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Inhaltsverzeichnis

Einleitung

1 Pflanzenchemie – Biochemie der Pflanzen

1.1 Naturstoffe aus Pflanzen

1.2 Johann Wolfgang Goethe

1.3 Kräuterbücher

1.4 Pflanzen der Hildegard-Medizin

1.5 Schmeil und Kosch als frühe „Popularisierer“der Botanik

1.6 Das Naturstoff-Labor – Konzept, System und Praxis

1.7 Mineralstoffe

1.8 Organische Säuren

1.9 Kohlenhydrate

1.10 Fette Öle – ä(e)therische Öle

1.11 Pflanzenfarbstoffe

1.12 Pflanzenphenole und -phenolcarbonsäuren

1.13 Saponine

2 Frühling (März, April, Mai)

2.1 Der Haselstrauch – und seine „Kätzchen“

2.2 Forsythie – das Goldglöckchen

2.3 Märzveilchen – die Duftenden

2.4 Frühlings-Scharbockskraut - gegen Skorbut

2.5 Das Echte Lungenkraut – mit roten und blauvioletten Blüten

2.6 Zwiebelschale – Farbstoffe für Ostereier

2.7 Gemeiner Löwenzahn – die Pusteblume

2.8 Großes Schöllkraut – ein Mohngewächs

3 Sommer (Juni, Juli, August)

3.1 Gänseblümchen – Maßliebchen genannt

3.2 Schachtelhalm – ein Fossil mit scharfen Kanten

3.3 Weiße, gelbe, rote Blüten − über dem grünen Klee

3.4 Klatschmohn – der Feuer-Mohn

3.5 Rhabarber – mit Anthrachinonen und Oxalsäure

3.6 Sauerampfer – mit dem „Sauerkleesalz“

3.7 Schafgarbe – nicht nur für Schafe

3.8 Echtes Labkraut mit dem Labferment

3.9 Mädesüß - mit Honigduft

3.10 Brenn- und Taubnessel

3.11 Kamille – von echt bis stinkend

3.12 Rainfarn

3.13 Gemeine Wegwarte – die blaue Blume am Wegesrand

3.14 Blut- und Gilb-Weiderich

3.15 Weidenröschen – das Schmalblättrige

4 Herbst (September, Oktober, November)

4.1 Laubfärbung und Laubfall

4.2 Weinlaub – rote Blätter

4.3 Holunderbeeren: Anthocyane und Flavonoide

4.4 Hagebutten: Carotin und Lycopin

4.5 Weintrauben/-beeren: Anthocyane, Flavonoide und Gerbstoffe

4.6 Kartoffeln – die Erdäpfel

4.7 Die Echte Walnuss mit Juglon und Tanninen

4.8 Die Rosskastanie: Saponin Aescin und Stärke

4.9 Kiefern-/Fichtenzapfen: Tannine und Lignine

5 Winter (Dezember, Januar, Februar)

5.1 Immergrün: Lebensbaum und Efeu

5.2 Grünkohl/Braunkohl – der Kohl mit vielen Namen

5.3 Zitrusfrüchte – aus heißen Ländern

5.4 Banane – seit dem Altertum bekannt

5.5 Möhre/Karotte – die gelbe Rübe

5.6 Gewürze aus fernen Ländern

5.7 Baumrinden und -hölzer

Anhange 1

Anhange 2

Anhange 3

Register

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200 Jahre Wiley – Wissen für Generationen

John Wiley & Sons feiert 2007 ein außergewöhnliches Jubiläum: Der Verlag wird 200 Jahre alt. Zugleich blicken wir auf das erste Jahrzehnt des erfolgreichen Zusammenschlusses von John Wiley & Sons mit der VCH Verlagsgesellschaft in Deutschland zurück. Seit Generationen vermitteln beide Verlage die Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung und technischer Errungenschaften in der jeweils zeitgemäßen medialen Form.

Jede Generation hat besondere Bedürfnisse und Ziele. Als Charles Wiley 1807 eine kleine Druckerei in Manhattan gründete, hatte seine Generation Aufbruchsmöglichkeiten wie keine zuvor. Wiley half, die neue amerikanische Literatur zu etablieren. Etwa ein halbes Jahrhundert später, während der „zweiten industriellen Revolution“ in den Vereinigten Staaten, konzentrierte sich die nächste Generation auf den Aufbau dieser industriellen Zukunft. Wiley bot die notwendigen Fachinformationen für Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler. Das ganze 20. Jahrhundert wurde durch die Internationalisierung vieler Beziehungen geprägt – auch Wiley verstärkte seine verlegerischen Aktivitäten und schuf ein internationales Netzwerk, um den Austausch von Ideen, Informationen und Wissen rund um den Globus zu unterstützen.

Wiley begleitete während der vergangenen 200 Jahre jede Generation auf ihrer Reise und fördert heute den weltweit vernetzten Informationsfluss, damit auch die Ansprüche unserer global wirkenden Generation erfüllt werden und sie ihr Ziel erreicht. Immer rascher verändert sich unsere Welt, und es entstehen neue Technologien, die unser Leben und Lernen zum Teil tiefgreifend verändern. Beständig nimmt Wiley diese Herausforderungen an und stellt für Sie das notwendige Wissen bereit, das Sie neue Welten, neue Möglichkeiten und neue Gelegenheiten erschließen lässt.

