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Warum reagiert NaCl bei einer gekochten Kartoffel anders als bei einer rohen?

Warum reagiert NaCl bei einer gekochten Kartoffel anders als bei einer rohen?


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Nun, meine Frage basiert auf dieser Frage unten.

Für diejenigen, die kein Deutsch sprechen:

Sie haben zwei Kartoffelscheiben, eine davon ist gekocht, die andere ist nur roh.

Nun streust du etwas Salz auf beide Oberflächen der beiden unterschiedlichen Scheiben und warte etwa eine Stunde.

Nach Ablauf der Zeit ist das Salz einer Kartoffel nicht mehr in seiner kristallinen Form.

Meine Frage ist also, warum sich beide Slices unterschiedlich verhalten?


Ich vermute, dass sich die Kohlenhydrate (Stärke) neu positionieren und die Stärkekerne mit H2O binden. Das H2O bindet sich also an das NaCl?


Ich würde mich sehr freuen, wenn mir jemand die chemischen Gründe dafür sagen könnte.


Vielleicht bezieht sich diese Passage auf dieses Experiment?

Der Schlüssel, der in Ihrer Beschreibung fehlt, ist, dass jede Kartoffel in Wasser gelegt wird. Wenn die Zellen intakt (ungekocht) sind, führt dies dazu, dass Wasser durch Osmose in die Zellen hinein und aus ihnen heraus fließt: in die Zellen aus der Wasserschale und aus den Zellen in das Salz. Sobald die Zellen durch Kochen zerstört sind, gibt es keine intakten Membranen, um die Osmose zu überqueren, tritt keine Osmose auf und das Salz bleibt ungestört.


Machen Sie einen Kartoffelschrumpf – mit Salzwasser

Einführung
Haben Sie sich jemals gefragt, wie Pflanzen Wasser aus dem Boden "trinken"? Die Wasseraufnahme in Pflanzen ist ziemlich kompliziert. Ein Prozess namens Osmose hilft dem Wasser, vom Boden in die Pflanzenwurzeln und dann in die Zellen der Pflanze zu gelangen. In dieser Aktivität sehen Sie selbst, wie Sie mit Osmose Wasser in Bewegung bringen können!

Hintergrund
Das meiste Wasser im Boden ist kein reines Wasser. Es enthält normalerweise gelöste Mineralsalze. Tiere und Pflanzen brauchen diese Salze (darunter Calcium, Magnesium, Kalium und das Natrium, das Sie vielleicht als Kochsalz kennen), um zu wachsen, sich zu entwickeln und gesund zu bleiben. Verschiedene Wasserquellen tragen unterschiedliche Mengen dieser Salze. Die Natur möchte ein System ausbalancieren, das nicht ausbalanciert ist. Wenn Sie also Wasser mit zwei verschiedenen Salzkonzentrationen mischen, bleiben die Salze nicht getrennt, sondern verteilen sich gleichmäßig in der Lösung, bis die Salzkonzentration überall gleich ist.

Sie werden eine ähnliche Reaktion finden, wenn Sie zwei Salzlösungen mit einer semipermeablen Membran trennen. Eine semipermeable Membran ist eine Art Barriere, die nur bestimmte Partikel passieren lässt, während sie andere blockiert. Diese Art von Membran lässt normalerweise Wasser durch, nicht aber die im Wasser gelösten Salze. Da sich in dieser Situation nur Wasser durch diese Membran bewegen kann, beginnt das Wasser, sich vom Bereich niedrigerer Salzkonzentration (der mehr Wasser und weniger Salz enthält) in den Bereich höherer Salzkonzentration (der weniger Wasser und mehr Salz enthält) zu bewegen. . Diese Wasserbewegung hört erst auf, wenn die Salz- und Wasserkonzentration auf beiden Seiten der Membran gleich ist.

Der Vorgang, bei dem Wasser durch eine semipermeable Membran bewegt wird, wird Osmose genannt. Pflanzen nutzen diesen Prozess zu ihrem Vorteil für die Wasseraufnahme. Sie schaffen eine Umgebung mit hoher Salzkonzentration in ihren Wurzelzellen, die mit dem Boden in Kontakt stehen. Die Zellwände wirken wie eine semipermeable Membran, die nur Wasser durchlässt. Da das Wasser außerhalb der Wurzelzellen eine geringere Salzkonzentration hat, beginnt Wasser durch Osmose in die Wurzelzellen zu gelangen. Das Wasser, das in die Pflanze eindringt, füllt die Zellen auf und kann zum Rest der Pflanze wandern. Osmose funktioniert jedoch in beide Richtungen. Wenn Sie eine Pflanze in Wasser mit einer Salzkonzentration geben, die höher ist als die Konzentration in ihren Zellen, wird Wasser aus der Pflanze austreten, um den Konzentrationsunterschied auszugleichen. Dadurch schrumpft die Pflanze und stirbt schließlich ab. Sie werden diesen Effekt bei dieser Aktivität mit Kartoffeln und verschiedenen Salzwasserlösungen mit eigenen Augen sehen.

  • Destilliertes Wasser
  • Messbecher mit Milliliter (ml)
  • Tisch salz
  • Waage mit Grammmaßen
  • Drei Plastikbecher oder Gläser
  • Löffel
  • Mindestens drei Kartoffeln
  • Apfelkerner. (Alternativ können Sie sich von einem Erwachsenen bei der Verwendung von Schneidebrett und Messer helfen lassen.)
  • Messer (und ein erwachsener Helfer, der Ihnen bei der Verwendung hilft)
  • Herrscher
  • Papier
  • Kugelschreiber oder Bleistift
  • Timer
  • Papiertücher
  • Zeichenpapier (optional)
  • Anderes Gemüse oder Obst (optional)


