Exploración de la respiración de levaduras en biología de la escuela secundaria.

1. Explora el modo respiratorio de las células de levadura. ?

2. Nombra la forma en que respiran las células de levadura.

2. ¿Información previa?

1. Conocimientos relacionados

(1) Todas las células vivas requieren respiración celular. Las células obtienen energía y productos intermedios necesarios para las actividades vitales a través de la respiración celular. La respiración celular se puede dividir en dos tipos, a saber, la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica. ?

(2) La levadura es un hongo unicelular que puede sobrevivir en condiciones tanto aeróbicas como anaeróbicas y es un anaerobio facultativo. La levadura es fácil de obtener y de cultivar, lo que la convierte en un buen material para estudiar la respiración celular. ?

(3) El método para detectar productos respiratorios de células de levadura es simple y fácil de implementar.

(4) La industria vitivinícola generalmente utiliza diferentes Saccharomyces cerevisiae para producir vino, cerveza, etc. Por ejemplo, el proceso de producción de cerveza se divide en fabricación de malta, fabricación de mosto, prefermentación, posfermentación, filtración y esterilización, envasado y otros procesos. ?

¿Elaboración de malta? La cebada (también se está probando el trigo) se remoja en agua y se germina a una temperatura y humedad adecuadas. Durante el proceso de germinación se producen diversas enzimas hidrolíticas, como proteasa, glucoamilasa, glucanasa, etc. Estas enzimas pueden descomponer la proteína de la malta en péptidos y aminoácidos, y descomponer el almidón en dextrina y maltosa. Cuando la germinación alcanza un cierto nivel, es necesario detenerla y secarla para hacer malta con bajo contenido de humedad.

¿La fabricación del mosto? La malta se tritura adecuadamente, se añade agua tibia y las propias enzimas de la malta se utilizan para sacarificarla a una determinada temperatura, principalmente para hidrolizar el almidón de la malta en maltosa. Para reducir los costos de producción, se puede agregar una cierta proporción de fideos de arroz como material auxiliar, y primero los fideos de arroz se hierven en agua. El puré preparado se filtra a través de un tanque de filtrado para obtener mosto. El mosto se transporta a la olla de ebullición, donde se evapora el exceso de agua y se agrega lúpulo. Los lúpulos son las flores de una planta. Agregado a la cerveza, puede darle a la cerveza un aroma a lúpulo especial y un sabor amargo. Al mismo tiempo, algunos componentes del lúpulo también tienen efectos antisépticos, lo que puede prolongar la vida útil de la cerveza.

¿Fermentación? Una vez que el mosto se ha enfriado, se añade la levadura y se transfiere al fermentador. Generalmente, primero se introduce una pequeña cantidad de aire, para que la levadura pueda realizar respiración aeróbica durante un corto período de tiempo para proliferar, y luego iniciar la fermentación. El proceso tradicional se divide en prefermentación y postfermentación, que se realizan en diferentes depósitos de fermentación. Actualmente es popular realizar la prefermentación y postfermentación en depósitos. La prefermentación utiliza principalmente levadura para convertir la maltosa del mosto en alcohol. La posfermentación produce principalmente algunas sustancias con sabores especiales para eliminar los olores de la cerveza y promover el envejecimiento de la cerveza. Durante este período, es necesario controlar la presión en el tanque para mantener el dióxido de carbono producido por la posfermentación en la cerveza.

¿Filtración y esterilización? Después de unas dos semanas de fermentación, algunas cervezas pueden tener un período de fermentación de varios meses. Filtrar la cerveza para eliminar la levadura y las pequeñas partículas de la cerveza y luego pasarla por 62? Esterilice a unos 20°C, luego enfríe y la cerveza estará lista para envasar.

¿Embalaje? Los principales métodos de envasado son botellas, latas y barriles. ?

