Hvad indeholder madpakken?

Hvad indeholder madpakken?

Eleverne undersøger her, hvordan makromolekylerne kan påvises og kvantitativt bestemmes i fødevarer. Forløbet er henvendt til Kemi B på STX og er særligt velegnet til hold på "Biologi A"-studieretningen.

Forløbet består af 14 moduler á 90 minutter.

En stigende interesse for sund livsstil kræver, at man kan vurdere kosten. Fra læreplan for Kemi B på STX indgår i forløbet: ”eksempel på makromolekyler, stofidentifikation, organiske reaktionstyper, kvalitative og kvantitative eksperimentelle metoder, herunder separation, forskellige typer af titrering, vejeanalyse, spektrofotometri”. Eleverne vil efter forløbet have indsigt i eksperimentel undersøgelse af fødevarer. Den virtuelle øvelse ”Introduction to Food Macromolecules” fra Labster kan anvendes som repetition.

Planlægning/overvejelser

Det temabaserede kemiforløb hedder: ”Hvad indeholder madpakken?”. Forløbet består af tre dele og kan kombineres med Labsters virtuelle laboratorieøvelse ”Introduction to Food Macromolecules”. I hver del gennemgås strukturen af et makromolekyle (henholdsvis carbohydrat, lipid og protein), kemiske egenskaber ved makromolekylet, og hvordan man kan undersøge fødevarers indhold af makromolekylet. Det er en fordel, hvis eleverne på forhånd har arbejdet med kemiske bindingers polaritet, grundlæggende organisk kemi samt mængdeberegninger. Eleverne kan med fordel arbejde i faste grupper, da nogle aktiviteter strækker sig over mere end ét modul. Det overordnede tema ’Madpakken’ fastholdes ved så vidt muligt at referere til fødevarer, eleverne medbringer/indtager, når de er i skole. Det gælder både i opgaver, når der udføres laboratorieforsøg og ved teorigennemgang. Teori læses i holdets aktuelle undervisningsbog, hvor øvelsesvejledninger til laboratorieforsøg som regel også kan findes. Eleverne kan aflevere forsøgsrapporter for et eller flere af forsøgene.

Forløbet kan koordineres med biologiundervisningen, hvis holdet har biologi sideløbende med kemi. Inspiration til et parallelt biologiforløb findes i forløbsbeskrivelsen ”Kostens kemi og sundhedsværdi”. For at få en god forståelse for sammenhængen mellem kemi og biologi, kan man afslutningsvist udføre laboratorieøvelsen ”Introduction to Food Macromolecules” fra Labster, som er frikøbt og derfor frit tilgængelig for alle frem til og med juni 2020. I denne øvelse skal eleverne bruge viden om makromolekylernes kemi til at gennemføre virtuelle eksperimenter, som de genkender fra forløbets praktiske del. Formålet med øvelsen er derfor, at eleverne får repeteret de vigtigste faglige elementer fra forløbet. En fordel ved øvelsen er, at makromolekylernes tredimentionelle struktur samt reaktioner som hydrolyse og kondensation visualiseres.

Det virtuelle laboratorieforsøg kan ikke erstatte eksperimentelt arbejde, da eleverne ikke får den samme fornemmelse for udstyrshåndtering, fejlkilder, variationer i forsøgsresultater samt sikkerhedsforhold under udførelsen af kemiske laboratorieforsøg.

Opbygning

DEL 1. CARBOHYDRATER

Første modul: Fra biologi og fra tidligere undervisning har eleverne ofte en viden om carbohydrater, som man kan tage udgangspunkt i. Som lærer kan man for eksempel oprette en gratis profil på www.mentimeter.com. Her kan man designe, hvad der svarer til et interaktiv powerpoint slide. Hvis man vælger skabelonen ”word cloud” kan eleverne, når de via www.menti.com skriver slidets talkode, tilføje ord, de forbinder med carbohydrater. Ord, som flere elever skriver, får større bogstavsstørrelse og fremhæves dermed mest i ordskyen. Formålet med ordskyen er at aktivere elevernes forhåndsviden, men også at klarlægge det kemiske fokus og fagsprog (for eksempel ’carbohydrater’ frem for ’kulhydrater’). I modulet startes et forsøg med bananer, inspireret af artiklen: ”Go bananas for biochemistry” fra Science in School, nr. 44, 2018: https://www.scienceinschool.org/content/go-bananas-biochemistry. I forsøget følges indholdet af amylose i bananer over tid ved at observere farvereaktion med iod. I modulet er der desuden en teoretisk gennemgang af carbohydraters kemiske opbygning, samt reaktionstyperne hydrolyse og kondensation, hvor der kan kobles til fordøjelse (biologi).

