Experiment: Ein Weihnachtsdüfte-Puzzle

Adventszeit und Weihnachten…diese Zeit himmlischer Düfte weckt in euch hoffentlich ebenso sehr Behaglichkeit und angenehme Erinnerungen wie in mir. Anis, Zimt und andere Gewürze sowie Tannengrün und vieles mehr regen in diesen Tagen unsere Nasen an. Aber was ist eigentlich ein Duft – und wie gut können unsere Nasen ihn wahrnehmen?

Probiert es aus – mit diesem kleinen Experiment – das auch für ganz junge Forscher (die bereits sprechen und neue Wörter lernen mögen) eine spannende Erfahrung ist!

Adventskränzchen 2019
Dieser Beitrag ist Teil des Adventskränzchens 2019.
Weitere Beiträge zum Tagesthema “Zimt, Anis & Co” findet ihr auf:
www.marie-theres-schindler.de
http://www.diekunstdesbackens.com

Was ist ein Geruch?

Der Geruch ist eine Eigenschaft von Stoffen (oder Stoffgemischen), die wir mit unserer Nase, unserem Geruchssinn, wahrnehmen können. Empfinden wir einen Geruch als angenehm, sprechen wir gern von einem Duft. Ein unangenehmer Geruch hingegen heisst zum Beispiel ‘Gestank’.

Den Geruch eines Stoffs können wir wahrnehmen, wenn seine Moleküle sich mit Luft vermischen und darin herumschwirren, sodass wir sie einatmen können. Denn indem wir durch die Nase einatmen, befördern wir diese Moleküle zu den Geruchszellen tief im Innern der Nasenhöhle.

Jede Geruchszelle hat an ihrer Oberfläche eine ihr ganz eigene Sorte Proteine, die perfekte Andockstellen für jeweils eine ganz bestimmte Molekülsorte bilden. Docken passende Moleküle an diese Proteine an, wird in der Geruchszelle ein elektrisches Signal erzeugt und an das Gehirn weitergeleitet. Das Gehirn erkennt, woher dieses Signal kommt, und macht daraus den Eindruck des zugehörigen Geruchs.

Wie gut wir riechen können

Menschen haben 200 bis 400 verschiedene Sorten Geruchszellen und können damit ebenso viele verschiedene Stoffe riechen. Da das Gehirn jedoch verschiedene Geruchssignale wie Farben mischen kann, sind – dank rund 10 Millionen Geruchszellen insgesamt – können wir weitaus mehr, nämlich bis zu einer Billion verschiedene Geruchseindrücke und Nuancen erleben.

Damit das Gehirn einen Geruch als solchen wahrnimmt, müssen etwa 10 bis 100 Millionen stark riechende Moleküle “ihre” Geruchszellen zu einem elektrischen Trommelfeuer bewegen… Das klingt nach viel – ist es aber nicht. Ein Milliliter Luft enthält nämlich rund 25’000’000’000’000’000’000 , also 25 Millionen Millionen Millionen (25 Trillionen) Moleküle! Wenn also jedes 250-milliardste Molekül darin einen Geruch hat, können wir ihn riechen.

Ein Hund würde darüber aber nur müde lachen (wenn er das könnte). Er hat nämlich einen rund 1000 mal feineren Geruchssinn als wir Menschen. Deshalb lassen wir uns ja gerne von Hunden helfen, wenn es um das Erkennen sehr schwacher Gerüche geht. Zum Beispiel beim Verfolgen einer Fährte oder dem Aufspüren von Drogen in einem geschlossenen Koffer.

Übung macht den Meister

Das Erkennen von Stoffen an ihrem Geruch kann man wunderbar üben. Zum Beispiel mit meinem Weihnachtsduft-Puzzle. Könnt ihr die adventlichen Düfte darin den Bildern oder Namen zuordnen?

So bastelt ihr euer Weihnachtsduft-Puzzle

Ihr braucht dazu

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So geht’s

Zunächst bastelt ihr euer Duftpuzzle zusammen.

