Fruktköttet får solbränna

Tillhör kategori: biokemi, livets kemi, livsmedel, vardagens kemi

Författare: Anna Viltok

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 20 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

När man skalar ett äpple eller en potatis så antar frukten eller grönsaken en brunaktig färg efter en stund. Det ser inte aptitligt ut att äta äpplet när det blivit brunt. Med detta lilla experiment så ska vi förhindra att t ex äpplet blir brunt.

Riktlinjer

Experimentet kan göras av små elevgrupper eller som en demonstration.

Säkerhet

Det finns inga direkta säkerhetsrisker då det är en svag syra som vi ska använda.

Avfallet komposteras eller kastas i soporna.

Materiel

  1. En frukt (äpple, päron, potatis, banan).
  2. Ett underlägg om du inte vill blöta ner bänken.
  3. Citronsyra eller askorbinsyra
  4. Vatten i en liten bägare
  5. Kniv att skära frukten i skivor
  6. Bägare som tål värme
  7. Värmeplatta
  8. Sked

Förarbete

Inget förarbete.

Utförande

  1. Välj en frukt som du ska arbeta med tex äpple.
  2. Dela äpplet i tre lika stora skivor.
  3. Behandla de tre fruktskivorna så här:
    • Använd en skiva som referens (jämförelse), dvs du lägger den åt sidan på ett fat.
    • Preparera en skiva med citronsyra eller askorbinsyra. Det går även bra att använda citronsaft. Låt den sedan ligga på ett fat.
    • Sätter ner en skiva i kokande vatten och låt den koka i tre minuter och lägg den sedan på ett fat.
  4. Iakttag vad som hänt med skivorna 10-15 minuter senare.

Variation

Lägg frukten I en salt- eller sockerlösning.

Förklaring

Brunfärgningen av frukten beror på en reaktion där första reaktionssteget katalyseras av ett enzym till ett gult ämne. Denna mellanprodukten oxideras sedan vidare av luftens syre till det bruna ämnet melanin.

Brunfärgning kan förhindras antingen genom att man hindrar enzymet att verka genom eller att man förhindrar den vidare oxidationen.

Enzymet slutar fungera om pH sänks genom tillsats av syra (citronsyra, askorbinsyra, el. dyl.). Man kan också förstöra enzymet helt genom uphettning.

Oxidationen kan förhindras genom tillsats av ett reducerande ämne (antioxidant) som askorbinsyra.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Den enzymatiska brunfärgningen

I fruktköttet finns ett ämne som heter katekol. När fruktköttet skadas sätter ett enzym, som heter katekol-oxidas (polyfenol-oxidas), igång att bryta ned katekol till o-bensokinon, ett gult pigment, i en oxidationsreaktion. Det gula pigmentet oxideras sedan vidare av luftsyret till ämnet melanin.

Pyrokatekol katekol-oxidas
(polyfenol-oxidas)

orto-benzoquinon oxidation i luften

(komplicerad struktur)
katekol orto-benzoquinon melanin

Om man kan hindra enzymet att fungera så förhindrar man också att frukten blir brun.

Hindra enzymets funktion

Enzymer är proteiner, stora molekyler med en speciell form som gör att de kan fungera som biologiska katlysatorer. Om man påverkar enzymets struktur (form) påverkar man samtidigt förmågan att katalysera (påskynda) kemiska reaktioner.

Genom upphettning kan enzymet förstöras helt (90-95 °C under några sekunder). Likaså förstörs enzymet om man tillför tungmetaller som t ex bly.

Även genom att ändra pH (pH 3 eller lägre) eller salthalt (0,1 % salthalt eller mer) kan enzymaktiviteten förhindras. Salt eller ändrat pH behöver dock inte förstöra enzymet för gott, utan enzymaktiviteten kan bli normal igen om salthalten eller pH återställs.

Förhindra oxidation

Man kan också motverka oxidationen genom att tillföra reduktionsmedel. Exempel på en anti-oxidant är askorbinsyra (C-vitamin), som används som livsmedelstillsats just för att förhindra brunfärgning av frukt. Om du tittar på innehållsförteckningen till ett livsmedel och ser beteckningen E300, så betyder det askorbinsyra.

Melanin i frukt

Melanin är i princip samma bruna ämne som bildas i huden när man blir solbränd. På sätt och vis kan man säga att fruktköttet får "solbränna", men det är inte ljuset utan luftsyret som ger den kemiska reaktionen.

