Интегрированный урок (химия и биология) на тему "Молоко и методы его исследования"

Задачи урока:

• Обучающие:
• ознакомление учащихся с основами питания молочными и молочнокислыми продуктами, с зависимостью качества молочных продуктов от экологической обстановки местности;
• ознакомление учащихся с методами определения качества молока и молочнокислых продуктов.
• Развивающие:
• развитие умения и навыков учащихся проводить краткий химический анализ качества молока и молочнокислых продуктов питания.
• Воспитательные:
• показать учащимся на конкретных примерах мнения и высказывания многих специалистов о положительных и отрицательных качествах молока и его продуктов, влияние их на пищеварительную систему человека.

Межпредметная связь:

• биология + химия – белки, жиры, углеводы, витамины;
• химия – правила пользования лабораторным оборудованием и химическими реактивами;
• трудовое обучение – общая характеристика пищевых продуктов;
• кулинария – молоко и молочнокислые продукты.

Высказывания:

• «Если чрезмерное и исключительное увлечение едой есть животность, то всякое невнимание к еде есть неблагоразумие». (И. П. Павлов)
• «Изучая, экспериментируя, наблюдая, старайтесь не оставаться у поверхности фактов. Пытайтесь проникнуть в тайну их возникновения. Настойчиво ищите законы, ими управляющие». (И. П. Павлов)

Оборудование: штатив для пробирок, плакаты и картины с изображением молока и кисломолочных продуктов.

Подписанные пробирки: уксусная кислота, раствор гидроксида меди, спиртовой
раствор фенолфталеина, 5 г творога, 40 мл молока, 0,1-молярный раствор едкого натра. Бюретки, заполненные 0,1-молярным раствором едкого натра. Водопроводная вода. Дистиллированная вода, 0,5 л молока; 10-процентный раствор соляной кислоты. Пробиркодержатель – 2 шт., коробок со спичками, подставка для горючего. Сухое горючее – 1 таблетка. Химический стакан на 150-200 мл., пробирки 10 шт.

ХОД УРОКА

Вводное слово учителя. Основы рационального питания

Молоко – один из полноценных, универсальный продукт питания. Академик И. П. Павлов говорил о молоке: «Молоко – это пища, которая приготовлена самой природой, отличается лёгкой удобоваримостью и питательностью.
Издревна молоко являлось целебным средством. Лекари Древнего Египта, а после их и Гиппократ применяли для лечения многих болезней молока ослиц. Аристотель, Плиний, Геродот утверждали, что в Древней Греции козьим и кобыльим молоком излечивали такое заболевание как туберкулёз лёгких, а коровьим – малокровие. Уже с 17 века свежее молоко стали применять в качестве лечебно-профилактического средства почти во всех странах Европы. Так молоко применяли при болезнях нервной системы, желудочно-кишечного тракта, подагры, малокровия и использовали как противоядие. Им лечили сердечно­сосудистую недостаточность, бронхит, плеврит, бронхиальную астму, гастрит, ожирение, болезни почек и печени. В 1880 году академик А. А. Остроумов предложил лечить заболевания желудка и кишечника смесью топлёного молока и овсяного отвара.
Молоко состоит от 88,1 – до 91,4% воды и 4,7 – 6,4 г % лактозы, которые входят в состав сложных органических соединений. Также в цельном свежем коровьем молоке содержатся метионин, холин, лецитин, которые сообщают молоку липотропную т. е. противоатеросклеротическую активность. Лецитин обладает и антибактериальным свойством.
Энергетическая ценность молока – 58 ккал. в 100 г продукта. При большом употреблении молока может в определённой степени снижаться аппетит. Это конечно нежелательно, но молочная диета оказывает добрую услугу.
Сегодня мы проводим с вами урок ролевой игры по химическому определению качества молока. При проведении химического анализа соблюдайте правила по т/б, изученные нами ранее.

