Schlüsselbegriffe
Biologie
Mikroorganismen
Mikroskopisch
Metabolismus
Kohlendioxid
Einführung
Wussten Sie, dass Trockenhefe tatsächlich lebendig ist? Wenn man die richtigen Zutaten hinzufügt, verwandelt sich die Mischung in ein blubberndes, triefendes Durcheinander aus Leben. Aber was sind die Voraussetzungen dafür? Was braucht diese Hefe, um aktiv zu werden und zu gedeihen? Probiere diese wissenschaftliche Aktivität aus, um es selbst herauszufinden!
Hintergrund
Hefen sind winzige, mikroskopisch kleine Organismen – oder Mikroorganismen – die eigentlich eine Art von Pilzen sind. Das bedeutet, dass sie eher mit einem Pilz verwandt sind als mit Pflanzen, Tieren oder Bakterien (die ebenfalls Mikroorganismen sind). Diese kleinen Viecher mögen seltsam und anders klingen, aber die Menschen nutzen sie schon seit Tausenden von Jahren, um Brot aufgehen zu lassen. Wie funktioniert das? Das hat mit dem Stoffwechsel der Hefen zu tun, d. h. mit dem, was sie fressen und in was sie diese Nahrung umwandeln.
Wie wir müssen auch die Hefen ihre Nahrung aus ihrer Umgebung beziehen, um zu wachsen und sich zu vermehren, d. h. um mehr Hefe herzustellen. Was fressen sie? Hefen ernähren sich von Zucker und Stärke, die im Brotteig reichlich vorhanden sind! Sie wandeln diese Nahrung in Energie um und setzen dabei Kohlendioxidgas frei. Dieser Vorgang wird als Gärung bezeichnet. Das Kohlendioxidgas, das bei der Gärung entsteht, macht ein Brot so weich und schwammig. Die Gasblasen werden von Hefepilzen erzeugt, wenn der Teig vor dem Backen aufgehen darf.
Materialien
- Drei Zwei-Liter-Plastikflaschen
- Messlöffel
- Weißer Haushaltszucker
- Salz, Backpulver oder Essig
- Permanentmarker (optional)
- Messbecher
- Warmes Leitungswasser
- Ein mittelgroßer Topf oder Schüssel, mindestens zwei Quarts groß
- Sechs Päckchen Trockenhefe oder eine entsprechende Menge aus einem Glas
- Drei Latexballons in Standardgröße
- Uhr oder Zeitschaltuhr
Vorbereitung
- Spülen Sie jede Flasche gründlich mit Wasser und entfernen Sie alle Etiketten.
- Gebe zwei Esslöffel Zucker in zwei der drei Flaschen. Wie wird sich der Zucker deiner Meinung nach auf die Aktivität der Hefe auswirken?
- Gib in eine der Flaschen, in die du Zucker gegeben hast, auch zwei Esslöffel Salz, Backpulver oder Essig. Was glaubst du, wie sich die Zugabe von Salz, Natron oder Essig auf die Aktivität der Hefe auswirkt?
- Bewahre während des gesamten Experiments auf, was du in jede Flasche gegeben hast. Falls nötig, kannst du die Flaschen mit einem Permanentmarker beschriften.
Vorgehensweise
- Fülle den mittelgroßen Topf oder die Schüssel mit mindestens acht Tassen sehr warmem Leitungswasser. Stellen Sie die Temperatur des heißen Wassers aus dem Wasserhahn ein, bis es fast zu heiß ist, um die Hände darunter zu halten. Fülle den Topf mit dieser Wassertemperatur.
- Fülle mit dem warmen Wasser aus dem Topf jede Flasche mit etwa zweieinhalb Tassen (oder etwa einem Drittel voll). Setzen Sie den Deckel wieder auf jede Flasche und schütteln Sie sie gründlich, um alle Zutaten aufzulösen.
- Geben Sie zu jeder Flasche zwei Päckchen Trockenhefe (oder eine entsprechende Menge aus einem Glas). Setze den Deckel wieder auf jede Flasche und schüttle sie vorsichtig, um die Hefe einzumischen.
- Nimm jeden Deckel ab und spanne einen Luftballon vollständig über die Öffnung der Flasche (über alle Rillen). Warum denkst du, dass es wichtig ist, die Flaschenöffnung mit dem Luftballon dicht zu verschließen?
- Lasse die Flaschen 45 Minuten lang an einem warmen Ort ruhen. Bewahre die Ballons vor direktem Sonnenlicht. Wie verändern sich die Ballons mit der Zeit?