Vorbereitung

  • Bereiten Sie drei verschiedene Salzwasserlösungen vor. Erstellen Sie Etiketten für die drei Tassen: "0 Gramm", "2 Gramm" und "4 Gramm".
  • In jede der Tassen 100 ml destilliertes Wasser geben.
  • Wiegen Sie 2 Gramm Speisesalz ab und geben Sie es in den Becher mit der Aufschrift „2 Gramm“. Wiegen Sie dann 4 Gramm Speisesalz ab und geben Sie es in den Becher mit der Aufschrift „4 Gramm“. Salz wird aufgelöst.
  • Zeichnen Sie eine Tabelle, in die Sie die Anfangsmaße (Länge und Durchmesser oder Breite) und Endmaße jedes Kartoffelstreifens für jede Salzkonzentration (0, 2 und 4 Gramm) eintragen können.
  • Bereiten Sie mindestens drei Kartoffelkerne vor. Schieben Sie den Entkerner vorsichtig ganz durch die Kartoffel und entfernen Sie den Kern vorsichtig, damit das Kartoffelstück intakt bleibt. (Alternativ kann ein Erwachsener die Kartoffel in Streifen schneiden, die alle die gleichen Abmessungen haben.) Die Kartoffelstücke sollten mindestens einen halben Zoll dick und fünf Zentimeter lang sein. (Idealerweise können Sie neun passende Kerne oder Streifen vorbereiten, sodass Sie in jeder Lösung drei Stücke testen können, um die Ergebnisse gründlich zu vergleichen.)
  • Entfernen Sie mit einem Messer vorsichtig die Kartoffelhaut von Ihren Kernen und spülen Sie die Kerne schnell mit Wasser ab.
  • Verwenden Sie ein Lineal, um sicherzustellen, dass jedes Kartoffelstück die gleiche Größe hat (idealerweise auf den Millimeter genau). Verwenden Sie vorsichtig ein Messer, um alle Teile nach Bedarf zu schneiden.
  • Messen Sie die Abmessungen (Länge und Durchmesser oder Breite) jedes Kartoffelstreifens in Millimetern und schreiben Sie die Informationen in die Tabelle.
  • Optional können Sie auch jedes Kartoffelstück wiegen und deren Gewichte notieren.
  • Legen Sie einen Kartoffelstreifen (oder drei, wenn Sie neun Stück gemacht haben) in jede der Tassen. Fühlen Sie dabei die Kartoffelstreifen mit den Fingern und versuchen Sie, sie ein wenig zu biegen. Wie fühlen Sie sich? Sind sie leicht zu biegen?
  • Starten Sie Ihren Timer für 30 Minuten. Lassen Sie die Kartoffelstreifen die ganze Zeit in den verschiedenen Lösungen ruhen. Was glaubst du, wird mit den Streifen in den einzelnen Tassen passieren?
  • Nach 30 Minuten inspizieren Sie die Kartoffelstreifen in den Lösungen. Sehen Sie Veränderungen?
  • Nehmen Sie den/die Kartoffelstreifen aus dem „0-Gramm“-Becher und legen Sie ihn auf ein Papiertuch. Dabei die Kartoffelstücke erneut ertasten und versuchen, sie leicht zu biegen. Wie fühlen Sie sich? Sind sie leichter oder schwieriger zu biegen als zuvor?
  • Verwenden Sie das Lineal, um die genaue Länge und den Durchmesser oder die Breite (in Millimetern) jedes der Kartoffelstreifen zu messen und schreiben Sie die Ergebnisse in Ihre Tabelle. Was fällt Ihnen bei den Kartoffelstreifenmessungen auf? Optional können Sie diese Teile wiegen und ihr Gewicht aufzeichnen.
  • Als nächstes nehmen Sie die Kartoffelstreifen aus dem "2 Gramm" Becher und legen sie auf ein Papiertuch, während Sie sie fühlen. Messen Sie ihre Längen und Durchmesser oder Breiten. Schreiben Sie Ihre Ergebnisse in die Tabelle. Optional können Sie diese Teile wiegen und ihr Gewicht aufzeichnen. Was hat sich an diesen Kartoffelstreifen geändert?
  • Wiederholen Sie die gleichen Schritte mit den Kartoffelstreifen in der "4 Gramm" Tasse. Schreiben Sie Ihre Ergebnisse in die Tabelle. Sind Ihre Ergebnisse für diese ähnlich oder anders als die anderen?
  • Wie war das Gefühl der Streifen im Vergleich zu der Lösung, in der sie sich befanden? Warum denkst du ist das so?
  • Vergleichen Sie die Ergebnisse in Ihrer Tabelle. Wie haben sich Länge und Durchmesser bzw. Breite der Kartoffelstreifen in jeder Tasse verändert? Was ist mit den Gewichten, wenn Sie sie nehmen? Können Sie Ihre Ergebnisse erklären?
  • Extra: Wenn Sie jeden Ihrer Streifen vor und nach dem Einweichen gewogen haben, vergleichen Sie die Gewichte. Wie verändert sich die Masse der Kartoffelstreifen in jeder Lösung?
  • Extra: Lassen Sie die Kartoffelstreifen länger in den Lösungen. Wie sehen sie aus, wenn man sie eine Stunde oder über Nacht im Salzwasser einweichen lässt?
  • Extra: Wenn Sie Diagrammpapier haben, erstellen Sie eine Grafik Ihrer Ergebnisse mit der Salzkonzentration auf der horizontalen Achse und der Länge oder dem Durchmesser der Kartoffelstreifen nach dem Einweichen auf der vertikalen Achse. Zeichnen Sie zwei Linien, um Ihr Diagramm zu erstellen. Verbinden Sie zunächst jeden der gefundenen Datenpunkte. Zeichnen Sie für die zweite eine horizontale Linie, die an dem Punkt auf der vertikalen Achse beginnt, der die ursprüngliche Länge Ihres Kartoffelstreifens anzeigt. Können Sie anhand Ihrer Grafik eine Salzkonzentration ermitteln, bei der sich die Kartoffelstreifenlänge überhaupt nicht ändern sollte?
  • Extra:Wie funktioniert die Aktivität mit anderem Gemüse oder Obst? Probieren Sie es aus, um es herauszufinden!


Beobachtungen und Ergebnisse
Sind Ihre Kartoffelstreifen geschrumpft und gewachsen? Am Anfang sollten alle Kartoffelstreifen die gleiche Länge gehabt haben und sich alle gleich anfühlen. Wenn Sie sie jedoch in die verschiedenen Lösungen einbringen, beginnt sich dies zu ändern. Während die Kartoffelstreifen im "0 Gramm" Becher wahrscheinlich größer wurden, wurden die anderen Kartoffelstreifen wahrscheinlich kürzer, nachdem sie 30 Minuten im Salzwasser gelassen wurden. (Wenn Sie nach 30 Minuten keine signifikanten Veränderungen feststellen konnten, lassen Sie die Kartoffelstreifen länger in den Salzwasserlösungen.)

Das Schrumpfen und Ausdehnen der Kartoffelstreifen ist auf Osmose zurückzuführen. Kartoffeln bestehen aus Zellen und ihre Zellwände wirken als semipermeable Membranen. Die 0-Gramm-Lösung enthält weniger Salze und mehr Wasser als die Kartoffelzellen (die mehr Salze und weniger Wasser enthalten). Um diese Konzentrationsunterschiede auszugleichen, gelangt das Wasser aus dem Becher in die Kartoffelzellen. Das einströmende Wasser in die Kartoffelzellen drückt auf die Zellwände und macht die Zellen größer. Dadurch wird der ganze Kartoffelstreifen größer. Bei den höher konzentrierten Salzlösungen ist das Gegenteil der Fall. Ist die Salzkonzentration im Becher höher als in den Kartoffelzellen, wandert Wasser aus der Kartoffel in den Becher. Dies führt zum Schrumpfen der Kartoffelzellen, was erklärt, warum die Kartoffelstreifen in Länge und Durchmesser kleiner werden. Durch das Schrumpfen der Kartoffelzellen wird auch der Kartoffelstreifen weniger steif. Wenn Sie die Kartoffelstreifen gebogen haben, sollten Sie bemerkt haben, dass die, die in der Lösung mit der höchsten Salzmenge waren, viel leichter zu biegen waren als die Kartoffelstreifen im Wasser ohne Salz.

Wenn Sie das Diagramm erstellt haben, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass es eine Salzkonzentration gibt, bei der sich der Kartoffelstreifen weder ausdehnt noch schrumpft. Hier sollten sich Ihre Datenkurve und Ihre Startlängenlinie schneiden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Salzkonzentration in den Kartoffelzellen und im Becher gleich. Da die Konzentrationen bereits ausgeglichen sind, bewegt sich kein Wasser.

