Benutzer:Brockmann/Alkohole/Wie stellt man alkoholische Getränke her?

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Geschichte der Bier- und Weinherstellung

Schon seit Jahrtausenden stellen Menschen alkoholhaltige Getränke her. Erste schriftliche Belege für den Genuss von Bier stammen aus sumerischen Keilschriften aus dem 4. Jahrtausend v. Chr.. In China wurden jedoch ca. 9000 Jahre alte Tongefäße gefunden, die vergorene Getränke enthalten hatten, was darauf hindeutet, dass die Herstellung von alkoholischen Getränken schon damals bekannt war.

Nähere Informationen dazu findet man beispielsweise auf den folgenden Internetseiten:

Geschichte der Bierherstellung:

Geschichte der Weinherstellung:

Herstellung von Trinkalkohol

Aufgabe: Schau dir das folgende Video an und überlege dir ein Experiment zur Weinherstellung.

Wenn du willst, kannst du auch das folgende Quiz zum Film machen:


Was kann man alles mithilfe von Hefe herstellen? (Bier) (Schnaps) (Wein) (Biosprit) (!Diesel)

Welche Nahrung braucht Hefe? (Zucker) (!Kohlenstoffdioxid) (!Alkohol) (!Hefe)

Wieso bläht sich der Luftballon beim gezeigten Experiment auf? (!Weil Wasserdampf entsteht.) (!Weil Wasserstoff entsteht) (Weil Kohlenstoffdioxid entsteht.) (!Weil Sauerstoff entsteht.)

Welche Zutaten braucht man auf jeden Fall zur Herstellung eines alkoholhaltigen Getränks? (Wasser) (!Sauerstoff) (Hefe) (Zucker) (!Kohlenstoffdioxid)

Aus welchen der folgenden Flüssigkeiten/Gemische kann man ein alkoholhaltiges Getränk herstellen? (!Wasser) (Traubensaft) (Honigwasser) (!Diätlimonade) (Wasser mit Zucker) (!Salzwasser) (Getreide-Wasser-Gemisch)

Frage für Schlaue: [[Wieso benötigt man den Luftballon?]]


Experiment: Alkoholische Gärung

Materialien: Zucker-Lösung bzw. Fruchtsaft, Hefesuspension, Erlenmeyerkolben oder Flasche, Luftballon

Durchführung: In den Erlenmeyerkolben oder die Flasche gibt man eine Zucker-Lösung aus x* g Zucker in x* ml Wasser bzw. Fruchtsaft und fügt anschließend etwas Hefesuspension hinzu. Dann verschließt man das Gefäß mit dem Luftballon und lässt es eine Woche stehen.

* bitte zumindest ungefähre Angabe machen

Beobachtungen:

Der Luftballon dehnt sich aus. Die Flüssigkeit riecht vergoren. Eventuell ist Schaum an der Oberfläche der Flüssigkeit zu sehen.


Welches Gas entsteht?


Experiment: Nachweis von Kohlenstoffdioxid

Materialien: Spritze mit Schlauch, Reagenzglas mit Kalkwasser

Durchführung: Man leitet das Gas, das sich im Luftballon befindet, in Kalkwasser ein (mithilfe einer Spritze).

Beobachtung: Das Kalkwasser wird trüb.

Auswertung: Bei dem Gas handelt es sich um Kohlenstoffdioxid.


Lösung

Gesamtauswertung des Experiments zur alkoholischen Gärung:

Es hat eine chemische Reaktion statt, was man daran erkennen kann, dass unter anderem das Gas Kohlenstoffdioxid entstanden ist (Nachweis mithilfe der Kalkwasserprobe). Da die Flüssigkeit nach Alkohol riecht, kann man davon ausgehen, dass der Zucker, der in der Reaktionslösung enthalten war, mithilfe der Hefe zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid reagiert hat.

Reaktionsgleichung für die alkoholische Gärung:



Welche Rolle spielt die Hefe bei der alkoholischen Gärung?

Hefen sind einzellige Pilze, die sich durch Spaltung vermehren. Bei der alkoholischen Gärung wird ein Hefepilz namens Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) verwendet, also dieselbe Hefeart, die auch zum Backen von Brot und Kuchen eingesetzt wird. Das ist übrigens auch der Grund, weswegen Hefeteig manchmal, besonders wenn man ihn längere Zeit hat gehen lassen, nach Alkohol riecht.

In der Hefe enthalten sind Enzyme, die als Biokatalysatoren bestimmte chemische Reaktionen katalysieren. Im Fall der alkoholischen Gärung bewirken bestimmte Enzyme in der Hefe die Reaktion von Zucker zu Trinkalkohol und Kohlenstoffdioxid.

