Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Sekt und Champagner sind etwas, was du mit großen und kleinen Festen verbindest. Was wäre eine Prüfung ohne die Freunde, die nach mehr oder weniger gelungenem Abitur oder Staatsexamen vorm Prüfungszimmer stehen und die Korken knallen lassen? Studentische Verbindungsbrüder betonen, dass es sich nach Sektgenuss "ganz vorzöglich rölpsen" lässt. Dass du mit Sekt auch chemische Experimente machen kannst, daran wollen wir dich heute erinnern.

Was ist Sekt? Was sind seine Eigenschaften?
Unter Sekt, Champagner oder auch Schaumwein versteht man Weine, die zwei Gärungen durchlaufen haben. Typisch ist ihr "Moussieren", d. h. das Entstehen von perlenden Gasblasen.
Sektflaschen stehen unter einem sehr hohen Druck und gleichen kleinen Bomben. Wenn du eine Sektflasche nicht zu langsam öffnest, kannst du Interessantes beobachten.

Versuch 1: Öffnen einer Sektflasche (Im Labor müsstest du jetzt eine Schutzbrille tragen...). Öffnet die Sektflasche, indem ihr den Korken hinausknallen lasst oder vorsichtig rausdreht. Ihr beobachtet im Dampfraum über der Flüssigkeit Nebelbildung.

Der Grund: Der Überdruck in der Flasche, der mehrere bar beträgt, wird auf den äußeren Luftdruck von einem bar entlastet. Das Flascheninnere kühlt sich ab und der bislang unsichtbare Wasserdampf kondensiert zu Nebel. (Lies hierzu die Webseite August 1999.)

Um was für ein Gas handelt es sich?

Versuch 2: Untersuchung des perlenden Gases Setzt auf eine frisch geöffnete Sektflasche einen passenden durchbohrten Stopfen mit Gasableitungsrohr und leite das Gas in eine Vorlage mit Kalkwasser (Xi). Es bildet sich Calciumcarbonat.

Es ist also Kohlenstoffdioxid. CO₂ ist bekanntlich das Anhydrid der Kohlensäure. Wenn es aus dem Sekt entweicht, sollte sich der pH-Wert des Sekts in Richtung auf alkalisches Milieu verschieben. Das ist zumindest bei Sprudel der Fall.

Versuch 3: Verändert sich der pH-Wert von perlendem Sekt? Gib zu Sekt in einem offenen Becherglas einen Indikator, z. B. Bromkresolgrün und lasse den Ansatz offen stehen. Du kannst zur Beschleunigung auch rühren. Dazu nutzt du am besten ein Magnetrührwerk. Verfolge parallel dazu auch die Änderung des pH-Werts mit einem pH-Meter. Ergebnis: Der pH-Wert liegt zu Beginn bei 3,18. Er sinkt während des Entweichens von CO2 sogar noch auf 3,0 ab.

Dass sich der pH-Wert nicht gänzlich in Richtung auf das Bicarbonat-Gleichgewicht verschiebt, liegt daran, dass auch andere Säuren (besonders Weinsäure) im Sekt enthalten sind. Diese kannst du titrieren. Der Gehalt an Gesamtsäuren wird in der Literatur mit 7 bis 9 g/l angegeben. Was immer das auch bedeutet: Wir können ja mal so tun, als handele es sich nur um Weinsäure.

Versuch 4: Titration der Säuren im Sekt Koche Sekt aus, um das CO2 zu entfernen, oder lasse eine Probe einen Tag lang offen stehen. Dann titrierst du den abgekühlten Sekt mit Natronlauge (c = 0,1 mol/l). Indikator ist Phenolphthalein. Ergebnis: Wir fanden bei einer Vorlage von 20 ml Sekt einen Verbrauch von 19,4 ml Natronlauge. Die Molmasse von Weinsäure ist 150 g/mol. Die Gesamtsäure in g/l ist dann (Der Faktor 0,5 berücksichtigt, dass die Weinsäure eine zweiprotonige Säure ist.)