Aufräumen
Entsorgen Sie die Salzwasserlösungen in der Spüle. Werfen Sie die Kartoffelstreifen in den Kompost und räumen Sie Ihren Arbeitsplatz auf. Sie können mit den anderen unbenutzten Kartoffelstücken kochen.

Mehr zum Entdecken
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OSMOSE-EXPERIMENT: KARTOFFEL, WASSER, SALZ

Ein Experiment mit Kartoffeln, Wasser und Salz wird durchgeführt, um zu beweisen, dass es in einer Pflanzenzelle, in diesem Fall einer Kartoffel, eine Osmosereaktion gibt. Osmose ist ein Prozess, bei dem Moleküle in gelösten Komponenten wie Wasser von einer hohen Konzentration zu einer niedrigeren Konzentration mit einer selektiv durchlässigen Membran bewegt werden. Es funktioniert wie ein Tor, wo es ermöglicht und trennt, dass bestimmte Dinge ins Innere gelangen und Substanzen wie Wasser auflösen. Das Experiment begann, indem beide gleich große Kartoffeln in jedes Becherglas gegeben wurden, das mit Wasser und Salzwasserlösung gefüllt war. Aufgrund von Osmosewasser fließt es dorthin, wo eine höhere Lösungsmittelkonzentration vorhanden ist, und das Lösungsmittel fließt zu einer geringeren Konzentration. Beim Einfüllen des Salzwassers fließt das Wasser aus der Zelle, da es das zusätzliche Lösungsmittel (Salz) außerhalb der Zelle verdünnt. Und wenn Sie das frische Wasser einfüllen, wird es rauschen, weil sich mehr Lösungsmittel in der Zelle befindet.

Es wird vorhergesagt, dass die Kartoffel, die mit Salzwasser in den Becher gegeben wurde, vor der Durchführung des Experiments schrumpft, da die Salzlösungsmoleküle fester miteinander verbunden sind als in Süßwasser. Eine große Menge Salz trat in die Zellen der Kartoffel ein, mehr Wasser verlässt die Zelle (wie in der hypertonischen Lösung), wodurch die Zelle schnieft oder stirbt, wodurch die Kartoffel schrumpft.

Der Beweis der Osmosetheorie verwendet nur ein paar Dinge, die unabhängige Variablen Becherglas, Messrohr, Messgewicht, Stoppuhr und abhängige Variablen Kartoffel, Salz und Wasser umfassen. Der erste und wichtigste Schritt ist, die Kartoffel auf die gleiche Größe zu schneiden, denn am Ende wird der Größenunterschied zwischen beiden Kartoffeln angezeigt. Um sicherzustellen, dass die Kartoffel gleich groß ist, ist es besser, sie mit dem Messgewicht zu messen, um sicherzustellen, dass sie von Anfang an das gleiche Gewicht haben. Messen Sie dann die Salzmenge, die in einen der Becher gegeben wird. In diesem Fall sind es 5 Teelöffel Salz, was 30 g entspricht. Bereiten Sie dann die beiden Becher vor und füllen Sie sie mit je 200 ml Wasser. Stellen Sie sicher, dass sich in jedem Becher die gleiche Wassermenge befindet, genauer gesagt mit dem Messrohr. Rühren Sie den Becher um, bis sich das Salz aufgelöst hat, und geben Sie die Kartoffeln gleichzeitig in jeden Becher, während Sie den Timer auf 60 Minuten starten. Da es eine ziemlich lange Zeit ist, ist es von diesem Prozess notwendig, beide Kartoffeln zu beobachten.

Geben Sie nach einer Stunde sofort das Wasser in das Messrohr, um den Unterschied zwischen Wasser, nachdem es von der Salzlösung umgeben war, und auch nachdem sich die Kartoffel im Wasser (ohne Salz) befand, herauszufinden. Tun Sie es nacheinander und langsam ist es effektiver, weil es weniger wahrscheinlich ist, dass es verschüttet wird. Wenn dies der Fall ist, wird das gesamte Experiment ruiniert. Nachdem beides Wasser bereits gemessen wurde, bewege die Kartoffel weiter, um herauszufinden, was mit der Kartoffel passiert ist, wenn sie sowohl von Wasser als auch von Salzwasser umgeben ist. Hier das Ergebnis nach Durchführung des Experiments:


Osmose mit Kartoffelstreifen untersuchen

Osmose ist definiert als die Nettobewegung von Partikeln eines Lösungsmittels (einer Substanz, die einen anderen auflöst, um eine Lösung zu bilden) entlang seines Konzentrationsgradienten über eine teilweise durchlässige Membran bis zu einem Gleichgewicht (einem Ruhe- oder Gleichgewichtszustand aufgrund der gleichen Wirkung von Gegenkräfte) aufgebaut.

Ziel dieses Experiments ist es, die Wirkung der Osmose auf das fragliche Objekt, nämlich die Kartoffelstreifen, nachzuweisen.

Ethische Fragen

Es gibt keine ethischen Probleme im Zusammenhang mit diesem Experiment

Gesundheit und Sicherheit

Kartoffeln sind ein Lebensmittel und daher wenig gefährlich. Sein Rohzustand und der Ort des Experiments, das sich in einem Labor befand, verbot jedoch den Verzehr.

Um dies zu erreichen, folgendes Materialien und Geräte wurden verwendet:

-Ribena (hypertonische Lösung)

Das Verfahren ist wie folgt:

  1. Wir haben jeden Streifen einzeln beobachtet, indem wir seine Konsistenz ertastet haben
  2. Wir haben sie gewogen und gemessen und die Anfangsmasse und -länge aufgezeichnet
  1. Wir geben Ribena in das erste Reagenzglas, eine Mischlösung in das zweite und Wasser in das dritte
  2. Wir legten einen Streifen in jedes Reagenzglas und ließen sie ca. 15 Minuten ruhen
  3. Wir entfernen die Streifen nach 15 Minuten und tupfen auf Gewebe
  4. Wir haben die Kartoffelstreifen neu gewogen und vermessen und ihren Zustand beobachtet
  1. Schließlich haben wir %-Differenzberechnungen für Masse und Länge mit der Formel durchgeführt:

(final – initial) x 100 % / initial

Längenänderung Massenänderung
EIN -0,04% -0,15%
B -0,04% -0,12%
C 0,05% 0,04%

Einschränkungen

Bei diesem Experiment gab es mehrere Einschränkungen, die seine Genauigkeit und die Endergebnisse möglicherweise behindert oder verändert haben:

  • Wir haben nicht die genaue Flüssigkeitsmenge gemessen, die in jedes Reagenzglas gegeben wurde: Wir haben nicht ausgeschlossen, dass die Flüssigkeitsmenge einen Einfluss auf den Kartoffelstreifen hat
  • Es gab keine genaue Mischung zwischen Wasser und Ribena: Die ungenaue Mischung entzieht uns die Erkenntnis, welche Flüssigkeit die dominierende war
  • Verwendung von normalem Wasser: Normales Wasser ist nicht so hypotonisch wie destilliertes Wasser und führt zu einer geringeren sichtbaren Reaktion
  • Ungleichmäßige Temperatur
  • Keine Zeiterfassung: Es gab keine bestimmte Zeitspanne, in der die Kartoffeln in der Flüssigkeit blieben und sie wurden auch nacheinander platziert, sodass sie nicht genau die gleiche Zeit darin verbrachten
  • Die Masse und der Prozentsatz der Änderung wurden gerundet und daher ist das Ergebnis nicht genau