Generationen kommen und gehen: Aber Sie können sich darauf verlassen, dass Wiley Sie als beständiger und zuverlässiger Partner mit dem notwendigen Wissen versorgt.

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William J. Pesce

President and Chief Executive Officer

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Peter Booth Wiley

Chairman of the Board

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Autor

Prof. Dr. G. Schwedt

Landsberger Str. 29

53119 Bonn

Vorwort

Wer heute ein einführendes Lehrbuch der Botanik (z. B. von Dieter Heß: Allgemeine Botanik – UTB basics, Ulmer, Stuttgart 2004 oder das umfangreichere Werk von U. Lüttge, M. Klue, G. Bauer: Botanik, 5. Aufl., Wiley-VCH, Weinheim 2005) in die Hand nimmt, wird schon beim Blättern feststellen, dass in den Abbildungen chemische Formeln einen wesentlichen Umfang einnehmen. Allgemeine Botanik ist vor allem auch eine Biochemie der Pflanze.

In diesem Buch werden auf einfache Weise durchführbare Versuche beschrieben, welche die Entdeckung von wesentlichen Pflanzeninhaltsstoffen ermöglichen. Verbunden wird damit sowohl eine Einführung in die Naturstoffchemie als auch eine allgemeine Botanik und auch Heilpflanzenkunde. Ergänzend wird jeweils anhand von Zitaten aus historischen Büchern auf die Kulturgeschichte der jahreszeitlich ausgewählten Pflanzen eingegangen. Zu einzelnen Pflanzen bzw. den Jahreszeiten wurden auch Gedichte ausgewählt, welche eine spezielle Blütenlese darstellen sollen – oder, wie es in einer Anthologie heißt, die „dazu einladen möchte, Blumen, Blüten und Gärten einmal mit dem geistigen Auge des Dichters zu betrachten“ (Gudrun Bull – s. Literaturverzeichnis).

Das Labor zu den vier Jahreszeiten soll auch den Ausspruch Liebigs deutlich werden lassen: „Chemie ist alles – nichts geht ohne Chemie“. Die vorgestellten Experimente erfordern nur jeweils wenig an Pflanzenmaterial. Es werden nur allgemein verbreitete Pflanzen verwendet. Es werden Anregungen zu Versuchen gegeben, die über die ausführlich beschriebenen Beispiele hinausgehen. Sie sollen auch zu botanischen Exkursionen, zur Entdeckung bekannter und für den Einzelnen auch unbekannter Pflanzen anregen. Die Experimente sind überwiegend für eine Durchführung im Freien geeignet, auch in einem Schulgarten oder sogar Botanischen Garten – so wie bereits Goethe in seinem Garten in Weimar mit Pflanzenextrakten (-farben) experimentierte (s. Kapitel 1).

Die chemische Ausrüstung wird in Kapitel 1.6 beschrieben. Zur Pflanzenpräparation werden ein (Taschen)Messer (oder Rasierklinge, in einem Korken gehaltert), eine Nadel (ebenfalls in einem Halter wie z. B. einem Holzstab) sowie eine Pinzette benötigt.

Georg Schwedt, Januar 2007

Einleitung – ein persönlicher Rückblick

Meine erste Veröffentlichung vor fast fünfzig Jahren – in der Jugendzeitschrift Rasselbande in der Ausgabe vom 8. Oktober1958 –, erschien nicht über ein chemisches Thema, sondern zur Botanik. Ich war damals Schüler der 9. Klasse im Gymnasium. Der Titel lautete: Verwehte Blätter… So legt man ein Herbarium an. Das Interesse an der Botanik hat bis heute angehalten, auch wenn ich Chemiker geworden bin. Im Nebenfach habe ich an der damaligen TH Braunschweig aber auch Botanik studiert. Mein Lehrer (und Prüfer im Vordiplom für Botanik als Nebenfach) war Joachim Bogen, der die ersten populärwissenschaftlichen Bücher zur molekularen Biologie („Exakte Geheimnisse: Knaurs Buch der modernen Biologie“, München 1967) und Biotechnologie in den 1960 er Jahren geschrieben hat.

Mein Manuskript aus dem Jahr 1958 war damals offensichtlich von der Redaktion bearbeitet worden. Der gedruckte Text lautete:

„… Jetzt, wo draußen die Blätter fallen, ist es gerade Zeit, um es auch einmal zu versuchen [eine Blattsammlung anzulegen]. Eurer Phantasie sind dabei keine Grenzen gesetzt. Vielleicht bekommt ihr dabei auch Lust, euch ein richtiges Herbarium anzulegen. Jungreporter Georg Schwedt besitzt ein solches Herbarium. Lest einmal was er schreibt.

Immer wieder erfreut man sich an den schönen Pflanzen im Wald, auf der Wiese oder im Garten. Manche kennt man auch mit Namen, aber – wir wollen ganz ehrlich sein – viele auch nicht. Die Blütenpracht dauert leider nicht das ganze Jahr an, doch wir können uns in einem Herbarium zu jeder Jahreszeit die schönsten Pflanzen betrachten. (Übrigens, Herbarium heißt Pflanzensammlung.)

