Зачетная работа Тема работы: Изучение процесса брожения

ГОРОДСКОЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР г. МОСКВА

Зачетная работа

Тема работы: Изучение процесса брожения

Слушатель курсов:

Учитель химии ГБОУ Школа № 000

ЮАО г. Москвы

Москва 2016

Оглавление

Введение        2

Литературный обзор        2

Цель и задачи работы        4

Методика выполнения работы        4

Выводы        6

Список литературы        6

Введение

Спиртовое брожение — это процесс превращения углеводов, вызываемый дрожжами, некоторыми видами бактерий (Zymomonas mobilis, Sarcina ventriculi и др.) и отдельными представителями мукоровых грибов. При этом практическое значение имеет лишь спиртовое брожение, осуществляемое дрожжами.

Дрожжи встречаются на поверхности растений, плодов, ягод, зерна, в воздухе, почве. Это одноклеточные, неподвижные организмы диаметром 8—15 мкм.

Дрожжи обычно размножаются бесполым путем: почкованием (Saccharomyces и др.), реже — делением (Schizosaccharomyces), но способны и к спорообразованию.

Дрожжи сбраживают углеводы (моно - и дисахариды) с образованием этилового спирта по схеме:        С6Н12О6 → 2СН3СН2ОН + 2СО2↑

Дрожжи лучше развиваются при рН 4–6, устойчивы к высоким концентрациям сахара (до 70%) и спирта (до 14%).

Спиртовое брожение лежит в основе виноделия, пивоварения. В хлебопекарной промышленности дрожжи выполняют роль биологических разрыхлителей теста: при брожении и дыхании образуется диоксид углерода СО2, благодаря чему увеличиваются объем теста при выпечке и пористость хлеба. Большинство видов культурных дрожжей, используемых в бродильных производствах, принадлежит к роду Saccharomyces.

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи – сахаромицеты.

Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно - и дисахаридов до углекислого газа и воды, т. е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса (эффект Пастера). [1]

Литературный обзор

Для изучения спиртового брожения используют синтетическую среду следующего состава: раствор сахарозы (разные массовые доли); дрожжи пекарские; дрожжи выращенные самостоятельно; КН2РО4; MgSO4.

Опыт ставят в нестерильных условиях, однако благодаря созданию элективных условий — учету избирательных потребностей возбудителей спиртового брожения, в среде будут развиваться преимущественно дрожжи. При этом жизнедеятельность других групп микроорганизмов будет подавлена.

100 мл среды наливают в колбу Эрленмейера или плоскодонную колбу на 250—300 мл и вносят туда около 0,5 г прессованных или сухих дрожжей. Колбу закрывают каучуковой пробкой, в которую вставлен затвор Мейссля с резиновым клапаном Бунзена (рис. 15). В состав затвора Мейссля входят три стеклянные детали: внутренняя стеклянная трубка (1), один конец которой входит в колбу, а другой — во внутренний стеклянный резервуар (2), имеющий внизу отверстия, соединяющие его с внешним (основным) резервуаром (3), который имеет выход вверх и вниз. Выход вверх закрыт толстостенной резиновой трубкой с небольшим продольным разрезом (клапан Бунзена). Верхний конец резиновой трубки закрыт стеклянной бусиной. Затвор легко пропускает выделяющийся при брожении диоксид углерода (СО2), но испаряющаяся при инкубации в термостате влага, проходя через слой концентрированной серной кислоты (H2SO4), налитой в затвор, поглощается ею.

Рисунок. Колба с затвором Мейссля для изучения спиртового брожения.

Клапан также пропускает выделяющийся из колбы СО2, но не дает возможности наружному воздуху проникать в колбу.

Колбу взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и ставят в термостат при 25°С.

К условиям, способствующим преимущественному развитию дрожжей по сравнению с другими микроорганизмами, относятся: высокая концентрация сахара, слегка кислая реакция среды (за счет КН2РО4), анаэробные условия, накопление значительного количества спирта. Сумма этих факторов делает среду элективной для дрожжей.

Определение СО2. Диоксид углерода, образующийся при брожении, определяют по разности массы колбы при постановке опыта и после его окончания. Завершение процесса брожения устанавливают по прекращению газообразования. Брожение обычно продолжается 2–3 дня. Несмотря на то, что колбу взвешивают только на технических весах, учет СО2 получается достаточно точным, так как в процессе брожения его выделяется много. Почти 50% сброженного сахара превращается в диоксид углерода.

В опыте среда содержит 15 г сахара. При этом может выделиться 7–7,5 г СО2. Расчет количества образовавшегося спирта и сброженного сахара проводят, исходя из массы выделившегося диоксида углерода в соответствии с уравнением спиртового брожения.

