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SEKUNDARSTUFEN

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Biotechnologie Übersicht

Experimente und Informationen: Übersicht Hefegärung Alkoholgewinnung Brot Brotgeschichte Brotrezepte Brotnamen

Herstellung von Bier Wein

Nutzung von Mikroorganismen Überblick über die technischen Nutzungen von Bioprodukten und Biologischen Vorgängen Die Nutzung von Lebewesen in der Landwirtschaft hat eine lange Tradition. Die stoffwechselphysiologischen Möglichkeiten der Lebewesen in der Industrie verbreitet sich zunehmend und nimmt immer noch zu. Diese erprobte Zusammenstellung zeigt einige Einsatzgebiete. Für die Schule scheinen die hier vorgestellten Möglichkeiten im Unterricht selbst oder in Projekten in höheren Klassen sinnvoll. Schneider Volker u. Wilfried Probst: Biologische Prozesse in der Industrie, UB 1984; Biotechnologie:Forschung: https://www.biotechnologie.de/ (2016-02-27); http://www.uni-heidelberg.de/studium/interesse/faecher/molek_biotech.html (2016-02-27); Übersicht: https://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie (2016-02-27); Gärung:https://de.wikipedia.org/wiki/Alkoholische_G%C3%A4rung (2016-02-27); http://www.chemie.de/lexikon/G%C3%A4rung.html (2016-02-27); http://www.biologie-schule.de/gaerung.php (2016-02-27); vgl. auch Bildungsserver (2016-03-05) http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biotechnologie/direkteinstieg_biotec/ Vergleich Chemotechnik - Biotechnik Das Schema zeigt die Möglichkeiten und Grenzen beider Verfahren auf. Inzwischen gibt es verschiedene Übergänge und Kombinationen. Der grundsätzliche Vorteil von Biotechnischen Prozessen ist: es entstehen nur biologisch abbaubare Nebenprodukte.

Biotechnik 1: Hefegärung

Roland Wick und Volker Schneider

Gärungen Einführung Didaktischer Hintergrund: Der Versuch eignet sich für folgende grundlegende Begriffe: Destillieren, Dekantieren, Filtrieren, Sieden, Verdampfen. Kondensieren, azeotrope Gemische, Nachweisverfahren, Kristallwasser, Einführung in einen großtechnischen Prozess und dessen Kontrolle. Sachlicher Hintergrund: Gärung: Pflanzliche Zucker werden mit Hilfe von Hefestämmen in großen Fermentern zu Alkoholen vergoren. Im Schulversuch eignen sich ein fünf Liter Kanister mit Traubensaft oder 5%ige Zuckerlösung (Haushaltszucker) mit dem Zusatz von reichlich Bäckerhefe. Nach einigen Tagen nimmt die CO2 Entwicklung ab, es sind nun etwa 13% Alkohol in der Maische (bei rund 13% Alkohol sterben die Hefezellen ab.) Mit dem Aufkommen von Ackerbau und Viehzucht konnten immer mehr Menschen ernährt werden und sich Städte ausbilden. Gleichzeitig aber wuchs das Problem der Trinkwasserversorgung. Im Mittelalter waren Wein und Bier als Grundgetränk weit verbreitet. Noch bis ins 19 Jahrhundert hinein waren alkoholische Getränke deutlich weniger gesundheitsschädlich als das übliche Trinkwasser in Städten. Die Herstellung von alkoholischen Getränken wird daher als wesentliche Begleiterscheinung für die menschliche Kultur angesehen, wobei die berauschende Wirkung wohl zunächst als angenehme Begleiterscheinung zu gelten hat vgl. Vallée, B.L.: Kleine Kulturgeschichte des Alkohols IN. Spektrum der Wiss. 1999, 62-67. Heute ist die berauschende Wirkung von „Alkoholischen Getränken“ ein gesellschaftliches Problem, weil Alkohol giftig ist. Weitaus größere Bedeutung hat Alkohol als Lösungsmittel und Grundstoff im technischen Bereich für Synthesen, neuerdings auch in der Kraftstoffindustrie: Etwa 85% von Biosprit bestehen aus Ethanol. Eine 70% Lösung von Ethanol dient in der Medizin und im Haushalt als gutes Desinfektionsmittel. LIT: http://de.wikipedia.org/wiki/Destillation; http://de.wikipedia.org/wiki/Ethanol; http://de.wikipedia.org/wiki/Methanol; http://de.wikipedia.org/wiki/Azeotrop Destillation von Alkoholen: Als Modell für die Destillation kann man wegen der Farbe Rotwein benutzen, aber auch eine selbst hergestellte alkoholhaltige Lösung. Während der Destillation sollte die Temperatur langsam hochgefahren werden, so dass bei 65 Grad der evtl. entstandene sehr giftige Metylalkohol sich in der Apparatur als Flüssigkeit destillieren lässt. Danach wird bei 78 Grad das erwünschte Ethanol gewonnen. Azeotrope Gemische: Alkohol und Wasser bilden ein azeotropes Gemisch, das bei 78,17^o siedet und aus 95,58% Ethanol und 4,42% Wasser besteht. Durch Destillieren lässt sich das Wasser nicht weiter entfernen. Mit Hilfe des Zusatzes von getrocknetem Calcium-Chlorid Pulver (zuvor im Backofen bei 200^o 20min lang getrocknet) wird das Wasser als Kristallwasser in das CaCl₂ aufgenommen. Eine Überprüfung ist mit Wassertestpapier möglich. Wassernachweispapier: Grundlage: Blaues Kupfersulfat verliert in der Wärme das Kristallwasser und wird weiß, bei Wasseraufnahme wieder blau. Man tränkt Papier mit Kupfersulfat und trocknet im Ofen bei 200 Grad: das weiße Testpapier kann man nutzen, um Wasser nachzuweisen.