Um mögliche Fehler zu vermeiden, sollte das Experiment beim nächsten Mal genau gemessen, zeitlich festgelegt und destilliertes Wasser verwendet werden.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen:

Die folgenden Ergebnisse und Schlussfolgerungen wurden aus diesem Experiment abgeleitet:

Kartoffeln in Wasser:

Ein Massezunahme des Kartoffelstreifens durch die Bewegung von Wassermolekülen in die Pflanzenzellen durch Osmose. Das Wasser ist hypoton. Dies bedeutet, dass es eine hohe Wasserlösung besitzt und wenig Zucker enthält. Im Gegensatz dazu ist die Kartoffel hypertonisch: Sie hat ein niedriges Wasserpotential und eine hohe Zuckerlösung. Wenn es in Kontakt kommt, diffundiert Wasser in die Kartoffel und vergrößert somit ihre Größe, wodurch die endgültige Größe größer wird als die anfänglichen Ergebnisse.

Dies ist auch relevant für die Längenzunahme. Da die Aufnahme von Wassermolekülen zusätzlichen Platz beansprucht, verändert sie auch das Volumen der Kartoffel, indem sie gegen die Zellmembran und die benachbarte Zellwand der Zellulose drückt. Dies führt zu einer Ausdehnung in allen Dimensionen, einschließlich der Länge. Die Ausdehnung wird jedoch durch die Steifigkeit der Zellulosezelle begrenzt.

Der Druck/die Kraft, die auf die Oberfläche der starren Zelle einwirkt, erzeugt einen Turgordruck und daher sind die Streifen geschwollen.

Kartoffeln in Ribena:

Da ist ein Abnahme der Masse der Kartoffelstreifen durch die Bewegung von Wassermolekülen außerhalb der Pflanzenzellen. Ribena ist hauptsächlich eine zuckerhaltige Lösung und daher hypertonisch für die Kartoffelzellen, die hypoton sind. Die Wassermoleküle wandern entlang ihres Konzentrationsgradienten aus den Zellen heraus und lassen so den Kartoffelstreifen schrumpfen.

Die Abnahme der Anzahl der Wassermoleküle führt zu Volumen- und Längenverlust.

Da der von den Wassermolekülen auf die Zellmembran/-wand ausgeübte Turgordruck geringer ist, bleibt ihr Zustand erhalten schlaff.

Kartoffeln in Mischung aus beidem:

Es war eine Gewichts- und Längenabnahme vorhanden, aber nicht so stark wie bei Ribena. Die Lösung enthielt noch einen höheren Zuckergehalt und ist daher hypertonisch. Allerdings ist der Kontrast zwischen hyperton und hypoton kleiner und das Ergebnis daher weniger sichtbar.

Um die oben genannten Aussagen zu verallgemeinern und zu beweisen, hat die Klasse ihre Ergebnisse verglichen und folgende Erkenntnisse festgestellt:


Zuckerfunktion

Eine mittelgroße 4-Unzen-Kartoffel enthält etwa 2 Gramm natürlichen Zucker, eine Art einfaches Kohlenhydrat. In Ihrem Verdauungstrakt wird Zucker schneller metabolisiert als jeder andere Makronährstoff. Sobald Zucker Ihren Dünndarm erreicht, fangen Enzyme, die von den Darmwänden abgesondert werden, Zuckermoleküle ein. Die Enzyme spalten Zucker schnell in Glukose auf, die die kleinste und einfachste Zuckerart ist. Ihre Blutbahn nimmt Glukose auf, wenn sie durch die Darmwände absorbiert wird. Sobald Glukose in Ihrem Blutkreislauf angekommen ist, gelangt sie mit Hilfe des Hormons Insulin in die Zellen.


Beziehungen zwischen flüchtigen und nichtflüchtigen Metaboliten und Eigenschaften des verarbeiteten Kartoffelgeschmacks

Obwohl der Geschmack von verarbeiteten Kartoffeln (Solanum tuberosum L.) für Verbraucher wichtig ist, ist die Mischung aus flüchtigen und nichtflüchtigen Metaboliten, die sich auf die Geschmackseigenschaften auswirken, nicht genau definiert. Darüber hinaus ist es wichtig zu verstehen, wie sich der Kartoffelgeschmack während der Lagerung verändert. In dieser Studie wurde eine quantitative deskriptive Analyse von Kartoffelproben durch ein geschultes Geschmacksgremium durchgeführt, wobei Knollen aus S. tuberosum Gruppe Phureja mit denen aus S. tuberosum Gruppe Tuberosum, sowohl bei der Ernte als auch nach der Lagerung. Das flüchtige Profil der gekochten Knollen wurde durch Festphasen-Mikroextraktion, gefolgt von Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Analyse in Teilproben der Knollen, die durch Geschmackspanels bewertet wurden, analysiert. Eine Reihe von nichtflüchtigen Metaboliten, einschließlich der wichtigsten Umami-Verbindungen, Glykoalkaloide und Zucker, wurde auch in Teilproben von Knollen gemessen. Korrelations- und Hauptkomponentenanalysen zeigten Unterschiede zwischen den Kartoffelsorten und Lagerbedingungen und zeigten Assoziationen von Metaboliten mit den verschiedenen sensorischen Eigenschaften.


Gärfähige Wellness-Lebensmittel: Eine neue Perspektive

Fermentierte Lebensmittel stellen ein wichtiges Segment der aktuellen Lebensmittelmärkte dar, insbesondere der traditionellen oder ethnischen Lebensmittelmärkte. Die Nachfrage nach einer effizienten Nutzung von Agrarabfällen sowie Fortschritte bei Fermentationstechnologien (mikrobielle und enzymbasierte Verarbeitung) stimulieren das schnelle Wachstum und die Innovation im Bereich fermentierter Lebensmittel. Darüber hinaus rücken die gesundheitsfördernden Vorteile fermentierter Lebensmittel zunehmend in den Fokus. Die in vielen gängigen fermentierten Lebensmitteln enthaltenen Mikroorganismen können als „Mikrofabriken“ dienen, um Nährstoffe und Bioaktivstoffe mit spezifischen Ernährungs- und Gesundheitsfunktionen zu erzeugen. Hier werden aktuelle Forschungsergebnisse zur Herstellung von fermentierten Lebensmitteln kritisch überprüft, wobei der Schwerpunkt auf den potenziellen gesundheitlichen Nutzen von fermentierten Wellness-Lebensmitteln gelegt wird. Die Bedeutung der richtigen Auswahl von Mikroorganismen und Rohstoffen und die Notwendigkeit einer genauen Kontrolle von Fermentationsprozessen werden untersucht. Es werden große Wissenslücken und Hindernisse für die Herstellung fermentierter Lebensmittel und die Marktdurchdringung diskutiert. Es wird hervorgehoben, wie wichtig es ist, multidisziplinäres Wissen zu integrieren, mit Verbrauchern zu kommunizieren und regulatorische Rahmenbedingungen speziell für fermentierte Wellness-Lebensmittel und funktionelle fermentierte Lebensmittel zu schaffen.


