Министерство образования Московской области ГОУСПО МО «Чеховский механико-технологический техникум молочной

Министерство образования Московской области
ГОУСПО МО «Чеховский механико-технологический техникум молочной
промышленности»
Методика проведения
открытого интегрированного урока по теме
«Белки как ВМС. Казеин – основной белок молока».
(специальность 260201 «Технология молока и молочных продуктов»)
Разработали:
Попова Ю.А.- преподаватель химии,
Осипова В.И. - преподаватель спецдисциплин.
с.Новый Быт
2013 г.
Интегрированный урок по дисциплинам
«Химия» и «Биохимия и микробиология молока и молочных продуктов».
Тема урока: Белки как природные ВМС. Казеин –основной белок молока.
Цель урока - формирование у обучающихся знаний о белках как о природных ВМС.
Задачи урока:
- сформировать представление о связи между строением, свойствами и применением
белков, как ВМС.
- показать значение казеина при выработке кисломолочных продуктов.
Вид урока – интегрированное теоретическое занятие
Тип урока – комбинированный урок
Межпредметные связи- Биохимия и микробиология молока и молочных продуктов.
Форма проведения занятия: урок с использованием ИКТ.
Время проведения урока - 90 мин.
Обеспечение урока : плакат “Строение белков”, персональный компьютер, медиапроектор, презентация (слайд-шоу), интерактивная доска.
План урока:
1. Организационная часть -3 мин.
2. Сообщение темы и целей занятия – 2 мин.
3. Актуализация опорных знаний обучающихся -18 мин.
4. Изучение нового материала – 35 мин.
5.Закрепление изученного материала – 27 мин.
6. Итоговая часть занятия – 3 мин.
7. Сообщение домашнего задания – 2 мин.
Ход урока.
1. Организационная часть - проверка присутствующих, подготовка рабочих мест.
2. Сообщение темы и целей занятия – Здравствуйте. Тема нашего занятия «Белки как
природные ВМС. Казеин – основной белок молока». Основная цель нашего урока –
проследить взаимосвязь строения белка с его свойствами и функциями. Эта тема
изучается как в курсе химии, так и биохимии и микробиологии молока, поэтому мы и
проводим сегодня интегрированный урок.
3. Актуализация опорных знаний обучающихся: (фронтальный опрос)
Перед изучением новой темы, давайте вспомним, что мы знаем о белках:
1.Какие высокомолекулярные соединения могут образовывать аминокислоты?
2. Каково содержание общего количества белков в молоке?
3. Какие белки, помимо казеина, присутствуют в молоке?
4. На какие группы делятся белки по отношению к температуре?
4. Изучение нового материала.
Показ презентации с комментариями преподавателей.
Преподаватель химии: Давайте вспомним с прошлого урока, что высокомолекулярные
соединения (ВМС) – это вещества с большой молекулярной массой. Макромолекулы
построены из большого числа повторяющихся звеньев.
( 2 слайд).
Все полимеры делятся на природные (белки, нуклеиновые кислоты и др.), синтетические
(нейлон, полиэтилен и др.) и искусственные,
которые получаются в результате химической обработки природных полимеров
(например, целлофан, нитроклетчатка и др.). Пожалуйста, приведите примеры применения
ВМС. Какова их роль в жизнедеятельности организмов?
( 3 слайд)
Преподаватель биохимии:
«Молоко - изумительная пища, приготовленная самой природой»
(И. Павлов). Наиболее ценным компонентом молока являются белки. Молоко это
полноценный продукт, готовый к употреблению, предназначенный для всех возрастных
категорий, с момента рождения и до конца жизни. Функции белков многообразны, их
называют главными веществами в клетках живых организмов («protos» -первый, главный).
Основным белком молока называют казеин, который является пищевым белком и
выполняет в организме структурную функцию. Этому белку свойственна и транспортная
функция, поскольку в составе своих частиц казеин транспортирует кальций, фосфор и
магний.
Преподаватель химии:
Основная цель нашего урока – проследить взаимосвязь строения белка с его свойствами и
функциями.
Белки являются природными полимерами, которые образуются в
результате реакции поликонденсации аминокислот.
И сейчас мы рассмотрим свойства раствора белка молока – казеина с точки зрения
свойств растворов ВМС.
Все высокомолекулярные соединения образуют растворы, обладающие
свойствами как коллоидных, так и истинных растворов. Казеин также не является
исключением и в молоке образует коллоидный раствор – золь.
(слайд 4).
Белки имеют и специфические свойства – они набухают, их растворы
обладают высокой вязкостью и способностью желатинироваться.
Давайте вспомним из курса химии структуру белка. (слайд 5-8)
Первичная структура белка – это последовательность аминокислот в
полипептидной цепи, связанных ковалентной пептидной связью.
Вторичная структура белка является пространственной структурой,
образуется за счет ближнего взаимодействия водородных и дисульфидных
связей. Это приводит к образованию α-спиралей и β-структур.