Директор завода молочных продуктов (молкомбината):

– Дорогие друзья, коллеги! Сегодня на экстренное совещание при моём присутствии я собрал ведущих специалистов нашего предприятия для решения важного вопроса, касающегося дальнейшего пути нашей продукции, да и самого предприятия в целом. Вы знаете, что были годы, когда мы были единственными монополистами молочных продуктов на нашем городском рынке. Теперь же дело обстоит по другому. В наш город завозятся молочные продукты других предприятий нашей области и даже других регионов нашей страны. Чтобы сохранить нашу марку в будущем я хотел бы послушать мнения наших отделов по их работе в этой области и какой же продукции всё-таки выпускать в наши магазины больше с тем расчетом, чтобы она не залёживалась на прилавках. Итак, я слушаю ваши мнения.

 Главный технолог: Я так думаю, что следующее слово за мной. Вы знаете, что молочная промышленность выпускает в продажу молоко разливное, в пакетах-пастеризованное, кефир, простоквашу, ряженку, а также сметану, творог, творожные сырки, сливочный напиток, различные сорта мороженого, сухое молоко, которое приготовляют из цельного или обезжиренного молока. Наш комбинат вооружён самой передовой техникой, действуют машины – автоматы, агрегаты для пастеризации, охлаждения, хранения, розлива молока. Уровень автоматизации у нас очень высок, все процессы делаются без прикосновения рук. В последнее время мы можем выпускать такой диетический, лечебный напиток как кумыс. Его мы приготовляем из кобыльего или коровьего молока (коровье молоко смешивают с молочной сывороткой и сахаром). Доброкачественный кумыс имеет белый цвет с сероватым оттенком, приятный, кислоспиртовой вкус и запах. Слабый (односуточный) кумыс содержит до 1% алкоголя, средний (двухсуточный) – 1,75%, крепкий (трёхсуточный) – 2,5%. Молоко заквашивают молочнокислыми бактериями и молочными дрожжами, благодаря чему возникает и молочнокислое и спиртовое брожение. Также мы уже запустили в производство и выпускаем отечественные йогурты с различными начинками.

Директор молкомбината. Мне все понятно. При такой раскладке мы можем держать марку молочных продуктов нашего комбината.

Лаборатория органической химии. Безусловно, это так. Сотрудниками нашей лаборатории выяснено, что в молоке содержатся все питательные вещества, необходимые для правильного развития и жизнедеятельности человеческого организма. Жиры, белки и углеводы молока легко и почти полностью усваиваются, а наличие в этом продукте витаминов – А, С, В1, В2 , Д, Е и минеральных солей значительно повышает его пищевую ценность. Жир молока благодаря своему химическому составу и низкой температуре плавления относится к наиболее полноценным и легко усваиваемым; он находится в молоке в виде мельчайших шариков. Цельное, неснятое молоко должно содержать не менее 3,2% жира.

Главный технолог. Я хотел бы уточнить следующее. В лаборатории органической химии есть ли данные о химическом составе и калорийности различных видов молока?

Директор молкомбината. Вопрос существенный. Меня тоже заинтересовал химический состав молока и особенно калорийность, ведь много "ходит" кривотолков среди ученых и врачей-диетологов о пользе молока. А, может они правы в этом вопросе? Что вы на это скажете?

Лаборатория органической химии. На этот вопрос мы можем ответить, что интересующиеся вас материалы могут находиться в лаборатории аналитической химии, они этим занимаются. Так что, это к аналитикам, им слово.

 Лаборатория аналитической химии. Да, у нас есть интересующий вас материал. Мы занимаемся и определяем химический состав молока и калорийную ценность различных видов этого продукта. Секретов в этом нет. И мы можем сказать что питьевое молоко должно составлять в рационе человека 500 г в сутки. Было определено, что в его состав входят; вода, молочный сахар, белки, молочный жир, минеральные вещества, витамины, ферменты и гормоны. Витаминный состав молока очень разнообразен. Из 12 Витаминов, содержащихся в молоке, основное значение имеют такие витамины как: А, Д1, Д2,В2, каротин. За счет молока и молочных продуктов можно полностью удовлетворить потребность организма человека в витаминах: А и группы В и частично в витаминах С и Д. Наибольшее количество витамина А в летнем молоке. Вот перед вами таблица, отражающая, что по калорийности на первом месте стоит оленье молоко, затем – овечье, буйволиное. Коровье – стоит на шестом месте.

