Coca-Cola Experimentell Aufbereitet
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Getränke spielen in der Ernährung eine wesentliche Rolle. Sie liefern neben der notwendigen Flüssigkeit andere wichtige Nährstoffe, wie Kohlenhydrate, Mineralstoffe und Vitamine. Täglich sollten mindestens 1,5 bis 2,0 Liter gleichmäßig über den Tag verteilt getrunken werden. Da pures Wasser auf Dauer etwas eintönig ist, haben die Menschen schon früh nach einer Alternative gesucht. In Italien war bereits im Mittelalter ein Getränk aus Limonen- und Zitronensaft bekannt, das sie "lemonata" nannten. Aber erst 1650 wurde in Paris die erste "Limonade" erwähnt. Und es dauerte noch zwei weitere Jahre, bis ein Verfahren entwickelt wurde, das die Sättigung von Wasser mit Kohlensäure ermöglichte. Um 1800 wurden in Dresden und Philadelphia, die ersten kohlensäurehaltigen Erfrischungsgetränke hergestellt. 1886 stellt der Apotheker Dr. John S. Pemperton in Atlanta einen Sirup her, der mit Sodawasser vermischt, zunächst gegen Kopfschmerzen und Müdigkeit gedacht war. Das Getränk, das unter dem Namen "Coca-Cola" bekannt wurde, ist heute das bekannteste und meistgetrunkene Erfrischungsgetränk auf der Welt. In den vergangenen 40 Jahren stieg der Verbrauch an Erfrischungsgetränken in Deutschland von 33 Litern auf rund 86 Liter pro Person, und das bei einem Gesamtgetränkekonsum von fast 210 Litern pro Kopf. In meiner Facharbeit versuche ich das Thema Cola für die Schule aufzubereiten. Dazu habe ich vier Arbeitsblätter mit fünf Experimenten ausgearbeitet und werde im folgenden einige Hintergrundinformationen zu den Versuchen geben.
Im ersten Versuch wird mit Hilfe der Chromatografie der Cola Farbstoff analysiert.
Unter der Chromatografie versteht man ein Adsorptionsverfahren zur Trennung von Gemischen chemisch nahverwandter Stoffe. Das älteste Verfahren ist die Säulenchromatografie, die auf Untersuchungen von Tswett zurückgeht, der ein Adsorptionsverfahren zur Trennung von Pflanzenfarbstoffen entwickelte. Das Prinzip der Chromatografie beruht auf einem Wechselspiel zwischen vorwärtstreibender und zurückhaltender Kräfte. Das zu trennende Substanzgemisch wandert mit Hilfe einer Flüssigkeit, der mobilen Phase, an einem festen Stoff, der stationären Phase, vorbei, wobei sich bei der Papierchromatografie die Substanzen entsprechend ihrer Löslichkeit in den beiden Phasen verteilen. In unserem speziellen Fall wird der Versuch mit der Rundfiltertechnik durchgeführt, bei der man sich eines Rundfilters bedient, der in der Mitte durch einen Docht aus Filterpapier in das Lösungsmittel (hier: Wasser) eintaucht. Den Colasirup bringt man neben dem Docht auf das Rundfilter auf. Das aufsteigende Wasser wandert vom Mittelpunkt zweidimensional über das Rundfilter und die Komponenten müßten sich in, scharf begrenzten, wachsenden Ringen verteilen. In dem vorliegenden Beispiel ist aber keine sichtbare Trennung festzustellen, das ist darauf zurückzuführen, daß der Cola-Farbstoff aus keinem Substanzgemisch, sondern nur dem reinen Farbstoff Zuckerkulör besteht. Da am Ende der Chromatografie keine klar definierte Zone, die zum Vergleich nötig wäre, sichtbar ist, kann man sagen, daß der Versuch zwar relativ einfach, aber wenig aussagekräftig ist. Ich empfehle deshalb den Versuch mit anderen Trägern oder Fließmitteln noch einmal durchzuführen und die Ergebnisse zu vergleichen.
