Übersetzt von Manuel Koch

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Ken Gadd und Luca Szalay stellen eine Methode vor, die in der Industrie genutzt wird und hier für Schüler angepasst ist, um den Zitronensäuregehalt in Kaugummi zu bestimmen.

Wie sauer ist Kaugummi?

Wie viele Leute kennen Sie, die Kaugummi kauen? Warum tun sie das? Sie könnten eine Umfrage machen, aber die wahrscheinlichste Antwort wird lauten wegen des Geschmacks. Kaugummi besteht aus einer wasserunlöslichen Gummi-Basis und wasserlöslichen Inhaltsstoffen wie Geschmacksstoffen und Süßstoffen. Wenn man es kaut, werden die Geschmacksstoffe und die Süßstoffe frei, gelöst und herunter geschluckt (hoffentlich verbleibt das Kaugummi dabei im Mund). Wenn der Geschmack draußen ist, wird das Kaugummi weggeworfen. Leider bleibt es sehr fest an harten Oberflächen wie Beton kleben und ist sehr schwer zu entfernen.

Es gibt viele Belege dafür, wenn man mal den Bürgersteig entlang sieht. Aber nun zurück zu den Geschmacksstoffen.... Ein gebräuchlicher Bestandteil in Kaugummi und anderen Süßigkeiten ist Zitronensäure. Es macht diesen scharfen, erfrischenden Zitrusgeschmack, der die Zunge „befällt“. Von der Verpackung erfährt man, wie viel Zitronensäure im Kaugummi enthalten ist. Es ist die Aufgabe eines analytischen Chemikers im Labor der Qualitätskontrolle, diese zu bestimmen. Die unten beschriebene Methode basiert auf dem Standardverfahren, welches von einer Firma angewendet wird, die verschiedene Geschmackstoffe von Kaugummi und Bubblegum (eine Art von Kaugummi) herstellt. Es ist für den Gebrauch in Schulen angepasst, so dass Ihre Schüler authentische Arbeitsbedingungen nachahmen.

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Hier sind einige Fragen, die benutzt werden könnten, um die Schüler zum Nachdenken zu bringen:

• Wie viele Leute kennen Sie, die Kaugummi kauen?
  
• Wie alt sind sie?
  
• Was ist der Unterschied zwischen Bubblegum und anderen Arten von Kaugummi?
  
• Wie entfernt man Kaugummi von Anziehsachen?
  
• Warum schmecken Zucker-freie Kaugummis immer noch süß?
  
• Wie könnte man herausfinden, wie viel Säure im Kaugummi steckt?

Das Verfahren: Bestimmung der Zitronensäure in Hubba Bubba^® Kaugummi mittels Säure-Base Titration

Lehrer könnten von ihren Schülern verlangen, dass sie die Chemie der Analyse verstanden haben, bevor sie den Versuch starten. Um zu testen, ob sie über ein geeignetes Wissen verfügen, könnten die Schüler den interaktiven Test auf der StandardBase website^w1 durchführen. Um ihre Arbeit zu erleichtern, können die Schüler auch eine Datei über Titration herunterladen^w2.

Anwendungsbereich

Das Ziel dieser analytischen Methode ist es, den Gehalt an Zitronensäure in Hubba Bubba^® Bubblegum zu bestimmen. Dieses Kaugummi ist in Großbritannien und in den meisten Teilen Europas erhältlich. Hergestellt wird es von Wrigley^w3 in Plymouth, Großbritannien. Die hier beschriebene Methode basiert auf dem Analyseverfahren, das von Wrigley in den Laboren in Plymouth angewandt wird.

Prinzip

Die Bestimmung basiert auf einer Säure/Base-Reaktion zwischen der Zitronensäure im Kaugummi und normalem Natriumhydroxid. Der Gehalt an Zitronensäure im Kaugummi kann aus den Titrationsergebnissen berechnet werden.

Ausrüstung

• Küchenrolle (Nudelholz)
  
• 250 cm³ Erlenmeyerkolben
  
• 250 cm³ Messkolben
  
• 100 cm³ Messkolben
  
• Magnetrührer und Rührfisch
  
• 10 cm³ Bürette (mit 0.02 cm³ Eichstrichen)
  
• Oberschalige analytische Waage
  
• Holzbrett
  
• Messer / Schere

Materialien und ihre CAS Nummern^w4

• Hubba Bubba^® mit Orangengeschmack
  
• Natriumhydroxid (CAS number: 1310-73-2)
  
• Phenolphthalein (CAS number: 77-09-8)

Reagenz-Lösungen

• Standard 0.10 mol dm^-3 Natriumhydroxid. Wenn dieses nicht zu bekommen ist, löse 1.00 g Natriumhydroxid in ungefähr 100 cm³ reinem Wasser. Fülle dieses sorgfältig in einen 250 cm3 Messkolben und ergänze bis zum Eichstrich. Homogenisiere die Lösung. Standardisiere durch Titration gegen 0.10 mol dm^-3 Salzsäure, welche selbst gegen festes Kaliumhydrogencarbonat standardisiert wurde.
  