Третичная структура белка образуется за счет дальнего
взаимодействия между макромолекулами. Каждый белок
имеет свою специфическую структуру, называемую конформацией.
Все белки подразделяются на глобулярные и фибриллярные.
(слайд 9).
Глобулярные белки имеют сферическую или эллипсидную форму,
например гемоглобин.
Фибриллярные белки содержат одну или более полипептидных цепей, молекулы их
вытянуты. Молекула белка, уложенная в виде нити называется фибрилла.
Четвертичная структура белка образуется из двух и более
полипептидных цепей (например, гемоглобин).
Преподаватель биохимии:
Казеин обладает четвертичной структурой. Несколько тысяч полипептидных цепей
фракций казеина, определенным образом связанных друг с другом образуют мицеллу.
Казеин содержит четыре фракции: αѕ1 _- , αѕ2 - , β - , χ – казеин и их фрагменты.
Фракции αѕ и β – казеины осаждаются ионами кальция. Фракция χ – казеин
чувствительна к сычужному ферменту.
Казеин имеет заряд, благодаря присутствию в аминокислотных остатках групп способных
к ионизации (СООН, NH2 и др.). Поскольку отрицательнозаряженных групп при рН
близком к нейтральному больше, суммарный заряд казеина отрицательный.
Полярнозаряженные группы казеина связывают значительное количество воды, образуя
вокруг казеиновых мицелл гидратную оболочку. От наличия отрицательного заряда и
гидратной оболочки зависит устойчивость казеиновых мицелл в молоке.
Одноименнозаряженные мицеллы отталкиваются друг от друга, а гидратная оболочка
препятствует агрегации частиц белка.
Слайд 10
Преподаватель биохимии:
А сейчас мы хотим отвлечь Вас от изучения такого интересного, но сложного материала и
рассказать про любопытные факты, связанные с казеином.
Для
образования составных частей молока основное значение имеет количество и характер их
"предшественников". Предшественники же - это химические вещества крови, из которых
образуются казеин, молочный жир и молочный сахар. Прежде всего, расскажем о белках
молока, этом важнейшем источнике полноценного питания человека. По подсчетам
Института питания, в ближайшие годы населению страны потребуется в 1,5-2 раза больше
белков молока, чем сливочного масла.
Как же
синтезируются молочные белки?
Известно, что
съеденный животным протеин корма расщепляется в пищеварительном канале до
свободных аминокислот, которые затем всасываются в кровь. Основным источником
казеина молока и оказываются эти свободные аминокислоты плазмы крови. Синтез
казеина идет значительно интенсивнее, когда молочная железа поглощает из крови такие
аминокислоты, как лизин, триптофан и некоторые другие.
Помимо
казеина, в молоке находятся альбумины, иммунный глобулин. Большая часть белков
переходит из плазмы крови в молоко, не претерпевая особых химических изменений.
Используется казеин и в некоторых добавках к рациону, предназначенных для
обогащения последнего белком. Такие добавки часто предписываются при различных
патологических состояниях, например при тяжелых ожогах, лихорадке или затяжных
заболеваниях. Казеин находит разнообразное применение в промышленности. Его
используют как водостойкое вещество, обеспечивающее адгезию клея на склеиваемых
поверхностях, как связующее вещество в производстве клеевых красок и при
проклеивании бумаги, а также в качестве стабилизатора в различных эмульсиях.
Обрабатывая казеин формальдегидом, можно получить пластик, из которого раньше
изготавливали пуговицы и щетки.
Белки как высокомолекулярные электролиты.
Преподаватель биохимии:
Казеин, как и все белки, содержит одновременно и аминные и карбоксильные группы и,
следовательно обладает свойствами амфотерного электролита.
По аминной группе казеин вступает в реакции с формальдегидом. Эту реакцию
используют при определении массовой доли белков в молоке методом формольного
титрования.
По аминной же группе казеин может реагировать с лактозой (реакция Майара). В
результате образования меланоидинов изменяется цвет и вкус молока. Эта реакция
происходит при высокотемпературной пастеризации молока при выработке таких
продуктов как ряженка, варенец, топленое молоко.
По карбоксильным группам казеин вступает в реакции с ионами металлов, образуя соли
казеинаты.
(слайд 11-12)
Значение рН, при котором белок находится в изоэлектрическом
состоянии, т.е. в состоянии, при котором число положительных и
отрицательных зарядов одинаково, общий заряд равен нулю, называется
изоэлектрической точкой белка (ИЭТ).
Изоэлектрическая точка является важной характеристикой белков. Каждый
белок имеет свою индивидуальную ИЭТ.
При рН 4,6 - 4,7 наблюдается равенство отрицательных и положительных зарядов, т.е.
суммарный электрический заряд казеиновых мицелл будет равным нулю. При этих
условиях белок находится в изоэлектрическом состоянии. В изоэлектрической точке силы
электрического отталкивания между частицами казеина минимальные. Это приводит к
тому, что белки легко агрегируют и коагулируют.
Преподаватель химии:
Устойчивость растворов белков. Методы осаждения растворов.