Was gehört zum Pflanzensammeln? Zunächst ein Bestimmungsbuch, in dem alle Pflanzen beschrieben und abgebildet sind. In einigen Buchhandlungen kann man es vielleicht antiquarisch, also gebraucht, ganz billig bekommen. Weiter benötigen wir eine Lupe und eine Pinzette. Wer noch Geld übrig hat, kann sich auch eine Presse kaufen. Sie besteht aus zwei Metallgittern, die durch Federn zusammengezogen werden. Zwischen die beiden Gitter kommt ein Packen Zeitungspapier und in Löschpapier gebettet die zu pressende Pflanze. (…) Habt ihr keine Pflanzenpresse, so braucht ihr das Herbarium nicht aufzugeben. Wer die Pflanzen unter ein recht dickes Buch (Lexikon) legt, kann sie ebensogut,bügeln‘.

Wie ein richtiger Pflanzensammler seine Bogen anlegt, seht ihr auf den Fotos. Dazu noch einige Tips: Sammelt nie alles durcheinander , sondern sucht euch ein Pflanzengebiet aus. Ich sammele zum Beispiel nur die Pflanzen meiner engeren Heimat. [Mein Herbarium aus dieser Zeit existiert noch. G.S.] Aber es lassen sich auch nur Moose, Gräser, Farne, Kräuter, Gartenblumen usw. zusammenstellen. Achtet jedoch immer darauf , daß ihr keine geschützten Pflanzen abpflückt, wie beispielsweise die Orchideenarten oder in den Alpen das Edelweiß. Zum Pflanzenschänder will doch niemand von uns werden!

Abbildung 1. Blatt aus dem Herbarium des Autors Georg Schwedt

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Lauft auch nicht den ganzen Tag mit den ausgegrabenen Pflanzen im Kasten umher. Alle Pflanzen sollen so frisch wie möglich zwischen Löschpapier und Zeitungen gepreßt werden. Aber nie zu stark , plätten‘. Wir wollen die Pflanzen ja nicht zerquetschen! Sehr saftreiche Gewächse lassen sich durch kurzes Eintauchen in heißes Wasser abtöten. Zum Schutz gegen Insektenfraß werden die Pflanzen in großen Herbarien vor dem Pressen in einer alkoholischen Quecksilberchloridlösung (sic!) vergiftet. Doch für uns genügt es, wenn wir das Herbarium regelmäßig durchsehen und lüften. Wessen Pflanzensammlung besonders schön aussehen soll, der kann die Sammelbogen noch mit Zellophan oder einer durchsichtigen Kunststofffolie staubdicht überziehen [so wie vom Autor selbst durchgeführt, wodurch das Herbarium bis heute gut erhaltene Pflanzen aufWeist. G.S.].

Solange der Winter noch keinen Einzug gehalten hat, ist es nie zu spät, sich ein Herbarium anzulegen.“

Das Anlegen eines Herbariums ist aus „der Mode gekommen“. Die beschriebene Arbeitsweise, die vor allem noch detaillierter durch die folgenden Bildunterschriften vermittelt wurde, gilt jedoch bis heute.

Die Texte der Bildunterschriften lauteten:

Arbeitsgeräte der Pflanzensammler sind Bestimmungsbuch, Lupe und Pinzette. Die gepreßten Pflanzen werden auf einheitlich große Zeichenkartons gelegt und mit Papierstreifen und Klebstoff befestigt. Auf jeden Bogengehört ein Zettel mit Namen der Pflanze, Fundort, Datum, Namen des Sammlers und möglichem Verwendungszweck der Pflanze. In einer Mappe oder einem Aktendeckel werden die fertigen Bogen aufbewahrt.

Manche Pflanzensammler nehmen auf ihren Wanderungen eine Presse mit, um die Pflanzen sofort „trocken zu plätten“. Als ,, Bügeltuch“eignet sich jedes Papier , das Feuchtigkeit aufsaugt.“

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Pflanzenchemie – Biochemie der Pflanzen

Als Naturstoffe bezeichnet man alle in der Natur vorkommenden, im Allgemeinen organischen Verbindungen. Sie können aus Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren isoliert werden. In der Wissenschaftsgeschichte wird der Beginn der Naturstoffchemie häufig auf das Jahr 1785 datiert, als Carl Wilhelm Scheele (1742–1786) mehrere Pflanzensäuren, Oxal-, Citronen- und Weinsäure durch Fällung als schwer lösliche Calciumbzw. Bleisalze in reiner Form gewann. Erste klassische Ansätze zu einer Pflanzenphysiologie – heute als Biochemie der Pflanzen – sind schon im 18. Jahrhundert zu verzeichnen. Da sich die dafür notwendigen Hilfswissenschaften aber erst im 19. Jahrhundert entwickelten, begann eine systematische Wissenschaft auch erst parallel zu deren Fortschritten.