(5)El dicromato de potasio puede detectar la presencia de alcohol. Este principio se puede utilizar para detectar si el conductor está ebrio. En concreto, el gas exhalado por el conductor entra en contacto directo con gel de sílice que contiene dicromato de potasio (ambos de color naranja) o trióxido de cromo tratado con ácido sulfúrico. Si el aliento contiene alcohol, el dicromato de potasio o el trióxido de cromo se convertirán en sulfato de cromo de color gris verdoso. ?

2. ¿Principio experimental?

(1) En condiciones aeróbicas, la levadura puede descomponer oxidativamente la glucosa en dióxido de carbono y agua y liberar energía. En condiciones anaeróbicas, la levadura puede convertir la glucosa en alcohol y dióxido de carbono mediante la respiración anaeróbica. ?

Respiración aeróbica de levaduras: c 6h 12o 6+6 O2+6h2o 6 CO2+12H2O+energía.

Respiración anaeróbica de levaduras: C6H12O62C2H5OH+2CO2+energía.

? (2) Compruebe la cantidad de CO2 producida por la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica de la levadura.

(1) Introducir los gases producidos por los dos métodos de respiración de la levadura en el agua de cal clarificada respectivamente, y juzgar la cantidad de CO2 producido por los dos métodos en función de la cantidad de precipitación de carbonato de calcio producida. distinguiendo así la respiración del tipo de levadura. La fórmula de reacción es la siguiente: CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O.

Cuando las condiciones lo permitan, puedes considerar usar Ba(OH)2 en lugar de Ca(OH)2, y el fenómeno será más obvio.

?

? (2) Pase los gases producidos por los dos métodos de respiración de levadura a la solución de azul de bromotimol respectivamente y juzgue la cantidad de CO2 producida por los dos métodos de acuerdo con el cambio de color de la solución. ?

En un ambiente con pH de 6,0 a 7,6, el color de la solución de azul de bromotimol cambiará de azul a verde, de amarillo verdoso a amarillo a medida que disminuye el valor del pH.

La respiración aeróbica libera más CO2 y produce más H2CO3, lo que acorta el tiempo que tarda la solución de azul de bromotimol en cambiar de azul a verde, a amarillo-verde y luego a amarillo. La respiración anaeróbica libera relativamente poco CO2 y la solución de azul de bromotimol tarda mucho tiempo en cambiar de azul a verde y luego de amarillo verdoso a amarillo. Según el tiempo que tarda la solución de azul de bromotimol en cambiar de color, podemos comparar la cantidad de CO2 liberada por la levadura en los dos modos de respiración.

? (3) ¿Probar el alcohol producido por la respiración anaeróbica de la levadura?

El alcohol producido por la respiración anaeróbica de la levadura puede reaccionar fácilmente con el dicromato de potasio en condiciones ácidas para producir sulfato de cromo de color gris verdoso. La solución diluida de dicromato de potasio es de color naranja claro. ¿La fórmula de la reacción química es 3c 2 H5 oh+2k 2 Cr 2 o 7+8h2so 4 = 3c H3 cooh+2k2so 4+2cr 4(SO4)3+11h2o?

3. ¿Guía de producción?

1. Levadura fresca (o levadura seca), solución de glucosa al 5%. ?

2. ¿Electrodomésticos? Varillas de vidrio, tubos de vidrio, tubos de ensayo, morteros, vasos de precipitados, probetas medidoras, frascos o matraces Erlenmeyer de 500 mL, tapones de goma y goteros. ?

3. ¿Reactivos? La fracción másica es una solución de NaOH al 10%, agua de cal clara (o solución de Ba(OH)2), agua destilada, ácido sulfúrico concentrado, cristales de dicromato de potasio, aceite para ensalada y solución de azul de bromotimol. ?

4. ¿Cuáles son los puntos clave de funcionamiento?

(1) Preparación del líquido de levadura

Tomar dos levaduras frescas, de 10 g cada una, y ponerlas en dos botellas de boca ancha o matraces Erlenmeyer de 500 mL, y luego agregar 200. mL de solución de glucosa al 5% a la botella para hacer líquido de fermentación de levadura, conocido como líquido de levadura.