• Phenolphthalein Indikator. Wiege 0.20 g Phenolphthalein aus und löse es in etwa 50 cm³ Methanol. Transferiere die Lösung in einen 100 cm³Messkolben, fülle auf bis zum Eichstrich und homogenisiere die Lösung.

Durchführung

1. Nehme ein Teil Hubba Bubba^® Bubblegum mit Orangengeschmack, entferne die Hülle und lege es auf ein Holzbrett.
   
2. Rolle das Bubblegum mit dem Nudelholz in einen sehr dünnen Streifen von ungefähr 160 x 30 x 0.5 mm.
   
3. Zerschneide den dünnen Streifen in kleine Stückchen von der Größe eines langen Reiskorns.
   
4. Wiege 1.00 g der Hubba Bubba^® Bubblegum Stückchen ab.
   
5. Füge es zu 100 cm³ reinem Wassers in einen 250 cm³ Erlenmeyerkolben. Füge den Rührfisch hinzu.
   
6. Verrühre es stark für 30 min. und gehe sicher, dass die Bubblegum Stückchen nicht mehr aneinander kleben.
   
7. Gib 0.50 cm³ Phenolphthalein Indikator dazu und titriere gegen 0.10 mol dm^-3 Natriumhydroxid in einer 10 cm³ Bürette. Der Endpunkt ist rosa.
   
8. Wiederhole es zweimal und nimm den Durchschnitt der drei Resultate. Durchschnitt der Titration = V cm³.

Berechnungen

Benutze die folgenden Formeln, um die Massenprozent der Zitronensäure-Monohydrat im Hubba Bubba^® Bubblegum zu berechnen:

• Jeder Kubikzentimeter von 0.10 mol dm^-3 Natriumhydroxid ist äquivalent zu 7,00 mg Zitronensäure-Monohydrat.
  
• Massenprozent der Zitronensäure-Monohydrat = 0.70 V

Bemerke: ein Korrekturfaktur wird benötigt, wenn die Natriumhydroxid Lösung nicht exakt 0.10 mol dm^-3 entspricht.

Darstellung der Ergebnisse

Gib die Masse von Zitronensäure-Monohydrat in Hubba Bubba^® Bubblegum in Massenprozenten an (Masse von Zitronensäure-Monohydrat in 100 g Bubblegum). Der vom Hersteller erlaubten Werte liegen zwischen 1,9-2,1 Massenprozenten.

Präzision

Die Präzision der Analyse wird bestimmt durch die Büretten-Anzeige. Ein unerfahrener Schüler könnte eine Bürette mit einer Präzision von ± 0.05 cm³ lesen. Erfahrenere Schüler könnten bis zu ± 0.02 cm³ lesen.

Der Graph

Der Graph unten zeigt die Resultate von Schülern in anderen europäischen Ländern (zu der Zeit des Druckes). Wenn Ihre Schüler am neuesten Stand interessiert  sind, können sie sich die up-to-date Ergebnisse online ansehen^w5.
Wenn Ihre Schüler ihre eigenen Resultate zum Graphen hinzufügen möchten, schreiben Sie eine E-mail an Luca Szalay (luca@chem.elte.hu). Sie erhalten einen Usernamen und ein Passwort, um die Funktionen der StandardBase Datenbank nutzen zu können. Danach können Sie Ihre Schüler registrieren, was ihnen ermöglicht, ihre eigenen Ergebnisse zum Graphen hochzuladen.

Die x-Achse zeigt den Zitronensäuregehalt der Probe (g pro 100 g), die y-Achse zeigt die Nummer der Messung Mit freundlicher Genehmigung von Luca Szalay

Internet-Referenzen

w1 –Lehrer möchten vielleicht ihre Schüler ermutigen, den interaktiven Test auf der StandardBase Webseite durchzuführen: www.vapro-ovp.com/applications/toetsing/vraag.asp?toetsID=29

w2 –Eine Datei über Titration kann von der StandardBase Webseite heruntergeladen werden: www.standardbase.com/tech/uk-voltech.pdf

w3 –Um mehr Informationen über Hubba Bubba^® Produkte zu erhalten, siehe: www.wrigley.co.uk/index.cfm?articleid=138

w4 –Das CAS Register ist die größte und aktuellste Datenbank über chemische Substanzinformationen weltweit. Siehe: www.cas.org/expertise/cascontent/registry/regsys.html

w5 –Ein Graph von vorherigen Ergebnissen dieser Analyse kann hier angesehen und heruntergeladen werden: http://standardbase.live.ism.nl/sbase/maindetails.asp?expid=3362#

Quellen

Diese und andere Protokolle können von der StandardBase Datenbank heruntergeladen werden: http://standardbase.live.ism.nl

Klicken Sie auf ‘View or conduct a StandardBase procedure’ dann ‘View all experiments’. Danach wählen Sie das Protokoll, welches Sie gerne sehen würden.

Ken Gadd arbeitet für 4science, Großbritannien, und Luca Szalay gehört zum Institut für Chemie an der Eötvös Loránd Universität, Ungarn.