Химический состав и калорийность молока с/х животных:

 Лаборатория общей химии. Отдел лаборатории общей химии может дополнить своих коллег-аналитиков, что из разнообразных минеральных солей молока наибольшее значение, имеют соли кальция и фосфора. Соотношение этих солей в молоке обеспечивает высокое усвоение обоих элементов. При включении молока в пищевой рацион повышается усвоение солей кальция, содержащихся в других продуктах. Легко усваивается также содержащееся в молоке железо. Наш отдел считает и придерживается такого мнения, что необходимо продолжать выпуск молочной продукции нашего комбината, увеличив и расширив его ассортимент, не боясь конкуренции. Мы обязаны выжить и вытеснить своих конкурентов за счет повышения качества нашей продукции. Только качеством и очень высоким мы можем заставить исчезнуть иностранные названия продукции, сохранив наши истинные русские названия молока и молочных продуктов.

Лаборатория органической химии. Органики согласны и поддерживают мнение отдела лаборатории общей химии. Мы считаем и отстаиваем свою точку зрения на то, что молоко и молочный жир по пищевым и биологическим свойствам относится к наиболее полноценным. Молочный жир усваивается человеческим организмом на 95 %.  При хранении молока жировые шарики поднимаясь, образуют слой сливок. Белки молока, организмом человека усваиваются почти полностью (до 98 %)Они содержат необходимые для человека аминокислоты. Основным углеводом молока является молочный сахар или как его еще называют по другому – лактоза. В кишечнике, где проходит процесс пищеварения, лактоза расщепляется и не вызывает интенсивного брожения. Это способствует снижению гнилостных процессов и благоприятно влияет на процесс пищеварения в целом. Всасывается лактоза довольно таки медленнее по сравнению с другими сахарами и за счет этого лактоза усваивается почти полностью – на 98 %. Я смотрю, что по-моему врач-диетолог хочет что-то дополнить.

Врач-диетолог. Я – врач-диетолог. На это совещание меня пригласил ваш директор, чтобы вы все, сидящие здесь, услышали мнения диетологов на ваш основной продукт – молоко. Что касается употребления молока в пищу, можно отметить, что наши предки тысячелетиями потребляли этот продукт питания. Но они отдавали предпочтение козьему молоку, так как в основном разводили коз и овец, это первое. Во вторых, даже если взять коровье молоко которое мы пьем сегодня, оно не будет походить на молоко которое пили всего лишь столетие назад: его белки, в результате тепловой обработки при процессе пастеризации, изменились. И если посмотреть на это с точки зрения эволюции, можно твердо сказать о том, что наш организм так и не может никак приспособиться к этому продукту в течение длительных тысячелетий. Оно является корнем многих заболеваний, таких как хронический насморк, мигрень, крапивница, астма, экземы, боли в суставах и других. Механизмы, участвующие в образовании пищевой непереносимости, определить очень трудно. Но можно предположить, что роль здесь играет пищеварительная система. Не полностью переваренные частицы молочных продуктов попадают в кровоток, разносятся по всему организму, вызывая различные недомогания. Мое мнение будет таким – можно конечно употреблять молоко в пищу, но в очень предельных количествах. Каких ? А это должен определить сам организм – ответными реакциями на раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, к которым можно отнести: боли и рези в животе, его вздутие, качественная сторона стула, диареи, повышенная утомляемость. Я думаю, что к моему выступлению обязательно присоединится и представитель биохимической лаборатории.

