ 250°C): Na2H2P2O7 setzt langsam CO2 frei (Nachtrieb).

Für Lebkuchen, Spekulatius, Plätzchen und Kekse, also für scharf durchgebackene, flache Backwaren verwendet man als Backtriebmittel Hirschhornsalz, einem Gemisch aus Ammoniumhydrogencarbonat NH4HCO3 und Ammoniumcarbaminat H2N-COO-NH4+. Es zersetzt sich ab 60°C in NH3, CO2 und H2O. Seinen Namen hat das Hirschhornsalz von einem Salz, welches man früher durch trockene Destillation stickstoffhaltiger Stoffe, wie Hirschgeweihe (-horn), Leder und Hufe gewonnen hat.

© Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de