Andet modul: Bananforsøget fortsættes. Der kan tages billeder som indsættes i fælles journal i google drev. Elever gennemfører desuden et laboratorieforsøg, hvor de bestemmer sukkerindholdet i en almindelig cola og en cola light. Først måles densiteten af en række sukkeropløsninger, hvorved der kan genereres en standardkurve. Dernæst måles densiteten af de to sodavand og deres sukkerindhold bestemmes ud fra standardkurven. Eleverne fører journal eller skriver rapport.

Tredje modul: Bananforsøget afsluttes og der besvares diskussionsspørgsmål i journalen. Elever gennemfører desuden et laboratorieforsøg, hvor en række carbohydraters reaktioner med Benedict reagens (Cu²⁺-ioner) og med diiod undersøges. Der udføres også hydrolyse af saccharose og efterfølgende reaktion med Benedict. Endelig undersøges forskellige madvarer for deres indhold af carbohydrater.

Læringsbegreber til del 1: Carbohydraters cykliske struktur, isomeri, glycosidbinding, hydrolyse, kondensation, standardkurve, kemiske reaktioner til stofidentifikation (påvisning af mono-, di- og polysaccharider).

DEL 2. LIPIDER

Fjerde modul: Lipiders strukturer, polaritet og navngivning af fedtsyrer gennemgås af læreren og eleverne kan herefter arbejde med opgaver om dette i grupper eller parvis. Opsamling kan foregå i plenum, hvor grupperne eksempelvis på skift angiver deres svar på en af opgaverne.

Femte modul:  Iodtal for lipider samt hærdning og geometrisk isomeri (cis/trans) gennemgås af læreren. Eleverne løser eventuelt regneopgaver om iodtal i grupper. Herefter planlægger eleverne i grupper det laboratorieforsøg, der skal udføres i næste modul, hvor en madpakkes indhold af fedt skal undersøges gennem ekstraktion af fedt med heptan/rensebenzin. Der kan opstilles en narrativ ramme om, at lærerens onkel har bedt om elevernes hjælp til at undersøge sin madpakke. Dette understøttes af en fiktiv SMS-korrespondance mellem lærer og onkel, som vises på projektoren (kan genereres via værktøjet SMS-generator på siden: https://www.classtools.net/SMS/). Samme side kan bruges til at fordele madpakkens forskellige ingredienser mellem grupperne, idet der konstrueres et lykkehjul, hvor felterne navngives med de enkelte ingredienser. På skift drejes hjulet og hver gruppe tildeles den ingrediens, hjulet stopper ved (værktøj findes her: https://www.classtools.net/random-name-picker/). Lykkehjulet kan også bruges som tilfældigheds-generator, når man for eksempel skal gennemgå opgaver i plenum. Her skrives så eksempelvis gruppenummer på felterne. 

Sjette modul: Forsøget ”Fedt i madpakken” gennemføres ved, at eleverne ekstraherer fedt fra deres tildelte ingrediens. Læreren medbringer ”onkels madpakke” samt de enkelte ingredienser i små bægerglas ved siden af. Læreren kan eventuelt fremvise et skema ”fra onkel”, der viser, hvor mange gram af hver slags ingrediens, der er i madpakken samt fødevarens fedtindhold ud fra varedeklarationerne. Eleverne løser med lærerens hjælp udfordringer undervejs med for eksempel findeling, omrøring og filtrering.

Syvende modul: Der skrives rapport over forsøget fra sjette modul. Eleverne kan eventuelt bedes selv overveje relevant databehandling/visualisering samt selv opstille (og besvare) relevante kemiske diskussionsspørgsmål om for eksempel triglyceriders opbygning, polaritet af lipider og opløsningsmiddel, fejlkilder osv. Alternativt formulerer læreren dette i en rapportvejledning. I modulet gennemgås desuden forsæbningsreaktion (basisk hydrolyse). Hvis tiden er til det, kan man endvidere demonstrere, hvordan man ved at addere dibrom til fedtsyrer kvalitativt kan undersøge planteoliers indhold af umættede fedtsyrer.

Ottende modul: Elever udfører et laboratorieforsøg, hvor der sker forsæbning af fedtstof. I forsøget gennemføres titreringer af KOH-opløsning med HCl. Der titreres før og efter KOH’s reaktion med fedtstof og herudfra bestemmes forbruget af KOH til den basiske hydrolyse, hvorefter forsæbningstallet og den gennemsnitlige molarmasse og kædelængde af fedtsyrerne i fedtstoffet estimeres. 

Niende modul: Rapportskrivning og eventuelt ekstra opgaver om fedtstof, for eksmpel regneopgaver (forbrænding af fedtstof, iodtal, forsæbningstal), navngivningsopgaver eller opgaver med fokus på reaktionstype (forbrænding, addition, kondensation, hydrolyse).

Læringsbegreber til del 2: Lipiders opbygning, triglycerid, mættet/umættet fedtsyre, navngivning af fedtsyrer, geometrisk isomeri, polaritet og blandbarhed, ekstraktion, vejeanalyse, addition, hydrolyse, basisk hydrolyse, kondensation, syrebasetitrering, iodtal og forsæbningstal.