KAPITEL 14 – Resistente Stärke in vitro und in vivo: Faktoren, die Ausbeute, Struktur und physiologische Relevanz bestimmen

Die Kenntnis der Verfahren und Bedingungen der Lebensmittelverarbeitung sowie des zugrunde liegenden Mechanismus, der zur Bildung von resistenter Stärke (RS) in Lebensmitteln führt, ist für Ernährungswissenschaftler sowie die Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung, da sie die Möglichkeit bietet, den RS-Gehalt in Lebensmitteln zu erhöhen verarbeitete Lebensmittel. RS wird normalerweise als der Anteil der Nahrungsstärke definiert, der im Dünndarm eines gesunden Menschen der Verdauung entgeht. Die Menge an RS in einem bestimmten Lebensmittel wird von vielen verschiedenen Faktoren bestimmt. Lebensmittelform und -struktur, botanische Quelle der Stärke und ihr Amylosegehalt, andere Nahrungsbestandteile, insbesondere Protein und Fett, das Vorhandensein von a-Amylase-Hemmern und anderen Antinährstoffen, die Methoden zur Herstellung und Lagerung von Lebensmitteln sowie kulinarische Praktiken haben direkten Einfluss auf Stärkeverdaulichkeit im Darm. Obwohl RS die meiste Aufmerksamkeit von Gesundheitsfachleuten auf seine positiven Auswirkungen auf die Darmgesundheit bezieht, gibt es theoretische und zunehmende experimentelle Beweise dafür, dass RS vorteilhafte physiologische Eigenschaften besitzt, die über den Magen-Darm-Trakt hinausgehen. Lebensmittelwissenschaftler haben versucht, den Gehalt an enzymresistenter retrogradierter Stärke in der Nahrung zu erhöhen. Zahlreiche Studien werden durchgeführt, um die molekulare und mikrostrukturelle Organisation von RS-Fraktionen zu charakterisieren, mit dem Ziel, die Mechanismen der Amylolyseresistenz aufzuklären.


Brain Foods für die Gesundheit des Gehirns Steigern Sie die Gesundheit des Gehirns mit gutem Essen

Smart Snacking während der Coronavirus-Quarantäne https://ucdavis.health/smartsnack.
Die Präsentation von Dr. Liz Applegate diskutiert spezifische Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel, die die Gesundheit des Gehirns verbessern und die Ernährung in eine Ernährung umwandeln können, die gesundes Altern und Gedächtnisleistung unterstützt. Dr. Applegate ist Director of Sports Nutrition und Distinguished Lecturer an der University of California, Davis. Ihr pädagogischer Schwerpunkt liegt auf der Ernährung für optimale Gesundheit und Leistungsfähigkeit. Sie schreibt eine Kolumne für Runner&rsquos World, tritt im nationalen Fernsehen auf & Radio und spricht mit Menschen jeden Alters über praktische und wissenschaftlich fundierte Ansätze zur Selbstoptimierung durch Ernährung.
Dieser Vortrag ist Teil der Community Lecture Series 2016 des UC Davis Health System &rsquos Alzheimer &rsquos Center, die von Sunrise Senior Living und Aegis Living gesponsert wird. Es wurde am 29. November 2016 live im Lesher Center for the Arts in Walnut Creek, Kalifornien, geliefert.
Wie Sie sich im Alter gesund ernähren: https://ucdavis.health/HealthyAging.
Gesundheitliche Vorteile von Tee: https://ucdavis.health/tea.
Tipps für eine gute Darmgesundheit: https://ucdavis.health/GutHealth.
UC Davis Health’s Alzheimer&rsquos Disease Center: https://health.ucdavis.edu/alzheimers/.
Sehen Sie sich die neuesten Nachrichten von UC Davis Health an: https://health.ucdavis.edu/newsroom.
#Gehirngesundheit #gesund essen #Ernährung #Snacks

Video aus dem Kanal: UC Davis Health


JARS v55n3 - Osmose und Pflanzenernährung

Osmose und Pflanzenernährung
Michael Hammer
Sassafras, Victoria, Australien

Nachgedruckt aus dem The Rhododendron, Vol. 40, 2000, die Zeitschrift der Australian Rhododendron Society.

Was ist Osmose?
Stellen Sie sich vor, wir nehmen einen Behälter und füllen ihn mit Wasser. Das Wasser besteht aus vielen winzigen Molekülen in ständiger Bewegung. Wenn sich diese Moleküle bewegen, kollidieren sie mit den Wänden des Behälters und prallen zurück, Millionen und Abermillionen von Kollisionen pro Sekunde. Jede Kollision übt einen winzigen Stoß auf die Wand aus und das Gesamtergebnis all dieser Kollisionen ist eine Nettokraft auf die Wände des Behälters, die wir "Druck" nennen. Der Druck ist einfach ein Maß für die Anzahl der Kollisionen pro Quadratmeter pro Sekunde.

Stellen Sie sich als Nächstes vor, dass wir in der Mitte des Behälters eine Barriere anbringen (siehe Abbildung 1), sodass sich auf beiden Seiten Wasser befindet. Außerdem stellen wir diese Barriere aus einem Material her, das winzige Löcher enthält. Diese Löcher sind viel zu klein, um sie zu sehen, aber sie sind groß genug, um ein Wassermolekül durchzulassen. Die Wassermoleküle kollidieren mit dieser Barriere genauso wie mit allen anderen Wandoberflächen. Meistens treffen sie auf einen festen Teil der Barriere und prallen zurück, aber gelegentlich treffen sie dort auf die Barriere, wo sich ein Loch befindet, und passieren sie. Unter Bezugnahme auf Abbildung 1 bewegen sich daher einige Wassermoleküle von Seite A in Seite B und umgekehrt.

Abbildung 1. Barriere mit Wasser auf beiden Seiten.

Stellen Sie sich nun vor, wir lösen etwas Salz in Seite A unseres Behälters auf. Salzmoleküle sind größer als Wassermoleküle, und wenn die Löcher in unserer Barriere die richtige Größe haben, können sie groß genug für die Wassermoleküle sein, aber zu klein, um die Salzmoleküle durchzulassen. Da der Druck auf beiden Seiten der Barriere gleich ist, ist die Gesamtzahl der Kollisionen pro Sekunde auf beiden Seiten der Barriere gleich, aber auf Seite B sind alle Kollisionen auf Wassermoleküle zurückzuführen (die durch die Löcher), während auf Seite A einige auf Salzmoleküle zurückzuführen sind (die nicht durch die Löcher passen). Auf Seite A treffen pro Sekunde weniger Wassermoleküle auf die Barriere als auf Seite B und daher passieren weniger Wassermoleküle die Barriere von Seite A nach B als von B nach A. Es gibt eine Nettobewegung von Wasser von der Seite mit niedriger Salzkonzentration auf der Seite der hohen Salzkonzentration.

Dieser Effekt wird "Osmose" genannt, und die Art von Barriere, über die wir gerade gesprochen haben, mit Löchern, die für einige Moleküle groß genug und für andere zu klein sind, wird als "semipermeable Membran" bezeichnet. Natürlich müssen wir kein Salz verwenden, jede Substanz, die sich auflöst und große Moleküle hat, wird die gleiche Wirkung haben.