- Untersuche nach 45 Minuten die Flaschen und die Ballons. Welche Ballons haben sich aufgeblasen? Wie groß sind sie im Vergleich zueinander? Kannst du Unterschiede im Inhalt der Flaschen feststellen?
- In welcher Umgebung hat die Hefe am meisten Kohlendioxid gebildet? Was sagt das über die Bedingungen aus, die für eine Hefegärung nötig sind?
- Extra: Du könntest deine Ergebnisse aus dieser Aktivität mit Hilfe eines Wasserverdrängungstests quantifizieren. Dazu füllst du einen großen Topf vollständig mit Wasser und stellst ihn in eine größere Schale, Pfanne oder einen Topf. Binden Sie den Ballon, den Sie messen möchten, schnell ab, ohne dass Gas entweicht, und tauchen Sie den Ballon dann in das Wasser ein. Du kannst messen, wie viel Wasser aus dem Topf in die Schale übergelaufen ist, um festzustellen, wie viel Wasser der Ballon verdrängt hat, und damit auch das Volumen des Kohlendioxidgases im Ballon. Wenn du deine Ergebnisse quantifizierst, wie unterschiedlich sind die Größen der Luftballons genau?
- Extra: Eine weitere Umweltbedingung, die die Aktivität der Hefe und den Gärungsprozess beeinflussen kann, ist die Temperatur. Du könntest dies untersuchen, indem du mehrere Flaschen unter den gleichen Bedingungen vorbereitest und dann jede Flasche an einen anderen Ort mit einer anderen Temperatur stellst. Wie verändern sich die Luftballons nach 45 Minuten in ihrer Größe?
- Extra: Du könntest diese Aktivität wiederholen, aber konzentriere dich beim nächsten Mal darauf, wie die Verwendung verschiedener Zuckerarten und -quellen die Kohlendioxidproduktion beeinflusst. Wie wirkt sich der Zucker aus verschiedenen Säften oder anderen Quellen darauf aus, wie viel Kohlendioxid produziert wird?
Beobachtungen und Ergebnisse
Blieb der Ballon auf der Flasche mit nur Hefe und Wasser unaufgeblasen? Hat sich der Luftballon auf der Flasche, der nur mit Zucker versetzt war, am meisten aufgeblasen?
Wenn Hefen Zucker fressen und in Energie umwandeln, produzieren sie auch Kohlendioxid. Dieser Vorgang wird als Gärung bezeichnet. Bei dieser Aufgabe sollten die Luftballons an den Flaschen das Kohlendioxid auffangen, das die Hefen während der Gärung produzieren. In der Flasche, die Hefen, aber keinen Zucker enthielt, hatten die Hefen keine Nahrung (d. h. Zucker), so dass sich der Ballon nicht hätte aufblasen dürfen. In der Flasche, die Hefen und Zucker (aber kein Salz, Backpulver oder Essig) enthielt, hätten die Hefen gedeihen und viel Kohlendioxid bilden müssen, wodurch sich der Ballon eindeutig aufgeblasen hätte. Wenn Salz, Backpulver oder Essig hinzugefügt wurden, hätten die Hefen weniger Kohlendioxid produzieren und den Ballon weniger aufblasen müssen als wenn nur Zucker verwendet wurde. Der Grund dafür ist, dass sich durch die Zugabe dieser Stoffe die Umgebung verändert hat und für die Hefen weniger ideal ist. Durch die Zugabe von Salz wurde der Salzgehalt der Umgebung erhöht, und durch die Zugabe von Backpulver oder Essig wurde der pH-Wert der Umgebung verändert, so dass sie basischer bzw. saurer wurde als die neutrale Umgebung, die durch das reine Wasser geschaffen wurde.
Aufräumen
Wenn ihr mit dieser Aktivität fertig seid, entsorgt die Hefen, indem ihr sie kompostiert oder (mit Erlaubnis) irgendwo draußen entsorgt. Gieße die Hefen nicht in den Abfluss, ohne sie mit Wasser zu verdünnen, da sie Rohre beschädigen können, wenn sie sich ausdehnen.
Mehr zum Entdecken
Fun Facts About Fungi: Fermentation, von der Utah State University
Experimente mit Säuren und Basen, von Fun Science Gallery
Spaßige, wissenschaftliche Aktivitäten für dich und deine Familie, von Science Buddies
Eklige Biester, von Science Buddies
Diese Aktivität wird in Zusammenarbeit mit Science Buddies angeboten