Sympatisch sauer - Untersuchung der Zitronensäure in Zitronen

Chemie

Unser Interesse am Thema wurde im Anfangsunterricht des Faches Chemie geweckt. Versuche zum Thema "Geheimtinte" und das Erkennen gleich aussehender oder unsichtbarer Stoffe war für uns ein Erlebnis, so dass wir beschlossen, bei "Schüler experimentieren" teilzunehmen.

Die von uns durchgeführten Untersuchungen gestalteten sich sehr vielseitig. So konnten wir durch unsere Recherchen feststellen, dass die Zitrone bzw. die Citronensäure (CS) ein ständiger, aber unauffälliger Begleiter des täglichen Lebens ist. Eine alphabetische Aufstellung hat gezeigt, dass fast 90 % der Buchstaben mit einer die Zitrone betreffenden Funktion oder einem Produktverwendung belegt werden kann. "Zitronenfrische", "Citruskraft" sind nur zwei Beispiele für Werbeaussagen.

Technisch wird die 1784 erstmals von Scheele aus Zitronen isolierte Citronensäure heute durch Vergärung mit Schimmelpilzen (Aspargillus niger, Citromyces spec.) und Hefen (Yarrowia lipolytica) gewonnen (ca. 400000 t / Jahr) und zu über 60 % in der Getränkeindustrie verbraucht.

Historische und biologische Hintergründe wurden ebenso erforscht, wie die Chemie der CS. Durch umfangreiche und in den Methoden vielfältige Untersuchungen konnten wir einen Einblick in das unsichtbare Innenleben der Zitrone und die Eigenschaften der CS gewinnen.

Neben den Anwendungen im Haushalt (Geleeherstellung mit unserer eigenen Creation "Cola-Zitronen-Gelee" für Jugendliche und Untersuchung der Reinigungskraft und konservierenden Wirkung der CS haben wir auch den CS-Gehalt durch zwei verschiedene Methoden bestimmt.

Die Löslichkeit der CS in unterschiedlichen Lösungsmitteln ist ausführlich untersucht worden. Die daraus gewonnenen Kenntnisse haben uns bei vielen anderen Untersuchungen geholfen und Verbesserungen herbeigeführt. Auch bei der Gewinnung der CS aus dem Fruchtfleisch der Zitrone konnten wir davon profitieren und ein alternatives Fällungsverfahren (mit Ammoniak aus alkoholischer Lösung) entwickeln.

Vielfältige Versuche zum Nachweis bei gleichzeitiger Verbesserung von Versuchsvorschriften sind für uns interessante Stadien ausführlicher experimenteller Tätigkeiten gewesen. Die chromatographischen Nachweise in Früchten, Haushaltsreinigern, Extraktionen usw. nahmen einen breiten Raum ein, da geeignete Laufmittel, stationäre Phasen und geeignete Nachweismethoden erst durch umfangreiche Blindversuche ausgetestet werden mussten.

Die Ergänzung lückenhafter Angaben, die Korrektur widersprüchlicher Informationen oder fehlerhafter Versuchsbeschreibungen in der vorhanden Literatur, waren ebenfalls wichtige Teile umfangreicher Arbeiten.

Die schöne gelbe Farbe, der charakteristische Geruch und der Saure Geschmack dieser Frucht ist in dieser ausgeprägten Kombination im Pflanzenreich einmalig. Meistens sind es nur der Geruch, Farbe oder Geschmack, ggf. auch in der Zweierkombination, welche die Anwendung bestimmen. Deshalb ist der aus dem Himalaya-Gebiet stammende "Lemmon tree" eine besondere "Création de Nature".

Einleitung:

1.) Allgemeines

Die Zitrone (Citrus) ist eine Frucht, die in Mittelmeerländern heimisch ist. Tatsächlich stammt sie aber aus Indien und ist im Laufe der Zeit immer weiter nach Osten verbreitet worden. Heute gehört die Zitrone zu einer der wichtigsten Früchte, die das ganze Jahr über angeboten wird. Von anderen Früchten unterscheidet sie sich dadurch, dass sie normalerweise nicht direkt verzehrt wird, sondern in unterschiedlichster Art aufbereitet wird. Deshalb führt die Zitrone im täglichen Leben eigentlich ein eher unauffälliges Dasein. Im Moment ist sie aber als Frucht modern, da sie sowohl zu der "line cuisine" (leichte Küche) als auch zum modernen Design (schnörkellose, klare Einrichtung) passt. Die Zitrone vermittelt ein junges, frisches Image, wie es von erfolgreichen Yuppies mit steilem beruflichem Aufstieg verbreitet wird. Als Dekor ist sie uns bekannt auf Getränkeettiketten, Servietten, Untersetzern oder in Form von Eieruhren. Getrocknete Zitronenscheiben sind auf dem gedeckten Tisch ebenfalls sehr dekorativ

Die Zitrone steht für Sauberkeit (Reinigungsmittel für Geschirr oder Waschmittel: "mit der Zitronenfrische" / Putzmittel "mit der Reinigungskraft der Zitrone" ), Gesundheit (Vitaminträger / Verhinderung von Choleraerkrankungen). Im kulinarischen Bereich wird sie dekorativ (Fisch, Schnitzel, Getränke, Abbildungen auf Tischwäsche) eingesetzt, dient der Geschmacksgestaltung (Zitronenkuchen, -suppe, -baiser, -eis) und zu -verbesserung (Salatdressing, Zitronenlimonade, -tee, -Bonbon, Bitter Lemon). Nach ihr ist sogar eine Diät benannt, da sie angeblich die Pfunde schrumpfen lasst. Das gelieren von Marmelade wird durch etwas Zitronensaft verbessert und zur Beseitigung von Rost- und Kalkflecken ist sie ebenfalls geeignet. Von ihr leiten sich die Begriffe "Limonade" und "Bitter Lemon" direkt ab.

