Scenariusz zajęć „Procesy fermentacyjne”

CHEMIA, IV etap edukacyjny

Temat: Procesy fermentacyjne.

Treści kształcenia

Podstawa programowa: Punkt (3.4.) [uczeń] opisuje procesy fermentacyjne zachodzące podczas wyrabiania ciasta i pieczenia chleba, produkcji wina, otrzymywania kwaśnego mleka, jogurtów, serów; zapisuje równania reakcji fermentacji alkoholowej i octowej.

Cele zoperacjonalizowane

Nabywane umiejętności

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w języku ojczystym;

• myślenie przyczynowo – skutkowe i podstawowe kompetencje naukowo‑techniczne;

• umiejętność uczenia się.

Etapy lekcji

1. Wstęp:

Nauczyciel przedstawia uczniom najbardziej tradycyjny proces wykorzystywany przy przechowywaniu żywności, a jednocześnie odpowiedzialny za jej psucie – fermentację. Zasadniczo jest to nazwa zarezerwowana dla procesów beztlenowych, choć w dwóch przypadkach nazwa pozostała ze względów historycznych. Fermentacja jako sposób przetwarzania żywności, czyli rozkład cukrów prostych jak glukoza pod wpływem enzymów wydzielanych przez drożdże, bakterie, czy pod wpływem grzybów, pleśni.

Nauczyciel przedstawia lub rozdaje ksera

Podczas zajęć omówione zostaną trzy z podanych procesów – fermentacja alkoholowa, fermentacja mlekowa i fermentacja octowa.

2. Przebieg zajęć:

Uczniowie oglądają prezentację multimedialną nt. rodzajów fermentacji. Nauczyciel poleca zapisanie równań reakcji poszczególnych procesów.

Nauczyciel opowiada, zapisując równania reakcji fermentacji na tablicy, że procesy fermentacji alkoholowej zachodzą pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże (rodzaj jednokomórkowych grzybów) – co należy dopisać nad strzałką w zapisie równania reakcji na tablicy. Drożdże wytwarzają enzym zwany zymazą, który rozkłada cukier zawarty w mieszaninie reakcyjnej także podczas produkcji kefiru, chleba czy ciasta drożdżowego. Warto wspomnieć, że proces ten ustaje przy stężeniu 14 – 16 % alkoholu etylowego – drożdże wtedy giną.

Etanol powstały podczas fermentacji alkoholowej można poddać w warunkach tlenowych fermentacji octowej. Zachodzi ona przy udziale enzymów wytwarzanych przez bakterie octowe – co również należy dopisać nad strzałką w zapisie odpowiedniego równania reakcji. Powstaje kwas octowy.

Surowcem do produkcji napojów mlecznych, ale i serów czy kwaśnej śmietany, jest mleko, które pod wpływem enzymów bakterii mlekowych podlega fermentacji mlekowej (również dopisek w równaniu reakcji). Zawarty w mleku cukier złożony – laktoza hydrolizuje m.in. do glukozy, a ta pod wpływem bakterii mlekowych przekształca się w kwas mlekowy ścinający kazeinę (białko w mleku). Mówimy, że mleko się zsiada. Bakterie mlekowe pozwalają również na kiszenie warzyw czy dojrzewanie surowych wędlin.

Wszystkie opisane w ten sposób procesy fermentacyjne to procesy egzoenergetyczne, czyli przebiegające z wydzieleniem energii (co również nauczyciel może dopisać w zapisanych równaniach reakcji chemicznych).

Nauczyciel zadaje pytanie, za co odpowiadają poszczególne produkty opisanych przez niego reakcji fermentacji pod kątem właściwości substancji i wyrobów otrzymanych w wyniku tych procesów. (→ np. pęcherzyki COIndeks dolny 2₂ odpowiedzialne za strukturę gąbczastą ciasta czy chleba, kwas octowy do produkcji octu winnego do surówek czy octu do marynowanie mięsa; alkohol etylowy przy produkcji wina domowym sposobem w tzw. gąsiorach, produkcja przetworów mlecznych jak kefiry, jogurty, zsiadłe mleko). W toku dyskusji nauczyciel może zapytać, dlaczego wino kwaśnieje oraz w jaki sposób otrzymuje się alkohole wysokoprocentowe, skoro drożdże giną przy stężeniu 14‑16% etanolu? (fermentacja alkoholowa jest to ten rodzaj fermentacji, jaki wykorzystuje się podczas produkcji piwa, wina i innych alkoholi niskoprocentowych, które przy dostępie tlenu kwaśnieją - alkohole wysokoprocentowe powstają w wyniku wielokrotnej destylacji i nie ulegają po otwarciu fermentacji octowej).

Po tym etapie nauczyciel proponuje uczniom wykonanie doświadczenia w zespołach – najlepiej 3‑4 osobowych (podział zależnie od stanu liczebnego grupy uczniowskiej i decyzji nauczyciela) - przeprowadzenie doświadczalne fermentacji alkoholowej.