Die Naturstoffchemie wird auch als spezielle organische Chemie, als deskriptive Biochemie bezeichnet, die sich mit der Isolierung, Strukturaufklärung, der Synthese und mit den chemischen Eigenschaften der in Organismen vorkommenden Stoffe beschäftigt. Die dynamische Biochemie widmet sich dem Studium der Stoffwechselprozesse und deren Regulationsmechanismen. Als Wurzel der Naturstoffchemie gilt der Pharmakognosie, die Drogenkunde. Inhaltsstoffe pflanzlicher Drogen wurden schon im Altertum zu Heilungszwecken verwendet. Klostergärten mit ihren Heil- und Gewürzpflanzen waren die Zentren des Mittelalters, in denen das Wissen über die Wirkung von Naturstoffen gesammelt wurde.

Als ein erster Meilenstein in der Entwicklung der Naturstoffchemie kann die Isolierung des Alkaloids Morphin aus dem Opium durch Friedrich Wilhelm Sertürner (1783–1841) im Jahre 1805 bezeichnet werden. Zu dieser Zeit war man allgemein noch der Meinung, dass Naturstoffe (d. h. organische Stoffe) nur mit Hilfe einer Lebenskraft gebildet werden können (Vitalismus). Diese Lehre wurde noch 1827 von dem schwedischen Chemiker Jöns Jacob Berzelius (1779–1848) vertreten. Im selben Jahr synthetisierte Friedrich Wöhler (1800–1882) Harnstoff und bewies, dass sich Stoffe organischen Ursprungs aus anorganischen Stoffen darstellen lassen. Weitere ausgewählte Meilensteine in der Entwicklung der Naturstoffchemie sind in der folgenden Tabelle (Tabelle 1.1) aufgeführt.

Tabelle 1. Ausgewählte Meilensteine aus der Geschichte der Naturstoffchemie bis zur Entdeckung der DNA-Struktur.

Jahr Entdeckung
1831 Isolierung von Caroten aus der Mohrrübe durch H. W. F. Wackenroder (1798–1854)
1887 Beginn von Zucker-Synthesen durch E. Fischer (1852–1919)
1901 Beginn von Peptid-Synthese durch E. Fischer (Nobelpreis 1903)
1905 Trennung der Blattfarbstoffe durch M. Tswett (1872–1919) mittels Säulenchromatographie
1906 Beginn der Untersuchungen über Chlorophyll durch R. Willstätter (1872–1942; Nobelpreis 1915) – 1911 Isolierung von Chlorophyll a und b, ab 1928 Konstitutionsermittlung durch H. Fischer und seine Schule
1929 Häminsynthese durch H. Fischer (1881–1945; Nobelpreis 1930)
1933 Strukturermittlung des Cholesterols durch A. Windaus (1876–1959; Nobel preis 1928) und H. Wieland (1877–1957; Nobelpreis 1927)
1944 Totalsynthese von Chinin durch R. B. Woodward (1917–1979; Nobelpreis 1965)
1951 Totalsynthese des Cholesterols und Cortisons durch R. B. Woodward
1953 Erste Sequenzanalyse eines Proteins, des Insulins, durch F. Sanger (geb. 1918; Nobelpreise 1958 und 1980) – Konstitutionsformel
1953 Entdeckung der DNA-Doppelhelixstruktur durch J. D. Watson (geb. 1928; Nobelpreis 1962) und F. Crick (geb. 1916; Nobelpreis 1962)

1.1 Naturstoffe aus Pflanzen

Sekundäre Pflanzenstoffe

Zu den Naturstoffen im engeren Sinne, die dem sogenannten Sekundärstoffwechsel von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren entstammen, zählen Farbstoffe (Pigmente), Wuchs- und Reservestoffe, Riechstoffe, Pheromone, Toxine, Antibiotika, Alkaloide, Enzyme, Hormone, Vitamine u. a. (Neumüller 2003). Sie weisen Eigenschaften als Abwehr-, Farb-, Duft- und Aromastoffe sowie Wachstumsregulatoren auf. Ihre Anzahl wird auf 60 000–100 000 geschätzt.

In Büchern über Heilpflanzen werden als wesentliche Inhaltsstoffe sowohl Mineralstoffe und Vitamine als insbesondere die Sekundärstoffe genannt. Als wichtige Gruppen gelten:

Ätherische Öle (Gemische aus Terpenen und Phenylpropanen)

Sie weisen einen mehr oder weniger aromatischen Geruch auf und verflüchtigen sich schon bei Raumtemperatur. Pflanzen enthalten diese Stoffgruppe meist in besonderen Ölzellen, Drüsen oder Kanälen. Sie stellen eigentlich ein Abfallprodukt der Stoffwechselprozesse dar. Zu den Heilpflanzen mit besonders hohen Gehalten an ätherischen Ölen zählen u. a. die Echte Kamille, der Echte Lavendel, die Zitronenmelisse und der Echte Thymian. Wegen der hohen Flüchtigkeit ätherischer Öle werden Melissenblätter beispielsweise in spanischen Anbaugebieten in Hallen bei einer Temperatur von 30 °C getrocknet – auch wenn die Außentemperatur höher ist.