(2) ¿Dispositivo experimental?

Dispositivo 1:

Dispositivo 2:?

¿Agregar un poco de aceite de ensalada al líquido de levadura en el dispositivo 2 para aislar el aire?

Aparato 3: Igual que el aparato 1 o 2, excepto que la solución de levadura se cambia a solución de glucosa.

(3) Detección

① ¿Utiliza agua de cal (o solución de Ba(OH)2) para detectar la generación de CO2?

Temperatura ambiente 25? Con una humedad del 55 % y 10 minutos, se puede ver que el agua de cal en el dispositivo 1 se vuelve turbia, mientras que el agua de cal en el dispositivo 2 simplemente burbujea. Después de 20 minutos, el agua de cal del dispositivo 2 se vuelve turbia. ?

Fenómeno experimental: Comparar la turbidez del agua de cal en los dos dispositivos por unidad de tiempo.

Se puede observar que el líquido de levadura tanto en el dispositivo 1 como en el dispositivo 2 produce gas, lo que enturbia el agua de cal, pero la turbiedad (precipitación) del agua de cal en el dispositivo 1 es mayor que la del dispositivo. 2. Dispositivo 1 El agua de cal en el Dispositivo 2 se vuelve turbia antes que el agua de cal en el Dispositivo 2. Ninguna agua de cal se volvió turbia en el dispositivo 3.

② Utilice solución de azul de bromotimol para detectar la producción de CO2.

Preparación de solución de azul de bromotimol: Añadir 5 mL de solución de azul de bromotimol con una concentración másica de 10-4 g/mL, 100 mL de agua destilada y 1 gota de solución de azul de bromotimol con una concentración másica de 10 -4 g/mL en un matraz Erlenmeyer de solución de NaOH de 0,1 g/mL. La solución es azul en este punto.

Nota: Todavía use el dispositivo 1 y el dispositivo 2, pero el agua de cal en la botella debe reemplazarse con una solución de azul de bromotimol y el recipiente de reacción debe conectarse de acuerdo con el diagrama del dispositivo. El Dispositivo 1 y el Dispositivo 2 deben conectarse a la solución de azul de bromotimol al mismo tiempo.

Fenómeno experimental: ¿Temperatura ambiente 25? Cuando la temperatura es ℃ y la humedad es del 55%, ocurrirá el siguiente fenómeno después de 20 minutos.

¿La solución azul de bromotimol en el dispositivo 1 cambia de azul a verde a los 130 s; a amarillo verdoso a los 190 s y a amarillo a los 270 s?

La solución de azul de bromotimol del dispositivo 2 tarda 330 s en volverse amarilla. ?

La solución azul de bromotimol en el dispositivo 3 sigue siendo azul.

③Detección de producción de alcohol.

Toma 3 tubos de ensayo y etiquétalos 1, 2 y 3 respectivamente según el número de equipo.

Agregue 0,1 g de cristales de dicromato de potasio a los tubos de ensayo N° 1, 2 y 3, luego agregue con cuidado 0,5 ml de ácido sulfúrico concentrado a los tres tubos de ensayo respectivamente, agite los tubos de ensayo para disolver los cristales y espere a que la solución se enfriar antes de usar. ¿Temperatura ambiente 25? En condiciones de 55% de humedad y 1 durante 20 minutos, saque el líquido de levadura en los dispositivos 1 y 2 y el líquido de glucosa en el dispositivo 3, fíltrelos respectivamente y coloque el filtrado en tres tubos de ensayo limpios. Sacar 2 mL del filtrado y agregarlo a los tubos de ensayo N° 1, 2 y 3 respectivamente y agitar los tubos de ensayo.

Fenómeno experimental: Observar el cambio de color de la solución por unidad de tiempo.

El color naranja de la solución del tubo de ensayo 1 (es decir, la solución del dispositivo 1) cambia ligeramente, es decir, aparece un poco gris verdoso.