2.) Biologische Charakterisierung, Herkunft und Verwendung

Citrus limon Burm (Citrus medica L. subsp. Limonum Hook)

Die ursprüngliche Heimat der zur Familie der Rautengewächse (Rutaceae mit ca. 1000 Arten) zählende Zitrone (Citrus limon) liegt im Himalayagebiet (China oder Vorderindien). Die Kunde vom "persischen Wunderbaum mit den goldenen Früchten" kam zu Alexander den Großen und führte zu ersten Beschreibungen von Schülern des Aristoteles in Griechenland. Bereits im 4.-ten Jahrhundert nach Christi wurde von Zitronenanlagen in Sardinien und Neapel gesprochen. Mit den Arabern wurde sie dann auf die Iberische Halbinsel verfrachtet und von den Portugiesen und Spaniern von hier nach Nord- und Südamerika überführt.

Unsere Nachforschungen haben zu folgenden Herkunftsländern geführt:

Durchschnittstemperaturen von ca. 21 ⁰C, Abkühlung unter 4 ⁰C verträgt sie genauso wenig, wie ungeschützte Lagen. Bekannt ist der besonders geschützte Küstenstreifen in Süd Frankreich bei Menton, der Garavant, wo jedes Jahr das Zitronenfest (La Fête des Zitrones) gefeiert wird. Festwagen, geschmückt mit Tausenden von Zitronen ziehen dann als Umzug durch die Straßen zu Ehren dieser Frucht. Der Name Südfrucht leitet sich aus der heutigen Verbreitung zwischen dem nördlichen und südlichen vierzigsten Breitengrad ab. Der Name Limon leitet sich ab von Ortsnamen am Gardasee und in Piemont (Ob dabei die Zitronen den Namen gegeben haben oder der Name von den Orten stammt ist unklar).

Der 3 - 7 m hohe Baum blüht und fruchtet gleichzeitig, so dass er in ansprechenden Lagen das ganze Jahr über Früchte (1000 - 2000 Früchte) hervorbringt (ca. 150 t / Jahr!). Er kann erwiesenermaßen bis 274 Jahre Früchte tragen, wird aber sonst nur etwa 30 Jahre genutzt. Der Baum fordert einen hohen, aber gleichmäßigen Wasserbedarf. Wegen der Pfahlwurzel braucht die Zitrone einen lockeren tiefgründigen bis mittelschweren Lehmboden mit gutem Humusgehalt. Ist der Boden zu schwer, bildet sich eine unerwünschte Dickschaligkeit heraus.

Heute wird sie im gemäßigten Klima zwischen dem 40-sten nördlichen und 40-sten südlichen Breitengrad (Kulturgebiete: Italien, Spanien, Griechenland, Kalifornien, Florida, Mexiko, Argentinien, Chile, Marokko, Israel, Südafrika) angebaut. Nicht zu trocken und nicht zu nass, nicht zu heiß und nicht zu kalt (Durchschnittstemperatur von 21 - 23 ⁰C), nicht zu undurchlässig, nicht zu durchlässig (lockerer , mittelschwerer Lehmboden mit gutem Humusgehalt).

Die bedornten Zweigen tragen dunkelgrüne, glänzende, klebrige Blätter, welche, im Gegensatz zu anderen Citrusfrüchten, ungeflügelte Blattstiele haben.

Die Blüten sind zuerst zart rosa, dann weiß. Wegen des hohen Gehaltes an etherischen Ölen duften sie sehr stark. Sie stehen in den Blattachseln und haben 5 Kronblätter, 4 - 5 Kelchblätter und 8 - 12 Fruchtblätter.

Normalerweise erfolgt die Vermehrung der Pflanzen durch Stecklinge. Nach unserer Erfahrung verlieren die Samen beim Trocknen ihre Keimungsfähigkeit (direkt feucht Einpflanzen!).

Die Frucht ist biologisch eine Beere. Die hellen, durchscheinenden Pünktchen, die vor allem beim seitlichen Anschneiden sichtbar werden, sind die mit dem Ztronenöl gefüllten Drüsen. Das Innere der Schalen ist weiß, schaumig und bitter schmeckend. Das Fruchtfleisch besteht aus saftreichen Zotten (Schläuche). Da die Fruchtblätter nicht verwachsen sind, lassen sich die Früchte in einzelne schwach gelblich gefärbte Zitronenschnitze aufteilen.

Die Verwendungsmöglichkeiten der Zitrone sind breit gefächert. Farbe, Geruch und Geschmack sind Kennzeichen, die in dieser Kombination nur selten erreicht werden.

60 % der synthetisch hergestellten CS (Aspargillus niger, Citromyces spec., Yarrowia lipolytica) wird in der Getränkeindustrie und Lebensmittelchemie verwertet. 15 % verbraucht die Chemische Industrie zur Kunstharzherstellung, Weichmacher, Oberflächenbehandlung, Entrostung und Textilkonservierung.

Um einen Überblick über die Verwendungsmöglichkeiten geben zu können, haben wir versucht, jedem Buchstaben des Alphabetes mindestens eine Funktion oder ein Anwendungsbeispiel zuzuordnen. Nur wenige Buchstaben sind dabei leer ausgegangen.

Citronensäure kommt im Stoffwechsel vor und ist deshalb in jeder Zelle vorhanden. Da sie dort aber als Durchgangssubstanz auftritt, ist die Konzentration sehr gering. Beim Menschen werden ca. 2 kg / Tag umgesetzt; im Blut sind ca. 25 g / l, in der Milch ca. 1-2 g / l).