Лаборатория биохимии. Биохимики считают, что во многих случаях непереносимость молока вызывает лактоза – форма сахара, находящаяся в молоке. Ряд людей не усваивают молочный жир, но молочные продукты пониженной жирности и обезжиренное молоко не приносят вреда организму. Поэтому, как не печально, необходимо исключить из своего рациона жирное молоко, сыр и масло. Непереносимость молока связана с недостаточным количеством фермента лактозы в кишечном соке. А уже в этом случае молочный сахар в кишечнике не расщепляется и становится токсичным для организма. В связи с этим и вызываются различные заболевания. Нужно отметить и тот факт, что для людей, которые переносят в пищеварительном отношении молоко, самое полноценное молоко это свежевыдоенное, парное. Оно обладает бактерицидностью, то есть способно задерживать и даже убивать, попадающих в молоко бактерий. Для сохранения бактерицидности парного молока, его охлаждают. При температуре 30°С бактерицидность сохраняется в течение 3 часов, при 15°С – около 8 часов, при 10°С – около 24 часов. Невзирая на то, что определенный процент людей не переносит молоко...

Директор молкомбината. А вы не могли бы сказать, сколько процентов, то есть уточнить этот процент?

Лаборатория биохимии. Определенного количества процента мы сказать не можем, так как его нет. Он меняется из года в год и на его количество в последнее время оказывает сильное влияние различные экологические факторы. Так вот, продолжая дальше, на чём я остановился, наша лаборатория считает уместным продолжать употреблять в пищу молоко и различные молочные продукты, расширяя их ассортимент.

Врач-косметолог.  Мне хотелось коснуться косметологии молока.

Директор молкомбината. Пожалуйста, мы Вас слушаем очень внимательно. Я думаю, это будет интересно – косметология молока. Новое, забытое – старое, не так ли?

Врач-косметолог. Можно сказать и так. Многие наши предки использовали молоко, как пищу, т. е. продукт питания, и как косметологическое средство и лекарство. По старым рецептам молоко использовалось при лечении ангин, отравлений и интоксикации. Я уверен, что женщины не отказались бы принять ванну царицы Клеопатры, которая регулярно купалась в ... молоке, тем самым продлевала свою молодость. Но у египетской царицы было собственное стадо и ферма коров. И молоко поставляли ей сразу после дойки. Вот вам и секрет молодости.

Директор молкомбината. Да, это древнейшее совершенство красоты женского пола. Приходится только восхищаться им. Врач диетолог просит слово. Пожалуйста.

Врач-диетолог. Я могу только дополнить органиков и биохимиков тем, что исключение из рациона молока и молочнокислых продуктов может вызвать дефицит кальция, витамина В и железа. Этот недостаток можно скомпенсировать, подобрав правильный рацион витаминных и минеральных добавок. Если это сделано вовремя не будет, может развиваться анемия и различные заболевания нервной системы.

Директор молкомбината. А что скажет техотдел по пастеризации и стерилизации молока?

Отдел пастеризации и стерилизации. Мы производим пастеризованное и стерилизованное молоко.

Пастеризованное молоко получают, нагревая сырое молоко в течение 15-20 секунд при температуре 74-76°С. Различают такие виды молока: цельное, повышенной жирности, пониженной жирности, белковое, нежирное, витаминизированное, топленое.
Цельное – содержит молочного жира 3,2%.
Повышенной жирности – молочного жира – до 6%, добавляют сливки.
Белковое – жира – до 2% – 2,5%, белка – до 5,5%, получают из смеси цельного и сухого обезжиренного молока. Продукт диетический для людей с белковой
недостаточностью.
Нежирное молоко – жира не более 0,05%, получают удалением сливок.
Пониженной жирности молоко – удаление жира до 2,5%.
Витаминизированное – добавляют в цельное молоко витамин С (100 мг на 1 кг).
Топленое – получают томлением пастеризованного молока в закрытых емкостях в течение 3-4 часов при температуре 95-99°С Пастеризованное молоко относится к скоропортящимся продуктам. Его хранят при температуре до 6°С. При комнатной температуре молоко хранят не более суток.

