ODNIESIENIA DO PODSTAW PROGRAMOWYCH WIEDZA DO ZDOBYCIA. Lactobacillus

Transkrypt

1 Rozdział 1.2: Dobre Mikroby przedstawia przykłady korzystnego oddziaływania mikrobów i sposobów, w jakie mogą one być wykorzystywane przez człowieka. W trakcie ćwiczenia, polegającego na produkcji jogurtu, uczniowie z bliska obserwują jak korzystne działanie bakterii wykorzystuje się w przemyśle spożywczym. W ćwiczeniu dodatkowym uczniowie przeprowadzają eksperyment, w którym za pomocą mikroskopu obserwują preparat z jogurtu zawierający korzystne dla człowieka bakterie. Lactobacillus WIEDZA DO ZDOBYCIA Poziom podstawowy: Dobre mikroby pomagają utrzymać nam nasze zdrowie Większość mikrobów ma korzystny wpływ na organizm człowieka Człowiek wykorzystuje pożyteczne działanie bakterii Poziom rozszerzony: Naturalna flora bakteryjna organizmu wywiera korzystny wpływ na nasze zdrowie Należy chronić naturalną florę naszego organizmu ODNIESIENIA DO PODSTAW PROGRAMOWYCH GIMNAZJUM III Etap Edukacyjny: Klasy I-III Biologia Cele kształcenia: I, II, III, IV i V Treści nauczania wymagania szczegółowe: II (1, 2, 3), III (6, 11), VII (7, 8) Czas realizacji materiału Około 50 minut

2 1.2 Drobnoustroje Dobre Mikroby Podstawowe Informacje Słowa Kluczowe Fermentacja Flora fizjologiczna Hodowla Inkubacja Kolonizacja Pasteryzacja Probiotyk Zanieczyszczenie Potrzebne Materiały Dla każdego ucznia Folia aluminiowa/do żywności Kopia MU 1 i KU 1 Mleko w proszku Sterylna łyżeczka Zlewka Żywy jogurt naturalny Dla grupy Hot plate Zestawy do kąpieli wodnej 20 o C i 40 o C Ćwiczenie Dodatkowe Błękit metylenowy Kopia KU 2 Mikroskop z powiększeniem 40x Palnik Sterylne zakraplacze Szkiełka mikroskopowe Szkiełka nakrywkowe Zdrowie i Bezpieczeństwo Podczas gotowania uczniowie powinni mieć na sobie fartuchy ochronne i ochraniacze na oczy Nadmiar barwnika należy spłukiwać nad zlewem Bakterie są jednokomórkowymi organizmami. Niektóre z nich są chorobotwórcze i niebezpieczne dla człowieka, inne są korzystne dla zdrowia i pożyteczne m.in. dla przemysłu spożywczego. Naturalne produkty uboczne, które powstają podczas normalnego wzrostu bakterii wykorzystywane są w produkcji wielu produktów spożywczych i uważa się obecnie, że ich rola jest nie do przecenienia. Proces fermentacji prowadzi do zmian chemicznych w żywności, w którym bakterie rozkładają cukry złożone do prostych produktów tj. dwutlenek węgla i alkohol. Proces fermentacji zmienia właściwości wielu produktów. W procesie fermentacji kwasu octowego pod wpływem bakterii octowych (z rodzaju Acetobacter) powstaje ocet. Fermentacja kwasu mlekowego prowadzi do powstania jogurtu, czy sera. Niektóre grzyby wykorzystuje się do produkcji serów pleśniowych. Proces fermentacji drożdży Saccharomyces cerevisiae wykorzystuje się w produkcji chleba, ciasta, wina i piwa. Bakterie i grzyby wykorzystywane są również w produkcji czekolady. Produkowany przez nie w procesie fermentacji kwas trawi twardą skorupkę ziaren kakao, co ułatwia ich dalszą obróbkę. Bakterie z gatunku Streptococcus thermophilous lub Lactobacillus bulgaricus dodane do mleka rozkładają w procesie fermentacji cukry I prowadzą do powstania jogurtu. Ilość kwasu, który powstaje w mleku poddanym fermentacji w zasadzie uniemożliwia rozwój patogennych mikrobów. Bakterie z rodzaju Lactobacillus uważa się za bakterie przyjazne człowiekowi. Zalicza się je również do bakterii probiotycznych (probiotyk: gr. pro bios dla życia), które mają korzystne dla zdrowia działanie w przewodzie pokarmowym. Znaleźć je można w jogurtach i napojach probiotycznych. Potrzebne Będą 1. Kopia MU 1, KU 1 i KU 2 dla każdego ucznia. 2. Karton zwykłego jogurtu i mleko w proszku. 3. Przynajmniej łyżeczka przegotowanego jogurtu na grupę. Materiały Dostępne na Stronie Internetowej Film demonstrujący ćwiczenie Zdjęcia pożytecznych mikrobów w powiększeniu MU 1 w formacie MS PowerPoint Zdjęcia rozmazu z jogurtu w powiększeniu

