Naturwissenschaftliches Arbeiten SINUS Bayern

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1 Naturwissenschaftliches Arbeiten SINUS Bayern Natur und Technik Gymnasium Jgst. 5 Lernzirkel Milch In einem Lernzirkel zur experimentellen Untersuchung der Bestandteile der Milch wiederholen die Schülerinnen und Schüler ihre Kenntnisse über Nahrungsbestandteile, üben das Mikroskopieren, lernen, was eine Emulsion ist und können das Phänomen der Fluoreszenz beobachten. Ziele Die Schüler/innen führen selbst Untersuchungen an Milch durch und protokollieren ihre Beobachtungen und Schlussfolgerungen. Sie üben das Mikroskopieren, erkennen, dass Milch als Hauptbestandteil Wasser enthält, weisen nach, dass in Milch Fetttröpfchen emulgiert sind, dass Milch Eiweiß enthält und erkennen das Fluoreszieren der Molke als Hinweis auf Vitamin B 2. Zeitaufwand: ca. 90 Min. Erforderliches Vorwissen Nahrungsbestandteile, Wasser, Nährstoffe, Nachweisreaktionen, Vitamine Materialliste Station 1: Bechergläser, Uhrgläser, Heizplatten; Rundfilter, Glasstäbe, Messer; Milch, Speiseöl, Zitronensaft/Zitrone Station 2: 2 Bechergläser, Tropfpipette, Wassersprüher (wie beim Bügeln verwendet), Mikroskop, Objektträger, Deckgläser; Speiseöl (mit etwas Sudan III angefärbt), Milch Station 3: Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, Trichter, Mullbinde (als Filter), UV-Lampe; Eiklar (bzw. rohe Eier), Milch Ablauf Nach einer kurzen Einführung durch die Lehrkraft bearbeiten die Schüler/innen in 6 Gruppen die jeweils doppelt aufgebauten experimentellen Stationen. Nach etwa 25 Minuten erfolgt der Wechsel aller Gruppen zur nächsten Station. Station 1: Wasser und Fett als Bestandteile der Milch Station 2: Herstellung einer Emulsion aus Wasser und Öl, Mikroskopie von Milch Station 3: Eiweiß und Vitamin B 2 als Bestandteile der Milch 1/2

2 Naturwissenschaftliches Arbeiten SINUS Bayern Anmerkungen und Erfahrungen Bei Station 1 kann zusätzlich eine Milchverkostung erfolgen, bei der die Schüler/innen Geschmacksunterschiede zwischen Vollmilch, H-Milch und fettarmer H-Milch erschmecken. Bei der UV-Lampe sollte darauf geachtet werden, dass die Lernenden vermeiden, direkt in die Lampe zu schauen. Die Fluoreszenz war nicht in jeder Probe deutlich zu erkennen. Bei der gemeinsamen Besprechung der Beobachtungen und Auswertungen kann die Zusammenfassung am Ende des Arbeitsblattes verwendet werden. Als ergänzende Versuche eignen sich die Butterherstellung aus Sahne oder das Ansetzen eines frischen Joghurts aus H-Milch und etwas Joghurt mit lebenden Kulturen (über Nacht mit einer Joghurtmaschine warm halten). Nach einer Vorlage von Martin Jochner leicht verändert von Harald Haidl, beide Klenze- Gymnasium München (SINUS Bayern) 2/2

3 Versuche zum Thema Milch Station 1 - Versuch 1: Der Hauptbestandteil von Milch D: Fülle das Becherglas etwa 1 cm hoch mit Vollmilch, lege ein Uhrglas darauf und erhitze die Milch so lange, bis du am Uhrglas eine Veränderung beobachten kannst. Schalte danach die Heizplatte sofort aus, damit die Milch nicht anbrennt. B: A: Beim Erhitzen... Wasser aus der Milch, das heißt, flüssiges Wasser wird.... An der kalten Glasunterseite kondensiert das Wasser, das bedeutet, dass gasförmiges Wasser wieder... wird. Mögliche Lösungswörter: fest, flüssig, gasförmig, kondensiert, verdampft, schmilzt Hinweis: Milch besteht zu 87 % aus Wasser. Station 1 - Versuch 2: Enthält Milch Fett? D: Trage mit einem Glasstab je einen Tropfen der folgenden Flüssigkeiten auf ein Filterpapier auf: Wasser, Olivenöl, Zitronensaft, Milch. Die entstehenden Flecken sollten ein paar Zentimeter Abstand voneinander haben. Beschrifte dann die Flecken und lege das Papier zum Trocknen etwa 10 Minuten auf die Heizung. Halte das Papier danach gegen das Fenster und vergleiche die Flecken. B: A: Während Wasser und wasserähnliche Stoffe verdunsten, hinterlassen Fett (Olivenöl ist ein flüssiges Fett) einen durchscheinenden Fleck auf dem Papier ( Fettfleckprobe ). Beantworte nun die Frage, die mit dem Versuch entschieden werden sollte: Hinweis: Milch enthält zwischen 1,5 und 3,8 % Fett. Fett liefert dem Körper viel Energie und ist für die Aufnahme mancher Vitamine wichtig. Zuviel Fett fördert jedoch Bluthochdruck, Fettleibigkeit und erhöht das Herzinfarktrisiko. 1/4