Versuch 1

Genauigkeit von Messgeräten

1) Wählen Sie aus!

In Schulversuchen sind folgende Messmöglichkeiten empfohlen:

Gärrörchen

Aus der Bierbrauerei und Weingärung bekannt

Vorteil: Bekannt aus der Bier- und Wein-Industrie

Nachteil: Nur qualitative Wahrnehmung der Gärung möglich

Kleines Gärröhrchen

Vorteil: Käuflich

Nachteil: zerbrechlich, ungenau,

da das Reaktionsvolumen mit Dauer der Messung abnimmt

Volumenmessung am Anfang möglich

Gärröhre

Vorteil: Aus Labormitteln herzustellen, robust, sehr genaue Messung möglich:

Es wird immer mit dem gleichen Volumen Testlösung gearbeitet.

die Testlösung wird nach jedem Versuch wieder ausgeglichen.

Nachteil: Man braucht mehr Testlösung.

Versuch im arbeitsteiligen Unterricht günstig.

Lösungen:

4g Bäckerhefe in 50ml Wasser suspendiert, indem man die Suspension mit einer Pipette mehrfach hochzieht und zurück gibt.
3,6 g Glucose in 100ml Wasser,
7,2g Haushaltszucker in 100ml Wasser,
5%ige Stärkelösung

Versuche:

Je 5 ml Hefesuspension werden mit 5ml von einer der genannten Lösungen vermischt.

Man misst in 10minütigem Abstand das entstandene Gasvolumen und trägt die Werte in eine Tabelle ein.

Mögliches Ergebnis, wenn man mehrere verschiedene Zucker zur Verfügung hat.

Ergebnis:

Saccharose setzt doppet so viel CO2 frei. Das Molekül ist etwa doppelt so groß wie Glucose

Mannose wird deutlich langsamer vergoren: Der Zucker zeigt eine deutliche "lagphase".

Dann aber wird Mannose schneller vergoren. Dies zeigt an, dass noch ein Zwischenschritt zur Vergärung notwendig ist.

Stärke wird überhaupt nicht vergoren. Das Molekül ist für die Gärungsenzyme nicht angreifbar.

Mögliche anderen Zucker: Ahornsirup, Honig,

Versuch 2

Hefezellen unter dem Mikroskop

Aufgabe: Suspendiere möglichst frische Bäckerhefe (aus der Nahrungsmittelabteilung) in Wasser und untersuche unter dem Mikroskop!

Fertigen Sie eine möglichst genaue, naturgetreue Zeichnung an! Die Hefezellen so groß, dass der Daumen hineinpasst!

Einige Zellen zeigen deutliche Ausbuchtungen. Manche Zellen hängen fest zusammen.

Wenn man solche Zellen entdeckt, hat man sich teilende Zellen gefunden. Dies ist ein Zeichen, dass die Zellen lebendig sind.

Zeichnungen:

Versuch 3

Beobachtung der Gärung als Blasenzählung

Vorbereitung:

Stelle eine Apparatur wie angegeben zusammen. Die Apparatur muss luftdicht verschließbar sein!

Marmeladenglas mit dicht schließendem Deckel und Loch in der Mitte (mit einem Schraubenzieher einschlagen und passend vergrößert).

·Gummistopfen
Dichtmasse (Dauerplastische Masse - Bastelzubehör)
Biegsames Röhrchen (saubere Absaugröhrchen beim Zahnarzt)

Becherglas oder Plastikbecher

2) Vorversuche:

1)   In je 40 ml 1 Molare Saccharose- Lösung (= 13.7 g / 40 ml) gibt man 5 g Hefe
2)   Mehrfach mit einer Pipette aufsaugen und gut durchmischen.
3)   50 ml der Reaktionslösung in das Gefäß füllen.
4)   Luftdicht abschließen!
5)   Testgefäß mit Wasser füllen
6)   Im Abstand von 3 min jeweils für 3 Minuten die Anzahl der Gasblasen notieren. Die Reaktion sollte so schnell ablaufen, dass man die Gasblasen gut zählen kann.

3) Hauptversuch:

Es wird dreimal gemessen im Abstand von 5 min:

Blasen pro min _________   ________ _______

Blasen pro min bei halber Hefemenge: _______ _______ ______

Blasen pro min bei doppelter Hefemenge: _______ _______   ________

Blasen pro min bei doppelter Hefemenge
(vorher aufgekocht und abgekühlt):   _______ _______ ________

Folgerungen:

Informiere dich über die großtechnische Bedeutung der Hefegärung aus dem Internet.

Stelle die wirtschaftliche Bedeutung nach Umsatzzahlen zusammen!

Versuch 4

Quantitative Analyse der Hefegärung

Vorbereitung:
1) Stellen Sie sich eine Messapparatur wie angegeben zusammen.
           10ml Plastikspritze,
             Stopfen, Stück Gummi oder Plastikschlauch,
            10ml Pipette,
            100 ml Becherglas,
            Halterung für Pipette

Die Apparatur muss luftdicht sein!

Lösung: 200 ml Saccharose Lösung (68 Gramm Haushaltszucker auf 200 ml)

Hefe Frische Hefe (Kaufhaus)

2) Vorversuche:

1)   In je 40 ml 1 Molare Saccharose- Lösung (= 13.7 g / 40 ml) gibt man 5 g Hefe
2)   Mehrfach mit Pipette aufsaugen und durchmischen.
3)   Mit der Plastikspritze bis zur Markierung 0 hochsaugen.
4)   Immer nach 2 min das Gasvolumen notieren.
5)   Mit der Spritze wieder auf 0 hochsaugen, so dass immer dieselbe Menge Reaktionsvolumen (10 ml) vorhanden ist.
Im Vorversuch sollten 2ml Gas nach 5 bis 10 Minuten entstanden sein.

