4.04 Izolace kaseinu z mléka.

4. Přírodní látky: zdroje, vlastnosti a důkazy
4.04 Izolace kaseinu z mléka.
Projekt Trojlístek
úroveň
1–2–
3
Izolace kaseinu z mléka
Trojlístek
1. Předmět výuky
Metodika je určena pro vzdělávací obsah vzdělávacího předmětu
Chemie
Chemie.
2. Cílová skupina
Metodika je určena pro žáky 2. stupně ZŠ (8. a 9. třída) a nižší
2. stupeň ZŠ (8. a 9. třída)
ročníky osmiletých gymnázií (tercie a kvarta).
Osmiletá gymnázia (tercie a kvarta)
3. Abstrakt
Kaseiny tvoří hlavní složku mléka (asi 80 % bílkovin). Jsou to
fosfoproteiny – fosfobílkoviny (tj. některé jejich OH skupiny
jsou esterifikovány kyselinou trihydrogenfosforečnou). Obsahují
značné množství prolinu (aminokyselina), který způsobuje
zlomy v řetězci bílkoviny a znemožňuje vytvoření kompaktní
(sourodé) struktury. Neobsahují sulfidové můstky (-S-S-). Mají
velice málo sekundární (druhotné) struktury a téměř žádnou
terciární (vlákna a kulovité tvary), takže je obtížné je denaturovat
(znehodnocovat). V mléku se nachází v micelách, které drží Kasein – mléčná bílkovina
pohromadě díky vápenatým iontům a hydrofobním
(vodoodpudivým silám). Mléko obsahuje 35 g/l kaseinu.
4. Startovní znalosti žáků
Předpokládáme znalosti načerpané v 1. a 2. stupni ZŠ
v předmětech Prvouka, Vlastivěda, Přírodopis, Fyzika, Chemie
a rovněž obecné znalosti jevů každodenního života z oblasti
člověk a příroda (mléko - složení, bílkovina jako základní stavební
složka především živočišných těl, vodoodpudivé síly).
5. Cílové znalosti žáků, nabyté vědomosti, přínos
Co mají žáci znát:
• pojem aminokyselina – obecný
vzorec R-CHNH2COOH,
• pojem bílkovina;
• pojem hydrofobní –
vodoodpudivý;
• pojem heterogenní –
nestejnorodý
Co se žáci dozví:
• Pojem protein.
• Prolin – aminokyselina.
• Sulfidické můstky a struktura
bílkovin.
• Denaturace.
• Pojem micela.
• Izoelektrický bod – určité pH,
při kterém se bílkovina vyloučí
z roztoku.
Vlastnosti bílkovin jako základních složek potravy a důležitých
stavebních kamenů živočišných, rostlinných těl, bakterií a virů.
Uvědomění si, že především člověk je objekt, ve kterém dochází
k chemickým reakcím – metabolismu (látkové přeměně) na
základě příjmu a vylučování potravy, dýchání, hormonální
regulace a nervové činnosti.
Mléko je heterogenní směs proteinů, obsahující navázanou
kyselinou trihydrogenfosforečnou.
Trojlístek
podpora výuky přírodopisu, biologie, fyziky a chemie žáků ve věku 11 až 15 let
2
Izolace kaseinu z mléka
Trojlístek
6. Chemikálie, pomůcky a vybavení
6.1 Použité chemikálie
Kyselina chlorovodíková HCl (10% roztok)
Ethanol CH 3 CH 2 OH
Hydroxid sodný NaOH (10% roztok)
Síran měďnatý pentahydrát CuSO 4 .5H 2 O (5% roztok)
100 ml odtučněného mléka
6.2 Pomůcky a laboratorní vybavení
Kádinka 500 ml
Odměrný válec 100 ml
Laboratorní stojan s filtračním kruhem
Filtrační nálevka
Nedělená pipeta 1 ml
Skleněná tyčinka
Teploměr
Mušelín (gáza)
Univerzální pH papírky
Odsávačka
Bűchnerova nálevka
6.3 Přístrojové vybavení
Provedení experimentu
měřicích přístrojů.
nevyžaduje
DŮLEŽITÉ:
Co budu potřebovat, co si mám
nachystat, připravit, nakoupit!
NEZAPOMENOUT NA VZORKY!
