Ein einfacher Säuredetektor

Schlüsselbegriffe
Chemie
Lebensmittelkunde
pH
Säuregehalt

Einführung
Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum manche Lebensmittel oder Getränke sauer schmecken und andere nicht? Sie wissen vielleicht, dass Ihre Zunge alle möglichen Geschmacksrichtungen aufnimmt, einschließlich salzig, süß, bitter und sauer. Aber wie kommt es, dass etwas sauer schmeckt? Der saure Geschmack wird durch den pH-Wert und die in den Lebensmitteln enthaltenen Säuren beeinflusst. In dieser Aktivität wirst du herausfinden, wie sauer verschiedene Lebensmittel sind, indem du Lebensmittel und Getränke mit Backpulver auf ihren Säuregehalt testest. Was denkst du, ist das sauerste Lebensmittel, das du in deiner Küche finden kannst?

Hintergrund
Geschmack wird von den Geschmacksknospen erkannt, die die Zunge und andere Teile des Mundes auskleiden. Die menschliche Zunge hat durchschnittlich 10.000 einzelne Geschmacksknospen! In jeder Geschmacksknospe befinden sich bis zu 100 Rezeptorzellen. Jeder Rezeptor ist am besten in der Lage, eine einzelne Empfindung wahrzunehmen, und sendet entsprechende Signale an das Gehirn, das dann süß, salzig, bitter, sauer oder umami identifiziert. Die verschiedenen Rezeptoren werden durch unterschiedliche chemische Verbindungen (oder Moleküle) in der Nahrung ausgelöst. Die Rezeptoren für den sauren Geschmack werden durch Säuren, genauer gesagt durch Wasserstoffionen (H+), ausgelöst und sind daher die Säuredetektoren der Zunge.

Was bedeutet es, dass etwas sauer oder basisch ist? Es hat alles mit Ionen zu tun. Im Wasser (H2O) spaltet sich ein kleiner Teil der Moleküle auf und bildet Wasserstoffionen (H+) und Hydroxidionen (OH-). Reines Wasser und Lösungen, die gleich viele Wasserstoff- und Hydroxidionen enthalten, sind neutral, d. h. sie sind weder sauer noch basisch. Eine Säure ist ein Stoff, der Wasserstoffionen abgibt. Daher gibt es in einer sauren Lösung mehr Wasserstoffionen als Hydroxidionen. Das heißt, je saurer ein Lebensmittel ist, desto mehr Wasserstoffionen stehen zur Verfügung, um die sauren Geschmacksrezeptoren zu aktivieren. Eine Base ist ein Stoff, der Wasserstoffionen aufnimmt. Wenn eine Base in Wasser aufgelöst wird, verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen Wasserstoff- und Hydroxidionen in die entgegengesetzte Richtung, so dass die Hydroxidionen überwiegen. Der Säuregrad einer Lösung wird anhand der pH-Skala gemessen. Ein pH-Wert von 7 ist neutral; alles, was einen pH-Wert unter 7 hat, ist sauer, während Stoffe mit einem pH-Wert über 7 basisch oder alkalisch sind.

Aber es gibt neben der Messung des pH-Werts noch eine einfachere Methode, um herauszufinden, ob ein Lebensmittel sauer ist oder nicht – mit Backpulver. Natriumbicarbonat ist eine Base, die mit Säuren reagiert und dabei Kohlendioxidgas erzeugt – eine Reaktion, die man von Vulkanen oder Flaschenraketen kennt. Das entweichende Gas ist leicht zu erkennen, da es Blasen bildet, sobald die Säure mit dem Backpulver in Kontakt kommt. Das macht den „Sauren Test“ einfach: Je mehr Gasblasen du siehst, desto saurer ist dein Essen – und desto saurer sollte es schmecken. Testen Sie es selbst!