Generell sind Katalysatoren Stoffe, die chemische Reaktionen erleichtern oder überhaupt erst ermöglichen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen. Dabei wird die Reaktion oft beschleunigt.

Das Substrat passt ins aktive Zentrum wie ein Schlüssel in ein Schloss (Schlüssel-Schloss-Prinzip)
Abb. 1: Schlüssel-Schloss-Prinzip

Das Ganze funktioniert folgenderweise: Zunächst bildet der Katalysator mit dem Ausgangsstoff ein Zwischenprodukt. Hierfür wird weniger Aktivierungsenergie benötigt, als wenn der Ausgangsstoff direkt zum Produkt reagieren würde. Bei Reaktionen mit Enzymen nennt man den Ausgangsstoff "Substrat", es bildet sich ein "Enzym-Substrat-Komplex". Dabei passt nur ein ganz bestimmtes Substrat (oder mehrere strukturell ähnliche Substrate) ins aktive Zentrum des Enzyms. Weil man sich das so vorstellen kann wie ein Schloss, in das nur ein bestimmter Schlüssel passt, nennt man das zugrundeliegende Prinzip auch Schlüssel-Schloss-Prinzip.

Das Zwischenprodukt, im Fall von Enzymkatalyse der Enzym-Substrat-Komplex reagiert weiter, so dass die eigentlichen Reaktionsprodukte entstehen. Aus dem Enzym-Substrat-Komplex wird so der Enzym-Produkt-Komplex. Zum Schluss löst sich das Produkt vom Katalysator bzw. vom Enzym, so dass dort wieder Platz für weitere Edukte ist.

Energiediagramm einer exothermen Reaktion mit Katalysator

Ein Katalysator wird im Lauf einer Reaktion also nicht - wie es bei den Ausgangsstoffen der Fall ist - verbraucht, sondern er liegt am Ende der Reaktion unverändert vor.

Im Energiediagramm kann man sehen, dass eine katalysierte Reaktion über ein Zwischenprodukt abläuft und insgesamt weniger Aktivierungsenergie benötigt als dieselbe Reaktion ohne Katalysator.


Üben
Bringe die folgenden Bilder in die richtige Reihenfolge, so dass sie den Ablauf einer enzymkatalysierten Reaktion zeigen.

Der Alkoholgehalt verschiedener Getränke


Arbeitsauftrag
Finde heraus, welchen Alkoholgehalt verschiedene Getränke aufweisen. Du kannst dafür beispielsweise in einen Supermarkt gehen und auf die Flaschen schauen. Ergänze anschließend den folgenden Lückentext.

Hinweis: Der Alkoholgehalt bei Getränken wird in Volumenprozent (Abkürzung Vol% oder %) angegeben. Beispiel: 100 ml eines Getränks mit 10 Vol% Alkohol enthalten 10 ml Alkohol, der Rest sind hauptsächlich Wasser, außerdem Aromastoffe, Farbstoffe usw.

Wiederholung: Die Destillation

Die Destillation ist ein Trennverfahren, das dazu dient, Stoffe mit unterschiedlichem Siedepunkt voneinander zu trennen. Sie beruht darauf, dass der Stoff mit dem niedrigeren Siedepunkt früher verdampft als der Stoff mit dem höheren Siedepunkt. Ersterer steigt also in der Apparatur zuerst auf, wird dann im Kühler kondensiert und tropft in die sogenannte Vorlage.


Üben
Beschrifte die gezeigte Destillationsapparatur. Falls du die App nicht sehen kannst, folge dem angegebenen Link.


Link zur App: https://learningapps.org/7224241

Besonderheiten bei der Destillation von Trinkalkohol

Destilliert man ein Alkohol-Wasser-Gemisch, so kann man keinen reinen Alkohol erhalten, obwohl die Siedepunkte (Wasser 100 °C, Trinkalkohol 78,3 °C) eine ausreichend hohe Differenz aufweisen. Das liegt daran, dass Wasser und Trinkalkohol ein azeotropes Gemisch bilden, dass aus 95,6 % Alkohol und 4,4 % Wasser besteht.

Will man reinen (= absoluten) Alkohol herstellen, versetzt man den durch Destillation gewonnenen Alkohol mit wasserentziehenden Stoffen wie Calciumoxid oder wasserfreiem Calciumsulfat. Das noch vorhandene Wasser reagiert mit diesen Salzen, die anschließend abfiltriert werden können.