Второй сотрудник отдела пастеризации и стерилизации. Стерилизованное молоко получают, нагревая молоко в условиях, при которых обеспечивается уничтожение не только бактерий, но и их спор. Стерилизуют молоко при повышенном давлении в течение до 10 секунд при температуре 125-145°С. Для того чтобы предотвратить отстаивания сливок и повысить усвояемость молока, перед стерилизацией, проводят гомогенизацию (размельчение жировых шариков). После стерилизации молоко охлаждают, а затем фасуют. В этом случае стерилизация может нарушаться. Поэтому проводят повторную стерилизацию. Такое молоко называется «можайским», а стерилизацию проводят в течение нескольких минут при 115-120°С. Также мы производим различную кисломолочную продукцию. Мы присоединяемся к мнению здесь выступавших за продолжения выпуска различных молочных продуктов, соблюдая все технологические нормы и правила техники безопасности при переработке молока.

Директор молкомбината. Позиция всех отделов и лаборатории мне полностью понятна. Я тоже поддерживаю мнения всех выступавших, что молоко и кисломолочные продукты играют важную роль в рационе многих людей. Только высоким качеством мы можем держать высокую марку молкомбината нашего родного города. А теперь я хочу обратиться к вам с производственной просьбой, касающейся, непосредственно вашей работы – провести мини-химический анализ только что прибывшего молока и анализ кислотности творога наших конкурентов. После работы подведем итоги ваших исследований по некоторым аспектам качества молока и творога. Итак, прошу приступить к исследованиям.

Проведение химического анализа

Определение лактозы (молочного сахара) в молоке

В коровьем молоке содержится около 4,5% лактозы. Она является изомером сахарозы, дает реакцию серебряного зеркала (также и медного). Молочный сахар менее растворим и сладок, чем свекловичный. При гидролизе молочный сахар дает две монозы – глюкозу и галактозу.

Для обнаружения молочного сахара необходимо взять 20 мл молока, затем приливают столько же воды и несколько капель уксусной кислоты для свертывания молока. При выделении казеина, его отфильтровывают. К 10 мл фильтрата приливают аммиачный раствор нитрата серебра (5 мл нитрата серебра + 2-3 капли нашатырного спирта) и нагревают – реакция серебряного зеркала –выделяется металлическое серебро. Можно заменить нитрат серебра на свежеприготовленный раствор гидроксида меди (5 мл раствора сульфата меди + 1-2 мл раствора едкого натра). Тогда также как и в первом случае, к 10 мл фильтрата приливают немного гидроксида меди и нагревают – реакция медного зеркала – красно-желтая окраска.

Определение кислотности молока

В химический стакан наливают 10 мл исследуемого молока, 20 мл дистиллированной воды и 5 капель 2-процентного спиртового раствора фенолфталеина. Затем смесь хорошо взбалтывают и из бюретки по каплям приливают 0,1-молярного раствора едкого натра до заметно розового окрашивания. Затраченное число миллилитров раствора едкого натра умножают на 10. Получают кислотность молока в условных градусах Тернера. Свежее молоко имеет 16-18 градусов кислотности по Тернеру. Если кислотность выше 20 градусов, то молоко начинает скисать. Предельная кислотность молока – 20 градусов по Тернеру.

Определение кислотности творога

В химический стакан на 150-200 мл помещают 5 г творога и приливают 50 мл воды, нагретой до 30-40°С. Творог тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Затем приливают 5 капель спиртового раствора фенолфталеина и из бюретки приливают 0,5-молярного раствора едкого натра до образования неисчезающей розовой окраски. Количество миллилитров прилитой щелочи умножают на 20. Таким образом определяют кислотность творога в градусах по Тернеру. Кислотность высшего сорта творога не более 200 градусов. Кислотность первого сорта творога не более 220 градусов. Кислотность второго сорта творога не более 240 градусов.

Содержание казеина в молоке

Первую часть опыта проводят за 2-3 часа до урока. Казеин – один из белков молока, он выделяется в виде творожистого осадка. Для опыта берут 0,5 л молока. После длительного стояния молока, с его поверхности верхней части снимают сливки. Сливки – это часть жира молока. Затем приливают 10 мл 10-процентного раствора соляной кислоты и оставляют жидкость стоять в течение 2,5 часов. Образовавшийся казеин отжимают через полотняную ткань. Чтобы удалить полностью следы кислоты, белок неоднократно промывают водой.