Unsere Maßanalyse ergibt, dass Sekt fast 0,1molar an titrierbaren Protonen ist. Eigentlich müsste der Sekt deshalb viel saurer schmecken. Die Protonen sind jedoch zum größten Teil fest an die Weinsäuremoleküle gebunden, da Weinsäure als schwache Säure bei einer Konzentration von 0,05 mol/l nur etwa zu 0,1 % dissoziiert ist. Außerdem werden die Protonen durch das Kohlensäuresystem abgepuffert. Deshalb sinkt der pH-Wert beim Perlen des Sekts. Anders ist es beim perlenden Sprudel, bei dem der pH-Wert mit dem Verlust von CO₂ ansteigt.

Was wäre ein Sekt ohne Alkohol? Den weisen wir mit Hilfe der Komplexbildungsreaktion mit Cer(IV)-Ionen nach.

Versuch 5: Nachweis von Alkohol in Sekt Herstellung des Cerammoniumnitrat-Reagenz 1 g Cer(IV)-ammoniumnitrat wird in 2,5 ml 10- bis 15%iger Salpetersäure (Xi) gelöst. Die Lösung ist über lange Zeit hinweg stabil. Gib zu einigen ml der neutralen oder salpetersauren Probelösung im Überschuss Cerammon-Reagenz zu. Dazu stellst du einen Parallelansatz her, indem du statt der Probelösung die gleiche Menge Wasser nimmst und mit der gleichen Menge Reagenzlösung versetzt. Diese Mischung dient zum Farbvergleich. Deutliche Farbvertiefung weist auf das Vorliegen von Alkoholen hin. Die Farbe verschwindet allerdings rasch wieder, da Cer(IV)-Ionen den Alkohol oxidieren.

Bild 2: Ergebnis der Probe mit Cer-Ammonium-Reagenz Glas 1: Sekt, Glas 2: Sekt + Reagenz, Glas 3: Vergleichsprobe mit Alkohollösung (Foto: Daggi)

Versuch 6: Destillation von Sekt Du kannst den Alkohol natürlich auch abdestillieren. Dabei musst du zu Beginn vorsichtig sein, da Sekt stark schäumt. Das Destillat in der Vorlage untersuchst du auf Brennbarkeit. (Vorsicht! Destillat in eine Porzellanschale geben und weit weg von der heißen Destillationsapparatur entzünden!)

Im Sekt lässt sich Zucker nachweisen. In Frage kommen Glucose und Rohrzucker. Die Konzentrationen von Zucker variieren von nahezu zuckerfrei bis zu süßen 100 g/l.
Ist die Konzentration äußerst gering, spricht man von ultra brut (franz. brut, roh). Bis 20 g/l ist der Sekt brut, mit 20-30 g/l trocken/sec/dry. Ab 30 g/l spricht man von halbtrocken/demi sec/halfdry.

Versuch 7: Nachweis von Zuckern in Sekt Mit einer Probe machst du die Fehlingsche Reaktion. Dazu erhitzt du die Mischung in einem Wasserbad. Da die Reaktion nach Fehling nicht spezifisch ist, kannst du auch Glucose-Nachweissticks aus der Apotheke verwenden. Der Apotheker hat immer Sticks, die das Verfallsdatum überschritten haben und die du bei nettem Nachfragen bekommen kannst. Ist der Nachweis auf Glucose negativ, kannst du auch nach Saccharose im Sekt forschen. Dazu erhitzt du im Wasserbad eine Sektprobe, die du zuvor mit der gleichen Menge an konzentrierter Salzsäure versetzt hast. Neutralisiere und gibt dann Fehling-Reagenzlösung zu.

Mit dem restlichen Sekt stoßen wir auf die gelungenen Experimente an!

