Samenvatting hemie Overal 3 havo oofdstuk 4: Voeding 4.1 Voedsel Voedsel is leven Een deel van je voeding levert brandstof voor de levering van energie. Een ander deel van je voeding levert allerlei bouwstoffen. Daar kan je lichaam nieuwe stoffen uit maken die je nodig hebt om te groeien en om al je lichaamsprocessen goed te laten functioneren. Voedingsstoffen Dagelijks heb je in de juiste hoeveelheden de voedingsstoffen water, koolhydraten, eiwitten, vetten, mineralen en vitamines nodig. Te weinig van bepaalde voedingsstoffen veroorzaakt ziekte, te veel veroorzaakt overgewicht. Veiligheid van voedsel In bijna alle landen is wet- en regelgeving voor de veiligheid van alle voedsel dat in het betreffende land wordt verkocht. Je moet verder precies kunnen nagaan wat er met voedsel gebeurt tijdens de productie, de verwerking en de distributie. eel belangrijk is verder de hygiëne rondom voedsel en voedselbereiding. Wereldvoedselvoorziening Tot nu toe is de opbrengst van landbouw en veeteelt steeds toegenomen door gebruik te maken van de ontwikkeling van nieuwe landbouwmachines, grondverbeteringstechnieken, kruising van gewassen, fokken van nieuwe rassen en kunstmatige selectie. Tegenwoordig worden nieuwe variëteiten die beter bestand zijn tegen infecties en beter aangepast zijn aan de leefomstandigheden ook verkregen door rechtstreeks in te grijpen in het erfelijke materiaal van de planten. Dat is een vorm van biotechnologie die genetische modificatie heet, afgekort met GM. Tegelijkertijd met de toename van landbouw en veeteelt hebben we het milieu sterker belast doordat er veel meer broeikasgassen zoals methaan en koolstofdioxide worden geproduceerd. Een ander probleem is het overvloedig gebruik van water voor landbouw en veeteelt. Daardoor dreigt in de toekomst een tekort aan zoet water. Aan de oplossing van beide problemen zal serieus gewerkt moeten worden. 4.2 Koolstofchemie Koolwaterstoffen Alle koolstofverbindingen die alleen de atoomsoorten koolstof en waterstof bevatten, behoren tot de groep van de koolwaterstoffen. De groep van de koolwaterstoffen kun je weer onderverdelen in een aantal kleinere groepen die we homologe reeksen noemen. Alle stoffen in een homologe reeks hebben dezelfde verhouding tussen -atomen en -atomen in hun moleculen. Eén van deze homologe reeksen is de reeks van de alkanen. 1
Alkanen Een alkaan is een koolwaterstof die bestaat uit moleculen waarin -atomen en -atomen voorkomen in de verhouding n : 2n+2. Structuurformules Door een vereenvoudigde tekening te maken van een molecuulmodel (figuur 4.3a) ontstaat een molecuultekening (figuur 4.3b). Vervanging van de bolletjes door de symbolen van de atoomsoorten levert een structuurformule (figuur 4.3c) op. Een structuurformule is een weergave van een molecuul in een plat vlak. Je kunt aan een structuurformule zien uit welke atoomsoorten het molecuul bestaat en hoe ze met elkaar zijn verbonden. In de structuurformule van een alkaan is elk -atoom steeds verbonden met vier andere atomen. Dat kunnen -atomen en/of -atomen zijn. Elk -atoom is slechts verbonden met één -atoom. Onvertakte en vertakte alkanen Als aan een keten van -atomen uitsluitend -atomen vastzitten, spreken we van een onvertakt alkaan, zie figuur 4.4. Als ergens aan die romp geen -atoom, maar één of meer - atomen vastzitten, spreken we van een vertakt alkaan, zie figuur 4.4. Isomerie Isomerie is het verschijnsel dat verschillende stoffen, met verschillende structuurformules, dezelfde