Mit Naturwissenschaften gegen Lebensmittelverschwendung

Einführung

Im Rahmen des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Projektes „Mit Naturwissenschaften gegen Lebensmittelverschwendung“ haben wir verschiedene Versuchsreihen entwickelt, in denen SchülerInnen die grundlegenden naturwissenschaftlichen und für Veränderungsprozesse von Lebensmitteln besonders relevanten Themen kennenlernen. Ziel ist, die SchülerInnen bezüglich ihres eigenen Umgangs mit Lebensmitteln zu sensibilisieren und so zu einem nachhaltigeren Umgang mit Lebensmitteln zu bewegen.

Eine Broschüre und ein Flyer informieren über Motivation und Konzept des Projekts und gibt eine Übersicht über unser Angebot im Schülerlabor zum Thema Lebensmittelverschwendung. In den Versuchsreihen werden folgende Einflussfaktoren behandelt:

Wasser und seine Verfügbarkeit
Temperatur, pH und Reaktionsgeschwindigkeit
Oxidationsprozesse, Licht und Verpackungen (Migration von Stoffen)

_{Das Projekt wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördert.}

Das Grundkonzept sieht vor, dass Schulunterricht und Experimentieren im Schülerlabor verknüpft werden. Es stehen Materialien zur Verfügung, mit denen Einführung und Nachbereitung im Schulunterricht durchgeführt werden können. Der Hauptteil besteht darin, dass Schulklassen zum Experimentieren in unser Schülerlabor kommen. Die SchülerInnen untersuchen dort die Phänomene am Beispiel konkreter Lebensmittel. Die Erkenntnisse werden auf den Alltag übertragen.

Eine Kurzversion des Grundkonzepts kann an einem Vormittag im Schülerlabor durchgeführt werden. Bei einem Besuch im Schülerlabor werden Thema und Umfang vorher abgesprochen. Einige Versuche können in unterschiedlichen Schwierigkeitsstufen durchgeführt werden. Üblicherweise wird ein Schwerpunktthema behandelt, ggf. auch zwei, die Versuchsreihe dazu kann individuell zusammengestellt werden.

Zusätzlich können Lehrkräfte Experimentierkisten zu diesen Themen nach Terminabsprache bei uns ausleihen. Die Kisten enthalten alle Materialien, die zur Durchführung im Schulunterricht benötigt werden. Zusätzliche Materialien für Einführung und Nachbereitung können ebenfalls ausgeliehen werden.

In unserer Rubrik „Experimente der Woche“ sind außerdem ausgewählte Experimente aus diesem Kontext so aufbereitet worden, dass sie zu Hause in der Küche durchgeführt werden können. Es werden Geräte und Materialien eingesetzt, die üblicherweise in einem Haushalt vorhanden sind.

Dieses Angebot soll naturwissenschaftlich interessierte SchülerInnen Anregungen zum eigenen Experimentieren geben. Die Experimente eignen sich außerdem als Hausaufgabe oder zum Einsatz im Online-Unterricht. Dort sind auch Zusatzmaterialien mit Hintergründen und Informationen zum Umgang mit Lebensmitteln im Alltag zu finden.

Biologie ab Klasse 5:

Themen:

Mein Körper, meine Gesundheit
Gesunde Ernährung - Was am Trinken so wichtig ist (5/6)
Stoffwechsel, Lebensmittel
Zusatzstoffe in Lebensmitteln (7/8)
Gesundheit und Krankheit
Viren und Bakterien u.m. (9/10)

Chemie ab Klasse 5:

Themen:

Lebensmittel
Bestandteile – Fertiggerichte im Vergleich zu frisch zubereiteten Gerichten – Trennverfahren – Stoffeigenschaften (5/6)
Luft und Sauerstoff
Zellatmung (7/8)
Stoffe im Haushalt
Nährstoffe (9/10)

Da das Verständnis für nachhaltiges Handeln möglichst früh geweckt werden sollte, können einige Experimente auch von jüngeren SchülerInnen ab Klasse 4 durchgeführt werden. Die Auswertung wird dann auf die phänologischen Veränderungen begrenzt.

Lebensmittel sind sehr komplexe Gebilde aus verschiedenen Stoffen in sehr unterschiedlichen Mengen. Sie sind nicht stabil, sondern verändern sich fortwährend – manche sehr schnell, wie z. B. frischer Fisch, andere sehr langsam, wie z. B. Zwieback. Die Veränderungen können erwünscht sein, etwa wenn Obst noch nachreift oder ein Salat noch richtig durchziehen soll, aber meist geht die Veränderung mit Qualitätsverlusten oder gar Verderb einher.

Welcher Art sind nun diese Veränderungen und wie lassen sie sich beeinflussen?