Bild 3: Wolfgang Below, Christel Blume, Rüdiger Blume und Dagmar Wiechoczek freuen sich über die gelungenen chemischen Experimente (Foto: Frank Schrewe)

Wie stellt man überhaupt Sekt her?
Erfunden wurde die Technik um 1700 vom Mönch Dom Perignon, einem französischen Kellermeister und Abteivorsteher (was früher oft dasselbe war...).
Zunächst wird der Wein einer üblichen alkoholischen Gärung (Grundgärung) unterworfen. Lässt man den Wein eine zweite Gärung durchlaufen, so kann man Schaumwein gewinnen.
Klassisch für die Zweitgärung ist die Flaschengärung. Dazu mischt man alte und junge Weine aus der Grundgärung und stellt diese Mischung durch Zugabe von in Wein gelöstem Rohr- oder Rübenzucker auf 23 bis 26 g/l Zuckergehalt ein. Dem Wein aus der Grundgärung kann man statt der Zuckerlösung auch Traubensaft zusetzen. Dann gibt man ein Löffelchen Hefe hinzu und verschließt die Flaschen provisorisch. Bei dieser zweiten Gärung baut sich ein hoher Druck (3 bis 6 bar) auf. Der Druck, der auf der Glaswand lastet, ist dem Reifendruck eines Lkw vergleichbar! Deshalb müssen die Flaschen bekanntlich sehr starkwandig sein. Um einer Explosion vorzubeugen, liegt die Gärungstemperatur bei 10 °C. Da arbeiten nur speziell angepasste Hefen, und das auch nur sehr langsam. Deshalb dauern Zweitgärungen sehr lange: 1 bis 5 Jahre. Außerdem müssen die Hefen gegen hohen Kohlenstoffdioxid-Druck und hohe Alkoholgehalte resistent sein. Schließlich beträgt der Endalkohol-Gehalt 10,5 bis 12 Vol%!

Wie man die Hefe der Zweitgärung entfernt
Das Problem für die Flaschengärung ist, dass die Hefe nach Gärungsende die Flüssigkeit trübt. Wie soll man aber die Hefereste entfernen, ohne dass Kohlenstoffdioxid entweicht?
Die Schaumweinproduktion war deshalb erst möglich, nachdem man zum Entfernen der Hefereste das Verfahren des Degorgierens entwickelt hatte (von franz. degorger, reinigen, erbrechen). Hierzu werden die fertig gegorenen Flaschen nach 1 bis 3 Jahren zunächst so gestellt, dass ihre Mündung schräg nach unten zeigt. Später werden sie dazu sogar noch "gerüttelt". Damit meint man, dass die Flaschen einmal täglich gedreht werden. Dadurch sammelt sich die Hefe am Verschluss an.
Zur Vermeidung von Verlusten an gelöstem CO₂ werden die Flaschen zunächst tief gekühlt. Dann kann man sie öffnen, ohne dass allzuviel Gas entweicht. Mit dem provisorischen Verschluss entfernt man auch die Hefe. Oft friert man den Flaschenhals auch mit Hilfe einer Kältemischung ein. Das sich bildende Eis enthält die Verunreinigungen; es wird samt provisorischem Verschluss ausgeschleudert und abgeschlagen.
In beiden Fällen geht Flüssigkeit verloren. Das Auffüllen erfolgt durch sogenannten Likör. Darunter versteht man eine Lösung von Kandiszucker in Wein, der man ab und zu auch Cognac zusetzt. Mit diesem Likör kann man nicht nur auffüllen, sondern auch den Geschmack des Sekts beeinflussen. Der Umfang der Zugabe ("Dosage", franz. la dose, Maß oder Dosis) richtet sich nach Art des Sekts: Trockene Sekte enthalten wenig Likör, halbsüße und süße entsprechend mehr. Schließlich werden die Flaschen mit Sekt noch bis auf einen Gasraum von etwa 15 ml aufgefüllt und endgültig verkorkt. Man lässt die Flaschen noch einige Monate ruhen. Dabei baut sich erneut Überdruck auf.

