TECHNIEK eerste graad A-stroom KIJKWIJZER: toepassingsgebied BIOCHEMIE

Transcriptie

1 Vlaams Verbond van het Katholiek Secundair Onderwijs Guimardstraat 1, 1040 Brussel TECHNIEK eerste graad A-stroom KIJKWIJZER: toepassingsgebied BIOCHEMIE 1 Inleiding Bij de beschrijving van de kerncomponent technisch systeem komen de termen scheikundig en biologisch expliciet voor: Een technisch systeem is een geheel van elkaar wederzijds beïnvloedende elementen en onderdelen die gericht zijn op het bereiken van (een) bepaald(e) doel(en). In een technisch systeem kunnen zich natuurkundige, scheikundige of biologische fenomenen voordoen. Om toepassingen te zoeken i.v.m. biochemie heeft men in de eerste graad mogelijkheden bij o.a. voeding, hygiëne, waterzuivering, compostering. Voeding is altijd van biologische oorsprong. Bij het produceren, verwerken, bereiden, bewaren van voeding zal men dikwijls te maken hebben met biochemische fenomenen. Bij biochemische fenomenen grijpen er stofomzettingen plaats in biologische producten. Toepassingen waarbij zich geen biochemische fenomenen voordoen passen niet in het toepassingsgebied, zelfs als het toepassingen zijn die te maken hebben met voeding. Zo zijn het maken van fruitsap en fruitbrochetten of het malen van graan geen toepassingen van biochemie omdat hier geen stofomzettingen plaatsgrijpen. Het domein van de biochemie is zeer uitgebreid en vrij abstract. Genetica, GGO s, enzymen zijn allemaal toepassingen uit de biochemie. De meeste van deze toepassingen kunnen zeker niet aan bod komen in de eerste graad. Wat kan dan wel aan bod komen? Om hierop een antwoord te vinden geven we een tweetal criteria om te komen tot een goede selectie voor de eerste graad. 2 Criterium om biochemie-onderwerpen af te bakenen Volgend criterium kan gehanteerd worden om te oordelen of we te maken hebben met een biochemische toepassing: Levende organismen doen stofomzettingen. - Levende organismen kunnen plantaardig, dierlijk of microbiologisch zijn. Voorbeelden van waarneembare veranderingen in levende organismen: kiemen van een graankorrel, ontwikkelen van mycelium bij beschimmeld brood of tomaat, groeien van planten onder invloed van fotosynthese. - Met stofomzettingen bedoelen we structuurveranderingen waarbij moleculen van samenstelling veranderen. In de eerste graad kiezen we voorbeelden waarbij eenvoudig waarneembare veranderingen plaatsgrijpen. Voorbeelden van waarneembare veranderingen tijdens de stofomzetting: smaakverandering, kleurverandering, gasontwikkeling (belletjes, geur, ontstaan van biogas), waarneembare energieomzettingen (bv. warmte die vrijkomt tijdens het composteren). - Deze tekst werd besproken door de overleggroep begeleiders techniek, op 9 februari 2012.

2 2 In het leerplan natuurwetenschappen (2010/001) in de eerste graad A-stroom zijn een aantal leerplandoelstellingen opgenomen die slaan op zowel waarneembare stofomzettingen als op levende organismen. 3 Onderscheid tussen wetenschap en techniek Wetenschap en techniek zijn een twee-eenheid. In het toepassingsgebied hebben we vaak te maken met aspecten uit het vak Natuurwetenschappen. In het vak Natuurwetenschappen zal men tijdens het bestuderen van de natuur (zowel levende als nietlevende) vaak aspecten van het technisch proces hanteren. Denken we maar aan het maken van een proefopstelling en het hanteren van meettoestellen en apparaten. Techniek in het vak Natuurwetenschappen is geen doel op zich maar wel een noodzakelijk bij het hanteren van de wetenschappelijke methode. In het vak Techniek zal men tijdens het hanteren van het technisch proces vaak aspecten van wetenschap nodig hebben. Zo zal men bv. wetenschappelijke kennis hanteren om iets te maken of voert men een onderzoekje uit voor men overgaat tot een ontwerp. Het onderzoeken of het gebruiken van wetenschappelijke kennis in het vak Techniek is geen doel op zich maar is soms wel een noodzakelijk bij het bedenken van technische oplossingen. Wetenschap Techniek Door het hanteren van de Door het hanteren van het wetenschappelijke methode technisch proces probeert de probeert de mens op een mens op een systematische systematische manier kennis te manier zijn omgeving te be- verwerven over zijn omgeving heersen en te veranderen. (wereld, mens, maatschappij ). Naargelang de context spreekt men van natuurwetenschappen, menswetenschappen, Tijdens het onderzoek komen aspecten van het technisch proces aan bod. Tijdens het ontwerpen, maken, evalueren komen aspecten van de wetenschappelijke methode aan bod. Naargelang de context spreekt men van industriële technologie, biotechnologie, farmaceutische technologie, informatietechnologie (ICT) economische wetenschappen Voorbeelden: - Bedenken van een experi- Voorbeelden: - Wetenschappelijke ment kennis hanteren tijdens - Maken van een proefopstel- het ontwerp ling - Een onderzoek uitvoeren De wetenschappelijke methode: om tot een technische oplossing te komen Het technisch proces: - Probleemstelling - Onderzoeksvraag - Ontwerpen - Hypothese - Maken - Onderzoek - In gebruik nemen - Hypothese bevestigen, bijstel- - Evalueren len of verwerpen