3) Entwerfen Sie einen Protokollbogen für die ausgewählte Versuchsreihe und notieren Sie die gemessenen Werte.

4) mögliche Anschlussversuche:
Substatspezifität:
dieselben Volumina, nur 1 molare Glucose Lösung, 1 molare Fruktose Lösung, 1 molare Mannit Lösung, 1 molare Laktoselösung, 1molare Alanin Lösung einsetzen.

Empfindlichkeit:
Versetzen einer optimal laufenden Reaktion nach 15 min mit einer Schwermetall-Lösung

(z. B. 2% Bleiacetat-- Vorsicht, nur durch die Lehrperson!!, oder 10 Tropfen einer konzentrierten Spülmittel- Lösung),

Temperaturempfindlichkeit:

1)   Aufwärmen der fertig zusammengestellten sechs Testlösungen (in sechs Bechergläsern) auf 10 20 30 40 50 und 60 Grad.
2)   Einige Zeit warten, um die Lag- Phase zu vermeiden. (Unter Lag-Phase versteht man das langsame Anlaufen der Reaktion)
3)   In 10 min Abständen die Gasentwicklung in 3 min messen.

Wieder bei 0 beginnen.

Versuch 5

Großtechnische Gewinnung von Alkoholen

Geräte: 5 Liter Kanister Gärröhrchen (evtl. aus Trinkhalmen selbst gefertigt).

Start:

Man füllt den Kanister zu 3/4 mit frischem Traubensaft (oder 5%iger Dextroenergen-Lösung) und 2 Päckchen in wenige Wasser aufgelöster Bäckerhefe. Nach einigen Tagen perlen Gasblasen durch das Gärröhrchen. Wenn die Gasentwicklung nachlässt, ist ausreichend Alkohol entstanden.

Aufgabe: Stelle fest, bei welcher Temperatur der Alkohol siedet und in die Vorlage tropft!

Unterscheide sorgfältig Methylalkohol und Äthylalkohol (vgl. Lehrbücher oder Internet)

Der destillierte Alkohol enthält immer noch etwa 4 % Wasser

Vorrichtung zur Destillation des Alkohols

3. Schritt: Trocknung der Alkoholfraktion

Trocknung von körnigem Kalziumchlorid (CaCl₂) im Backofen 3 Stunden bei 200^o;

Einfüllen in ein trockenes und gut verschließbares Gefäß zur Aufbewahrung;

Zugabe von einigen Teelöffeln getrocknetes CaCl₂ in die Alkohollösung, gut umrühren und einige Zeit warten

4. Schritt: Nachweis des Wassergehalts in der Lösung mit Wasser-Testpapier. Nach einiger Zeit Test auf noch vorhandenes Wasser in der flüssigen Phase. Wassertestpapier wird blau, wenn noch Wasser vorhanden ist.

Aufgaben: Informieren Sie sich über:

Destillationsverfahren in der Industrie und deren wirtschaftliche Bedeutung

Azeotrope Gemische von Flüssigkeiten.

Biotechnik: Hefen 2: Brotherstellung

V. Schneider

Brot Vorbemerkung: In unserer Kultur hat Brot eine hohen Stellenwert: Der Christ bittet um das „tägliche Brot", Brot ist Symbol für die Fülle des Lebens. Brot ist das älteste Lebensmittel, das künstlich hergestellt wurde. Schon in der Bronzezeit war es bekannt, im alten Ägypten vor rund 4000 Jahres gab es schon den Beruf des Bäckers. Brotbacken heute: In Deutschland sind rund 300 Brotsorten bekannt, dazu rund 1200 Formen von „Kleingebäck". Man unterscheidet grob zwei Gruppen: Zur Didaktik: Grundschule: Man kann das Thema Brot vielfach vernetzen: Der wichtigste Anlass stellt das Erntedankfest dar. Sprichworte zum Brot bieten ebenfalls Verbindungen zur kulturellen Bedeutung. Hier kann aber schon Brot hergestellt und erste Kostproben verschiedener Brote erfolgen. Eine Ausstellung von Getreidearten, Körnern Mehlsorten vertieft das Thema. Brotbacken in weiterführendem Unterricht: Hier kann man vorteilhaft die Brotbacktechniken besprechen und Musterbrote herstellen. Die Bedeutung des „Kleber"(-eiweiß) kann experimentell erarbeitet, sowie der Einfluss der Hefe (vgl. Gärung) besprochen werden. (Hier wird auf die schulische Erarbeitung des Sauerteigverfahrens verzichtet, das ausführlich in: http://www.der-sauerteig.com/ dargestellt ist.) LIT: Seligson, S. (2002): Brot. Eine Kulturgeschichte für Leib und Seele. Claassen, München; Schäfer, W (1985): Brot backen, Ravensburger; ADI Verbraucherdienst; http://www.museum-brotkultur.de; http://de.wikipedia.org/wiki/Brot Rezepte: http://www.aldbacha.de/ ; Sendung mit der Maus: Backbrote: Bei etwa 200 Grad und höherem Zeitbedarf und unter Zusatz von Hefe wird der rundliche Brotlaib bis ins Innerste gar: die Eiweiße koagulieren und machen den Brotlaib fest. Fladenbrote: Ein vergorener Getreidebrei wird flach ausgebreitet stark erhitzt, damit er rasch gar und fest wird. Brotformen in arabischen Ländern, Knäckebrot aus Schweden. Einfluss der Hefe am Beispiel des Backbrots Brot mit und ohne Hefe gebacken. Das Brot mit Hefe ist körnig und weich das Brot ohne Hefe ist steinhart.