Instrukcja przeprowadzenia doświadczenia:

1. Opis teoretyczny badanego zjawiska: w warunkach laboratoryjnych można przeprowadzić fermentacje alkoholową wykorzystując glukozę, drożdże i wodę. Powstające wtedy alkohol etylowy nie nadaje się do spożycia – zawiera alkohol metylowy, jako produkt uboczny procesu.

2. Sformułowanie problemu badawczego oraz hipotezy:

W jaki sposób powstaje wino i piwo?

Hipoteza: W mieszaninie drożdży, cukru i wody zachodzi proces fermentacji alkoholowej.

3. Zestaw potrzebnych do doświadczenia narzędzi i materiałów:

każda grupa uczniów otrzymuje zestaw składający się z kolby stożkowej z korkiem zaopatrzonym w rurkę odprowadzającą lub kolby stożkowej z bocznym tubusem i korkiem, wężyk odprowadzający produkty reakcji, zlewkę z wodą wapienną, wodę destylowaną, glukozę i drożdże spożywcze

4. Spis czynności, które należy wykonać kolejno:

osoby wykonująca doświadczenie zakładają fartuch, do kolby stożkowej należy włożyć drożdże, glukozę, zalać je wodą i dokładnie wymieszać, następnie zamknąć zawartość kolby, połączyć wężyk odprowadzający z kolbą jednym końcem, a drugi koniec wprowadzić do zlewki z wodą wapienną

5. Uczniowie obserwują przebieg reakcji

Ponieważ na efekty reakcji trzeba trochę poczekać – nauczyciel może zadać uczniom pytanie przypominające, do wykrycia jakiej substancji chemicznej służy woda wapienna. Uczniowie w zeszytach zapisują tytuł doświadczenia; odczynniki i sprzęt laboratoryjny, schemat doświadczenia oraz obserwacje i wnioski. Obserwacje powinny zawierać sformułowanie o mętnieniu wody wapiennej pod wpływem ulatniającego się bezbarwnego gazu. Nauczyciel poleca otwarcie kolb i powąchanie zgodnie z poznanymi zasadami bhp mieszaniny poreakcyjnej. Na tej podstawie uczniowie powinni zidentyfikować produkty powstające w wyniku fermentacji alkoholowej.

[Nauczyciel może na tym etapie zajęć przeprowadzić doświadczenie z wykryciem alkoholu etylowego przy wykorzystanie zakwaszonego roztworu dichromianu (VI) potasu KIndeks dolny 2₂CrIndeks dolny 2₂OIndeks dolny 7₇ (wspominając, że jest to reakcja stosowana kiedyś do wykrycia alkoholu w powietrzu wydychanym przez nietrzeźwych kierowców oraz że związek zmienia barwę pod wpływem wielu substancji chemicznych, nie tylko etanolu) albo przeprowadzić reakcję z zakwaszonym kwasem siarkowym (VI) roztworem nadmanganianem potasu, jako silnym utleniaczem – po delikatnym i równomiernym ogrzaniu mieszaniny reakcyjnej w płomieniu palnika można przeprowadzić „fermentację octową” bez bakterii octowych.] → propozycja do wykorzystania zależnie od możliwości, jakimi dysponuje nauczyciel

3. Podsumowanie:

Nauczyciel przedstawia ćwiczenie interaktywne.

Środki dydaktyczne

• do 200 cmIndeks górny 3³ ciepłej wody destylowanej /1 zespół

• 15 – 20 g drożdży /1 zespół

• do 100 g glukozy / 1 zespół

• kolby stożkowe z korkiem zaopatrzonym w rurkę odprowadzającą lub kolby stożkowe z bocznym tubusem i korkiem

• wężyk odprowadzający produkty reakcji

• zlewki z wodą wapienną

• fartuchy

• ew. ksera: schematyczny podział procesów fermentacji (opis w scenariuszu)

• komputery z dostępem do Internetu

• ćwiczenie interaktywne „Zapisywanie reakcji fermentacji”

• prezentacja „Rodzaje fermentacji”

Metody nauczania

• wykład ilustrowany

• rozmowa kierowana

• praca z tekstem przewodnim

• doświadczenie / eksperyment chemiczny

• dyskusja

Formy pracy

• zbiorowa

• indywidualna

Zadanie dla chętnych

1. Jaka jest funkcja rurki, która zatyka gąsior do produkcji domowego wina? Dlaczego rurka ta jest wypełniona wodą?

2. Dlaczego po intensywnym, nadmiernym treningu można odczuwać pewne dolegliwości ze strony mięśni? Co i dlaczego je powoduje?

3. Opisz najważniejsze metody zapobiegania psuciu się żywności.

(Pytania 1 i 2 można także wykorzystać w trakcie mini dyskusji przeprowadzanej przed doświadczeniem, jeśli pojawi się ku temu sposobność).

R1Pf7KpDcRqn3