Der Farbstoff Zuckerkulör ist ein Lebensmittelzusatzstoff. Der Begriff Zusatzstoff ist klar definiert: " Zusatzstoffe sind alle Stoffe, die nicht normale Lebensmittelrohstoffe oder deren Inhaltsstoffe sind und bei der Herstellung von Lebensmitteln zum Einsatz kommen." Zusatzstoffe die eine EWG-Nummer tragen, sind über das europäische Lebensmittelrecht für alle Mitgliedstaaten der Europäischen Union geregelt. In der gesamten EU gelten also die gleichen Kurzbezeichnungen, so hat zum Beispiel das einfache Zuckerkulör die Bezeichnung E 150a oder die Orthophosphorsäure die EWG-Nummer E 338. Ein Lebensmittelzusatzstoff darf nur dann verwendet werden, wenn dies nachweislich technologisch notwendig und gesundheitlich unbedenklich ist. Heutzutage erfolgen diese Untersuchungen nach international geltenden Richtlinien, wobei theoretisch davon ausgegangen wird, daß ein Verbraucher einen Zusatzstoff sein Leben lang täglich in der maximalen Menge zu sich nimmt.
Da Cola ein, wie weitläufig bekannt, sehr zuckerhaltiges Getränk
ist, kann man, wie in Versuch 2 beschrieben, den Zuckergehalt
durch die Dichte bestimmen. Wenn man Zucker in Wasser löst erhöht
man dadurch die Dichte. Die Dichte von reinem Wasser beträgt 1g/cm³,
folglich muß die Dichte einer zuckerhaltigen Lösung über
diesem Wert liegen. Zunächst muß eine Vergleichstabelle mit
verschiedenen Zuckerkonzentrationen angefertigt werden. Dazu
wiegt man 100 ml Wasser mit verschiedenen Zuckerportionen und
bildet den folgenden Quotienten:
Danach muß aus der Cola die Kohlensäure ausgetrieben werden, da sie die Dichte des Getränks erheblich verringert. Dies geschieht am besten bei einer konstanten Temperatur zwischen 60 und 80° Celsius. Nach dem Abkühlen wird auch hier über die Masse die Dichte, nach dem obigen Quotienten, bestimmt und der Wert mit der Tabelle verglichen.
Zucker gehört zu der Familie der Kohlenhydrate, ist ein reines Naturprodukt und auch unter dem Namen Saccharose bekannt. Gewonnen wird er aus dem in tropischen und subtropischen Regionen wachsenden Zuckerrohr oder aus der heimischen Zuckerrübe. Er liefert Gehirn, Nervensystem und Muskeln neuen Brennstoff, der die Konzentrationsfähigkeit erhöht oder bei starkem Leistungsabfall diesen kurzzeitig kompensiert. Der Effekt beruht darauf, daß der in Flüssigkeiten enthaltene Zucker sehr rasch über die Darmwand ins Blut aufgenommen werden kann und sofort als Energie zur Verfügung steht. Im Vergleich zu anderen Nährstoffen wie Fett oder Alkohol ist Zucker relativ kalorienarm. So wird für ein Gramm Zucker ein Brennwert von 4 kcal (17 kJ) angegeben, im Vergleich zu 7 kcal (29 kJ) für die dieselbe Menge Alkohol oder 9 kcal (38 kJ) bei Fett.
Der dritte Versuch ist der Nachweis von Kohlenstoffdioxid in Cola. Dazu verwenden wir einen Heizpilz, da durch eine Bunsenbrennerflamme nur eine bestimmte Region des Glases erhitzt würde, und so die Gefahr eines Risses besteht. Außerdem verläuft die Erwärmung mit dem Heizpilz gleichmäßiger und muß nicht unter ständiger Beobachtung stehen. In der mit dem Rundkolben verbundenen Waschflasche befindet sich Kalkwasser, das am besten vor dem Versuch frisch angefertigt werden sollte. Während des Versuchs fällt in der Waschflasche ein weißer Niederschlag aus. Die Reaktion zwischen Kohlenstoffdioxid und Kalkwasser lautet wie folgt: CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3 ¯ + H2O. CaCO3 nennt man auch Calciumcarbonat oder Marmor. Dieser Versuch ist relativ einfach und anschaulich, um zum Beispiel Nachweisreaktionen einzuführen.