Brote

Brot früher und heute Die ersten Menschen, die nach Europa gelangten, waren Sammler und Jäger. Es wurde alles gesammelt, was essbar war. Zu oft war man auf das Sammeln von Wurzeln oder Körnern angewiesen, denn die Jagd war nicht immer erfolgreich. Besonders die Fruchtstände von Gräsern waren interessant: Die Körner sind sehr nahrhaft, haben aber eine harte Schale. Die Menschen merkten bald, dass die Körner haltbar waren, sich im nächsten Frühjahr aussäen ließen und gute Ernte brachten. Die Menschen beobachteten auch, dass einige Halme mehr und größere Samen hatten als andere. Diese bewahrte man auf und säte sie im Frühjahr wieder aus. So entstanden allmählich unsere Getreidearten, wie wir sie heute noch kennen. Die heutigen Getreidearten werden zur Verbesserung der Erträge und zur Verkürzung der Halme noch weiter gezüchtet. Die Erfindung des Brots aus Getreidekörnern ging über viele Stufen: Die Körner waren hart, die Schale ist unverdaulich. Günstiger war es, die Körner im Feuer zu rösten. Erfolgreicher war aber die Methode, die Körner zu zermahlen und mit Wasser zu einem Brei anzurühren. Steinreibe zur Herstellung von Brei Der Getreidebrei war wohl die erste Form, die Getreidekörner besser genießbar zu machen. Das Getreide wurde mit Malsteinen zerkleinert. Solche steinernen Malsteine stellen einen ersten Beweis für Landwirtschaft dar. Eine heutige Form eines solchen Breis ist das Müsli aus vollem Korn. Den Getreidebrei kann man durch Trocknen für einige Zeit haltbar machen. Bei der Herstellung von Getreidebrei ist wohl öfter etwas übrig geblieben. Diese Masse bildete nach kurzer Zeit Blasen und dehnt sich aus. Wir sagen heute: „der Teig geht“. Ein solcher Brei schmeckt besser und ist auch besser verdaulich. Erst seit Kurzem weiß man, das diese Vergrößerung des Teigs auf die Wirkung von lebenden *Hefezellen, die früher zufällig hineingefallen sind, zurückgeht. Die Hefezellen nutzen den Zucker im Teig für ihren eigenen Stoffwechsel. Dabei geben sie das Kohlenstoffdioxidgas ab. Die Gasblasen treiben den zähen Teig auseinander. Wenn man den Teig erhitzt, sterben die Hefezellen ab, die Gasblasen werden größer, das Wasser verdampft und das enthaltene Eiweiß gerinnt. Man sagt: das Brot wird gar. Heute kennen wir meist das rundliche Backbrot,* das in Scheiben geschnitten werden kann. Römischer Backofen Die *Hefepilze* waren und sind idie ersten und entscheidende Backhelfer auf dem Wege zu einem guten bekömmlichen Brot. Wenn man einen solchen Teig flach ausrollt und auf einen heißen Stein oder heute auf eine erhitzte Metallplatte legt, erhält man das *Fladenbrot.* Viele kennen das Fladenbrot es aus der arabischen und aus der türkischen Küche, aber auch die Bergbauern aus der Schweiz haben Fladenbrot hergestellt, auch das viereckig geschnittene Knäckebrot aus Schweden ist ein Fladenbrot. Beim Erhitzen stellt der *Backofen* eine Verbesserung dar: Man kann viele Brot auf einmal garen und die Hitze recht gut dosieren. Es entsteht eine braune, wohlschmeckende Kruste. Die Vorteile des Backofens haben schon die Ägypter vor 4000 Jahren genutzt. Griechen und Römer haben die Technik des Backofens übernommen, dann die Leute in Mitteleuropa. Früher hatte jedes Dorf ein frei stehendes Backhaus, in dem das Brot für alle Bewohner gegart wurde. Das Backhaus war immer von den Wohnhäusern getrennt. Denn wenn man nicht richtig erhitzt hat, bestand Gefahr, dass durch Funkenflug das ganze Dorf abbrannte, denn alle Häuser waren mit Stroh gedeckt. - Bei bestimmten Bäckern kann man heute wieder Brot aus einem solchen Backofen kaufen.Heute wird ein solcher Backofen elektrisch beheizt, nicht mehr mit Holz Die Weiterentwicklung der Backtechnik seit 1880 bestand darin, den *Heizraum, in dem die Hitze entsteht, vom dem Backraum* zu trennen, in den der frische „gegangene“ Teig als Laib hineingelegt wird. Ein Küchenbackofen arbeitet auf diese Weise. Oft nutzt man Backformen aus Blech, damit der Teig nicht während des Garens auseinanderläuft. Es gibt inzwischen Backautomaten, die die Herstellung wie von selbst übernehmen. Durch die Trennung von Backraum und Heizraum kann man im Heizraum Öl, elektrischen Strom oder Erdgas für das Erhitzen nutzen, den Backraum kann man so gestalten, dass im „Fließbandverfahren“ Brot und vor allen Brötchen gegart wird: Man schickt den frischen Brotteig auf einem Netz durch eine hoch erhitzte Röhre (z. B. wird Knäckebrot auf diese Weise hergestellt.). Zusätzlich lassen sich in großen Mehl herstellenden Fabriken verschiedene Mehlsoroten herstellen. Getreide mahlen im Großbetrieb Die gängigsten Mehlsorten: Die „Mehlsorten“ (Weizen, Dinkel) 1) Mehl 405 (Weißmehl nur Stärke) 2) Mehl 505 (Mehl mit Schalen-Anteilen) 3) Vollkornmehl ist ein graues Mehl mit klein gemahlener äußerer Schale Einige Brote enthalten auch Anteile von Schrot (Teile der Kornhülle) 4) Schrot klein gemahlene Getreideschalen 5) Mehlpuder sehr, sehr fein gemalenes Weißmehl wird zum Weißen z. B. von Schreibmaschinenpapier genutzt. Warum sind trockenes Mehl und abgepackte Hefe von Vorteil? Ein frisch angesetzter Getreidebrei würde auch heute noch unkontrolliert zu einer Art Brotteig zu werden, weil viele Hefezellen in der Luft sind. Weil es aber viele Hefesorten gibt, würde das Brot wahrscheinlich übel schmecken. Deswegen nimmt man nur bestimmte Hefestämme und trocken verpackte Mehlsorten, die man längere Zeit lagern kann. Brotqualität Es kommt auf die Getreidemischung an, auf den möglichst geringen Ausmahlungsgrad (Vollkornmehl) und auf eine schonende Herstellungsweise. Etwas Salz ist nötig, andere Zutaten sind nur Beiwerk. Das gesündeste Brot ist das Vollkornbrot, weil noch alle Substanzen, die im Korn sind, auch im Vollkornmehl noch vorhanden sind. Im „ausgemahlenem“ Weißmehl ist nur noch Stärke enthalten. - Fladenbrot und Backbrot sind beide gleich gut für die Gesundheit, wenn Vollkornmehl verwendet wurde. Schäfer, W. (1985): Brot backen, Ravensburger; http://www.museum-brotkultur.de; http://de.wikipedia.org/wiki/Brot