Cestou ze školy nezapomeneme
koupit mléko (odtučněné).
použití
laboratorních
7. Časový harmonogram
7.1 Příprava experimentu
Do doby přípravy experimentu je nutno zahrnout shromáždění
výše uvedených chemikálií, pomůcek a nádobí.
Časy:
ČASY:
Shromáždění pomůcek, nádobí a chemikálií odhadujeme na
maximálně 10 minut. Nesmíme však zapomenout opatřit si
odtučněné mléko.
10 minut
7.2 Realizace experimentu
Doba realizace pokusu je odvislá od počtu zvolených testovacích
vzorků, doporučujeme 3 až 5 vzorků.
Časy:
Předpokládaná doba realizace je 30 minut, pokud budeme
provádět také důkaz bílkoviny kaseinu.
30 minut
Trojlístek
podpora výuky přírodopisu, biologie, fyziky a chemie žáků ve věku 11 až 15 let
3
Izolace kaseinu z mléka
Trojlístek
8. Laboratorní postup
100 ml odtučněného mléka zahříváme v kádince na 40 oC. Po
kapkách za stálého míchání přidáváme 10% HCl, dokud pH
neklesne na 5,0 (kontrolujeme pH papírkem). Je nutné se
vyhnout překyselení roztoku. Dosažení izoelektrického bodu se
projeví sražením bílkoviny. Suspenzi ochladíme na laboratorní
teplotu. Necháme 10 minut stát a zfiltrujeme přes mušelín
(gázu). Sraženinu vpravíme zpět do kádinky a promyjeme 2 krát
vodou. Pak ji opakovaně suspendujeme (resuspendace) v 30 ml
ethanolu a opět zfiltrujeme. Kasein rozprostřeme na filtrační
papír a vysušíme. Lze provést i biuretovou zkoušku na bílkoviny: Biuretová zkouška na kasein
k 15 kapkám zkoumaného roztoku přidáme 5 kapek 10 % NaOH
a 2 kapky 5% CuSO 4 .5H 2 O a mícháme.
9. Princip experimentu
Bílkoviny se izolují ze složitých směsí. Kasein je bílkovina, která
tvoří převážnou část směsi v mléku a je využito jejích odlišných
vlastností od ostatních složek mléka. Kasein se vysráží přídavkem
minerální kyseliny. Při pH pod 5 se kasein vyloučí z roztoku
(pH = 4,8). V silně kyselém prostředí se však opět rozpouští díky
přítomnosti zásaditých skupin Sraženinu kaseinu lze oddělit
filtrací, promytím vodou a opětnou tvorbou suspenze
v ethanolu.
10. Bezpečnost práce
Kromě dodržování zásad bezpečnosti práce a hygieny práce je
nutné seznámit se s povahou použitých chemikálií se způsoby
jejich likvidace a s nutnými úkony v případě poškození zdraví.
Hydroxid sodný
Hydroxid sodný, louh sodný, je hydroxid (alkálie) a žíravina. Jak
bylo uvedeno výše a jak také vyplývá z následujících R-vět a S-vět
(H-vět a P-vět), v případě potřísnění pokožky nebo očí je nutno
oplachovat proudem vody. Doporučujeme používat ochranné
brýle.
Zbytky roztoku lze likvidovat v kanalizaci, v případě většího
množství po předchozí neutralizaci (např. octem).
H-věty a P-věty:
H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí.
P280 - Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné
brýle/obličejový štít.
POZOR!
Hydroxid (louh) sodný je žíravina!
Trojlístek
podpora výuky přírodopisu, biologie, fyziky a chemie žáků ve věku 11 až 15 let
4
Izolace kaseinu z mléka
Trojlístek
P301+P330+P331 - PŘI POŽITÍ: Vypláchněte ústa. NEVYVOLÁVEJTE zvracení.
P303+P361+P353 - PŘI STYKU S KŮŽÍ (nebo s vlasy): Veškeré
kontaminované části oděvu okamžitě svlékněte. Opláchněte kůži
vodou/osprchujte.
P304+P340 - PŘI VDECHNUTÍ: Přeneste postiženého na čerstvý
vzduch a ponechte jej v klidu v poloze usnadňující dýchání.
P305+P351+P338 - PŘI ZASAŽENÍ OČÍ: Několik minut opatrně
vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny
a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
P310 Okamžitě volejte TOXIKOLOGICKÉ INFORMAČNÍ STŘEDISKO
nebo lékaře.