Da gibt es zum einen die physikalischen/physikochemische Veränderungen/Prozesse z. B. durch Kristallisation von Inhaltsstoffen und Freisetzung von Wasser, oft begleitet von (bio)chemischen Veränderungen. Diese können Aroma und Geschmack, aber auch den Ernährungswert (z. B. Vitamingehalt) beeinflussen. Dabei wirken lebensmitteleigene Enzyme, außerdem sind Licht und Luft im Spiel. Beispiele sind (bio)chemischer Abbau von Zellwänden, Braunwerden von geschnittenen Äpfeln, Spaltung und Oxidation von Fetten.

Neben physikalischen, chemischen und mikrobiologischen Prozessen spielt der Kontakt mit Verpackungsmaterial und Behältnissen eine Rolle. Ist das verwendete Behältnis oder Material ungeeignet, wie etwa Alufolie für saure Lebensmittel, kann es zur Migration von Stoffen aus dem Kontaktmaterial in das Lebensmittel kommen.

Die SchülerInnen können im Schulunterricht Versuche zum Thema "Mit Naturwissenschaften gegen Lebensmittelverschwendung" durchführen. Die Versuche behandeln die grundlegenden und für Veränderungsprozesse von Lebensmitteln besonders relevanten Themen. Die bei Besuchen von Schulklassen im Labor durchgeführten Versuche unterscheiden sich im Aufbau und den benötigten Geräten teilweise von den Versuchen in den Experimentierkisten und sind inhaltlich etwas detaillierter. Dennoch umfassen auch die für die Schule vorgesehenen Varianten die aufgeführten Themenbereiche.

Es stehen Experimentierkisten zu drei unterschiedlichen Themenbereichen zur Verfügung:

Kiste Wasserverfügbarkeit:

Wasserverfügbarkeit in festen Lebensmitteln: Experimente zur Stärkeverkleisterung, Osmose, Kapillarität und Barrieren in Lebensmitteln
Stärkeverkleisterung: Was ist Stärke? Warum kann Stärke Wasser binden? Was passiert dabei in Backwaren?
Barrieren: Warum ist Gemüse fest, obwohl es sehr viel Wasser enthält? Wie viel Wasser enthalten Gurken und Zucchini? Was ist gleich, worin unterscheiden sie sich?
Osmose: Wie zeigt sich Osmose? Welche Substanzen wirken osmotisch? Was passiert in einer Zwiebel, wenn ich sie salze?
Kapillarkräfte: Was ist das? Wie können wir Kapillarkräfte nutzen? In welchen Lebensmitteln wirken sie?

Kiste Temperatur, pH und Reaktionsgeschwindigkeit:

Einfluss von Temperatur und Säuren auf Eiweiße und Mikroorganismen, Reaktionsgeschwindigkeit
Eiweißgerinnung: Wie zeigt sich Eiweißgerinnung? Wodurch gerinnt Eiweiß? Wie wird das Eiweiß dabei verändert?
Aktivität von Mikroorganismen: Wie wirken sich Veränderungen der Temperatur und die Zugabe von Säure auf die Aktivität von Hefe aus?
Aktivität von Enzymen: Wie wirken sich Veränderungen beim pH-Wert auf die Aktivität von Kartoffelenzymen aus? Wie verhalten sich gekochte Kartoffeln?
Obstreifung: Wieso muss Obst reifen? Was passiert, wenn eine unreife, grün-gelbe Banane langsam braun wird?

Kiste Licht, Luft und Säure:

Veränderungen durch äußere Einflüsse/ Lagerbedingungen: Licht, Luft und Säure
Wirkung von Licht: Kann man Riboflavin im Lebensmittel sehen? Wie verändert sich Riboflavin im Licht? Was bedeutet das? Was hat das mit Milch zu tun?
Obstbräunung: Warum wird angeschnittenes Obst braun? Wie kann man das verhindern?
Eisenhaltige Gegenstände im Haushalt: Wie kann man Eisen nachweisen? Wie wirken Säuren oder Salz auf Eisen? Was muss man bei Konservendosen beachten?

Hinweis: Die hier aufgeführten Nummern der Experimente beziehen sich auf die Broschüre „Verwenden, nicht verschwenden“.

Wasser und seine Verfügbarkeit in Lebensmitteln

3.1 Feuchte (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Gleichgewichtsfeuchten von unterschiedlichen Lebensmitteln kennenlernen; Einfluss der Umgebungsfeuchte

3.2 Kapillarkräfte (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Was ist das? Wie können wir Kapillarkräfte nutzen? In welchen Lebensmitteln wirken sie?

3.3 Zerkleinerungsgrad (Klassenstufen 5/6, 7/8, 9/10, Sek. II)

Warum sind Gurken fest, obwohl sie sehr viel Wasser enthalten? Wie wirkt sich der Zerkleinerungsgrad aus?