Versuch 1

Brotbacken heute

Warum sind trockenes Mehl und abgepackte Hefe von Vorteil?

Ein frisch angesetzter Getreidebrei würde auch heute noch unkontrolliert zu einer Art Brotteig zu werden, weil viele Hefezellen in der Luft sind. Weil es aber viele Hefesorten gibt, würde das Brot wahrscheinlich übel schmecken. Deswegen nimmt man nur bestimmte Hefestämme und trocken verpackte Mehlsorten, die man längere Zeit lagern kann.

Brot ist gesund! Es ist immer noch das wichtigste Nahrungsmittel in Europa!!

Was macht die Qualität aus? Es kommt auf die Getreidemischung an, auf den möglichst geringen Ausmahlungsgrad (Vollkornmehl) und auf eine schonende Herstellungsweise. Etwas Salz ist nötig, andere Zutaten sind nur Beiwerk.

Das gesündeste Brot ist das Vollkornbrot, weil noch alle Substanzen, die im Korn sind, auch im Vollkornmehl noch vorhanden sind. Im „ausgemahlenem“ Weißmehl ist nur noch Stärke enthalten. - Fladenbrot und Backbrot sind beide gleich gut für die Gesundheit, wenn Vollkornmehl verwendet wurde.

LIT:

Schäfer, W. (1985): Brot backen, Ravensburger;

http://www.museum-brotkultur.de;

http://de.wikipedia.org/wiki/Brot

Die Getreidesorten zum Brotbacken

Aufgabe 1: Untersuchung eines Weizenkorns

Material und Geräte:

keimfähige Weizenkörner (Weizensamen) Mikroskop, Rasierklinge, Wasser Objektgläschen, Deckgläschen

Vorgehen

Einweichen einiger Weizensamen am Vortag in Wasser
Mit der Rasierklinge einen Längsschnitt durch das Korn führen. Dabei von den kleinen Härchen ausgehen und entlang der Furche in der Samenhülle schneiden
Dann einen zweiten Schnitt möglichst dünn entlang des ersten Schnittes führen.
in Wasser aufnehmen und auf das Objektgläschen inWasser legen
mikroskopieren

Wahrscheinlich muss man mehrere Schnitte machen, um einen optimalen Langsschnitt zu erhalten.

Protokoll ein Bild mit dem Handy aufnehmen und richtig beschreiben,

Der Längsschnitt sollte diese Bild im Mikroskop ergeben:

Aufgabe 2: Unterscheide und beschreibe die „Mehlsorten“ durch Fingerprobe und mit mikroskopischer Prüfung:

Für Brot werden verwendet:

1) Mehl 405 (Weißmehl nur Stärke)
2) Mehl 505 (Mehl mit Vollkorn-Anteilen)
3) Vollkornmehl 1050
Einige Brote enthalten auch Anteile von Schrot
4) Mehlpuder wird zum Weißen z. B. von Schreibmaschinenpapier genutzt.

Versuch 2

Was macht die Hefe im Brot?

Tipp: sehr sorgfältig arbeiten!

Versuch 3

Brotrezepte - Welches Brot schmeckt am besten?

Weißbrot

500g Weizenmehl (405), 40 g Hefe, 250ml lauwarme Milch, 1/4 TL Salz

Herstellung:

Mehl in Schüssel geben,
In der Mitte eine Mulde machen
Hefe dort hineinbröseln mit 4 EL warmer Milch verrühren
15 min zugedeckt stehen lassen
Restliche Zutaten hinzufügen
zu einem gleichmäßigen Teig kneten.
10 – 20 min gehen lassen
Einen Laib formen Auf gefettetes Backblechlegen oder frisches Backpapier nutzen!
Im Ofen bei 220 ^o 45 bis 60 min backen

Dinkelbrot

400g Dinkel fein gemahlen, 1 Würfel Hefe, 1 TL Meersalz, 100ml Olivenöl, 250 ml lauwarmes Wasser

mögliche Verfeinerungen: den Teig mit Käsewürfel, mit zerkleinerten Nüssen, Rosinen oder Sesam- Samen versetzen.Alles warm verkneten,
in einer Schüssel mit einem Tuch abgedeckt 30 min gehen lassen
Blech fetten
Brötchen formen und nochmals gehen lassen
Bei 200^o 30 min lang backen

Herstellung Party Gebäck:

aus dem Teig einen recheckiger Block von 2 cm Höhe formen, davon schmale Streifen abschneiden und verdrehen,
auf Backpapier etwa 20 min backen.