Fette Öle

Im Unterschied zu den ätherischen Ölen bestehen sie aus Glyceriden verschiedener Fettsäuren – am häufigsten sind Palmitin- und Stearin- (gesättigt) sowie Öl- und Linol- säure (ungesättigt). Begleitstoffe sind Phosphatide, Phytosterine und fettlösliche Vitamine. Sie befinden sich vorwiegend in den Samen und Früchten der Pflanzen. Vergleicht man das Verhalten von ätherischen und fetten Ölen auf Filterpapier, so hinterlassen fette Öle einen sichtbaren Fleck, ätherische Öle wegen ihrer Flüchtigkeit (infolge des Verdunstens) jedoch nicht.

Alkaloide (stickstoffhaltige, meist basische Naturstoffe)

Auch Alkaloide sind Abfallprodukte des Pflanzenstoffwechsels. Sie befinden sich, an organische Säuren gebunden, meist in den äußeren Geweben. Chemische Grundbausteine einer Reihe von Alkaloiden sind spezielle Aminosäuren wie Lysin, Ornithin, Histidin, Phenylalanin oder Tryptophan. In einer Pflanzenart treten meist mehrere strukturell verwandte Alkaloide auf. Der Name des Hauptalkaloids ist meistens vom Gattungs- oder Artnamen der Pflanzen abgeleitet – so z.B. Nicotin von Nicotiana oder Atropin von Atropa. Zu den alkaloidreichen Pflanzen gehören Hahnenfußgewächse wie Eisenhut und Rittersporn, Liliengewächse wie Herbstzeitlose und Nieswurz, Mohngewächse wie Schöllkraut und der Schlafmohn und Nachtschattengewächse wie Tollkirsche, Bilsenkraut und Stechapfel. Alkaloide zählen zu den stärksten Wirkstoffen, die je nach Dosis (Paracelsus) sowohl heilen und als Gift schaden können.

Xanthophylle und Flavonoide (gelbe Blütenfarbstoffe einschließlich der Anthocyanidine)

Carotinoide und Xanthophylle (s. Abschnitt 1.11) gehören zu den Begleitstoffen der Chlorophylle (Bildung in den linsenförmigen Chloroplasten) in den grünen Blättern. Sie bestimmen auch die gelbe bis orangerote Farbe von Hagebutten, Paprika und Kürbis. Sie gehören zur Gruppe der Lipochrome und werden in den Plasmaorganen (in speziellen Plastiden, den Chromoplasten) der Pflanzenzellen gebildet.

Die heilkräftige Wirkung des Weißdorns wird beispielsweise auf die Gehalte an Fla- vonoiden (s. Abschnitt 1.11) zurückgeführt, die hier auf das Herz wirken sollen. Die Anthocyanidine dagegen sind Hydrochrome, sie befinden sich im Zellsaft gelöst in den Vakuolen. Je nach pH-Wert sind sie rot bis blau gefärbt und kommen verbreitet z. B. in den Blüten von Rosen, Kornblumen, Rittersporn, in den Früchten von Kirschen, Heidelbeeren und in roten Blättern vor.

Anthocyan wird als Sammelbezeichnung für diese Farbstoffgruppe (Glykoside) verwendet, die durch Hydrolyse in Zucker und Anthocyanidine gespalten werden. Die einzelnen Glykoside werden als Anthocyanine mit Namen, die sich auf ihre Pflanze beziehen, bezeichnet (Neumüller 2003). Charakteristisch für das Vorkommen eines speziellen Anthocyan(in)s, des Rubrobrassins, ist der Rotkohl.

Gerbstoffe (Catechin-Gerbstoffe und Tannine)

Ihnen gemeinsam ist die Eigenschaft, Eiweißstoffe (wie das Kollagen der Haut) durch Komplexbildung zu vernetzen (auszufällen, zu koagulieren). So entsteht auf den obersten Hautschichten eine Schutzschicht, die nicht nur kleinste Blutgefäße verschließt, sondern auch Baketrienwachstum verhindern kann. Gerbstoffe kommen in Pflanzen gelöst entweder im Zellsaft oder in speziellen Gerbstoffvakuolen vor. In besonders hoher Konzentration treten sie im Zellsaft von Parasiten befallender Zellen, z. B. in den sogenannten Galläpfeln auf. Sie sind vor allem in der Baumrinde verbreitet. Zu den Gerbstoffdrogen zählen neben der Eichenrinde (und den Galläpfeln) aber auch Heidelbeeren, der Wurzelstock der Blutwurz, des Schlangenknöterichs und des Großen Wiesenkopfs sowie das Kraut des Andorns und des Vogelknöterichs.

Harze (Gemenge meist terpenoider Exsudate)

Zu den Hartharzen zählen Mastix, Kolophonium und Kopal, zu den Weichharzen (Balsamen) Terpentin, Peru- und Kanadabalsam und zu den Schleimharzen (Gummen) Gummi arabicum und Tragant sowie andere Verdickungsmittel. Harze werden von Pflanzen entweder ausgeschieden (Baumharz) oder auch nach Verletzung des Gewebes gewonnen.