3 Kijkwijzer op basis van de criteria Enkel de processen in de grijze cel kunnen als biochemische processen omschreven worden. Sommige van deze processen zijn gewenst zoals verteren van voedsel, maken van yoghurt (bier, wijn), fotosynthese bij het kweken van groenten Andere zijn ongewenst: voedselbederf door m.o., ontwikkelen van onkruid, bacteriële infecties Structuurveranderingen waarbij moleculen van samenstelling veranderen (= chemisch =stofomzettingen) Structuurveranderingen waarbij moleculen niet van samenstelling veranderen (= fysisch bv. smelten, koken, condenseren, uitzetten ) Processen waarbij structuurveranderingen optreden in levende materie Verteren van voeding door o.a. enzymen Composteren door o.a. m.o. Fotosynthese in bladgroen Fermentatie door m.o. Processen waarbij structuurveranderingen optreden in nietlevende materie Roesten van ijzer Verbranden van hout Bruisen bij het oplossen bruistablet Smelten van ijs Uitzetten/inkrimpen van metalen/hout Uitharden van beton Vorming van ijskristallen Oplossen van keukenzout in water Malen van graan 5 Veiligheid en hygiëne Bij het toepassingsgebied biochemie heeft men vaak te maken met aspecten van veiligheid en hygiëne. Zo zal men rekening moeten houden met de nodige hygiëne als men voedselbereidingen (bv. bakken van wafels, brood ) uitvoert. Omwille van de veiligheid wordt het kweken van micro-organismen op voedingsbodems in de eerste graad ten stelligste afgeraden. 6 Voorbeeld: conserveren van voedsel 6.1 Probleemstelling Fruit(sap), groenten, vlees, vis kunnen maar een beperkte tijd vers worden bewaard. Hoe kunnen we ervoor zorgen dat we deze voedingswaren langere tijd kunnen bewaren?

4 4 Onderzoeken waarom we verse producten maar een beperkte tijd kunnen bewaren Oplossingen zoeken om verse producten gedurende een langere tijd te bewaren - Onderzoeken o Een halve tomaat, een broodsnede, melk, fruitsap een paar dagen op kamertemperatuur laten staan. We nemen schimmelgroei (tomaat, brood) of smaakverandering (melk, fruitsap) waar. Het onderzoeksaspect kan zich toespitsen op randvoorwaarden: welke tomaten rotten het snelst? Zo zal men zien dat beschadigde tomaten sneller rotten dan niet beschadigde. o Rotten, beschimmelen, verzuren, spontane gisting: micro-organismen (m.o.) (bacteriën, gist, schimmels) spelen hierbij een belangrijke rol. - Onderzoeken: fruitsap + bakkersgist (vergisting) o Waarnemingen: er komen gasbelletjes vrij smaakverandering (alcoholproductie: suiker wordt door gisten omgezet in alcohol) o Link met natuurwetenschappen eerste graad: stofomzetting (zie nieuw leerplan). Chemische formules en reactievergelijkingen zijn niet aan de orde in de eerste graad. Stofomzettingen kan men waarnemen door kleurverandering, smaakverandering, gasontwikkeling, visuele veranderingen o Eventueel verder onderzoek: vee l- weinig suiker gebruiken veel suiker (meer dan 40%): geen gisting mogelijk weinig suiker: wel gisting mogelijk link met natuurwetenschappen: wetenschappelijke vaardigheden (zie eindtermen) o Veel suiker gebruiken = conserveringstechniek (m.o. kunnen niet leven) gebruik bij confituur, snoep conserveringstechniek = confijten men kan ook veel zout gebruiken (gepekelde producten) conserveringstechniek = pekelen - Eventuele duiding: gebruik van micro-organismen bij voedingswaren noemt men fermentatietechniek. Wij gebruiken vele gefermenteerde producten: bier, wijn, kaas (denk o.a. aan schimmelkazen), zuurkool, yoghurt. o Link met natuurwetenschappen: wetenschap en samenleving (zie nieuw leerplan) - Ook bij deegbereiding brood, composteren worden m.o. gebruikt. - Historische aspecten: o Van ijskelder tot diepvries o Steriliseren in grootmoederstijd tot het conservenblik vandaag Door micro-organismen (m.o.) bederven voedingswaren. Een conserveringstechniek zorgt ervoor dat m.o. gedood worden of niet kunnen overleven. Voorbeelden van conserveringstechnieken: - Konfijten: m.o. kunnen niet overleven als er zeer veel suiker aanwezig is. Voorbeelden: confituur en snoep. - Pekelen: m.o. kunnen niet overleven als er zeer veel zout aanwezig is. Voorbeelden: gepekelde vis en vlees. - Pasteuriseren, steriliseren: m.o. worden gedood bij hoge temperatuur. Voorbeelden: melk, conserven. - Diepvriezen: m.o. kunnen niet overleven bij lage temperatuur: Voorbeelden: diepvriesproducten. - Alcohol: m.o. kunnen niet overleven in alcohol. Voorbeelden: cognac, whisky, ontsmettingsalcohol. - Opleggen in azijn (bv. ajuintjes)