  • Zeichnet auf dem dünnen Papier Kreise um eine Teelichthülle. Der Durchmesser der Kreise soll auf jeder Seite 5 bis 7 Millimeter länger sein als der Durchmesser der Teelichthülle. Dann schneidet die Kreise aus. Nun solltet ihr für jede Teelichthülle einen Papierkreis haben.
  • Legt die Kreise auf die Unterlage aus Kork oder dicker Pappe und stecht mit der Nadel Löcher in die Mitte jedes Kreises. Die Löcher sollen klein sein – da sollen Moleküle hindurch, nichts anderes.
  • Schneidet aus der Bildervorlage die Bilder aus, die ihr verwenden möchtet und klebt sie mit Fotoklebern auf die Unterseite der Teelichthüllen.
  • Füllt in jede Teelichthülle das zum Bild passende Gewürz, Orangen- oder Mandarinenschale, Tannennadeln oder andere Duftquellen*.
  • Befestigt das durchlöcherte Papier wie einen Deckel auf jeder offenen Teelichthülle und befestigt es mit Klebestreifen. Nun könnt ihr nicht mehr sehen, was darin ist, aber riechen oder auf der Unterseite nachschauen. 
fertiger Behälter mit verstecktem Duft

Wichtige Hinweise

*Ihr könnt natürlich auch ätherische Öle verwenden. Wenn ihr mit Kindern bastelt und spielt, verwendet aber keine konzentrierten bzw. “reinen” Öle! Die Natur ist nämlich alles andere als sanft: Konzentrierte ätherische Öle können die Haut und die Augen reizen und bei Verschlucken gesundheitsschädlich sein! Auch sind viele davon giftig für Wasserorganismen und gehören daher nicht in die Umwelt, sondern in den Sonderabfall entsorgt.

Viele ätherische Öle lassen sich nicht mit Wasser mischen, sodass sie meist mit Ethanol (“Alkohol”) verdünnt werden. Der hat jedoch einen eigenen Geruch und ist in seiner billigsten Form – Brennspiritus – zusätzlich mit übelriechenden Stoffen “vergällt”. Deshalb empfehle ich für ein unbeschwertes Geruchserlebnis, die Gewürze und Zutaten in ihrer natürlichen Form zu verwenden.

Ob konzentriert oder verdünnt: Viele der duftenden Naturstoffe können allergische Reaktionen auslösen. Behaltet eure Jungforscher deshalb im Auge – auch nach dem Spielen mit dem Duft-Puzzle – und sortiert, wenn euch eine Reaktion auffällt, einen möglichen Auslöser vor dem nächsten Spiel aus. Oder, sollte euch eine Allergie gegen einen der Stoffe schon von vorneherein bekannt sein, lasst ihn gleich weg.

Jetzt könnt ihr mit dem Duftpuzzle spielen

Legt den Spielplan auf den Tisch und die Duftbehälter mit den Löchern nach oben und den Bildern nach unten daneben. Lasst die Jungforscher nun einen Behälter nach dem anderen auswählen und daran schnuppern (nicht auf die Unterseite schauen!). Könnt ihr die Behälter auf den passenden Bildern platzieren? Wenn ihr eure Wahl getroffen habt, könnt ihr die Behälter umdrehen und schauen, ob ihr richtig liegt.

  • Für ganz junge Forscher: Lasst die Kinder vor dem Spiel den Geruch der Gewürze und Zutaten ausserhalb der Behälter “probieren”, benennt sie gemeinsam und überlegt, woher (z.B. von welchen Lebensmitteln) die Kinder den Geruch kennen. So können die Kinder neu gelernte Begriffe beim Spiel verwenden und einüben.
  • Für Forscher, die schon lesen und schreiben können: In der “Schulkinder”-Version des Spielbretts stehen auch die Namen der Gewürze und Duftquellen auf den Bildern. Stattdessen könnt ihr auch das Spielbrett ohne Text verwenden und die Jungforscher die erschnüffelten Duftquellen zunächst aufschreiben lassen.
  • Für Chemie-Experten: Kennt ihr auch die chemischen (Trivial-)Namen der verschiedenen Duft-Moleküle? Und welcher gehört zu welchem Gewürz? Anstelle der Bilder könnt ihr auch die Molekül-Namen (oder Strukturformeln?) auf der Unterseite der Behälter anbringen und gemeinsam mit der erschnupperten Duftquelle benennen.

Natürlich könnt ihr auch mit ganz anderen Düften oder Gerüchen oder mit einer grösseren Auswahl ein Duftpuzzle bauen – ganz wie es euch Freude macht.