molecuulformule hebben. Bij een alkaan met vier -atomen kun je een vertakte en een onvertakte romp maken. Methylpropaan en butaan zijn isomeren, zie figuur 4.5. Systematische naamgeving van alkanen Naamgeving van onvertakte alkanen De namen van de onvertakte alkanen moet je uit je hoofd leren, zie figuur 4.7. Die vormen de basis voor de naamgeving van de vertakte alkanen. Naamgeving van vertakte alkanen Om de naam van een vertakt alkaan af te leiden, pas je een aantal vaste regels toe. oe heet het vertakte alkaan in figuur 4.6? 1 Zoek de langste onvertakte keten van -atomen op (vier -atomen). 2 De stamnaam van het alkaan wordt de naam van het onvertakte alkaan, dat evenveel - atomen heeft als de gevonden onvertakte keten bij 1 (butaan). 3 Nummer de -atomen van de langste keten. Begin aan die kant waar je het eerst een vertakking tegenkomt, zie figuur 4.6. 4 De naam van elke vertakking (figuur 4.7) wordt apart vóór de naam van de hoofdketen vermeld, voorafgegaan door het nummer van het -atoom waaraan deze vastzit. Komt eenzelfde vertakking vaker voor, dan worden voorvoegsels gebruikt: di(2), tri(3), tetra(4) enzovoort (2,3-dimethylbutaan). 2
In een naam worden getallen gescheiden door een komma en tussen een getal en een letter komt een streepje. 5 Wanneer er verschillende vertakkingen aanwezig zijn, geldt de alfabetische volgorde. Ethyl komt vóór methyl. 4.3 Noodzakelijke voedingsstoffen Aanbevolen voeding Je hebt verschillende voedingsstoffen nodig om gezond te kunnen leven, zie figuur 4.8. Verder moet je ook de juiste hoeveelheid van deze voedingsstoffen per dag gebruiken, zie figuur 4.9. ovalentie et aantal bindingsmogelijkheden van een atoomsoort noemen we de covalentie (figuur 4.10) van de atoomsoort. De covalentie komt altijd overeen met het aantal bindingsstreepjes in de structuurformule waarmee een atoom aan één of meer andere atomen vastzit. Soms zie je twee streepjes tussen twee atomen getekend, bijvoorbeeld tussen een -atoom en een O-atoom. Dat noemen we een dubbele binding. Die ontstaat op deze plaatsen omdat er geen ander atoom is om aan vast te hechten en alle bindingsstreepjes gebruikt moeten worden. Er kan dus geen bindingsstreepje met een los uiteinde voorkomen. ontroleer dat maar eens in figuur 4.11. Structuurformules van voedingsstoffen Koolstofverbindingen zijn onderverdeeld in kleinere groepen op basis van gemeenschappelijke kenmerken. Koolwaterstoffen vormen een dergelijke groep, maar eiwitten, koolhydraten en vetten ook. ontroleer in figuur 4.11 de overeenkomsten. Eiwitten Eiwitten zijn lange moleculen waarin peptidebindingen voorkomen, hier weergegeven met een gekleurd vakje (figuur 4.11). Eiwitten kunnen naast -, - en O-atomen ook N- en S-atomen bevatten. Koolhydraten In moleculen van koolhydraten komen ringen (figuur 4.11) voor die bestaan uit -atomen, - atomen en O-atomen. Vetten In de structuurformule van een vet of een olie komt steeds de romp van een glycerolmolecuul (figuur 4.11) voor, die uitsluitend bestaat uit -, - en O-atomen. De zijgroepen bepalen of je met gezonde of ongezonde vetten hebt te maken. Als de zijgroepen afkomstig zijn van onverzadigde vetzuren is het vet of de olie gezonder dan als ze afkomstig zijn van verzadigde vetzuren. Vitamines en mineralen Vitamines behoren ook tot de koolstofverbindingen, maar je kunt ze niet onderbrengen in één groep op basis van gemeenschappelijke kenmerken in hun structuurformules. 3