3 1.2 Drobnoustroje Dobre Mikroby Wprowadzenie 1. Na początku wyjaśnij uczniom, że na Ziemi istnieją miliony różnych gatunków mikrobów, z których większość jest całkowicie bezpieczna dla człowieka, a niektóre są bardzo korzystne. Zapytaj uczniów, czy znają sposoby wykorzystywania mikrobów przez człowieka. Przykładem mogą być grzyby Penicillium wykorzystywane do otrzymywania antybiotyków, mikroby rozkładające martwe organizmy i szczątki organiczne w produkcji kompostu, mikroby ułatwiające trawienie człowieka, czy mikroby przekształcające mleko w jogurt, ser, czy masło. 2. Przypomnij, że mikroby, tak jak my, są żywymi organizmami i do swojego rozwoju potrzebują składników pokarmowych. Mikroby różnią się pod względem wymagań odżywczych i wykorzystują różne składniki pokarmowe. Wytwarzają również pożyteczne lub szkodliwe dla człowieka produkty uboczne. Zapytaj uczniów, czy widzieli zsiadłe lub sfermentowane mleko. Zwykle niepożądany proces kwaśnienia (fermentacji) mleka wykorzystywany jest przez przemysł spożywczy do produkcji jogurtu. 3. Wytłumacz, że fermentacja jest przemianą/procesem chemicznym, w którym bakterie zjadają cukry produkując kwasy, gazy i produkty uboczne. Proces ten wykorzystywany jest w przemyśle spożywczym do otrzymywania wina, piwa, chleba, jogurtu i wielu innych produktów. Podczas produkcji jogurtu bakterie dodawane do mleka przekształcają w procesie fermentacji cukry na kwas mlekowy, który powoduje gęstnienie mleka i powstanie jogurtu. W trakcie zajęć uczniowie sami przygotują jogurt i przyjrzą się procesowi fermentacji. Ćwiczenie Podstawowe 1. Ćwiczenie składa się z 3 doświadczeń. Można je przeprowadzić w grupach lub całą klasą. 2. Rozdaj klasie (lub grupom) przepis na jogurt (MU 1). Przedyskutuj kolejne kroki przepisu i wyjaśnij znaczenie każdego z nich. a. Mleko w proszku ułatwia gęstnienie mieszaniny. b. Gotowanie mleka pozwala wyeliminować wszystkie zbędne mikroby, później mieszanina będzie inkubowana w temperaturze optymalnej dla rozwoju mikrobów. Obecność innych organizmów może zakłócać proces fermentacji lub powodować psucie się żywności. UWAGA 1 jeśli w klasie nie ma waunków do gotowania mleka, można użyć mleko UHT, lub mleko pasteryzowane. c. Jeśli nie schłodzimy mieszaniny przed dodaniem jogurtu (krok 4) wtedy zabijemy mikroby produkujące jogurt. d. Jogurt zawiera mikroby potrzebne do wytworzenia jogurtu (Lactobacillus lub Streptococcus). Do mieszaniny mleka dodajemy, więc jogurt aby mikroby zawarte w jogurcie przekształciły na drodze fermentacji mleko w jogurt. e. Mieszanie ma za zadanie równomiernie rozprowadzić bakterie Lactobacillus w mieszaninie. Sterylna łyżeczka zapobiega zanieczyszczeniu mieszaniny mikrobami tj. np. pleśń. f. Podobnie wysterylizowane zlewki mają zapobiec zanieczyszczeniu mikrobami, które mogą zakłócić proces fermentacji. g o C to temperatura optymalna dla wzrostu Lactobacilli lub Streptococcus. Mieszaninę można również zostawić w temperaturze pokojowej, ale wtedy około 5 dni dłużej będzie trwało namnożenie się mikrobów potrzebnych do wytworzenia kwasu mlekowego. UWAGA 2 Ćwiczenie to można również przeprowadzić z mniejszą ilością mleka.