Rustikales Weißbrot:

Zutaten:

375 g Weißmehl (Typ 550), 1.2 EL Meersalz fein gemahlen, 1 TL Trockenhefe, 2 TL Olivenöl

Herstellung:

1)    Mehl, Salz, Hefe und 275 ml kaltes Wasser gut durchkneten.
2)    Den Teig in eine mit Olivenöl ausgepinselte Schüssel im Kühlschrank zwischen 14 und 18 Stunden ruhen lassen.
Teil herausnehmen und bei Zimmertemperatur 3 Stunden gehen lassen, bis sich der Teig verdoppelt hat.
1)    Backblech mit Backpapier auslegen, das Papier mit Mehl bestäuben.
2)    Den Teig auffüllen und gut einmehlen.
3)    Den Teig mittig trennen und mit Abstand nebeneinander zwei Laibe von 30cm Länge und 7 cm Breite formen.
4)    Brote 25 min ruhen lassen.
5)    Backofen mit Wasserschale auf 250 Grad vorheizen.
6)    Brote dann viermal schräg einritzen
7)    Auf unterster Schiene 20 min backen.

Auskühlen lassen.

türkisches Fladenbrot
Zutaten: 1 Packung Hefe, 500g Mehl, 300ml Wasser ,1 Eigelb 1 TL Olivenöl, Salz ,Schwarzkümmel
Zubereitung:

Hefe in lauwarmem Wasser auflösen,

Mehl und etwas Salz zugeben,
leicht beweglichen Teig herstellen,
Teig mit Tuch abdecken und 30 min stehen lassen
Ofen auf 200 Grad vorheizen
Backblech einfetten und den Teig darauf verteilen
Eigelb mit Olivenöl verrühren und Oberfläche bestreichen
mit Schwarzkümmel bestreuen
im Ofen 15- 20 min goldgelb backen

arabische Fladenbrot:

Zutaten:
500 g Mehl, 20 g Hefe, 1 TL Salz, 1 TL Öl, 250ml Wasser lauwarm

Den Ofen auf 300°C vorheizen. Das eingefettete Backblech im Ofen heiß werden lassen.Das Mehl mit dem Salz gut vermischen und in eine große Schüssel geben. In die Mitte eine Mulde machen, die Hefe hineinbröckeln und etwas lauwarmes Wasser über die Hefe gießen. Dabei rühren, bis sich die Hefe aufgelöst hat.
Das restliche lauwarme Wasser nach und nach dazugeben und alles gut verkneten.
Den Teig gut durchwalken, bis er nicht mehr klebt.
Das Öl in eine Schüssel geben, den Teigkloß darin wenden, bis er gut mit Öl überzogen ist. Zugedeckt an einem warmen Ort gehen lassen, bis er sich verdoppelt hat (1-2 Stunden).
Erneut kurz durchkneten, 8 Bällchen formen und diese zu runden dicken Fladen ausformen.
Auf ein leicht mit Mehl bestäubtes Tuch legen, mit einem weiteren Tuch abdecken und 20 Minuten gehen lassen.
Sobald die Temperatur im Backofen erreicht ist, die Brote auf das heiße Blech legen (VORSICHT) ,
in den Ofen schieben und auf 250°C herunterschalten.
5 Minuten backen, solange die Tür nicht öffnen. Dann die Brote umdrehen und noch weitere 3 Minuten backen.
Die Brote sollten weich sein und weiß aussehen.

Versuch 4

Weißbrot mit Milch

Test

Welche Brotnamen kennst Du?

Unterstreiche die Brotsorten 2mal, die Du erklären kannst!

Baguette, Bauernbrot, Brioche, Ciabatta, Diabetikerbrot, Dinkelbrot, Dosenbrot, Dreikornbrot, Einback, Fettbrot, Fladenbrot, Fruchtbrot, Früchtebrot, Fünfkornbrot, Gemüsebrot, Graubrot, Grobbrot, Hefebrot, Johannisbrot, Kastenweißbrot, Kastenweizen, Klöben, Knäckebrot, Knoblauchbrot, Kommissbrot, Körnerbrot, Krustenbrot, Kümmelbrot, Landbrot, Malzbrot, Mehrkornbrot, Milchbrot, Mischbrot, Nussbrot, Osterbrot, Passahbrot, Pumpernickel, Roggenbrot, Rosinenbrot, Schmalzbrot, Schnittbrot, Schwarzbrot, Sechskornbrot, Semmelbrot, Sesambrot, Sojabrot, Stangenbrot, Toastbrot, Vesperbrot, Vierkornbrot, Vollkornbrot, Weißbrot, Weizenbrot, Zwieback, Zwiebelbrot, Brotanschnitt, Brotkanten, Brotkrümel, Brotkruste, Brotscheibe, Brotschnitte, Chäppi, Gupf, Kanten, Kipf, Knust, Krüstchen, Riebele, Schnitte, Stück, Scherzl, Butterbrot, Frühstücksbrot, Honigbrot, Käsebrot, Margarinebrot, Marmeladenbrot, Pausenbrot, Wurstbrot, Schinkenbrot, Schmalzbrot, Zuckerbrot, Gnadenbrot, Zubrot, Brötchen, Schwedenknäcke. Fladenbrot.