Mineralen zijn geen koolstofverbindingen, maar stoffen waarin één van de atoomsoorten een metaal is. Mineralen die je lichaam nodig heeft, zijn bijvoorbeeld verbindingen die de atoomsoort natrium bevatten, of de atoomsoort ijzer of zink. 4.4 Afbraak van voedingsstoffen Waarvoor zijn voedingsstoffen nodig? Een deel van de voedingsstoffen (koolhydraten en vetten), vormen brandstof voor je lichaam. Met de ingeademde zuurstof worden ze omgezet in koolstofdioxide en water. ierbij komt energie vrij. Een ander deel van de voedingsstoffen wordt afgebroken tot kleine moleculen. ieruit worden in je lichaam met behulp van enzymen nieuwe stoffen gevormd. Enzymen worden in je lichaam gevormd, werken specifiek, zijn p-gevoelig en kunnen onwerkzaam worden. Water zorgt voor het transport van stoffen door je lichaam. De spijsvertering Ons voedsel wordt afgebroken in ons spijsverteringsstelsel. Vezels zijn onverteerbare stoffen, afkomstig uit bruin brood, peulvruchten, vers fruit en verse groenten. Ze gaan door naar de dikke darm waar ze vocht vasthouden en een goede stoelgang bevorderen. Voedingsstoffen worden meestal eerst met behulp van water afgebroken: hydrolyse. Extra stof ydrolyse van eiwitten Eiwitten reageren met water waarbij aminozuren ontstaan. Aminozuren heeft je lichaam nodig om allerlei lichaamseigen eiwitten en enzymen te maken. N R 1 N O R 2 N O R 3 O O + 3 2 O N R O 1 O + N R O 2 O + N R O 3 Sommige aminozuren kan je lichaam niet zelf maken. Die moeten dus in je voeding zitten, ingebouwd in de eiwitten die je naar binnen krijgt. Deze aminozuren heten essentiële aminozuren. ydrolyse van koolhydraten Koolhydraten reageren met water waarbij meestal glucose ontstaat. reactie van bietsuiker met water waarbij glucose ontstaat: 12 22 O 11 + 2 O 2 6 12 O 6 reactie van zetmeel met water waarbij glucose ontstaat: ( 6 10 O 5 ) n + n 2 O n 6 12 O 6 4
ydrolyse van vetten Vetten reageren met water tot glycerol en vetzuren. Vetzuren worden voor een deel gebruikt als brandstof. Voor een deel als bouwsteen van andere stoffen en lichaamscellen. + 3 2 O + 3 R O O vet/olie glycerol vetzuur De R in de vetzuurresten stelt een lange keten van -atomen en -atomen voor, bijvoorbeeld 17 35. Sommige vetzuren kunnen niet in je lichaam worden gemaakt uit andere vetzuren. Die moeten dus in je voeding zitten. Deze vetzuren heten essentiële vetzuren, bijvoorbeeld -linoleenzuur en arachidonzuur. et spijsverteringsstelsel De verblijftijd van voedsel in het maagdarmkanaal is ongeveer 30 uur, zie figuur 4.13. Alle bruikbare stoffen zijn dan in het bloed opgenomen. Ze worden getransporteerd naar de cellen en omgezet in stoffen die op dat moment nodig zijn. Overbodige voedingsstoffen worden opgeslagen als reservevoedsel: glucose als glycogeen in de lever. Vetzuren worden opgeslagen als vet. Extra stof 4.5 Melk en brood Melk Vóór gebruik wordt melk onderzocht op aanwezigheid van ziektekiemen of giftige stoffen uit het milieu. Daarna wordt het vetgehalte aangepast, een deel gepasteuriseerd en een deel gesteriliseerd. Gepasteuriseerde melk Pasteuriseren is het drie keer verwarmen van de melk tot 60 en vervolgens afkoelen. Elke keer verdwijnt hierdoor een groot percentage van de bacteriën. De samenstelling van de melk verandert door deze behandeling nauwelijks en de smaak verandert ook niet. Gepasteuriseerde melk moet je in de koelkast bewaren. Gesteriliseerde melk Bij steriliseren wordt melk verhit tot boven 100. Bacteriën worden zo gedood, maar ook de smaak wordt aangetast. Gesteriliseerde melk kun je buiten de koelkast bewaren. Melk is niet alleen een eindproduct, maar ook een grondstof voor de bereiding van allerlei zuivelproducten zoals boter, slagroom, yoghurt, vla, pudding, kwark en kaas. 5