Saponine (Triterpen- und Steroid-Saponine)

Sie besitzen die Fähigkeit, wie Seife mit Wasser einen Schaum zu erzeugen; sie sind oberflächenaktiv. Sie liegen als Glykoside vor. Steroid-Saponine kommen u. a. als Begleitstoffe in Fingerhutblättern und in Maiglöckchen vor. Hohe Saponingehalte weisen das Seifenkraut und Efeu auf. Bei Einwirkungen auf das Auge lösen Saponine Tränenfluss aus, in der Nase verursachen sie eine vermehrte Sekretion und Niesreiz (Verwendung in Schnupfpulvern). Triterpen-Saponine sind in Pflanzen wichtige konstitutive (den Bestand erhaltende) Abwehrstoffe gegen Pilze. In Plasmamembranen bilden sie Komplexe mit Sterolen, ebenso in den Hyphen von pathogenen Pilzen, wodurch diese „leck“werden und absterben. Saponine sind z. B. auch in Schlüsselblumen, Birkenblättern und der Rosskastanie vorhanden. Im Körper wirken sie harntreibend, abführend oder wie im Fall der Rosskastanie auch auf Venen.

Bitterstoffe

Diese Stoffe sehr unterschiedlicher Struktur werden nach ihrem Geschmackseindruck bezeichnet. Sie liegen als Glykoside im Zellsaft (und als Hauptwirkstoff) z. B. der Enzianwurzel, des Tausendgüldenkrauts und des Fieberklees vor. Auch Humulone und Lu- pulone im Hopfen zählen zu den Bitterstoffen. Allgemein weisen Bitterstoffe häufig eine Terpenstruktur bzw. als Strukturelemente Lactonringe auf. Als physiologische Wirkungen zeigen sie eine Steigerung der Magensaftsekretion und einen günstigen Einfluss auf die Speichel- und Gallensaftsekretion; sie regen Appetit und Verdauung an. Typische Pflanzen mit relativ hohen Bitterstoffgehalten sind Beifuß, Raute und Tausendgüldenkraut. Allgemein verhindern sie auch Fäulnis- und Gärungsvorgänge.

Erweitert man diese Gruppen an pflanzlichen Inhaltsstoffen um weitere, die aus dem primären Stoffwechsel stammen, so sind zu nennen:

Primäre Pflanzenstoffe

Kohlenhydrate (von den „Einfachzuckern“: Monosacchariden bis zu Polysacchariden wie Stärke, Inulin und Cellulose)

Sie sind Energieträger oder auch Bausteine der Pflanzen. Glucose und Fructose sind die häufigsten Monosaccharide in reifem Obst. Ein Teil der infolge der Photosynthese gebildeten Glucose wird in Stärke umgewandelt und als Reservekohlenhydrat in den Amyloplasten gespeichert. Stärkereiche Organe sind die Sprossknollen der Kartoffel und die Früchte der Getreidearten, allgemein Samen, Knollen und Wurzeln. Das Polysaccharid Inulin kommt in größeren Mengen in den Wurzeln der Wegwarte (Zichorie), des Echten Alant und anderer Korbblütler vor. Cellulose ist die wichtigste Gerüstsubstanz aller Pflanzen; sie bildet die Zellwände und ist Bestandteil der Holzgewebe. Baumwolle ist fast reine Cellulose. Zu den Derivaten von Kohlenhydraten zählen auch die Schleimstoffe, die im Wasser quellen und zähflüssig werden. Sie wirken bei Husten reizmildernd.

Der niederländischen Arzt Jan Ingen-Houze (1730–1799) erkannte bei Experimenten in der Nähe von London 1779, dass der grüne Teil der Pflanzen unter dem Einfluss des Sonnenlichtes Kohlendioxid aufnimmt und Sauerstoff abgibt. Der englische Theologeund Naturforscher Joseph Priestley (1733–1804) hatte bereits 1770 herausgefunden, dass Pflanzen Sauerstoff abgeben. 1804 konnte dann der Schweizer Nicolas Théodore Saussure (1767–1845) auch den Vorgang der Photosynthese, der Assimilation von Kohlendioxid durch die grüne Pflanze, zahlenmäßig exakt erfassen. Erst 1862 fand aber der Botaniker Julius Sachs (1832–1897) heraus, dass Stärke ein Produkt der Photosynthese (s. weiter unten) ist.

Exkurs:

Chemie der Zellwände
Die Lamellen pflanzlicher Zellen bestehen aus Kohlenhydraten – aus Zellulose, Hemizellulosen und Protopektin. Zellulose kommt in den Primär- und Sekundärwänden vor. Sie ist in siedendem Wasser, in verdünnten Säuren, in Alkalien unlöslich, jedoch unter schwacher Hydrolyse in einer ammoniakalischen Kupfersalzlösung (Schweizers Reagenz) löslich. Hemizellulosen sind Kohlenhydrate, ebenfalls gerüstbildende pflanzliche Poly- saccharide, chemisch als Heteroglykane bezeichnet, da sie aus verschiedenartigen Monosacchariden (Hexosen, Pentosen) und auch Uronsäuren bestehen. Hemizellulosen werden auch als Reservezellulose bezeichnet und bauen in manchen Früchten und Samen leicht lösliche Verdickungsschichten auf. Mittellamellen und die Primärwände von Zellen bestehen vor allem aus Proto- pektinen, die sich mit Methylenblau anfärben lassen. Bei der Mazeration von Gewebe erfolgt durch die Wirkung von Enzymen (Pektinasen) ein Abbau, wodurch die Zellen ihre Stabilität verlieren. Man bezeichnet sie deshalb auch als Kittsubstanzen, welche die Zellen im Gewebeverband zusammenhalten.