4 1.2 Drobnoustroje Dobre Mikroby Ćwiczenie Podstawowe 3. Omów z klasą kolejne doświadczenia a. Doświadczenie 1 przeprowadź eksperyment wg wskazówek z wykorzystaniem jogurtu (krok 4). b. Doświadczenie 2 przeprowadź eksperyment wg wskazówek z wykorzystaniem sterylnego (przegotowanego) jogurtu (krok 4). c. Przeprowadź doświadczenie zgodnie ze wskazówkami, jednak przy kroku 7 w podanej temp. inkubuj tylko połowę próbki, pozostałą połowę w temp. 20 o C lub w lodówce. 4. Przypomnij, że bakterie z rodzaju Lactobacillus obecne w jogurcie zaliczamy do bakterii probiotycznych, czyli pożytecznych dla człowieka, które: a. Pomagają chronić organizm przed chorobotwórczymi bakteriami b. Wspomagają proces trawienia w przewodzie pokarmowym 5. Uczniowie zapisują swoje obserwacje w kartach ucznia (KU 1). Dyskusja Poniższe pytania pomogą sprawdzić, czy dzieci zrozumiały omówione zagadnienia: a. Jaki proces powoduje zmiany zachodzące w mleku? Fermentacja jest procesem, który przekształca mleko w jogurt. Podczas fermentacji mikroby wykorzystują cukry proste i przekształcają je w kwasy, gazy i alkohol. b. Dlaczego do mieszaniny mleka należało dodać niewielką ilość jogurtu? Żywy jogurt jest źródłem bakterii, które przeprowadzają proces fermentacji. c. Co się dzieje, kiedy do mleka dodamy sterylnego jogurtu i dlaczego? Nic się nie stanie, ponieważ podczas gotowania zabite zostały zawarte w nim mikroby. Po dodaniu sterylnego jogurtu do mleka proces fermentacji nie zajdzie. d. Do jakich zmian doszło podczas przemiany mleka w jogurt i dlaczego do tych zmian doszło? Kwas mlekowy wytworzony przez bakterie spowodował skwaśnienie mleka, jego zgęstnienie i delikatną zmianę zabarwienia. e. Dlaczego mieszaninę trzeba było trzymać w cieple przez noc? Optymalna dla rozwoju bakterii temp. wynosi około 37 o C, inne temperatury zabiją mikroby lub spowalniają ich podział. Szybki podział i rozwój bakterii zapewni produkcję wystarczającej ilości kwasu mlekowego, który przekształci mleko w jogurt. f. Kiedy eksperyment może się nie udać? Sterylne mleko przekształci się w jogurt mleko mogło być niewłaściwie przegotowane, lub próbki były zanieczyszczone. Ćwiczenie Dodatkowe Rozdaj uczniom kopie KU 2. Postępujcie wg instrukcji i przyjrzyjcie się mikrobom przez mikroskop. Jeżeli jogurt jest bardzo gęsty uczniowie powinni rozcieńczyć go wodą. Można również przeprowadzić doświadczenie używając samego jogurtu i jogurtu rozcieńczonego wodą. Pamiętaj, że rozcieńczenie jogurtu wodą rozprasza mikroby, które następnie trudniej będzie odnaleźć pod mikroskopem.

5 1.2 Drobnoustroje Dobre Mikroby Doświadczenie 1 Żywy Jogurt Przed inkubacją Po inkubacji Jaka była konsystencja mieszaniny? Ciekła Gęsta i kremowa Jaki był zapach mieszaniny? Jak mleka Jak popsutego jedzenia Jaki był kolor mieszaniny? Biały Kremowy/biały Doświadczenie 2 Sterylny Jogurt Przed inkubacją Po inkubacji Jaka była konsystencja mieszaniny? Ciekła Ciekła (bez zmian) Jaki był zapach mieszaniny? Jak mleka Jak mleka (bez zmian) Jaki był kolor mieszaniny? Biały Biały (bez zmian) Jak zmieniła się mieszanina podczas procesu fermentacji? W doświadczeniu 1 mieszanina stała się bardziej gęsta i kremowa, przypominająca jogurt. Stało się tak pod wpływem fermentacji kwasu mlekowego przeprowadzonego przez obecne w jogurcie mikroby. W doświadczeniu 2 z braku mikrobów nie doszło do żadnych zmian.. Doświadczenie 3 Jak długo trwało przygotowanie jogurtu w temperaturze inkubacji: 20 o C około 3-5 dni 40 o C noc Wnioski 1. Co spowodowało przemianę mleka w jogurt? Mikroby dodane do mleka przekształciły cukry w kwas mlekowy, który spowodował zgęstnienie mleka i powstanie jogurtu. 2. Jak nazywa się ten proces? Fermentacja kwasu mlekowego. 3. Jakie są różnice między wynikami w doświadczeniu 1 i 2? W doświadczeniu 2 wszystko było sterylne, dlatego zabrkło mikrobów, które mogłyby przeprowadzić fermentację kwasu mlekowego. 4. Które mikroby wykorzystywane są do produkcji jogurtu? Bakterie: Lactobacillus i Bacillus sterothermophilus. 5. Dlaczego przygotowanie jogurtu trwało dłużej w temperaturze 20 o C niż w 40 o C? Bacteria prefer to grow at body temerateure i.e. approx 37 o C, at 20 o C it takes the bacteria longer to multiply therefore they are slower to produce the lactic acid. 6. Do mieszania używana jest sterylna łyżka (krok 5), co mogłoby się stać gdyby użyć brudnej łyżeczki? Wyprodukowany jogurt mógłby być zanieczyszczony niebezpiecznymi mikrobami.