Опыт на уроке

Для удаления следов жира в казеине, к нему приливают 25 мл воды и нагревают в течение 10 минут. Затем воду сливают, отжимают казеин через полотно и при температуре 60°С сушат в сушильном шкафу. После охлаждения, казеин взвешивают.

Главный   технолог. Прошу все отделы сообщить о том, как проходят химические исследования.

Все отделы сообщают о выполненном химическом исследовании.

Директор молкомбината. Приятно слышать об окончании своих химических исследований. И каковы результаты ваших работ? Кто выскажется?
Лаборатория органической химии. Мы проводили исследование о содержании лактозы, т.е. молочного сахара в молоке. Определение показало положительную реакцию на содержание лактозы в молоке.

Директор молкомбината. Благодарю за сообщение. Кто следующий?

Лаборатория аналитической химии. Наша лаборатория проводила определение кислотности молока. Мы определили, что в исследуемой пробе молока содержится 18 градусов кислотности по Тернеру. Это обозначает, что молоко свежее.

Директор молкомбината. Сообщение хорошее, а как насчет кислотности исследуемого творога? Я жду.

Лаборатория общей химии. Мы определили, кислотность творога равна 210 градусов. Творог первого сорта.

Директор молкомбината. Жалко конечно, что первый сорт. Хотелось высшего, но ничего не поделаешь, первый так первый. Пусть будет так. Благодарю всех за работу. Совещание окончено.

Заключительное слово учителя. Итак, дорогие ребята, мы провели урок по химическому определению качества молока. Вы научились определять лактозу в молоке, кислотность молока и творога, содержанке казеина в молоке. Прошу вас в краткой форме охарактеризовать ход химического анализа.

Учащиеся рассказывают о ходе проведения своих исследований.

Подводя итог нашего урока, в заключении я могу сказать о молоке следующее. Мнение о молоке и его пользе четко разделились:  за и против. Многие ученые и врачи считают молоко вредным, но в тоже время и полезным. Нельзя провести границу между вредными и целебными свойствами молока. Да, одним людям оно вредит, другим помогает. Как и все лекарства, так и продукты питания: одни хорошо усваиваются, другие плохо или вообще не усваиваются. Каждый организм реагирует по-разному. На страницах многих изданий велась полемика о свойствах молока. Но конкретно сказать за или против нельзя. Каждый остается при своем мнении. В трудные годы жизни многие только и выжили благодаря этому продукту питания, имея свое домашнее хозяйство. Так что полностью исключать из своего питания молоко, я считаю преждевременным, а ограничить его в своем питании можно. Каждый продукт питания в большом количестве – это яд замедленного действия, а используя его в меру – это стимулятор жизненного пространства. Вы сами сегодня убедились – сколько витаминов и ценных для жизни элементов и веществ содержится в молоке. А по поводу экологической оценке можно отметить, что нет сейчас ни одного продукта питания идеально экологически чистым. Это неоспоримый фактор, это можно всегда доказать точнейшими  химико-аналитическими исследованиями.
Если вы чувствуете и считаете, что молоко вам приносит пользу и укрепляет ваш организм, да пейте его на здоровье, столько, сколько считаете возможным выпить его. И пусть оно придает вам силу, здоровья, бодрость и энергию на весь ваш рабочий день, и всю вашу жизнь! Пейте молоко и меньше обращайте внимание на все!
В отличие от других видов молока, материнское молоко содержит 7 % углеводов (лактоза), лактазу – фермент, переваривающий лактозу, 4 % жира, липазу – фермент расщепления жиров, полиненасыщенные жирные кислоты, незаменимые аминокислоты, витамины «С», «В», «К», «D», воду – 87 %, белковый гормон – адипонектин, казеин – бета, лактальбумин, макроэлементы – кальций, фосфор, соли натрия, микроэлементы – железо и т.п. Простым белком протеином является а – лактоглобулин, цистин, таурин, тироксин, антибактериальные протеины – лактоферин, лизозим.
Лошадь одомашнена около 6000 лет назад, ослица – 5000 лет назад, буйволы – не позднее 3000 лет до н.э., корова – около 6000 лет назад, коза, верблюд, овца – около 3500 – 7000 лет назад.