Materialien
Sechs Tassen oder Gläser
Teller
Essig
Soda/Softdrink
Zitronensaft
Milch
Geschirrseife
Wasser
Löffel
Backpulver (Es muss frisch sein; wenn es zu alt ist, funktioniert es nicht so gut.)
Medizintropfer oder Pipette
Früchte oder Fruchtsäfte und andere Lebensmittel oder Getränke, Backpulver (optional)

Zubereitung

• Nimm eine Tasse und fülle sie mit Leitungswasser. Füge dann einen Spritzer Spülmittel hinzu, um eine Lösung für den Test herzustellen. Hinweis: Dies ist die einzige Lösung, die du nicht probieren solltest; der Rest ist in Ordnung.
• Gieße etwas von den anderen Testlösungen (Wasser, Zitronensaft, Essig, Milch, Soda) jeweils in eine eigene Tasse.
• Benutze den Löffel, um die Platte gleichmäßig mit Backpulver zu bedecken.

Vorgehensweise

• Beginne zuerst mit dem Essig. Nimm die Tropfpipette oder Pipette und sauge ein wenig Essig aus dem Becher auf.
• Bring die Tropfpipette zu dem Teller mit dem Backpulver und spritze langsam einen einzelnen Tropfen auf das Backpulver auf dem Teller. Was passiert, wenn der Essigtropfen auf das Backpulver trifft? Kannst du einige Blasen sehen?
• Spüle deine Pipette mit etwas Wasser und nimm dann erneut eine Probe des Erfrischungsgetränks. Spritze wieder vorsichtig einen Tropfen auf das Backpulver. Wähle eine andere Stelle auf dem Teller. Kommt es zu einer Reaktion? Siehst du die Bildung von Kohlendioxid? Wie sieht die Reaktion im Vergleich zum Essig aus?
• Spüle den Tropfer wieder aus und gehe zur nächsten Probe über: Nimm ein wenig Wasser und gib einen Tropfen deiner Probe auf den Teller. Was passiert dieses Mal? Ist das Wasser sauer?
• Mit einer sauberen Pipette saugst du etwas Zitronensaft auf und spritzt einen Tropfen auf das Backnatron. Wähle eine frische Stelle, auf der noch keine Lösung ist. Wie viele Blasen siehst du? Hat es mehr oder weniger reagiert als das Wasser?
• Wiederhole den gleichen Vorgang mit der Milch. Reagiert das Backpulver mit der Milch und bildet Blasen? Findest du, dass die Milch sauer schmeckt?
• Teste deine letzte Probe, die Spülmittellösung. Kannst du an der Reaktion erkennen, ob sie viele Säuren enthält? Was glaubst du, welchen pH-Wert die Seifenlösung hat?
• Kannst du aufgrund deiner Beobachtungen eine Aussage darüber treffen, welche der Flüssigkeiten am meisten Säuren enthält oder am sauersten schmeckt? Du kannst den Natron-Test mit allen deinen Proben noch einmal wiederholen. Welche ist die säurehaltigste, welche die am wenigsten säurehaltige?
• Extra: Recherchieren Sie den pH-Wert aller Ihrer Testlösungen. Stimmen deine Ergebnisse mit deinen Erkenntnissen überein?
• Extra: Kannst du weitere Flüssigkeiten zum Testen finden? Du kannst auch verschiedene Früchte oder Gemüse verwenden und sie auspressen, um zu testen, ob sie sauer sind. Macht anschließend einen Geschmackstest, um zu sehen, ob eure Beobachtungen mit eurem Geschmack übereinstimmen.
• Extra: Wiederhole die gleiche Prozedur, aber benutze diesmal Backpulver anstelle von Natron. Recherchiere, was der Unterschied zwischen den beiden ist, und vergleiche die Reaktionen mit denselben Testlösungen. Siehst du bei den gleichen Proben mehr Blasen mit dem Backpulver oder mit dem Natron?
• Extra: Anstatt einen Tropfen deiner Testlösung auf das Backpulver zu geben, kannst du den gleichen Test auch andersherum durchführen. Nimm ein wenig von dem Backpulver und gib es in das Glas mit deiner Testlösung. Was passiert, wenn das Backpulver mit der Flüssigkeit in Berührung kommt? Ist die Reaktion die gleiche, wie wenn du die Lösung auf das Backpulver gibst oder anders?
• Extra: Wenn du Zugang zu Lackmuspapier hast (mit dem man den pH-Wert einer Lösung messen kann), messe den pH-Wert jeder deiner Testproben. Wie hoch ist der pH-Wert der einzelnen Proben und haben alle sauren Proben bei deinem Natron-Test Blasen gebildet?