Ökonomischer kann man die Sektherstellung auch in großen Tanks aus Edelstahl ablaufen lassen (Tankgärung). Dann ist auch die Abtrennung der Hefe kein Problem: Es wird filtriert und adsorbiert. Wenn dabei Kohlenstoffdioxid verloren geht, presst man zur Not das Gas sogar noch maschinell hinein.

Und wie füllt man diesen Sekt in die Flaschen ab? Durch eine sinnvolle Konstruktion setzt man zunächst eine Abfüllanlage für CO₂ auf die Flasche (oder auf mehrere zugleich). Die Flasche und das Füllsystem stehen dann unter dem Druck der Sektherstellungsanlage. Dann öffnet man das Ventil für den Sekt; er fällt regelrecht in die mit CO₂ gefüllte Flasche hinein. Die Anlage gestattet auch die gleichzeitige Einpressung des Sektkorkens, dessen Rausknallen wir so lieben. Der Korken wird mit einer Zwinge zusammengepresst, bis er in den Flaschenhals passt. Das ist alles nur eine Frage der Kraft der Maschine... (Versuche es mal selber! Lasse außerdem einen frischen Sektkorken einige Tage liegen. Dann bekommt er seine ursprüngliche dicke Form zurück.)
Natürlich werden vor allem für billigere Sektarten auch Korken aus Kunststoff benutzt. Die sind meistens aus Polyethen (PE) gefertigt. Damit kannst du einen hübschen Party-Versuch machen:

Versuch 8: Der brummende Sektkorken Schülerversuch; 10 min. Anmerkung Es gibt einen Versuch namens "Der brummende Gummibär". Im Gegensatz zu diesem brummt ein brennender Sektkorken wirklich. Geräte Tiegelzange. Chemikalien und Material Sektkorken aus Kunststoff. Durchführung Über einer feuerfesten Unterlage entzündest du einen Sektkorken, den du mit einer Tiegelzange hältst. Wenn er brennt, fängt er an zu tropfen. Halte ihn nun immer höher. Die Tropfen brennen und erzeugen beim Fallen ein lautes Brummen.

Bleibt noch die Frage, wie schnell so ein Sektkorken fliegt. Messungen ergaben 40 km/h. Einem solchen Geschoss kann man nicht ausweichen - Grund genug für viele Verletzungen beim unachtsamen Öffnen von Sektflaschen.

Anmerkungen zum Moussieren
8000-12000 Bläschen steigen innerhalb der ersten Stunde aus einem Sektglas. Das anhaltende Perlen ist nicht verwunderlich: Schließlich enthält eine Flasche Champagner bis zu 4 Liter Kohlensäure. Diesem Moussieren wendet man besondere Aufmerksamkeit zu. Denn die CO₂-Gasperlen wirken spezifisch auf Rezeptoren im Mund und erzeugen das bekannte prickelnd-wohlige Gefühl beim Schlürfen von Champagner. (CO₂ ist ein Gewebshormon mit starker physiologischer Wirkung, die durch den im Sekt enthaltenen Alkohol noch verstärkt wird.)

Bild 5 (Foto: Daggi)

Ohne Moussierpunkt geht in einem Champagnerglas nicht viel. Darunter versteht man eine raue Stelle am tiefsten Punkt des Glases. Denn Glasrauheiten fördern das Entstehen von Gasbläschen.

Moussierpunkte gibt es auch in Biergläsern, wie das folgende Bild zeigt.