(слайд 13)
Основным фактором термодинамической устойчивости растворов
белков (ВМС) является их высокая гидрофильность. Вокруг макромолекулы образуется
монослой растворителя, называемый сольватной или гидратной оболочкой.
Дополнительным фактором устойчивости является наличие заряда на молекуле белка.
Чтобы лишить высокомолекулярные частицы устойчивости, необходимо удалить
гидратную оболочку и снять электрический заряд.
Одним из методов осаждения белков является высаливание. Высаливание – это процесс
осаждения белков с помощью концентрированных растворов солей. Для высаливания
чаще всего используют соли Na2SO4, (NH4)2SO4, фосфаты.
Коацервация. При снижении растворимости в растворах ВМС наблюдается коацервация
– слияние гидратных оболочек нескольких частиц без объединения самих частиц. Капли
или слои, образующиеся в результате коацервации, называются коацервантами.
Преподаватель биохимии:
В молочной промышленности коагуляцию казеина и гелеобразование могут вызвать
различные факторы. Мы с вами уже говорили, что в молоке белки образуют коллоидный
раствор – золь, а в кисломолочных продуктах сгусток представляет собой гель.
При выработке кисломолочных напитков, сметаны, некоторых видов творога коагуляция
осуществляется под действием молочной кислоты и называется кислотной. При
выработке сыров для коагуляции используют сычужный фермент. При выработке
традиционного творога применяют комплексную коагуляцию кислотно-сычужную.
Термокальциевую коагуляцию используют для осаждения и казеина и сывороточных
белков, полученный концентрат молочных белков называется копреципитат.
Любой способ коагуляции сопровождается снижением отрицательного заряда казеина и
переводом его в изоэлектрическое состояние.
Преподаватель химии:
Набухание и растворение ВМС.
(слайд 14)
Процесс растворения ВМС является самопроизвольным, но проходит через
стадию набухания. Набухание – это увеличение объема полимера в результате
избирательного поглощения низкомолекулярного растворителя.
Набухание может быть ограниченным и неограниченным.
Неограниченное набухание – это набухание, заканчивающееся полным
растворением. Ограниченное набухание – это набухание, не переходящее в растворение.
Оно заканчивается образованием эластичного студня.
Застудневание растворов ВМС.
(слайд 15)
Большинство растворов ВМС способны при определенных условиях переходить в твердое
состояние без видимого разделения фаз. Этот процесс носит название застудневание или
желатинирование. А продукты, образовавшиеся в результате этих процессов,
называются студнями или гелями.
Причиной застудневания является возникновение связей между
молекулами ВМС. Застудневание можно определить как процесс образования и
упрочнения пространственной сетки.
Студни под влиянием механических воздействий способны разжижаться,
переходить в золи, а затем при хранении снова застудневать. Такое явление
получило название тиксотропии.
Застудневание системы, происходящее самопроизвольно, не всегда
является конечной стадией. Студни со временем меняют свои свойства, т.е.
стареют. Происходит разделение студня на две фазы: уплотнённый гель и
разведённый золь. Этот процесс называется синерезисом.
(слайд 16)
Структурная сетка геля стягивается и выжимает из себя растворитель. У белков синерезис
зависит от рН и активнее всего в ИЭТ.
Преподаватель биохимии:
Для кисломолочных напитков и сметаны синерезис – явление нежелательное. Поэтому
технологический процесс ведут при режимах, предотвращающих возникновение
синерезиса. При производстве творога требуется удалить избыток сыворотки из сгустка.
Для усиления синерезиса применяют измельчение и нагревание сгустка.
5. Закрепление изученного материала.
Для закрепления материала студенты разбиваются на малые группы (по 4-5 чел), им
выдаются кроссворды по изученной теме (6 заданий, по вариантам, задания в кроссвордах
не повторяются). В течение 5-7 мин. идет обсуждение и решение кроссвордов в группах,
затем представитель от группы на интерактивной доске показывает выполненное задание.
Таким образом, каждая малая группа решает свой кроссворд и, совместно с остальными
группами, проверяет решение других кроссвордов.
6. Итоговая часть занятия.
Преподаватель биохимии:
Итак, сегодня мы изучили высокомолекулярные вещества, рассмотрели их
классификацию и свойства. Но самое главное, сегодня мы рассмотрели белок молока –
казеин с точки зрения свойств ВМС. Тема эта очень интересная и важная для вас, как для
будущих специалистов молочной отрасли. Конечно, мы не могли за один урок
рассмотреть все свойства казеина, поэтому мы продолжим изучать эту тему и на
следующих уроках, где вы узнаете еще много нового и интересного об этом удивительном
органическом соединении - белке.
“Жизнь есть способ существования белковых тел” – этими словами Ф. Энгельса можно
закончить наш урок.
7. Сообщение домашнего задания.
1. Физическая и коллоидная химия, С.В. Горбунцова, (ОИ 2) стр.195;
2. Биохимия молока и молочных продуктов. К.К. Горбатова, (ОИ 1) стр.21