Beobachtungen und Ergebnisse
Hattest du bei einigen deiner Testlösungen schöne Blasen? Sowohl mit Zitronensaft als auch mit Essig hättest du eine kräftige Blasenbildung sehen müssen. Sie enthalten beide viele Säuren. Der Saft einer Zitrone enthält etwa 5 bis 6 Prozent Zitronensäure, die der Zitrone auch ihren sauren Geschmack verleiht. Essig besteht zu 5 bis 20 Prozent aus Essigsäure, der Säure, die mit Backpulver zu Kohlendioxid reagiert. Bei dem Erfrischungsgetränk hätten Sie auch eine gewisse Blasenbildung feststellen müssen, wenn auch nicht so stark wie bei Zitronensaft und Essig. Der Grund für die saure Reaktion ist die Phosphorsäure, die den Erfrischungsgetränken zur Konservierung und Geschmacksverbesserung zugesetzt wird. Das ist ein Grund, warum sie so schlecht für die Zähne ist (neben dem Zucker); diese Säure kann den Zahnschmelz angreifen.

Milch ist eine ziemlich neutrale Lösung – ähnlich wie reines Wasser – und sollte nicht mit dem Backpulver reagiert haben. Seife hingegen ist eine basische Lösung, d. h. ihr pH-Wert ist größer als 7. Sie enthält keine Säuren, die mit dem Backpulver reagieren können, und sollte keine Kohlendioxidbildung zur Folge haben. Wenn Sie Backpulver anstelle von Natron verwendet haben, ist Ihnen vielleicht aufgefallen, dass die Reaktionen bei jeder Ihrer Testproben stärker ausgeprägt waren. Wahrscheinlich haben Sie sogar einige winzige Bläschen in den Lösungen gesehen, die nicht mit dem Backpulver reagiert haben. Das liegt daran, dass Backpulver eine Mischung aus Backpulver und schwachen Säuren ist. Wenn das Backpulver nass wird, können diese Säuren mit dem Backpulver reagieren und Kohlendioxid bilden.

Bei einem Geschmackstest hast du vielleicht bemerkt, dass manche Lebensmittel oder Getränke überhaupt nicht sauer schmecken, auch wenn sie viele Säuren enthalten. Der Trick ist, dass der saure Geschmack oft durch die Zugabe von viel Zucker überdeckt wird. Ein gutes Beispiel ist die Limonade, die Sie getestet haben. Schauen Sie sich die Zutatenliste an – wie viel Zucker ist darin enthalten? Glaubst du, dass es dir auch ohne Zucker schmecken würde?

Aufräumen
Schütte alle deine Testlösungen in den Abfluss des Waschbeckens. Du kannst das Backpulver im Müll entsorgen oder mit Wasser in den Abfluss spülen.

Weiteres zum Erforschen
Wie die Zunge sauer schmeckt, aus Nature News
Ungefährer pH-Wert von Lebensmitteln und Lebensmittelprodukten, aus der U.S. Food and Drug Administration
Wie sauer oder wie süß ist deine Limonade?, aus Scientific American
Rocketology: Baking Soda + Vinegar = Lift Off, von Science Buddies
The Difference between Baking Soda and Baking Powder, von Phys.org
Science Activity for All Ages, von Science Buddies

This activity brought to you in partnership with Science Buddies