Der Nächste Versuch ist der Nachweis von Phosphat bzw. Phosphorsäure mit Hilfe von Ammoniummolybdat. Dazu verdünnt man zunächst die Cola, säuert sie mit konzentrierter Salpetersäure an und tropft dann Ammoniummolybdat hinein. Es bildet sich ein gelber Niederschlag aus, der durch die Eigenfärbung der Cola nur sehr schlecht zu erkennen ist. Wenn man die Cola zu sehr verdünnt, ist keine Reaktion sichtbar und man kann noch etwas Cola dazu geben. Die Reaktionsgleichung zu diesem Versuch lautet:
H2PO4- + 22 H+ + 3 NH4 + 12 MoO42- ® (NH4)3[(P(Mo3O10)4 · aq] ¯ + 12 H2O
Phosphorsäure ist genauso wie das Zuckerkulör ein Lebensmittelzusatzstoff, sie zählt allerdings zu den Emulgatoren und Säuerungsmitteln und trägt die EWG-Nummer
E 338. Sie kommt in Form ihrer Salze, der Phosphate, in Fruchtsäften vor und wird wegen ihrer milden sauren Wirkung anstelle von Wein- oder Zitronensäure in Limonaden verwandt. Die Phosphorsäure verleiht Cola den charakteristischen Geschmack.Wir haben nun nachgewiesen, daß Phosphorsäure ein Bestandteil der Cola ist. Im letzten Versuch kann man mittels der Titration eine quantitative Bestimmung der Säure machen.
Dazu verwendet man eine 0,1 molare Natronlauge (um genauere Ergebnisse zu erhalten, wäre eine 0,01 molare NaOH - Lösung von Vorteil), mit der die Cola titriert wird. Da es aufgrund der Eigenfarbe der Cola nicht möglich ist einen zuverlässigen Indikator einzusetzen, führe ich eine Leitfähigkeitstitration durch. Wichtig für die Berechnungen ist der NaOH - Verbrauch zwischen pH 4,5 und pH 9,5. Da die Cola einen eigenen pH-Wert von ca. 2,3 hat, ist es schwer die Konzentration der Orthophosphorsäure anzugeben. Bei diesem pH - Wert liegen nämlich nur noch ca. 50 % der Orthophosphorsäure undisoziiert vor. Die Orthophosphorsäure ist eine dreibasige mittelstarke Säure, deshalb erfolgt die Dissoziation der Säure in drei Stufen:
H3PO4 ® H+ + H2PO4- (pH -2 bis pH 4,5)
H2PO4- ® H+ + HPO42- (pH 4,5 bis pH 9,5)
HPO42- ® H+ + PO43- (pH 9,5 bis pH 14,5)
Es ist deshalb einfacher, die Konzentration der Orthophosphorsäure mittels der Titration der zweiten Stufe zu bestimmen, die zwischen pH 4,5 und pH 9,5 liegt. In diesem Bereich werden 100% der H2PO4- - Ionen disoziiert. Die Konzentration der H2PO4- - Ionen entspricht der der Orthophosphorsäure.
Zum Schluß fasse ich die offiziell angegebenen Inhaltsstoffe von Coca-Cola zusammen: Wasser, Zucker (11%), Kohlensäure, Farbstoff E 150, Säuerungsmittel E 338, Koffein (65-250 mg/l), natürliche Aromastoffe aus Ingwer, Orangenblüten, Johannisbrot, Limettenschalen und Extrakten der Cola-Nuß. Das in der Cola Nuß enthaltene Kokain wird heute durch chemische Behandlung entfernt.
Abschließend muß ich anmerken, daß ich trotz intensiver Bemühungen, dem Geheimnis von Coca-Cola nicht auf die Spur gekommen bin. Das liegt wahrscheinlich daran, daß die Formel des Konzentrats, das in den Mischtanks zugemischt wird, nach wie vor streng geheim ist und nur drei Menschen auf der Welt dieses kennen.
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