Was meinen die Redewendungen:

Dieser Mensch lebt bei Wasser und Brot.
Der Mensch lebt nicht von Brot allein.
Die Kunst geht nach Brot.
Das geht weg wie geschnitten Brot.
Im Schweiße deines Angesichts sollst du dein Brot essen.
Ich stehe In Lohn und Brot bei der Firma.
Dieser Mensch ist um Lohn und Brot gebracht!
Trocken Brot macht Wangen rot.
Wes Brot ich ess, des Lied sing ich.
Ich lasse mir nicht die Butter vom Brot nehmen!
Das hab ich nötig wie das tägliche Brot.
Den Fehler schmiere ich ihm immer wieder auf`s Brot!
Der Peter verkrümelt sein Brot.
Nun, da habe ich mir ein gutes Zubrot verdient!
Unser Hund bekommt sein Gnadenbrot.
Der Herr handelt nach Zuckerbrot und Peitsche.

Biotechnik Hefen 3: Bierbrauen

Zimmermann, E, Robert Wick und Volker Schneider

Versuch 5

Bierbrauen

Zimmermann, E. und V. Schneider

Hefen in der Technik Info: Mikroorganismen erlangen in der Biotechnik und in der allgemeinen Verfahrenstechnik zunehmend an Bedeutung. Die Vorteile liegen auf der Hand: Die sich rasant weiter entwickelnden Verfahrenstechniken unter Nutzung von Lebewesen – meist gentechnisch veränderten Bakterien - werden angewandt bei der Herstellung von Vitamin C, bei der Spaltung von Stärke zur Gewinnung von Industriezucker, bei der Herstellung von Hormonpräparaten, bei der Abwasseraufbereitung, in der Penizillin- Produktion, -- um nur einige Beispiele zu nennen. -- Aber auch schon seit alters her: bei der Brotherstellung, bei der Gewinnung von Edelkäsesorten, bei der Herstellung von Joghurt, beim Bierbrauen, bei der Kelterung von Weinsaft. Im Mittelalter war Bier – neben Wein – das Getränk der Wahl, da es wesentlich weniger verunreinigt und keimbelastet war als das übliche Brunnenwasser. Es gehörte zu den hausfraulichen Pflichten, Bier selbst herzustellen. Als Mikroorganismus wurde und wird Hefe eingesetzt, ein Einzeller, der systematisch zu den Pilzen gerechnet wird. Heute gibt es viele Neuzüchtungen für sehr unterschiedliche Verfahren, zudem ermöglicht die Gentechnik den Transfer von Genen. Auf diese Weise entstehen praktisch neue Lebewesen mit neuen Eigenschaften. Der hier dargestellte Versuch hat historisch doppelte Bedeutung, da er eines der ersten Beispiele für den Einsatz eines Lebewesens und die Nutzung eines Enzyms (Amylase aus Gerstenkeimlingen) und eines Lebewesens (Hefe) für einen großtechnischen Prozess darstellt. Bierbrauen als nachvollziehender Versuch eignet sich als Projekt und als Vorbereitung zum Besuch einer Brauerei. In der Klasse können weitere Versuche durchgeführt werden. Die Bierherstellung sollte bis zum Jungbier durchgeführt werden, einem ungereinigten noch braun gefärbten Bier, das allerdings nicht zum probieren verwendet werden sollte!: die Herstellung im Schulalltag kann nicht keimfrei durchgeführt werden!! Der Geruch ist aber unverkennbar.

Materialien und Geräte:

18 Liter Wasser, 4 kg Malzschrot Gerste (aus einer Brauerei), 40 g Hopfen (gepresst aus einer Brauerei), Etwa 200ml Hefesuspension (untergärige Hefesorte - aus einer Brauerei) Jod-Jodkalium-Lösung zur Überprüfung der Reaktion.

Zwei 20 Liter fassende Edelstahltöpfe, Kochlöffel, Heizplatte oder Herd, Thermometer, Kühlschrank.

Herstellung von Malz:

Die Reinigung und sterile Vorbereitung des Malzes (=getrocknete gekeimte Gerste) ist sehr aufwendig. Man bekommt das Malz fertig aus einer Brauerei als geschrotetes, lagerfähiges Produkt. Gerstenkörner oder Keimlinge sind nicht mehr zu erkennen.

Für die Demonstration im Unterricht kann man keimfähige Gerste auf feuchtem Filtrierpapier in Petrischalen auskeimen lassen, die Keimlinge trocknen und im Mörser zerstampfen.

Diese Masse ist allerdings nicht steril und kann für die Bierherstellung nicht verwendet werden.

Einmaischen: Es geht hier darum, aus den zuvor getrockneten Gerstenkeimlingen, dem Malz, die Amylase herauszulösen und gleichzeitig die Stärke aus dem Samen freizusetzen, um für den nächsten Vorgang der Gärung Zucker in Lösung zu bekommen. Die entstehende Masse wird Maische genannt. Man muss ständig rühren, damit die Masse nicht anbrennt. Die Einhaltung der Temperatur und der Zeiten sind ausschlaggebend. Man kann eine Kochplatte mit Temperaturfühler nutzen.