5 Ontwerpen Bij de bereiding van alcoholische dranken mag er geen lucht(zuurstof) aan het gistende mengsel komen. - Wat zal er gebeuren als we de gistende fruitsap afsluiten met een deksel? - Ontwerp een technisch systeem dat de gasbelletjes vrijlaat en toch het gistende mengsel niet in contact met de lucht laat komen. - Bestudeer nevenstaande afbeeldingen van een waterslot en ontwerp zelf een waterslot. - Link met natuurwetenschappen: communicerende vaten (basisonderwijs!) Gebruik van een waterslot in technische systemen: de sifon (toilet, lavabo, rioolrooster met waterslot). Opmerking: een sifon dient om (onwelriekende) gassen tegen te houden. Ogenschijnlijk is de werking van een sifon dus verschillend met een waterslot. Dit aspect kan via onderzoeksvragen verder uitgediept worden. Zo zorgt een waterslot dat er geen overdruk ontstaat doordat er gasbelletjes kunnen ontsnappen. Bij een sifon is er doorgaans geen overdruk. 7 Bijkomende suggesties - Bereiding van brood, zuurkool, yoghurt, kaas - Composteren: maken van een compostbak, volgen temperatuursverloop in een composterend mengsel - Biogas - Waterzuivering (biologisch) - Eventueel een vakoverschrijdend project met o natuurwetenschappen (best in het tweede jaar!) o in de basisoptie Moderne wetenschappen met Wetenschappelijk werk o in de basisoptie Techniek-wetenschappen o in basisopties waar voeding een belangrijk aspect is 8 Kerncomponenten van techniek in toepassingsgebied biochemie 8.1 Voorbeeld 1: brood bakken Technisch proces: het volledige proces om te komen tot een brood

6 6 - Van probleem tot ontwerp komen tot een recept - Maken Van malen tot brood - In gebruik nemen en evalueren smaaktests Technische systemen: welke technische systemen worden gehanteerd om te komen tot een brood? - Graan malen Graanmolen - Deeg maken Kneedmachine - Bakken Oven - Brood snijden Broodsnijmachine Hulpmiddelen - Grondstoffen: graan, water, gist, smaakverbeteraars - Elektrische energie (vroeger: windenergie, watermolen), warmte- energie (oven) Keuzen Criteria: smaak, houdbaarheid, cultuur (zuurdesem), massa, vorm (stokbrood, blok, rond) Waarom past dit binnen het biochemisch toepassingsgebied? - We werken met plantaardig materiaal (granen) en gist. - Bij het maken van het deeg grijpen er stofomzettingen plaats. We kunnen dit waarnemen aan de hand van het rijzen van de deeg. - Bij het bakken grijpen er stofomzettingen plaats. We kunnen dit waarnemen door de kleurverandering (van grijswit naar bruin) en door de aangename geur (versgebakken broodgeur). Opmerking: het bakken van gistwafels is een alternatief. 8.2 Voorbeeld 2: yoghurt maken Technisch proces - Van probleem tot ontwerp: verschillende verwerkingstemperaturen onderzoeken, verschillende melksoorten (gepasteuriseerde, gesteriliseerde) onderzoeken - Maken: met yoghurtmachine (bloemetjes) zelf yoghurt maken - In gebruik nemen en evalueren smaaktests, eventueel bijsturen van proces Technische systemen - yoghurtmachine Hulpmiddelen - Grondstoffen: melk, bloemetjes - Elektrische energie Keuzen Criteria: smaak, hoeveelheid Waarom past dit binnen het biochemisch toepassingsgebied? - We werken met melk (product afkomstig van dieren) en micro-organismen (aanwezig op de bloemetjes). - Bij het fermenteren van de melk treden er stofomzettingen op. We kunnen dit waarnemen door de smaakverandering.