Brood De geschiedenis van het brood Brood is al duizenden jaren bekend. Egyptenaren lieten brood al rijzen. De Grieken varieerden door gebruik van vruchten en zaden. Romeinen gebruikten brood als bord, arme Romeinen aten het op! In de middeleeuwen ontstond het bakkersgilde. Wat zit er in brood? Brood bestaat uit water, volkorenmeel (voor bruin brood) of bloem (voor wit brood) en een beetje zout. De toegevoegde gist zet glucose om in alcohol en koolstofdioxide. Koolstofdioxide is een gas dat belletjes kan vormen in het deeg, waardoor het gaat rijzen. Fijn brood Soms wordt er bij het bakken van brood in plaats van water ook wel melk gebruikt. Toevoegen van ei, boter en suiker maakt het brood fijner van smaak. Sodabrood Sodabrood is brood zonder gist. Uit bakmeel en karnemelk ontstaat ook koolstofdioxidegas. 4.6 Additieven Welke stoffen worden aan ons voedsel toegevoegd? Stoffen die aan ons voedsel worden toegevoegd heten additieven. Gezondheidsbevorderende stoffen Aan sommige voedingsmiddelen worden stoffen toegevoegd waarvan wordt gezegd dat ze een gunstige werking hebben op speciale lichaamsfuncties. Kleur-, geur- en smaakstoffen Vrijwel aan alle voedingsmiddelen zijn kleur-, geur- en/of smaakstoffen toegevoegd. Veel van deze ongevaarlijke additieven hebben een Europese goedkeuring, een E-nummer gekregen. onserveringsmiddelen Aan vrijwel alle voedingsmiddelen die je koopt, zijn conserveringsmiddelen toegevoegd. Soms hebben ze nog een andere functie, bijvoorbeeld als smaakstof of zuurteregelaar. Emulgatoren Veel voedingsmiddelen bevatten water en vet of olie. Om deze producten een homogeen uiterlijk te geven, is er een emulgator aan toegevoegd. ADI-waarde van additieven Veel additieven met een E-nummer hebben een ADI-waarde (de aanvaardbare dagelijkse inname van een stof, uitgedrukt in mg per kg lichaamsgewicht). 6
Papierchromatografie Papierchromatografie is een scheidingsmethode die berust op verschil in adsorptievermogen en verschil in oplosbaarheid van de componenten uit het mengsel. Zie figuur 4.21. Welke kleurstoffen zitten in M&M s? Op ongeveer 1,5 cm vanaf de onderkant van het papier breng je naast elkaar op een stukje filtreerpapier stippen van een extract van de kleurstof uit verschillend gekleurde M&M s. Je zet het papier in een bekerglas met een kleine laag loopvloeistof. De loopvloeistof wordt door het papier omhoog gezogen samen met de opgeloste kleurstoffen. Als de vloeistof bijna boven is, haal je het papier uit het bekerglas en laat het drogen. Dit heet een chromatogram. Een kleine hoeveelheid mengsel van opgeloste (kleur)stoffen kan worden gescheiden door middel van papierchromatografie. Een stof die goed oplost in de loopvloeistof en zich slecht hecht aan het papier, komt hoog op het chromatogram. 4.7 Moderne biotechnologie Wat is biotechnologie? Biotechnologie is het gebruik van organismen, zoals planten, dieren, schimmels en bacteriën voor de ontwikkeling van nieuwe stoffen, voeding en medicijnen. Dat gebeurt met heel veel verschillende technieken en het varieert van het maken van kaas tot genetische modificatie van gewassen. Moderne biotechnologie Productie van medicijnen Insuline Insuline is het eerste medicijn dat gemaakt werd door een organisme genetisch te veranderen. Tegenwoordig is het insuline vrijwel gelijk aan menselijk