Osmotischer Druck
Der Wasserfluss von einer Seite der Membran zur anderen erfolgt einfach dadurch, dass auf einer Seite der Membran mehr Wasserstöße pro Sekunde auftreten als auf der anderen. Der Fluss wird fortgesetzt, bis die Anzahl der Kollisionen von Wassermolekülen pro Sekunde auf beiden Seiten der Membran gleich ist. Dies kann auf zwei Arten geschehen.

Zum einen kann es auftreten, wenn durch die Wasserwanderung ein Konzentrationsausgleich der gelösten Feststoffe auf beiden Seiten der Membran erfolgt. Dies könnte auftreten, wenn auf beiden Seiten der Membran Material in der Flüssigkeit gelöst war, jedoch in unterschiedlichen Konzentrationen.

Zweitens kann es auftreten, wenn die Wasserwanderung den physikalischen Druck auf der konzentrierteren Seite der Membran erhöht. Mehr Druck bedeutet mehr Kollisionen pro Sekunde, und wenn der Druck genug erhöht wird, gleicht sich die Anzahl der Kollisionen aufgrund der Wasserkomponente aus. Dies bildet eine bequeme Möglichkeit, die osmotische Stärke einer Lösung zu messen und führt zum Ausdruck "osmotischer Druck" als Maß für die osmotische Stärke einer bestimmten Lösung.

Stellen Sie sich vor, wir haben eine semipermeable Membran in Form eines geschlossenen Sacks mit einer wässrigen Salzlösung darin. Wenn wir diesen Sack in eine Lösung mit mehr gelösten Feststoffen legen (höherer osmotischer Druck), wird Wasser aus dem Sack gezogen und er beginnt zu kollabieren. Wenn wir den Sack in eine Lösung mit weniger gelösten Feststoffen legen (geringerer osmotischer Druck), fließt Wasser in den Sack und er beginnt zu quellen.

Warum ist das alles für uns Gärtner relevant? Nun, es stellt sich heraus, dass viele Membranen in der Natur semipermeabel sind. Zellwände sind insbesondere semipermeable Membranen. Wir wissen es vielleicht nicht, aber wir erleben ständig die Auswirkungen der Osmose im täglichen Leben. Hier sind einige alltägliche Beispiele.

Einige Beispiele für Osmose
Du schneidest dich, gibst Meerwasser drauf und es tut weh. Der osmotische Druck von Meerwasser ist viel höher als das Innere Ihrer Zellen (Meerwasser besteht aus etwa 2-3% Salz). Die exponierten Zellen beginnen, Wasser zu verlieren und zu kollabieren. Geben Sie frisches Wasser darauf und es tut auch weh, der osmotische Druck des Süßwassers ist zu niedrig, und die Zellen nehmen Wasser auf und beginnen zu schwellen. Baden Sie den Schnitt in Wasser mit 0,9% Salz (Kochsalzlösung) tut es aber überhaupt nicht weh: Der osmotische Druck der Kochsalzlösung ist genau richtig. Versuchen Sie es das nächste Mal, wenn Sie einen Schnitt oder eine Abschürfung waschen möchten. Fügen Sie 9 Gramm Salz (etwa 2 gestrichene Teelöffel oder 1 gehäufter Teelöffel) zu einem Liter abgekochtem Wasser hinzu. Sie sollten feststellen, dass es viel weniger schmerzhaft ist. Seien Sie natürlich vorsichtig - fügen Sie nicht zu viel Salz hinzu, sonst wird der osmotische Druck zu hoch und es tut wieder weh.

Früher wurde Fleisch gesalzen, damit es nicht verdirbt. Wieso den? Die Bakterien, die Fleisch angreifen, haben keine undurchlässige Haut, sondern halbdurchlässige Zellmembranen. Der osmotische Druck des Salzes ist so hoch, dass es das Wasser aus den Bakterienzellen saugt und diese abtötet. Das ist übrigens die Grundlage für die Annahme, dass das Baden einer Wunde in Meerwasser zur Bekämpfung einer Infektion beigetragen hat.

Salz ist nicht die einzige Chemikalie, die den osmotischen Druck erhöht. Jedes lösliche Molekül, das groß genug ist, um durch die Löcher in der Membran blockiert zu werden, hat einen ähnlichen Effekt. Eine sehr wichtige Molekülklasse mit ähnlicher Wirkung sind die Zucker. Bakterien verwenden Zucker für ihre Nahrung, genau wie wir. Trotzdem wird eine ausreichend starke Zuckerlösung den osmotischen Druck hoch genug anheben, um Bakterien abzutöten und somit den Verderb zu verhindern - deshalb sind Marmeladen und Honig auch ohne Kühlung gut haltbar. Wenn du mir nicht glaubst, verdünne Honig mit etwas Wasser und lasse ihn ein paar Tage stehen. Vergleichen Sie seine anhaltenden Eigenschaften mit unverdünntem Honig.

Auch die Membranen von Pflanzenzellen sind semipermeabel. Es gibt einige einfache Experimente, die Sie tun können, um dies zu zeigen. Legen Sie einige rohe Gurkenscheiben in eine Schüssel mit frischem Wasser und andere in eine Schüssel mit gesättigtem Salzwasser. The slices in fresh water swell up and become very turgid. The ones in salt water collapse and become completely limp.

Take a half a raw potato, scoop a recess in the cut face and put in a spoonful of salt or sugar. Leave it for an hour or so and you will find the recess filled with liquid, while the potato around the liquid has gone soft and spongy. Some of the salt or sugar dissolves in the little bit of water around the cut face and the high osmotic pressure of this solution draws out more water from the potato cells. Try it with a cooked potato and nothing happens. Wieso den? Cooking destroys the cell membranes so that osmosis can no longer occur.

Effect of Osmosis on Plants' Collection of Water
Root hairs on plants, like other cells, are also semi-permeable. Water gets through readily but dissolved nutrients cannot. Plants, in fact, rely on an osmotic pressure gradient in order to collect water. The concentration of dissolved solids, and thus the osmotic pressure, rises continuously from the soil around the roots to the central water conducting core of the root (called the xylem) and this causes water to flow into the plant. Remember we said osmosis can result in a physical pressure difference across the membrane - this means that the physical pressure is higher in the core of the root than in the soil around the plant. On cool mornings especially, when the soil is damp, you can sometimes see drops of water all round the edges of the leaves on some plants. This arises because the osmotic pressure gradient has forced so much water into the plant it flows out through the ends of the veins at the edges of the leaves and collects as droplets. Botanists call this process "guttation."

By the way, as an aside, did you know that plants cool themselves by evaporating water the same way we do when we perspire? This partly explains why plants burn much more easily when they dry out. Without enough water to evaporate they can't cool themselves adequately and the leaves overheat and die.

The primary molecule raising the osmotic pressure inside plant roots is sugar - manufactured in the leaves and transported down in the phloem tissue to the roots. Plants to some degree can control the osmotic pressure inside their roots. This is done by converting sugar to starch or vice versa. Starch is only sparingly soluble, so it does not contribute much to osmotic pressure. If a plant wants to reduce its osmotic pressure it converts some sugar to starch. To raise the osmotic pressure it can convert some starch back into sugar.