4 Station 2 - Versuch 1: Lassen sich Öl und Wasser mischen? D: Fülle in das Becherglas etwa 0,5 cm Leitungswasser und stelle es auf den eingeschalteten Tageslichtprojektor. Gib nun langsam mit der Pipette etwa 10 Tropfen von dem rot gefärbten Öl zu und beobachte. Vermischen sich Öl und Wasser? B: A: Beantworte nun die Frage, die mit dem Versuch entschieden werden sollte: Versuch 2.2: Mischung mit List und Tücke D: Gib die beiden Flüssigkeiten aus dem 1. Versuchsteil in den Wassersprüher und verschließe ihn. Schüttle ihn kräftig und presse den Inhalt wieder in das Becherglas. B: A: Durch die kleinen Löcher des Wassersprühers entstehen winzige Öltröpfchen, die im Wasser umherschwimmen. Eine solche Mischung aus zwei Flüssigkeiten nennt man Emulsion. Langsam fließen die Öltröpfchen aber wieder zusammen und bilden eine einheitliche Ölschicht auf dem Wasser. Die Emulsion ist nicht sehr stabil. Versuch 2.3: Untersuchung von Milch unter dem Mikroskop B: D: Betrachte Milch mit etwa 100-facher Vergrößerung unter dem Mikroskop (Blende möglichst weit geschlossen) und versuche, das mikroskopische Bild zu zeichnen. Milch, ca. 100-fach vergrößert A: Versuche, zu erklären, was du unter dem Mikroskop gesehen hast. 2/4

5 Station 3 - Versuch 1: Enthält Milch Eiweiß? D: Fülle in ein Reagenzglas etwa 1 cm hoch Eiweiß, in ein zweites etwa 2 cm hoch Milch. Gib in jedes Reagenzglas anschließend eine Pipette voll Zitronensaft und schüttle um. B: A: Saure Lösungen wie Zitronensaft oder Essig bewirken, dass Eiweiß weiße Flocken bildet. Beantworte nun die Frage, die mit dem Versuch entschieden werden sollte: Station 3 - Versuch 2: Trennung von Casein und Molke D: Erstelle dir einen groben Filter, indem du ein Stück Mullbinde in einen Trichter einpasst, so wie es in der Abbildung gezeigt ist. Stelle den Trichter in ein Reagenzglas und gieße die ausgeflockte Milch von Versuch 1 in den Filter. B: A: Die Eiweißflocken aus der Milch nennt man auch Casein, die in das Reagenzglas getropfte Flüssigkeit heißt Molke. Hinweis: Die Eiweißflocken heißen Casein, weil sie Hauptbestandteil des Käses sind. Bei der Käseherstellung wird das Ausflocken des Caseins meist nicht durch Säure, sondern durch Wirkstoffe aus dem Kälbermagen bewirkt (Dicklegen der Milch durch Labenzym). 3/4

6 Station 3 - Versuch 3: Untersuchung der Molke D: Halte das Reagenzglas mit der Molke unter eine Lampe, die ultraviolettes Licht aussendet (UV-Lampe). Vorsicht: Nicht direkt in die UV-Leuchtstoffröhre schauen! B:... A: Ein helles Aufleuchten im UV-Licht bezeichnet man als Fluoreszenz. Für die Fluoreszenz der Molke ist unter anderem Vitamin B 2 verantwortlich. Zusammenfassung der Untersuchungen der Milch: Bei Station 1 konnten wir sehen, dass Milch Wasser und Fett enthält. Bei Station 2 zeigte sich unter dem Mikroskop, dass Milch eine Emulsion von kleinen Öltröpfchen in Wasser ist. Natürliche Inhaltsstoffe der Milch wirken als Emulgatoren, das heißt, sie verzögern das Zusammenfließen der Öltröpfchen und machen so die Emulsion stabiler. Trotz dieser natürlichen Emulgatoren sammelt sich bei unbehandelter Milch der fettreiche Rahm bald auf der Milch an. Um dies zu verhindern wird die Milch in ein ganz feines Sieb gepresst. Die Öltröpfchen werden dadurch noch kleiner und es dauert noch länger, bis sie zusammenfließen und sich als Rahm abtrennen. Dieses Verfahren nennt man Homogenisieren. An Station 3 wurde das Eiweiß der Milch (das Casein) durch Säure ausgeflockt. In der übrig gebliebenen Molke lässt sich Vitamin B 2 durch seine Fluoreszenz nachweisen. Weitere Bestandteile der Milch, die wir nicht nachgewiesen haben: Milchzucker (wenn er von Milchsäurebakterien in Milchsäure umgewandelt wird, flockt durch diese Säure das Eiweiß aus und es entsteht Joghurt) weitere Vitamine und Mineralstoffe (z. B. Kalium und Calcium) 4/4