För att den enzymatiska brunfärgningen av frukten ska kunna uppstår krävs att det finns enzym (katekol-oxidas), koppar, syre och ett substrat (katekol i frukten). Om någon av komponenterna saknas så kan brunfärgningen inte uppstå.
1: Syret kan avlägsnas genom att frukten bevaras i en vacuumförpackning.
2: Man kan tillsätta ämnen som binder upp kopparen.
Citronsyra och askorbinsyra kan samverka till att förhindra brunfärgningen.
3: Citronsyran får pH att sjunka (under pH 3) så att enzymet inte längre fungerar. Dessutom binder citronsyran spårämnen av metaller som kan skada askorbinsyran.
4: Askorbinsyran fungerar som reduktionsmedel, dvs fungerar som antioxidant genom att reagera med oxiderande ämnen. Sulfit används också i stor utsträckning för att förhindra den enzymatiska brunfärgningen.

Melanin i kroppen

Melanin är en mörkbrun polymer som finns i håret, huden och den färgade delen av retina (det ljuskänliga området i ögat). Melaninent har till uppgift att skydda mot skadliga UV-strålar. Det bildas när huden utsätts för ultraviolett-B-strålning (UVB) genom oxidation av aminosyrorna tyrosin och tryptofan. Trots att melaninet bildas ur enkla ämnen är dess struktur komplicerad. Pigmentet bildas djupt nere i huden och vandrar upp mot hudens hornlager.

Bildandet av melanin kan börja ske okontrollerat. Det händer med cancerformen "malignt melanom", som är mycket farlig eftersom den snabbt kan sprida sig till övriga delar av kroppen. Risken för malignt melanom ökar om man solar på ett oförståndigt sätt, dvs bränner sig hårt innan huden fått en skyddande brun färg av melanin.

Katekol

Katekol är ett reduktionsmedel som används i fotografiska framkallare. Man ska hantera katekol-framkallare försiktigt eftersom ämnet tränger genom huden och kan orsaka förgiftning. I bananer är dock halten så låg att den är helt ofarlig.

Melanin skyddar mot hudcancer

Färgämnet melanin produceras i melanocyterna djupt nere i huden, melaninet frigörs då huden exponeras för solljus. Melanin absorberar uv-strålar och bryter ned dessa. Men den som ofta utsätter sin hud för solbestrålning får så småning om en uttunnad och skrynklig hud. Huden tappar sin elasticitet. Dessa förändringar i i huden kan leda till att tumörsjukdomar uppstår i huden.

Fördjupning

Livsmedel

Maten håller igång oss

Livsmedel behövs för att hålla igång vårt biologiska maskineri. Det är via maten som vi får energi att röra oss, tänka, men också att växa och reparera våra celler i kroppen. Kroppens maskineri är oerhört komplicerat, men det klarar att styra flödena av både energi och näring till kroppens olika delar vid rätt tillfälle. Kroppen hanterar också att ta hand om de restprodukter som vi måste göra oss av med.

Processerna i kroppen när maten bryts ned, fördelas, omvandlas och görs av med, är i grund och botten kemiska reaktioner som drivs av energin i maten. Maskinen är vår biologiska kropp, men de enskilda reaktionerna är kemiska. På så sätt kan man säga att vår kropp är en kemisk maskin.

Matens ursprung

Ursprungligen hittade vi vår föda i naturen. I det moderna samhället är de flesta livsmedlen processade på något sätt. Även livsmedel som inte är processade i sig är ofta odlade eller uppfödda med metoder som skiljer sig från det som sker i naturen. Syftet är att öka produktionen och att säkerställa kvalitén.

Att livsmedlen inte är helt naturligt producerade behöver inte vara ett problem. Det är bra att vi kan producera mera med mindre resurser. Det är också bra att vi har koll på kvalitén. Men vissa saker är inte bra. Tillsatser som gör att livsmedlen får längre hållbarhet, ser mer aptitliga ut och smakar bättre är inte alltid nyttiga, även som det kan verka så.

Grunden till all produktion av livsmedel är solens energi och växternas fotosyntes. I nästa steg kan djuren äta växterna och producera kött som vi sedan kan äta, men ursprunget är växterna. Men om inte djuren och människorna fanns, så skulle växterna till slut bli utan koldioxid som de behöver för sin fotosyntes. Djur och människor andas ut koldioxid. Kropparna bryts också ned till koldioxid och mineraler när de förmultnar. Detta tar växterna hand om, ofta med svamparna som mellanled. Det hela är ett kretslopp där både växter, svampar och djur ingår. Allt levande både äter och äts. Det som får kretsloppet att hålla igång är strålningen från solen.

Tycke och smak

Genom evolutionen har vi lärt oss att välja vad som är bra med hjälp av lukten och smaken. Oftast är det som vi gillar också nyttigt. När maten är skämd, brukar den börja lukta illa, vilket gör att vi inte äter det som kan göra oss sjuka.