Root hairs do not just collect water for the plant they also collect nutrients by a separate process called "active transport." For this process to work, however, the nutrients have to be dissolved in water. Nutrients in an insoluble form cannot be absorbed by the plant. For example, you can't address an iron deficiency for an azalea by putting some iron filings around the plant. The iron may be there, but it is not in soluble form, so the plant can't take it up. And herein lies a paradox, exactly the same as for the bacteria in honey. Because the nutrients are soluble in water they also raise the osmotic pressure outside the root hairs. A higher nutrient level means more food but it also makes it harder for the plant to collect water. If the nutrient concentration becomes too high the osmotic pressure outside the roots becomes greater than inside the roots. When that happens the flow of liquid reverses. Instead of the plant taking up water and nutrients it can't take up anything. Instead it starts to lose water into the surrounding soil. The plant dehydrates, the leaves are starved of water, they dry out, die and go brown around the edges. We say the plant is being burnt. If the situation lasts too long the plant dies.

Controlling Osmotic Pressure Around Plant Roots
How can the osmotic pressure get to be higher in the soil than in the plant? Firstly and most obviously, you put too much fertilizer around a plant. Less obviously, you fertilize a plant when the soil is very wet, the fertilizer is well diluted and at a reasonable concentration for the plant. Then along comes a dry spell and the soil around the plant starts to dry out. Water is lost but the nutrients cannot evaporate they stay in the soil and the concentration rises and rises. Eventually it gets so high the osmotic pressure reverses and goodbye plant. Another problem is especially relevant to pot plants. Every time you fertilize you add more nutrients to the pot. Normally you add far more nutrients than the plant can actually use. The excess cannot escape and builds up around the plant roots. Eventually the level reaches toxic levels, and as mentioned already this is exacerbated when the mix in the soil dries out a bit. To avoid this, one is told to periodically deep soak pot plants to wash out the excess nutrients.

But another issue needs to be considered as well. What is the osmotic pressure inside the plant? If this is high enough the plant can cope with a higher concentration of nutrients in the soil. Remember sugar was the main molecule raising osmotic pressure inside plants. The osmotic pressure is likely to be highest when there is a lot of sugar around and this occurs when the plant is producing the greatest amount of sugar - and when is that? When it is most active, when it is growing most rapidly. Conversely, the sugar level is likely to be lowest when the plant is dormant. Hence the advice to fertilize plants when they are growing rapidly and the caution to not fertilize when the plant is dormant.

What about cuttings? The greatest problem for a cutting is loss of water. Further, the cutting is using up food reserves to produce new roots. Sugar levels are likely to be pretty low and this means the osmotic pressure inside the plant will also be low. A bad combination. The last thing a cutting in that position can cope with is high osmotic pressure outside the fledgling roots. We want to make the osmotic pressure outside the cutting as low as possible. Fertilizer for a cutting is like poison. It is not that the cutting can't use the nutrients. That is irrelevant it would only mean the fertilizer was wasted. The problem is that the nutrients raise the osmotic pressure and dehydrate the cutting. In fact we probably should be thoroughly washing our mix to remove every trace of dissolved solids to get the osmotic pressure as low as we possibly can.

Regulating the Nutrient Level Around Plants
One of the challenges for us as gardeners is to regulate the nutrient level around our plants. Plants can cope with considerable variation in the level of nutrients around the roots, but they do better if the level is more stable. That's why the comment is made that it is better to fertilize more often with very weak fertilizer than it is to use stronger fertilizer occasionally.

Let's look a bit at ways in which nutrient levels can be stabilized around plants. The key here is that nutrients are available to plants and affect the osmotic pressure only if they are in solution. Nutrients not in solution are completely inert as far as the plant is concerned. You know, what would be really nice would be to have some mechanism which stored nutrients in the soil in an insoluble form and slowly converted them to a soluble form at a rate which keeps a constant level around the plant. You often hear comments that organic fertilizers - compost, manures, etc. - are far better than chemical fertilizers. Environmentalists and "greenies" often wax so lyrical it seems as though the nutrients from organic fertilizers are good and healthy while the nutrients in chemical fertilizers are evil and poisonous. That of course is utter rubbish a potassium ion is a potassium ion whatever the source. Organic fertilizers do, however, have a major advantage. The nutrients in chemical fertilizers are in a readily soluble form. Very shortly after the fertilizer is applied to the soil, the nutrients dissolve, raising the nutrient level and osmotic pressure. The nutrients in organic fertilizers, however, are often locked up in complex organic compounds and do not dissolve readily. When they are applied to the soil it requires the action of microbes in the soil to break down these organic compounds and thereby release the nutrients to dissolve in the soil water. Thus organic fertilizers provide a slow steady nutrient release. In more recent years, inorganic fertilizers have become available which can at least partly match this action. Fertilizer granules are coated with a polymer which prevents the fertilizer dissolving all at once. Instead the nutrient material slowly leaches through the polymer barrier. Depending on the thickness and composition of this barrier, the leaching process can take three, six or nine months. Several proprietary brands are available, of which the best known is probably Osmocote (the name probably comes from a contraction of "osmotic coating").

There is another advantage of organic fertilizers. They leave a residue of partly decayed organic matter in the soil called "humus." This humus changes the way in which soil particles stick together, and also has the property of binding and trapping both water and nutrients. Nutrients can continuously attach and de-attach themselves to humus particles (called an "equilibrium reaction"). When the nutrient concentration in the soil is high, the rate of attachment exceeds the rate of separation. The net effect is that some of the nutrients bind to humus particles and are effectively removed from solution. When the dissolved nutrient level falls, the equilibrium swings the other way and the attached particles go back into solution. In short, the humus acts to stabilize the dissolved nutrient level in the soil water - exactly what we discussed just before. Chemists call this process "buffering." Thus organic fertilizers provide a buffered source of nutrients whereas chemical fertilizers are an unbuffered source.

Humus is not the only thing which can do this. Clay particles such as felspars, silicates, etc., are chemically active materials. Nutrients can adhere and detach from them, just as happens with humus. Again, when nutrient levels are high, attachment predominates and the nutrients are removed from solution but still bound in the soil so that they are not washed away. When dissolved levels fall again the bound nutrients detach, raising the dissolved levels again. By contrast, sand is silicon dioxide which is chemically inert. Nutrients cannot attach to sand particles. As a result, the nutrient level fluctuates much more in sandy soils than in clay and nutrients are much more easily washed away and lost. Clay soils may have problems with poor aeration, compaction and water logging but they are generally more fertile than sands.

Nutrient Availability Versus pH
Osmosis explains how plants absorb water from the soil but it does not account for the way in which a plant collects nutrients. In general, collection of nutrients is a more complex active process (a pumping process which requires the plant to expend energy). It is also a process that varies very greatly from one type of plant to another. In general, if a plant species is growing in an environment where a particular nutrient is very scarce it evolves very efficient ways of collecting that nutrient. Conversely, if the plant grows in an environment where a particular nutrient is very plentiful the collection efficiency for that nutrient can be expected to be very low. Indeed, if the nutrient is normally present in excessive amounts the plant may even develop mechanisms to reject that particular nutrient. A simple example of that is when plants colonize the tidal margins such as saltwater mangroves. In these locations the sodium concentrations (at least) are much higher than the plant can possibly use and these plants need to develop mechanisms to selectively excrete the excess sodium.