Stärke

Die Stärkebildung erfolgt in den Chloroplasten von Pflanzenzellen. Nach längerer Belichtung weisen sie kleine linsenförmige Stärkekörner auf. Die primäre oder Assimilationsstärke entsteht im farblosen Stoma zwischen den Lamellen. Im Dunkeln erfolgt dann zunächst eine Umwandlung in Zucker, die in Reservebehältern – wie z. B. den Kartoffelknollen – von farblosen Amyloplasten wieder in nun größere Stärkekörner, die Reservestärke, umgewandelt werden.

In der Botanik versteht man unter Mark einen Grundgewebsstrang (Parenchym) im Innersten von Spross und Wurzel, der als Reservestoff- und Wasserspeicher dient. Sogenannte Markstrahlen, schmale Grundgewebsstränge (Markstrahlparenchym) bilden eine Verbindung zwischen Mark und Rinde. Sie übernehmen den Stofftransport in radialer Richtung (Beispiel: Holundermark).

Über die verschiedenen Stärkesorten des Handels zu Beginn des 20. Jahrhunderts ist in einer Warenkunde aus dieser Zeit Folgendes zu lesen (Kahrs 1926, II. Teil):

»1. Die Weizenstärke besteht aus linsenförmigen Großkörnern und zahlreichen eckigen oder runden Kleinkörnern. Mittelgrößen fehlen fast vollständig. Weizenstärke ist die feinste und weißeste von allen Sorten. Die Körnchen sind unter einer gewöhnlichen Lupe noch sichtbar.
2. Die Körner der Reisstärke charakterisieren sich durch ihre kleine, scharfkantige, vieleckige, oft zu kleinen Spitzen ausgezogene Form. Sie sind unter dem Mikroskop zu erkennen. Wegen der geringen Größe eignet sich die Reisstärke zur Herstellung von Puder.
3. Die Maisstärke stellt größere, vieleckige und kantige Körner dar, die meistens eine mehrstrahlige Kernspalte haben. Feingepuderte Maisstärke (Maispuder) erscheint als Maizena und Mondamin im Handel. Maispuder ist das Grundprodukt der Puddingpulver. Aus Maispuder stellen die Konditoreien Sandtorten, Königskuchen und die Creme her, die sich in den Torten und Mohrenköpfen befindet.
4. Die Kartoffelstärke hat muschelförmige, eirunde, längliche Körner, die deutlich geschichtet sind. Der Kern liegt außerhalb der Mitte, dem schmäleren Teil des Kornes genähert und hat keine Spalte. Durch Mahlen der Kartoffelstärke entsteht das Kartoffelmehl. Kartoffelwalzmehl ist das trockene Mehl der abgekochten Kartoffeln. Die gedämpften Kartoffeln werden durch geheizte Walzen gepreßt und dadurch in Flocken verwandelt, die durch Mahl- und Siebvorrichtungen gemahlen und gesichtet werden.»

(s. Abschnitt 4.6)

Und weiterhin heißt es auch über die Kastanienstärke (Graewer 1927):

»Kastanienstärke aus der Roßkastanie hat größere Anwendung gefunden. Die Fabrikationskosten sind niedriger und der Ertrag reichlicher als bei der Kartoffelstärke. Die Kastanienstärke, deren Geschmack jedoch bitterlich ist, ist fast ebenso schön, als die aus Getreide bereitete.«

(s. auch in Abschnitt 4.8):

Pektine

Pektin – vom griech. Wort pectos für geronnen – nannte 1824 der französische Chemiker Henri Braconnot (1780–1855) die von ihm aus Fruchtsäften und Früchten isolierte „vegetabilische Substanz, welche die Ursache ist, dass mit Zucker aufgekochte, frische Fruchtsäfte (…) bei einer gewissen Concentration in der Kälte zu einer Gallerte erstarren“– schreibt G. C. Wittstein in seinem „Vollständigem etymologisch-chemischen Handwörterbuch“(1847). Weiter heißt es bei Wittstein (als Vorschrift für ein Experiment geeignet):

»Man erhält das Pectin, wenn man den frisch ausgepressten Saft fleischiger Früchte zum Sieden erhitzt, filtriert und dann mit Alkohol vermischt, worauf er entweder sogleich oder nach einer gewissen Zeit zu einer farblosen Gallerte erstarrt, die man ausdrückt, noch einmal in Wasser aufkocht, mit Alkohol fällt, dann mit letzterem auswäscht und trocknet. Das Pectin ist in diesem Zustande fast farblos, gummiartig, halbdurchscheinend (…), geruch- und geschmacklos, zersetzt sich in höherer Temperatur und hinterlässt beim Verbrennen an der Luft eine kalkreiche (…) Asche. In kaltem Wasser ist es unlöslich, in heissem löst es sich wenig, quillt aber darin gallertartig auf.«

Zur „Pectinsäure“: (als Vorschrift für ein Experiment geeignet)