P405 Skladujte uzamčené.
P501 Obsah/nádobu likvidujte v souladu s místními/regionálními/národními/mezinárodními předpisy.
K hydroxidu sodnému není třeba přistupovat s přehnanou
obavou nebo dokonce strachem. Jedná se o běžně dostupnou
chemikálii. Svými vlastnostmi je příbuzný dalším volně
prodejným žíravinám jako jsou uhličitan sodný Na 2 CO 3 (soda)
nebo hydroxid vápenatý Ca(OH) 2 (hašené vápno). Ty můžeme
koupit v individuální formě nebo, v případě sody, jsou obsaženy v
mnoha domácích čističích (pro odpady koupelen a WC apod.).
Síran měďnatý
Síran měďnatý pentahydrát CuSO 4 .5H 2 O (tzv. modrá skalice) je
modře zbarvená pevná krystalická látka. Navzdory tomu, že látka
je na základě svých vlastností klasifikována jako dráždivá, zdraví
škodlivá a nebezpečná pro životní prostředí, nemusíme se práce
s ní obávat, pracujeme s malým množstvím a s málo
koncentrovaným roztokem. Přesto se musíme vyvarovat
potřísnění (očí, pokožky) a požití.
V případě potřísnění pokožky nebo očí je nutno oplachovat
proudem vody. Doporučujeme používat ochranné brýle.
H-věty a P-věty:
H302 Zdraví škodlivý při požití.
H319 Způsobuje vážné podráždění očí.
H315 Dráždí kůži.
H410 Vysoce toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými
účinky.
P301 + P312 PŘI POŽITÍ: Necítíte-li se dobře, volejte
TOXIKOLOGICKÉ INFORMAČNÍ STŘEDISKO nebo lékaře.
P302 + P352 PŘI STYKU S KŮŽÍ: Omyjte velkým množstvím vody
a mýdla.
P305 + P351 + P338 PŘI ZASAŽENÍ OČÍ: Několik minut opatrně
vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny
a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
Trojlístek
podpora výuky přírodopisu, biologie, fyziky a chemie žáků ve věku 11 až 15 let
5
Izolace kaseinu z mléka
Trojlístek
Kyselina chlorovodíková
H314 Způsobuje poleptání a poškození očí.
H335 Vdechování způsobuje podráždění dýchacích cest.
P305 + P351 + P338 PŘI ZASAŽENÍ OČÍ: Několik minut opatrně
vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny
a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
Doporučujeme používat ochranné pomůcky – brýle, štíty.
Ethanol
Ethanol (líh) je všemi známá bezbarvá kapalina, její t.v. je 78 °C.
V chemické praxi se hojně používá jako rozpouštědlo, a to buďto
v roli reakčního prostředí při provádění chemických reakcí
v laboratořích nebo průmyslu nebo jako rozpouštědlo pro různé
separační techniky (chromatografie, krystalizace, extrakce aj.). Je
volně k prodeji (Líh technický), obvykle jako 95% a denaturovaný.
H-věty a P-věty:
H225 Vysoce hořlavá kapalina a páry.
P210 Chraňte před teplem/jiskrami/otevřeným plamenem/
/horkými povrchy. - Zákaz kouření.
Zbytky ethanolu můžeme likvidovat v kanalizaci
11. Poznámky ke strategii výuky
Experiment je středně náročný, jak po časové tak po pracovní
stránce. Vyžaduje malé množství chemikálií, vzorků mléka
inádobí. Je potřeba být vybaven pokud možno Bűchnerovou
nálevkou a odsávačkou (proces se urychlí).
12. Přínos
Bílkovina kasein, přírodní látka organického původu, má
rozhodující význam např. při výrobě sýrů. Žáci se seznámí
s přípravou roztoku, složitější filtrací přes Bűchnerovou nálevku.
Poznají způsob průběhu srážení bílkovin s možností ovlivňování
průběhu vnějšími faktory ( pH, teploty a pI-izoelektrický bod).
13. Fotografie
Počáteční a konečný stav experimentu lze dokumentovat Kasein v odtučněném mléku a jeho
pořízením fotografie, případně průběh vysolování lze důkaz biuretovou reakcí
zaznamenat videosekvencí.
Trojlístek
podpora výuky přírodopisu, biologie, fyziky a chemie žáků ve věku 11 až 15 let
6