6 Jak przygotować jogurt? Dodaj dwie łyżki odtłuszczonego mleka w proszku do 500ml (pół litra) tłustego mleka. Stale mieszając, podgrzewaj mieszaninę przez 30 sekund w rondlu na średnim ogniu, aby zabić edydtkir niepotrzebne bakterie. Uważaj, żeby nie wykipiało! Schłodź do temp C. Schłodzoną mieszaninę przelej do 2 sterylnych zlewek i podpisz je: Doświadczenie 1 i Doświadczenie 2. Doświadczenie 1 : dodaj 1-2 łyżeczki żywego jogurtu Wymieszaj dokładnie obie mieszaniny używając wysterylizowanej w gotującej wodzie łyżeczki. Przykryj obydwa naczynia folią aluminiową. Poddaj mieszaninę inkubacji w C w gorącej kąpieli wodnej przez 9-15 godzin do uzyskania pożądanej gęstości.

7 Doświadczenie 1 Żywy Jogurt Obserwacje Przed inkubacją Po inkubacji Jaka była konsystencja mieszaniny? Jaki był zapach mieszaniny? Jaki był kolor mieszaniny? Doświadczenie 2 Sterylny Jogurt Przed inkubacją Po inkubacji Jaka była konsystencja mieszaniny? Jaki był zapach mieszaniny? Jaki był kolor mieszaniny? Jak zmieniła się mieszanina podczas procesu fermentacji? Doświadczenie 3 Jak długo trwało przygotowanie jogurtu w temperaturze inkubacji: 20 o C 40 o C Wnioski 1. Co spowodowało przemianę mleka w jogurt? 2. Jak nazywa się ten proces? 3. Jakie są różnice między wynikami w doświadczeniu 1 i 2? 4. Które mikroby wykorzystywane są do produkcji jogurtu? 5. Dlaczego przygotowanie jogurtu trwało dłużej w temperaturze 20 o C niż w 40 o C? 6. Do mieszania używana jest sterylna łyżka (krok 5), co mogłoby się stać gdyby użyć brudnej łyżeczki? _

8 Instrukcje Doświadczenie 1 1. Połóż kropelkę jogurtu z jednej strony szkiełka mikroskopowego. 2. Za pomocą drugiego, czystego szkiełka rozciągnij jogurt wzdłuż szkiełka tworząc rozmaz. 3. Pozostaw szkiełko do wyschnięcia preparatu, a następnie przeciągnij przez płomień nad palnikiem (utrwalenie preparatu). 4. Pokryj preparat kilkoma kroplami błękitu metylenowego i zostaw na 2 minuty. 5. Spłucz nadmiar barwnika pod niewielkim strumieniem bieżącej wody. 6. Zakryj rozmaz szkiełkiem nakrywkowym i obserwuj preparat pod mikroskopem. 7. Zapisz swoje obserwacje poniżej. Doświdczenie 2 Przygotowanie rozmazu: 1. Powtórz kroki 1-7 używając sterylnego jogurtu zamiast jogurtu zawierającego żywe kultury. Jogurt 1. Przybliżenie 2. Adhezja 3. Rozmazanie Obserwacje 1. Co można było zobaczyć w preparacie z jogurtu? 2. Co można było zobaczyć w preparacie ze sterylnego jogurtu? 3. Skąd, Twoim zdaniem wzięły się różnice?