Men det vi tycker om är inte nödvändigtvis bra för oss. Sötma är en signal att maten är bra, vilket stämde väl när människan levde nära naturen och behövde den energi man kunde finna. Men nu finns socker i överflöd. Det blir för mycket av det goda, så att vi blir feta och får sjukdomar som karies och diabetes.

Smaken för maten är också en kulturell fråga. Den mat vi lär oss tycka om från barnsben tycker vi oftast om resten av livet. Det finns också kulturella aversioner mot vissa typer av mat. I Sverige är vi inte vana att äta insekter, men insekter är förträfflig mat som är både nyttig och miljövänlig.

material på avancerad nivå kommer att läggas in här

Redoxreaktion

Redoxreaktioner kan delas upp i delreaktionerna oxidation och reduktion.

Oxidation

Med oxidation menar man reaktioner där elektroner avges. Vid en oxidationsreaktion avges energi i de flesta fallen. Flera metaller kan reagera vid rumstemperatur med luftens syre till oxider. Exempel på detta är järn som oxideras av luftens syre och bildar då rost. Oxidationssteget är
Fe → Fe2+ + 2 e

Reduktion

Motsatsen till oxidation är reduktion. Reduktion innebär att elektroner tas upp. Exempel på en reduktion är när syreatomerna tar upp de elektroner som järnet avger när det rostar. Syreatomerna bildar negativa joner. Man säger då att syret har reducerats

O + 2e → O2–

Reduktion och oxidation sker samtidigt

Elektroner kan inte förkomma fria, de kan bara överföras från ett ämne till ett annat. När en reduktion sker, sker samtidigt en oxidation eftersom lika stort antal elektroner avges och tas upp. Vi kallar detta redoxreaktion. I exemplet med oxidation av järn och reduktion av syre balanseras de två delreaktionerna så att lika måna elektroner tas emot som de som avges och man får totalreaktionen

Fe + O → Fe2+ + O2–

Om vi tar hänsyn till att syrgas förekommer som molekyler och att järnjonerna och syrejonerna bildar föreningen FeO och dessutom anger aggregationsformen, så kan vi snygga till reaktionsformeln för totalreaktionen till

2 Fe(s) + O2(g) → 2 FeO(s)

Redoxreaktion vid kontakt mellan ämnena

Kontakt mellan reaktanterna

I en vanlig redoxreaktion sker elektronövergången i kontakt mellan ämnena som reagerar. Elektronen hoppar över direkt från molekylen (eller atomen) som oxideras till molekylen (eller atomen) som reduceras. Elektronhoppet kan bara ske över mycket korta avstånd och sker därför i samband med att partiklarna kolliderar. Därför sker oxidationen och reduktionen på samma plats.

Elektroner förekommer inte fria i ämnen

Anledningen till att elektronöverföringen sker i direktkontakt mellan ämnena är att elektroner inte kan förekomma fria i ett material eller en lösning. De binder alltid till de atomer eller molekyler som finns i närheten. I icke-metalliska material är elektronens position vanligen fixerad till en bestämd molekyl eller atom.

Däremot är elektronerna fritt rörliga i metalliska material. De kan dock inte lämna metallen, bara röra sig inom metallen. När elektronerna rör sig förbi atomerna i metallgittret handlar det inte om elektronöverföring. I stället har metallen ett enda stort elektronmoln av ledningselektroner som är gemensamma för hela metallkristallen.

Det finns också halvledande material som med viss ledningsförmåga, men där elektronerna i huvudsak är fixerade i vissa positioner.