Was duftet denn da?

Die meisten natürlichen Düfte sind Gemische verschiedener Moleküle, die unserer Nase und damit unserem Gehirn den Eindruck eines Duftgemischs vermitteln. Das gilt auch für ätherische Öle, die in der Regel direkt aus Pflanzenteilen gewonnen werden (synthetische ätherische Öle sind Nachbildungen solcher Gemische, die jedoch meist nicht alle Feinheiten des natürlichen Aromas aufweisen). Deshalb habe ich im Folgenden für jede Pflanze nur das jeweils wichtigste Duftmolekül aufgeführt.


Strukturformel Benzaldehyd

Marzipan: Benzaldehyd

Der wichtigtste Bestandteil von Marzipanduft ist Benzaldehyd, ein kleines Molekül, das nach Bittermandeln duftet. In den Bittermandeln ist aber nicht von vorneherein Benzaldehyd enthalten, sondern ein Stoff namens Amygdalin, der von Enzymen zu Benzaldehyd und hochgiftiger Blausäure (Cyanwasserstoff) zersetzt wird. Deshalb sind Bittermandeln nicht essbar! Im Marzipan kommt das Benzaldehyd jedoch ohne Blausäure aus, sodass wir es ohne Sorge geniessen können. Auch das Aroma von Weinen wird nicht zuletzt von Benzaldehyd bestimmt.



Strukturformel Anisaldehyd

Anis: Anisaldehyd

Sowohl echter Anis als auch der nicht damit verwandte Sternanis sowie Fenchel und andere Kräuter enthalten einen Stoff namens trans-Anethol, der an der Luft zum duftenden Anisaldehyd und Anissäure zersetzt wird. Ist euch die Ähnlichkeit des Anis-Dufts zum Fenchelgeruch aufgefallen? Das Bild auf dem Spielplan zeigt übrigens nicht den echten Anis (einen Doldenblütler, dessen Samen wir im Gewürzregal finden können), sondern Sternanis, der ursprünglich aus China kommt, heute aber auch hierzulande sehr beliebt ist.



Strukturformel  Zimtaldehyd

Zimt: Zimtaldehyd

Zimtpulver, wie wir es aus dem Gewürzschrank kennen, wird aus der Rinde des Zimtbaums (Cinnamomum verum) gewonnen. Der wichtigste Duftstoff im darin enthaltenen Zimtöl ist Zimtaldehyd (trans-Cinnamal). Da viele Menschen seinen Duft als sehr angenehm und appetitlich empfinden, ist dieser Stoff sowohl als Gewürz (im Zimt) als auch als Kosmetikduft sehr beliebt. Allerdings ist Zimtaldehyd auch dafür bekannt, Allergien auszulösen.



Strukturformel Eugenol

Gewürznelken: Eugenol

Eugenol, der wichtigste Bestandteil des ätherischen Öls aus Gewürznelken, ist in der Pflanzenwelt weit verbreitet. So ist Eugenol nicht nur ein weiterer wichtiger Bestandteil von Zimtöl, sondern zum Beispiel auch in Piment, Lorbeer, Basilikum, Kirschen und Bananen zu finden. Eugenol ist nicht nur bei Parfumherstellern beliebt, sondern wirkt auch schwach schmerzstillend und antibakteriell.



Strukturformel Vanillin

Vanille: Vanillin

Der wichtigste Duftstoff aus der Vanilleschote ist ganz klar das Vanillin mit seinem typischen Aroma. Das Vanillin-Molekül sieht nicht von ungefähr dem Eugenol ähnlich – man kann Vanillin recht einfach aus Eugenol herstellen. Nur: Wer Eugenol, also Nelkenaroma hat, möchte das in der Regel auch behalten. Aber zum Glück gibt es noch einen anderen passenden Ausgangsstoff: Lignin, das in Holz zu finden ist. So entstammt das preisgünstige Aroma in Vanillinzucker in der Regel Holzresten. Richtige Vanilleschoten und damit hergestellter Vanillezucker sind teurer, enthalten dafür aber das ganze natürliche Duftstoffgemisch.