La solución en el tubo de ensayo 2 (es decir, la solución en el dispositivo 2) cambia de naranja a gris verdoso (tal vez azul amarillento sobre el fondo naranja).

La solución del tubo de ensayo 3 (es decir, la solución del dispositivo 3) todavía es de color naranja.

5. Varias cuestiones que necesitan atención

(1) Las tuberías de conexión de cada equipo deben estar lo más libres de fugas posible.

(2) Cuando se detecta alcohol, se debe detectar inmediatamente después de su dispensación.

(3) Dado que el dispositivo es simple y no puede formar condiciones aeróbicas o anaeróbicas completas, no se puede descartar la producción de alcohol en el dispositivo 1. En experimentos para detectar la producción de alcohol, el Dispositivo 1 puede aparecer un poco gris verdoso.

(4) Preste atención a los resultados experimentales del dispositivo de control 3.

(5) Se recomienda dividir toda la clase en varios grupos, con 4-6 personas en cada grupo.

4. ¿Diseño instruccional?

1. Pregunta

Crea una situación: se puede introducir desde la elaboración de cerveza industrial.

La enseñanza se centra en la comprensión de los estudiantes sobre la levadura y cómo realizar experimentos de respiración de células de levadura.

Haga una hipótesis

Dirija a los estudiantes a discutir dos posibles formas de respiración de las células de levadura.

Diseñar experimentos

Céntrese en guiar a los estudiantes a pensar en las siguientes cuestiones.

(1) ¿Cómo controlar las condiciones aeróbicas y anaeróbicas en el experimento?

(2) ¿Cómo identificar los productos de la respiración celular? La atención se centra en cómo detectar la producción de dióxido de carbono y alcohol, y cómo comparar las cantidades de los dos productos respiratorios.

4. Plan de implementación

Igual que la "Guía de Operación" anterior.

5. ¿Analizar los resultados?

(1) ¿Qué pasa si la temperatura ambiente es 25ºC? En condiciones de ℃ y 55% de humedad, después de instalar el dispositivo, habrá fenómenos experimentales obvios aproximadamente 25 minutos después de que comience el experimento. ?

(2) Tanto la respiración aeróbica como anaeróbica de la levadura pueden detectar la producción de dióxido de carbono. La cantidad de dióxido de carbono producido se puede juzgar en función de la turbiedad del agua de cal por unidad de tiempo. ?

(3) La producción de alcohol se puede detectar tanto en el aparato respiratorio aeróbico como en el anaeróbico de la levadura. Esto se debe a que, en las condiciones actuales de los laboratorios de biología de las escuelas secundarias de mi país, es difícil mantener cada célula de levadura en el dispositivo aeróbico en un ambiente aeróbico. Por lo tanto, algunas levaduras también pueden producir alcohol al realizar respiración anaeróbica en un aparato de respiración aeróbica.

Sacar una conclusión

El profesor guía a los estudiantes para que saquen las siguientes conclusiones a través de la discusión. ?

(1) Hay dos formas de respiración celular: la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica.

(2) La respiración anaeróbica de las células incluye dos formas: el alcohol producido por la respiración anaeróbica y el ácido láctico producido por la respiración anaeróbica.

7. Comunicación rápida

Se necesitan unos 30 minutos desde que los estudiantes inician el experimento hasta que obtienen los resultados experimentales. Después del experimento, se puede organizar tiempo para que los estudiantes discutan, clasifiquen los resultados experimentales y envíen representantes de cada grupo para informar y comunicarse. ?

Verbo (abreviatura de verbo) ¿Sugerencias de evaluación?

1. Los niveles de evaluación se dividen en cuatro niveles: excelente, bueno, aprobado y reprobado.

2. Los estudiantes o grupos que puedan completar las actividades de investigación recibirán "Bueno" o superior.

3. Los estudiantes o grupos que sean creativos y tengan ideas en una determinada parte de las actividades de investigación, y las piensen detenidamente y las practiquen serán evaluados para mejorar en un grado.