DEL 3: PROTEINER

Tiende modul: Opbygning af aminosyrer gennemgås af læreren og eleverne kan løse opgaver, der blandt andet kan inkludere at bygge forskellige aminosyrer med molekylebyggesæt, sætte to aminosyrer sammen (kondensation) og skille ad igen (hydrolyse).

Ellevte modul: Proteiners struktur (primær, sekundær og tertiær) gennemgås af læreren med eksempler fra biologi på forskellige typer af proteiner i kroppen (enzymer, receptorer, hormoner, strukturproteiner, antistoffer). Der kan være fokus på intramolekylære bindinger, hvis det tidligere er gennemgået, og på hvordan pH og temperatur kan påvirke disse. Eleverne kan herefter løse opgaver om proteiner i grupper.

Tolvte modul: Eleverne udfører et forsøg, hvor indholdet af protein i skummetmælk bestemmes spektrofotometrisk ved hjælp af Biuret-metode. Stamopløsninger af casein (mælkeprotein) blandes med Biuret-reagens (basisk opløsning af Cu²⁺ -ioner tilsat tartrat) og efter 30 min. måles blandingernes absorption ved 545 nm. Herudfra dannes en standardkurve, der bruges til at bestemme indholdet af casein i skummetmælk. Der kan laves journal eller rapport og eventuelt kan eleverne konkurrere om at komme tættest på varedeklarationens angivelse af proteinindhold.

Trettende modul:  Der demonstreres af læreren, hvordan tilsætning af syre og base påvirker mælkeprotein/æggehvideprotein. Dernæst gennemgås enzymers virkemåde (substrat bindes til aktivt center) og eleverne arbejder i grupper med hver deres fordøjelsesenzym - her er fokus på hvilke informationer, man kan finde om et protein i databasen ”Uniprot” (www.uniprot.org).

Læringsbegreber til del 3: Aminosyrer, proteinstruktur, peptidbinding, intramolekylære bindinger, enzymfunktion, kvantitativ bestemmelse af proteinindhold, spektrofotometri.

DEL 4: OPSAMLING

Fjortende modul: Labsters virtuelle laboratorieøvelse ”Introduction to Food Macromolecules” anvendes til at kombinere den indsamlede viden i kemi og eventuelt biologi til repetition og kobling af teori med praksis. Eleverne skal udføre påvisning af makromolekyler i forskellige fødevarer. Eksempelvis undersøges, om der er et højt eller lavt indhold af henholdsvis mono-, di- og polysaccharider i forskellige fødevarer. Øvelsen er opbygget lineært således, at eleverne skal svare rigtigt eller udføre procedurer korrekt før, at de kan komme videre i øvelsen. Eleverne kan med fordel arbejde parvis om én computer, hvorved de kan vidensdele deres kemiske og biologiske teori med hinanden. Hvis øvelsen skal afvikles optimalt, er det en god idé, at læreren selv har gennemført øvelsen og er bekendt med de rigtige svar undervejs. Hvis læreren eller eleverne undervejs i øvelsen tager ”screen dumps”, kan de benyttes til en eventuel opsamling til sidst i plenum.

Evaluering og refleksion

Til elevernes evaluering kan man for eksempel anvende evalueringsmetoden ”Amøben” fra www.marinos.dk/eva. Læreren kan på forhånd have defineret de elementer, eleverne skal vurdere sig selv i forhold til. I dette forløb kunne det være, at eleverne skal vurdere deres niveau i forhold til udførelse af eksperimentelt arbejde, samt forståelse af makromolekylers struktur, makromolekylers kemiske egenskaber, reaktionstyper og sammenhængen mellem kemi og biologi.

Der kan arbejdes videre med carbohydrater i et tværfagligt biologi/kemi forløb om ’Bæredygtig ølbrygning’. Her kan man fokusere på: omsætning af carbohydrater før og under gæringsprocessen, laboratorieforsøg med undersøgelse af, hvilke typer carbohydrater gærceller kan forgære og/eller undersøgelse af amylases hydrolyse af stivelse (temperaturoptimum bør kendes, når man mæsker malten i forbindelse med ølbrygning), og hvorledes ølbrygningsprocessen kan optimeres, så den bliver mere bæredygtig.

Læreren kan efter gennemførsel af forløbet i sin egen evaluering sætte fokus på spørgsmål som:

• Hvis aktiviteten skal gentages på et andet niveau, hvilke faglige krav skal så udelades eller tilføjes?
• Hvilke læringsaktiviteter fungerede særligt godt eller mindre godt?
• Fungerede den virtuelle laboratorieøvelse som en god repetition af elevernes læring?

Forløbet er udarbejdet i 2019 af: Marie Eiland, lektor i kemi, biologi og bioteknologi på Køge Gymnasium siden 2002.