Litteratur

  1. Inhibition of catechol oxidase in banana by heavy metals, Science And Plants for Schools (SAPS)
    http://www-saps.plantsci.cam.ac.uk/worksheets/activ/prac2.htm (2003-05-22)
  2. Kåre Larsson och Bo Furugren, Livsmedelsteknologi - Kemiska grunder, 1995, Avdelningen för livsmedelsteknologi, Lunds universitet.
  3. Enzymatic browning, Ohio State University
    http://class.fst.ohio-state.edu/FST605/laboratories/Lab7.html (2006-06-14)
  4. Food Preservatives - Enzymatic browning, University of Arkansas
    http://www.uark.edu/depts/aeedhp/agriscience/foodpreservatives.doc (2006-06-14)
  5. Enzymatic Browning in Fruits, Vegetables and Seafoods, Maurice R. Marshall, Jeongmok Kim and Cheng-I Wei, University of Florida
    http://www.fao.org/ag/Ags/agsi/ENZYMEFINAL/Enzymatic%20Browning.html (2006-06-14)
  6. Enzymatic browning, Wikipedia
    http://en.wikipedia.org/wiki/Enzymatic_browning (2006-06-14)
  7. Browning Reaction: Enzymatic (Oxidative) Browning, University of British Columbia
    http://www.landfood.ubc.ca/courses/fnh/301/brown/brown_prin.htm#enzyme (2006-06-14)
  8. Enzymatic Browning in Fruits, Vegetables and Seafoods, Maurice R. Marshall, Jeongmok Kim and Cheng-I Wei
    http://www.fao.org/ag/Ags/agsi/ENZYMEFINAL/Enzymatic%20Browning.html (2007-09-25)
  9. How enzymatic browning occurs, Connie Robertson and Gina Christensen, Oregon State University
    http://food.orst.edu/flavor/phenol1.html (2003-05-22)
  10. Factors that interfere or prevent polyphenoloxidase from oxidizing phenolic compounds, Connie Robertson and Gina Christensen, Oregon State University
    http://food.orst.edu/flavor/phenol3.html (2003-05-22)
  11. Histotechnology Technical methods - Melanin Bleach, University of Nottingham Medical School Division of Histopathology
    http://www.nottingham.ac.uk/pathology/protocols/melbleach.html (2006-06-14)
  12. Optical Absorption of Melanin, Steven Jacques, Oregon Medical Laser Center
    http://omlc.ogi.edu/spectra/melanin/ (2004-06-15)
  13. Albinism, The Internet Low Vision Society
    http://www.lowvision.org/albinism.htm (2003-05-22)
  14. Vad är det som påverkar vår hud när vi går ut i solen?, Sunblock
    http://www.sunblock.se/solen/solen.cfm (2006-06-14)
  15. Hudcancer - malignt melanom, NetDoktor
    http://netdoktor.passagen.se/default.ns?lngItemID=3497 (2006-06-14)

Fler experiment


biokemi, livets kemi
Bjud din jäst på mat
DNA ur kiwi
Doft och stereoisomeri
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Framställ låglaktosmjölk
Fruktmörade proteiner
Kallrörd vaniljkräm och saliv
Kan man tapetsera med abborrar?
Klorofyllets röda fluorescens
När fungerar enzymet bäst?
pH-förändringar vid fotosyntes
Varför skyddsglasögon?

livsmedel
Bjud din jäst på mat
Blev disken ren?
Blå himmel och röd solnedgång
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Diska med äggula
Doft och stereoisomeri
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Flyter isen i matoljan?
Framställ låglaktosmjölk
Fruktmörade proteiner
Gelégodis i vatten
Göra lim av kasein
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur mycket vatten finns i maten?
Höna med gummiben?
Innehåller koksaltet jod?
Kallrörd vaniljkräm och saliv
Kan man tapetsera med abborrar?
Koka Cola
Koka knäck
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Massverkans lag och trijodidjämvikten
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Modellmassa av mjölk
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Pektin och marmeladkokning
Popcorn
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Skär sig majonnäsen?
Släcka fett på rätt sätt
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Syror och baser i konsumentprodukter
Testa C-vitamin i maten
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Äta frusen potatis

vardagens kemi
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Bestäm CMC för diskmedel
Blev disken ren?
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Diska med äggula
Eld - varför brinner det?
Eldprovet
Enzymaktivitet i ananas
Enzymer i Tvättmedel
Ett gammalt tvättmedel, del 1: Salt ur björkaska
Ett gammalt tvättmedel, del 2: Tvål ur saltet
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framställ en detergent
Framställ låglaktosmjölk
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gore-Tex, materialet som andas
Gör din egen limfärg
Gör din egen tandkräm
Gör ditt eget läppcerat
Gör hårt vatten mjukt
Göra lim av kasein
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur smakar salmiak?
Håller bubblan?
Karbidlampan
Kemi i en brustablett
Kemisk vattenrening
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Modellmassa av mjölk
Myggmedel - hur funkar det?
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Optiska Vitmedel
Osmos i ett ägg
Osynlig gas
Pektin och marmeladkokning
Pelargonens färg
Permanenta håret
Pulversläckare
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Skär sig majonnäsen?
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Superabsorbenter i blöjor
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Såpbubblor
Tillverka din egen deodorant
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka din egen tvål, del 1: Själva tvålen
Tillverka din egen tvål, del 2: Parfymera och färga tvålen
Tillverka ditt eget läppstift
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka papperslim
Tillverka rengöringskräm
Tvätta i hårt vatten
Utfällning av aluminium
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer då något brinner?
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Vad är skillnaden mellan maskin- och handdiskmedel?
Varför färgas textiler olika?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Ägget i flaskan
Ärg på en kopparslant
Äta frusen potatis