Strukturformel Gingerol

Ingwer: Gingerol

Der führende Aromastoff des Ingwers, Gingerol, liefert eine in dieser Runde einzigartige Geschmacksnote: scharf! Und zwar so richtig scharf (60.000 Scoville auf der gleichnamigen Schärfeskala – das ist mehr als reiner Cayennepfeffer zu bieten hat!). Vermutlich empfinden wir Gingerol nicht von ungefähr als scharf, denn in grösseren Mengen verzehrt ist dieser Stoff giftig. In unseren geniessbaren Zubereitungen aus dem Rhizom (der “Wurzel”) der Ingwerpflanze, in welchem Gingerol vorkommt, ist allerdings so wenig davon vorhanden, dass ihre nützlichen Wirkungen, zum Beispiel gegen Magen-Darm-Beschwerden, überwiegen.


Aromaten – der Name ist Programm

Alle bisherigen Moleküle haben eines gemeinsam: Sie enthalten einen Benzolring. Chemiker haben dieser Stoffgruppe, deren Benzolringe aus einer ganz besonderen Art von chemischen Bindungen bestehen, nach ihrer leicht wahrnehmbaren Gemeinsamkeit benannt. Die meisten der Benzolring-Moleküle haben nämlich einen ganz eigenes, für uns Menschen wahrnehmbares Aroma – einen Geruch. Deshalb nennen die Chemiker diese Verbindungen “aromatische Verbindungen” oder kurz “Aromaten”.

Es gibt aber noch viele andere Stoffgruppen, die richtig dufte sind. So enthalten ätherische Öle vielfach sogenannte Terpene. Ein Vertreter dieser Gruppe ist


Strukturformel R-Limonen

Orangenschale: R-Limonen

Limonen ist das häufigste sogenannte Monoterpen in Pflanzen. So kommt R-Limonen nicht nur in Zitrusfrüchten, sondern auch in Kümmel, Dill und Koriander vor. Sein Spiegelbild, das S-Limonen (das nach Terpentin riecht), findet man indessen in Edeltannen und Pfefferminze. In Fichtennadeln, Muskatnuss und Campher sind sogar beide Spiegelbilder, das R- und das S-Limonen enthalten. Die Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen in ihren Molekülen machen Terpene ziemlich reaktionsfreudig. So können Limonen-Dämpfe mit Luft entzündliche Gemische bilden. Aber keine Sorge: So viel ist davon in Orangenschalen nicht drin.


Ebenfalls häufig geruchsreich sind Verbindungen, die eine sogenannte Aldehydgruppe enthalten und daher “Aldehyde” genannt werden. Eine Aldehydgruppe besteht aus einem Kohlenstoff-Atom, das über eine Doppelbindung mit einem Sauerstoffatom und zusätzlich mit einem Wasserstoffatom verbunden ist. Viele der oben genannten aromatischen Verbindungen enthalten auch eine solche Gruppe – und damit gleich zwei “dufte” Komponenten.

Ein ganz simples Aldehyd ist dagegen für den weihnachtlichen Tannenduft zuständig.


Strukturformel Laurinaldehyd

Edel-Tanne: Laurinaldehyd

Laurinaldehyd, auch Dodecanal, besteht aus einer Kette aus zwölf Kohlenstoffatomen (mit Wasserstoffatomen), deren letztes eine Aldehydgruppe trägt. Es ist einer der wichtigsten Aromastoffe aus dem Tannenöl, das zum Beispiel aus den Nadeln der Edel-Tanne gewonnen wird. Von allen Tannenzweigen im Handel hat die Edel-Tanne (“Nobilis”) den intensivsten Tannenduft, sodass ich genau diese Zweige für meinen Adventskranz bevorzuge.


Entsorgung

Die Gewürze, die ihr in das Puzzle füllt, könnt ihr nachher natürlich noch anderweitig verwenden. Tannennadeln und Orangenschalen können, wenn nicht anders verwendet, problemlos in den Grünabfall. Teelichthüllen aus Aluminium können in der Schweiz an der Kehrichtsammelstelle in den Metallcontainer, in Deutschland und Österreich in die gelbe Tonne entsorgt werden. Oder ihr hebt sie einfach für die nächste Duftpuzzlerunde auf.

Nun wünsche ich euch viel Spass beim Erkunden der weihnachtlichen Düfte!

Hast du das Experiment nachgemacht:

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