3.4 Osmose (Klassenstufen 5/6, 7/8, 9/10)

Wie zeigt sich Osmose? Was passiert beim Salzen? Welche Stoffe wirken osmotisch?

3.5 Stärkeverkleisterung (Klassenstufen 5/6, 7/8, 9/10)

Warum kann Stärke Wasser binden? Was passiert dabei in Backwaren?

3.6 Kristallisation (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Wie hängen Kristallisationsgeschwindigkeit und Kristallgröße zusammen? Was bedeutet das für Gefriergut?

Temperatur und pH-Wert

4.1 Karamellisierung (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Einfluss der Temperatur auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

4.2 Spaltung von Saccharose (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Einfluss des pH-Werts auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

4.3 Eiweißgerinnung (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Eiweißgerinnung durch Säuren, Schwermetalle, Alkohol und Temperatur

4.4 Enzymaktivität und Temperatur (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Abhängigkeit der Enzymaktivität von der Temperatur am Beispiel einer Kiwi, Haltbarmachen von Lebensmitteln

durch Kochen, Braten, Einkochen

4.5 Enzymaktivität und pH-Wert (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Abhängigkeit der Enzymaktivität vom pH-Wert am Beispiel einer Kartoffel, Haltbarmachen von Lebensmitteln

durch Säuerung

4.6 Obstreifung (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Reifegeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur: Enzymatischer Abbau der Stärke zu Zucker, Nachweise

von Stärke und Zucker in unreifen und reifen Bananen

4.7 Hefeaktivität (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Einfluss von Temperatur bzw. pH-Wert auf die Aktivität von Mikroorganismen am Beispiel der Hefegärung,

Haltbarmachen von Lebensmitteln durch Einkochen und Säuern

Licht und Luft

5.1 Riboflavin (Vitamin B₂) (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Nachweis von Riboflavin, Zersetzung im Licht, Lichtgeschmack von Milch

5.2 Wurst (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Vergrauung durch Licht, verschiedene Folien im Vergleich

5.3 Obstbräunung (Klassenstufen 5/6, 7/8, 9/10, Sek. II)

Reaktion mit Luftsauerstoff, Vitamin C als Antioxidans

5.4 Carotin (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Abbau im Licht, Einfluss von Eisenionen auf die Abbaugeschwindigkeit, Lichtschutz durch Carotin

5.5 Fettoxidation (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Reaktivität ungesättigter Fettsäuren, Lagerung von pflanzlichen Ölen

Verpackungen und Stoffmigration

6.1 Eisen (Klassenstufen 7/8, 9/10, Sek. II)

Einfluss von Säuren und Salz auf metallisches Eisen, Umgang mit Konservendosen

6.2 Aluminium (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Einfluss von Säuren, Salz u. Lauge auf metallisches Aluminium, Verwendung von Alufolie

6.3 O₂-Durchlässigkeit (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Vergleich unterschiedlicher Folien: Zellglas, Frischhaltefolie, Gefrierbeutel

6.4 Wasserdurchlässigkeit (Klassenstufen 9/10, Sek. II)

Vergleich unterschiedlicher Folien: Zellglas, Frischhaltefolie, Gefrierbeutel

Verpackungen und Stoffmigration:

6.1 Lebensmittel und Metalle: Eisen

6.2 Lebensmittel und Metalle: Aluminium

6.3 Durchlässigkeit von Sauerstoff und Wasser

Lehrerinfos

Wasserverfügbarkeit in Lebensmitteln

Aktivität von Mikroorganismen und Enzymen

Temperatur, pH, Licht, Luft, Verpackungen

In den Lehrerinfos werden auch die Versuche beschrieben, die nur im Labor durchgeführt werden.

3.1 Wie feucht sind Lebensmittel?

3.2 Die Kraft der Kapillaren / 3.3 Was hält das Wasser in der Gurke fest?

3.4 Osmose – eine Frage der Konzentration

3.5 Verkleisterung von Stärke

3.6 Einfluss der Temperatur auf die Kristallbildung

4.1 Karamellisierung / 4.2 Spaltung von Saccharose

4.3 Eiweiße in Lebensmitteln: Typische Reaktionen

4.4 Enzymaktivität in Lebensmitteln: Abhängigkeit von der Temperatur / 4.5 Abhängigkeit vom pH-Wert

4.6 Was passiert mit der Stärke, wenn Obst reif wird?

4.7 Die Aktivität der Hefe – Temperatur und pH-Wert

5.1 Einfluss von Licht: Riboflavin – ein gelber Farbstoff / 5.2 Was lässt Frischwurst grau werden?

5.3 Warum wird das Obst braun?

5.4 Einfluss von Licht auf Carotin / 5.5 Veränderung von Fetten und Ölen

6.1 Lebensmittel und Metalle: Eisen

6.2 Lebensmittel und Metalle: Aluminium

6.3 Durchlässigkeit von Sauerstoff und Wasser

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