insuline. Anti-malariamiddel Gistcellen zijn zodanig genetisch veranderd dat ze artemisinezuur kunnen produceren. Deze stof kan verder verwerkt worden tot artemisine. Artemisine is op dit moment een effectief werkend antimalariamiddel. Productie van voeding Kaasbereiding Om kaas te maken heb je een eiwit nodig dat chymosine heet. et DNA van gistcellen is zodanig veranderd dat ze in korte tijd veel chymosine kunnen maken. Uitvoerig testen heeft bewezen dat dit product van de moderne biotechnologie veilig gebruikt kan worden zonder gevaar voor de gezondheid. Bereiding van de zoetstof aspartaam In ons voedsel zitten veel additieven die met een E-nummer worden weergegeven. Veel van deze additieven worden gemaakt met behulp van enzymen die door genetisch gemodificeerde bacteriën zijn geproduceerd. Dat zijn bacteriën waarvan het DNA is veranderd. Een veel voorkomen additief is de zoetstof aspartaam die onder andere voorkomt in light frisdranken. Om aspartaam te maken, heb je het enzym thermolysine nodig. Dit enzym wordt gemaakt door een bacterie die genetisch is veranderd om een hoge productieopbrengst te krijgen. 7
Land- en tuinbouw Planten hebben vaak last van schimmelinfecties. Dat is te voorkomen door de plant resistent te maken tegen de schimmel. Dat kun je doen door de plant net zolang te kruisen met soortgenoten totdat resistentie op een natuurlijke manier ontstaat. Maar dat duurt heel erg lang. Daarom gaan wetenschappers op zoek naar andere organismen die in hun DNA een gen hebben voor resistentie tegen schimmelinfecties. Dit gen wordt uit het DNA geknipt en in het DNA van de plant geplakt. Daardoor heeft de plant een nieuwe eigenschap gekregen: resistentie tegen de schimmelinfectie. En omdat deze nieuwe eigenschap nu in het DNA van de plant zit, wordt deze ook doorgegeven aan de nakomelingen van de plant. onsumenten In de Warenwet is al een regeling voor nieuwe voedingsmiddelen opgenomen. Daarin staat dat producten pas op de markt mogen worden gebracht als ze officieel veilig zijn gebleken. et is nog de vraag of deze producten door een speciaal etiket herkenbaar moeten zijn. De onsumentenbond legt sterk de nadruk op de veiligheid voor de klant en de noodzaak van een goede informatievoorziening. Zij zijn er dus voor dat de term genetisch gemodificeerd (GM) op het etiket wordt gezet als het betreffende product dergelijke stoffen bevat. De consument kan dan zelf kiezen of hij genetisch gemodificeerde stoffen wil gebruiken. et zal nog wel een tijdje duren voordat alle consumenten de nieuwe biotechnologische manier van produceren hebben geaccepteerd. Veiligheid en ethiek Gericht onderzoek naar de gevolgen van genetische modificatie geeft geen aanleiding tot ongerustheid. De discussie gaat de laatste jaren meer over de maatschappelijke en ethische gevolgen van de toepassingen ervan. Dat komt vooral door het toenemend gebruik van dieren in de biotechnologie. De belangen, de kans op succes en het al of niet aanwezig zijn van een alternatief moeten dan natuurlijk in de discussie worden betrokken. De gevolgen voor welzijn en gezondheid van het dier zijn immers niet altijd duidelijk. Ook de economische gevolgen voor arme landen zijn lastig in te schatten. Aan de ene kant is het jammer dat arme landen nog afhankelijker zouden kunnen worden van de rijke landen. Aan de andere kant heeft de ontwikkeling van landbouwgewassen die een hogere voedingswaarde hebben en meer ziektebestendig zijn, juist voor deze landen grote voordelen. 8