Herstellung der Würze: Man erhitzt 18 Liter Wasser auf 520 C, gibt dann 4 kg Malz langsam unter Rühren zu, damit die Temperatur erhalten bleibt. Nach 5 min bei 520 C wird für 10 min auf 620 C erhitzt. Anschließend erhitzt man für 5 min auf 68 Grad, dann für 30min auf 780 C. Dieses Vorgehen soll bewirken, dass zwar die Stärke zu Zucker abgebaut wird, dass das Enzym aber denaturiert wird und auch die anderen Eiweiße ausfallen, damit Enyzmreaktionen nicht weiter ablaufen. Das Ergebnis wird Würze genannt.

Läutern: Anschließend muss die Masse filtert (geläutert) werden

Gärung:

Man, lässt die Masse einige Tage im Kühlen unter einem Deckel gären. Es sollten Blasen entstehen.

Nach etwa 10 Tagen entsteht ein trübes, wohlschmeckendes Bier.

Schema der Bierherstellung

in der

Bierbrauerei

Test: Überprüfe den richtigen Ablauf

Vergleiche mit dem Arbeitsablauf der Bierherstellung

Test: Wie ist der richtige Arbeitsablauf? Schneide aus, stelle um und beschreibe!

Biotechnik 4: Weinbau und Kellertechnik heute

Regina Stigler

Weinbau Zur Geschichte: Die Urheimat der Weinrebe sind Kaukasus und Nordpersien. Funde von Ansammlungen von Traubenkernen weisen darauf hin, dass vor rund 8000 Jahren in Syrien und vor rund 3500 Jahren in Süddeutschland Wein hergestellt worden ist. Aber erst die Römer haben durch Anlagen von Rebflächen den landwirtschaftlichen Weinbau in Süddeutschland eingeführt. Heute stellt der Weinbau einen wichtigen Wirtschaftszweig in den warmen Gegenden Deutschlands dar (z. B. Rheingau, Ortenau, Kaiserstuhl, Bodenseegebiet). Wein hat seit alters her in der Theologie besondere Bedeutung: im Alten Testament wird Wein als Mittel beschrieben, „der Traurigen hilft". Im Messopfer wird Wein zum Sinnbild göttlicher Natur. In der Medizin wurde Wein als Arzneimittel zur Linderung von Schmerzen z. B. bei der Geburt genutzt. Schon früh war die desinfizierende Wirkung von Alkohol bekannt. Ebenso alt sind die Warnungen vor zu viel Wein. Im Mittelalter wurde empfohlen, dem Wein Aale oder Frösche zuzusetzen, um den Trinker abzuhalten. -- Bis zur Einführung der hygienisch einwandfreien Trinkwasserversorgung seit 1880 war jedoch der Wein das am wenigsten schädliche Getränk. Heute spielt der Wein als „Genussmittel" eine durchaus strittige Rolle. Die Untersuchung der Vorgänge, die aus Traubensaft Wein werden lassen, war der Anlass für die Entwicklung einer ganzen Industrie: bewusste Kellertechnik, überlegte Anbaumethoden, durch Züchtung verbesserte Rebsorten und Vervollkommnung der Gärtechnik durch Züchtung neuer Hefesorten. Heute dient Alkohol als Grundstoff für viele Synthesen in der Industrie. Für einen „guten Wein" sind folgende Faktoren wichtig: Neuzüchtung von Rebsorten das Klima und die Rebsorte der Boden und die Rebsorte Art des Anbaus der Rebsorten der Zuckergehalt des Rebensaftes die Kellertechnik (Gärverfahren Neuzüchtungen von Hefestämmen Umweltbelastungen: Durch Rebflurbereinigung wurden ganze Berge umgestaltet, um die Rebflächen und den Ertrag zu erhöhen. Gleichzeitig werden chemische Mittel eingesetzt, um Schädlinge und Krankheiten fernzuhalten. Seit 1990 nehmen allerdings die Betriebe zu, die durch ökologisch vertretbaren Anbau und neue Rebsorten weniger, aber bessere Weine herstellen. Lit: Bert.L. Vallee (1998): Kleine Kulturgeschichte des Alkohols. IN: Spekt.d.Wiss, 62ff; Stigler, R. u. V. Schneider (1984): Vom Most zum Wein IN: NiU-B,313ff; http://de.wikipedia.org/wiki/Weinbau_in_Deutschland http://www.deutsche-weine.de/weinwissen/weinregionen.html Zukunft Weinbau https://biooekonomie.de/foerderung/foerderbeispiele/weinbau-der-zukunft

Weinbau Information

Arbeit im Weinberg

Arbeit im Weinkeller

Versuch 6

Wir stellen einen einfachen Most her:

Most: Als Most bezeichnet man süß schmeckende Fruchtsäfte.

Es gibt Most aus Weintrauben, aus Äpfeln, aus Apfelsinen.

Vorbereitung

Kaufe ein Kilo Weintrauben.
Presse den Saft aus, so gut es geht.
Filtiere den Saft durch einen Kaffeefilter
gib 5 Gramm Hefe zu und warte einige Tage, bis der Saft anfängt Schaum zu bilden.

Notiert vor Versuchsbeginn eure Erwartungen für jeden Versuch auf gesonderten Protokollblättern!

Arbeitsgruppen:

Wenn Arbeitsgruppen gebildet werden können, könnt ihr folgende spezielle Aufgaben verteilen:

Konzentrationseffekte: Wie verändert sich die Reaktion, wenn ihr zusätzlich verschiedene Konzentrationen an Zucker nehmt, (z. B. 20g / 40g / 60 g)?
Hefeeffekte: Wie verändert sich die Reaktion, wenn verschiedene Konzentrationen an Hefe (/ 2g / 5 g / 10g / 20g) gewählt werden?
Was geschieht, wenn man einige Tropfen Spülmittel zufügt?
Was geschieht, wenn man den fertigen Most aufkocht, wieder abkühlt und die Reaktion beobachtet?