If a plant has developed in a region where a particular nutrient is very low and is suddenly placed in an environment where there is a large amount of the nutrient, its super-efficient collection mechanism means that it will collect far too much of the nutrient - possibly a toxic level. Such a plant has no means of getting rid of the excess, because it evolved in an environment where such a mechanism was not necessary. This is, for example, the situation for many Australian natives with regard to phosphorous. This does not mean that Australian natives use less phosphorous for growth. It only means they are more efficient at collecting it and therefore require lower levels of this element in the soil.

Conversely, if a plant species evolved in a region where a nutrient was very plentiful, and it is placed in a new environment where that nutrient is much less plentiful, then the plant may suffer a deficiency simply because it has not developed efficient mechanisms for collecting that nutrient. A good example of that is the Rhododendron genus with respect to iron. Rhododendrons are so inefficient at collecting iron they can suffer chlorosis at available iron levels which would be more than adequate for, say, vegetables.

Remember, a nutrient is only available if it is in solution. It is quite possible for plenty of the nutrient to be present yet not in solution - it may be present as an insoluble salt. A major factor influencing this is the pH of the soil. You can easily show this with a simple experiment. Put some ferrous sulphate (sulphate of iron) in water and shake it up. The ferrous sulphate dissolves to form a clear green solution. Now add some washing soda (sodium carbonate) or some caustic soda (sodium hydroxide) and shake again either of these materials will make the water alkaline. Immediately a dirty brown precipitate forms and the green colour disappears. That brown precipitate contains the iron converted to an insoluble form, a form which is useless to plants. That is why adding ferrous sulphate to alkaline soil makes very little difference to rhododendrons, as the ferrous sulphate is immediately converted to insoluble form.

One needs to change the soil pH, not the total iron level. An alternative solution is to add the iron in a form which is not readily rendered insoluble - iron chelates (iron in this form is unfortunately relatively expensive).

This interdependence between availability and pH applies to most soil nutrients. It can be shown in diagram form (Figure 2). The issue of nutrient availability is in fact the main reason behind plant sensitivity to pH. Thus vegetables, which grow quickly and need large amounts of the major nutrients nitrogen, phosphorus and potassium, grow best at a pH between about 6.5-7.5. Plants that have trouble collecting enough iron (azaleas, rhododendrons, etc.) grow best at a pH between about 5 and 6.

Figure 2. Nutrient availability verses pH. The higher the graph,
the more nutrients are available.

Controlling pH
If we find our soil is too alkaline (pH too high) can't we lower it by adding an acid? For example, could we add some hydrochloric acid (brick cleaning acid or pool acid)? Conversely, if the pH is too low can we add some sodium hydroxide - caustic soda? The simple answer is no, that will not work - it will either do nothing or it will kill your plants. The problem is a little bit similar to the problem with chemical fertilizers that fully dissolve as soon as applied. Imagine I take 1 litre of distilled water which will be pH 7 - neutral. If I add one drop of hydrochloric acid the pH will fall from 7 to 3. Well, okay, we know hydrochloric acid is a very strong acid, so maybe I just used too much. If one drop per litre gave pH 3 then one drop per 100 litres should give pH 5. True, it will, but then one drop of similar strength caustic soda will take you back to pH 7 and two drops would take you to pH 9! You may be able to get the water to pH 5 using hydrochloric acid but you could never keep it there. The problem is that all the acid is fully expressed. This firstly means that its initial effect is far too severe, and secondly there is nothing in reserve to keep the pH stable against external factors that could change it. So it swings up and down like a yo-yo. Just as with fertilizers, we come up against the concept of buffering. We want the pH not only to be correct but also to stay correct despite perturbing factors. In practice all soils have natural buffering they all resist changes to pH to some degree. The smaller the amount of buffering the easier it is to change the pH, but the more readily the pH will drift away from the desired level, i.e., the less stable the soil. The greater the buffering the more stable the soil but the harder it is to change the pH. That, by the way, is why adding a bit of hydrochloric acid to the soil would probably have no effect the natural buffers in the soil would neutralize it without any significant change to the overall pH.

Just as we discussed before, and for much the same reasons, sands exhibit a low level of buffering, whereas clays and humus rich soils exhibit a high level of buffering. We need more material to change the pH of clay soils than we need for sandy soils. Indeed, in some cases the soil can be so well buffered that it is almost impossible to make any meaningful change to pH. This is especially the case for limestone rich soils which are naturally alkaline.

If we want to make any meaningful change to soil pH we need to use materials which exert a strong buffered effect. They may not push the pH very far, but they exert a lot of force to maintain the change despite other influences. Just as for fertilizers, this implies materials which are expressed slowly. Materials expressed quickly may make a short-term change to the pH but it will tend to drift back as the material added becomes exhausted.

There is a very convenient material we can use to make soil more alkaline (raise the pH) and that is lime. It is rapid in initial action and the effect lasts for quite a long time. Unfortunately the word lime is used for two distinctly different chemicals. Slaked lime or "builders lime" (sold under the name Limil around here) is calcium hydroxide. By contrast, "garden lime" is calcium carbonate. Another similar material often recommended is dolomite, which is a mixture of calcium carbonate and magnesium carbonate. Calcium hydroxide - builders lime - is much more strongly alkaline, and therefore more likely to burn plants and even unprotected skin. Therefore, in principle, calcium carbonate is a better choice. In practice, calcium hydroxide rapidly absorbs carbon dioxide from the air and in the process it is converted from calcium hydroxide to calcium carbonate, so in the long term there is not much difference. (By the way, that is why formulations which call for calcium hydroxide lime, for example Bordeaux mixture, always stipulate that the lime should be fresh.) Nonetheless, garden lime, or (probably even better) dolomite, would be the better first choice for making soil more alkaline.

There is no equivalent material for making soil more acid. Sulphates in general, e.g., ferrous sulphate, magnesium sulphate, aluminum sulphate (hydrangea blueing agent) or ammonium sulphate will all have a fairly rapid acidifying effect but it is not particularly long term. Elemental sulphur lasts longer because it is slowly converted into sulphates by the actions of soil bacteria and water, but for the same reason it is significantly slower in its initial action. A good alternative, however, is to use compost. Compost is naturally acidic and, as stated earlier, improves the buffering of the soil both with regard to pH and also nutrients and water retention.

Schlussfolgerungen
Gardening is a very rewarding pursuit and you don't need to be a chemist to be a good gardener. Nonetheless, sometimes just a little background knowledge can help to give greater insight and avoid problems that can otherwise lead to much frustration and lost plants. In this way it can make gardening an even more rewarding pastime and hobby.

Mike Hammer has been interested in both science and gardening since early childhood. The former interest was encouraged by his parents and the latter by the privilege of growing up on a 2 acre property which in the 1950s was semi-rural (although now well inside the suburbs). He studied electrical engineering at the University of Melbourne, graduating in 1975 with bachelor's and master's degrees. Since then he has worked as a research engineer and manager for Varian Australia, a high technology manufacturer and exporter of scientific instruments. Mike and his wife, Inge, always dreamed of living on a large property in the mountains but still close to the city. In 1989 a chance remark from a business colleague led them to look into a 6 acre property for sale at Sassafras on Mount Dandenong. It turned out to be the encapsulation of their dream - half temperate rain forest with a creek, and half rhododendron jungle (from plantings in the 1920s and 1930s). Residents there since 1991, they've been happily building a new house and redeveloping the extensive garden.


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Bemerkungen:

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