Bild 6: Moussierpunkt bei einem Bierglas (Foto: Blume)
Hierzu haben wir einen Film (2,3 MB)
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Doch zurück zum Champagner: Das Behandeln von Sektgläsern mit Geschirrspülmitteln stört das Moussieren erfahrungsgemäß sehr und ist deshalb Kennern ein Gräuel.
Stoffe, die durch die Hefe im Verlaufe der Zweitgärung in den Sekt gelangen, fördern das Moussieren. Dazu gehören Peptide und Nucleinsäuren. Aber auch Polysaccharide, Lipide und Fettsäuren sind für starkes Perlen förderlich. Grund ist, dass sie sich wie Schutzhüllen um die Sektbläschen legen und sie vor zu schnellem Platzen oder Auflösen schützen.

In diesem Zusammenhang wird immer gefragt: Nützt es etwas, wenn man in eine geöffnete Sektflasche einen Löffelstiel hängt, um den Sekt kühl zu halten und um das Moussieren zu stoppen? Sorgfältige Untersuchungen von mit großer Ausdauer gesegneten Forschern haben ergeben, dass das nicht der Fall ist. Kühlstellen und Verschließen mit einem geeigneten Korken oder Verschluss dagegen führt zu einem Druckaufbau in der Flasche und damit zum Stoppen des Moussierens. Dies ist eine Anwendung des Gesetzes von Le Chatelier auf das für Sekt grundlegende Lösungsgleichgewicht von CO₂ in Wasser:

Dieses Gleichgewicht verschiebt sich mit steigendem Druck und unter Kühlung nach rechts. Umgekehrt kühlt die Lösung ab, wenn Gas austritt. Denn der Vorgang ist endotherm. Außerdem ist wie bei allen endothermen Vorgängen die Aktivierungsenergie besonders hoch. Das schränkt insgesamt weiteres Ausgasen ein; deshalb kann man Sekt überhaupt offen stehen lassen.

Was ist der Unterschied zwischen Sekt und Champagner?
Die Bezeichnung Champagner darf seit 1919 ausschließlich für Schaumweine aus der Region Champagne (genau Champagne-Ardenne, Hauptstadt Reims) benutzt werden. Diese Schaumweine werden nur aus den Rebsorten wie Pinot noir, Pinot gris, Meunier noir und Chardonnay erzeugt. Für die einzelnen Champagnerarten ist die jeweilige Mischung von Mosten verschiedener Weinsorten charakteristisch. Man bezeichnet die Resultate dieser Mischungen als Cuvée (franz. cuver, in der Kufe gären).
Das Wort Sekt dagegen kommt vom lat. siccum, trocken und bezeichnete ursprünglich einen trockenen Wein. Heute steht der Name für alle Schaumweine, die nicht Champagner genannt werden dürfen. In Italien heißt der Sekt Asti spumante (ital. spumare, schäumen). Asti ist eine italienische Stadt und zugleich die Bezeichnung für die dort gepflegte Rebensorte.
Übrigens gibt es noch die Perlweine. Das sind moussierende Weine mit geringem Rest-Zuckergehalt, die durch Gärung in Tanks unter Druck hergestellt werden, aber keine Zweitgärung durchmachen. Dazu dürfte auch der Prosecco gehören. (Hierunter versteht man trockene Perlweine aus Venetien.) Sie dürfen nicht mit Sekt oder Champagner verwechselt werden und müssen entsprechend deutliche Kennzeichnungen tragen.

Lebensretter Sekt
Kein Witz: Man nutzt die belebende Wirkung von Sekt, um akut am Kreislaufversagen Erkrankten zu helfen. Nur das CO₂ muss man vorher größtenteils herauskochen. Das ist vor allem bei einem Herzinfarkt besonders wichtig. Aber auch stillenden Müttern empfiehlt man den Genuss von Sekt zur besseren Milchbildung. Dann rülpsen Mutter und Kind im Chor.

Rüdiger Blume

Weitere Tipps des Monats

Literatur:
[1] Römpp Chemie-Lexikon: Lebensmittelchemie, Thieme-Verlag, Stuttgart - New York.
[2] Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Verlag Chemie, Weinheim.
[3] DER SPIEGEL 4/1991, S. 195