»Man erhält die Pectinsäure, wenn man die Pflanzentheile mit schwach alkalischem Wasser auszieht und die Lösungen durch Säuren zersetzt; z. B. Möhrenwurzeln oder weisse Rüben werden zerrieben, gepresst, der Pressrückstand mit reinem Wasser ausgewaschen, dann mit 300 Th. Wasser und 1. Th. Aetzkali auf 50 Th. Pressrückstand 1/4 St. lang gekocht, colirt, gepresst, die Flüssigkeit (die Auflösung des pectinsauren Kalis) so lange mit einer verdünnten Auflösung von Chlorcalcium versetzt als ein Niederschlag entsteht, die erhaltene Gallerte mit kaltem Wasser gewaschen, dann mit sehr verdünnter Salzsäure digeriert, die dadurch in Freiheit gesetzte Pectinsäure gewaschen und getrocknet. Sie erscheint nun in farblosen, durchsichtigen, hornartigen Lamellen, schmeckt und reagiert schwach sauer, löst sich kaum etwas in kaltem Wasser, in heissem quillt sie auf, nimmt aber ihren frühern gallertartigen Zustand nicht wieder an.

Der französische Chemiker Braconnot besuchte eine Schule der Benediktiner, das College von Commercy. Mit 13 Jahren begann er eine Apothekenlehre in Nancy, die er nach zwei Jahren am Militärhospital in Straßburg fortsetzte. Ab 1801 studierte er Medizin, in Paris auch Chemie, Biologie und Geologie und wurde schließlich Direktor des Botanischen Gartens in Nancy und Professor für Naturgeschichte am Lyzeum. Seine wissenschaftlichen Arbeiten in der Analytik pflanzlicher und tierischer Substanzen führten ihn zur Entdeckung der Cellulose in Champignons, des Pflanzeneiweiß- stoffes Legumin (1827), das Eugenols aus Nelkenöl (1827) und des Quercetins aus Eicheln (1849). Zu seinen bedeutendsten Entdeckungen zählt die Umsetzung von Zellstoff (in Sägemehl) durch Schwefelsäure zur Glucose, zusammen mit Gay-Lussac 1819.

Heute wissen wir:

Pektine bestehen aus teilweise mit Methanol veresterten und α-1.4-verknüpften D- Galacturonsäure-Molekülen. Die Galacturonsäure ist eine Aldehydcarbonsäure, bei der die primäre Alkoholgruppe des Kohlenhydrats Galactose oxidiert ist. Und Galactose schließlich ist ein Monosaccharid, das die Schwingungsebene des polarisierten Lichts nach rechts dreht und reduzierend wirkt. Die Galactose ist neben der Glucose Bestandteil des Disaccharids Milchzuckers, der Lactose. Pektine zählen zu den sogenannten Galacta- nen – ebenso wie Agar-Agar, Schleim- und Gummistoffe sowie die Hemizellulosen.

Pektine lassen sich aus pflanzlichen Zellwänden isolieren, sie sind in Wasser löslich, gelbildend und reagieren schwach sauer. Wegen ihres Geliervermögens werden sie in der Lebensmittelherstellung für Marmeladen und Konfitüren sowie als Verdickungsund Stabilisierungsmittel in Puddings, Eiscreme u. ä. Produkten eingesetzt.

Enzyme werden in der Botanik auch als Ergone bezeichnet, als biologische Wirkstoffe, Biokatalysatoren, die lebensnotwendige Reaktionen im Organismus auslösen und steuern (z. B.: Echtes Labkraut s. in Abschnitt 4.8 mit dem Labferment).

Das vorliegende Buch beschränkt sich auf Naturstoffe aus Pflanzen.

In populärwissenschaftlichen Büchern über Heilpflanzen wird die Pflanze häufig „als ein lebendes Laboratorium“bezeichnet. Sie nimmt aus der Luft, dem Wasser und Boden Stoffe auf und setzt sie in biochemischen Reaktionen zu Nährstoffen um.

Ein Beispiel für diese Sicht- und Darstellungsweise ist in der „Einführung in die praktische Chemie – gemeinverständlich dargestellt“(Ahrens, 1912) im Kapitel über Kohlenhydrate nachzulesen:

»Jede grüne, Chlorophyll führende Pflanzenzelle ist eine Stärkefabrik, denn in jeder können wir mit leichter Mühe Stärke nachweisen. Diese erfährt dann allmählich die verschiedenste Veränderung; sie soll als Nahrung für die Pflanze, soll ihr zum weiteren Auf- und Ausbau dienen; dazu aber muß sie durch die Zellmembran hindurchwandern, oder wie man sagt,,diffundieren’, können; das aber ist nur möglich, wenn sie im Zellsafte aufgelöst ist. Nun wissen wir, daß die Stärke sich in Wasser nur sehr spärlich löst; sie ist daher auch nicht diffundierbar, muß demnach, um die ihr im Pflanzenleben zugewiesene Rolle durchführen zu können, vor allem in eine andere, leicht lösliche und diffundierbare Form übergehen. Das tut sie, indem sie sich vermutlich durch unserem Speichel ähnliche Sekrete in Zucker umwandelt. Der Überschuß daran, den die Pflanze zu ihrer Ernährung nicht braucht, wird in die Vorratsräume transportiert und hier wieder in unlösliche Stärke verwandelt und als solche aufbewahrt.