Определение интенсивности брожения. Под интенсивностью брожения понимают отношение массы сброженного за определенный промежуток времени сахара к исходному его количеству в процентах. [2]

Цель и задачи работы

На наш взгляд более рационально измерять объем выделяющегося газа с помощью датчика объема. О скорости роста дрожжей можно судить по появлению мути в растворе.

Гипотеза: Скорость роста дрожжей и объем выделяющегося углекислого газа зависит от концентрации сахарозы в растворе.

Цель работы: установить зависимость объема углекислого газа, выделяющегося в процессе брожения, и скорость деления дрожжей от массовой доли сахарозы в растворе.

Задачи работы:

Приготовить синтетическую среду, содержащую растворы сахарозы с разной массовой долей. Поместить в каждый раствор 0,5 г прессованных дрожжей; Определить объем выделяющегося газа с помощью датчика объема газа; Определить мутность растворов с помощью датчика мутности, построить кривую, отражающую зависимость мутности раствора от концентрации сахарозы в растворе; Сделать вывод о зависимости объема углекислого газа от концентрации раствора; Вычислить массу сброженной сахарозы; Определить интенсивность брожения.

Этапы работы

Обоснование темы; Постановка цели и задач; Составление обзора литературы и интернет-источников; Приготовление растворов; Проведение измерений с помощью датчиков: объема газа, мутности; Анализ полученных данных; Выводы.

Методика выполнения работы

Оборудование и реактивы:

Сахароза, дистиллированная вода, дигидрофосфат калия, сульфат магния, дрожжи, электронные весы, лабораторные стаканы, шпатель, стеклянная палочка, мерный цилиндр, колба Бунзена с пробкой, резиновая трубка, датчик объема газа, датчик мутности, нетбук с предустановленной программой «Практикум по химии».

Эксперимент 1

Продолжительность опыта 3 дня.

Оборудование и реактивы: 5 стаканов объёмом 250 мл, сахароза, дистиллированная вода, дигидрофосфат калия, сульфат магния, дрожжи, электронные весы, лабораторные стаканы, шпатель, стеклянная палочка, мерный цилиндр, колбы Бунзена с пробкой; резиновые перчатки; резинки; шланги; датчик объема газа.

1. Приготовить растворы с массовой долей сахарозы 15%, 17%, 20%, 23%, 25%, содержащие 0,3% дигидрофосфата калия, а также 2 контрольных образца без глюкозы. Добавить по 0,5 г дрожжей во все растворы, кроме одного из контрольных, перемешать и перенести суспензию в колбы Бунзена, предварительно закрыв газоотводные трубки. Оставить на 2-3 дня при комнатной температуре.

2. Запустить программу «Практикум по химии».

Присоединить датчик к USB-входу нетбука; Закрепить датчик объема газа в зажим штатива; Присоединить трубку датчика к отводу колбы; Перевести режим измерений в программе на «Зависимость от времени»; Начать измерения; Сжать емкость датчика объема газа до загорания второй лампочки на датчике; Открыть газоотводную трубку; Провести измерения; Построить график зависимости объема выделяющегося углекислого газа от концентрации сахарозы.

3. Подобные эксперименты выполнить с каждым раствором, подготовленным для сравнения.

4. По объему выделившегося углекислого газа рассчитать количество образовавшегося спирта и сброженного сахара. Вычисления провести, исходя из массы выделившегося диоксида углерода, в соответствии с уравнением спиртового брожения.

C6H12O62 CO2↑ +2 C2H5OH

Заполнить таблицу:

Таблица № 1

Массовая доля сахарозы	Объем углекислого газа, мл	Масса сброженной глюкозы	Интенсивность брожения
15%
17%
20%
23%
25%

См. в приложении Папка «Брожение» Объем СО2.

Поместить колбы, герметично закрытые резиновыми перчатками на весы. Определить массы колб перед проведением исследования и массы колб через три дня после начала эксперимента.

Объем перчатки увеличивается. Она заполняется углекислым газом. При этом масса колбы со смесью уменьшается. Перенести данные взвешивания в таблицу:

Таблица № 2

Массовая доля сахарозы	m до брожения	m после брожения	Изменение масс

Эксперимент 2

Для определения интенсивности деления дрожжей в зависимости от концентрации сахарозы, сравнить мутность растворов.

Оборудование и реактивы: Растворы с одинаковой концентрацией сахарозы, дрожжи, кюветы, датчик мутности, нетбук с предустановленной программой «Практикум по химии».

Ход работы: Приготовить 20% растворы сахарозы. В каждый поместить разную массу дрожжей: от 0,01 до 0,5 г. Измерить мутность растворов с помощью датчика мутности.

2. Запустить программу «Практикум по химии».

Присоединить датчик к USB-входу нетбука; Поместить в датчик кювету с раствором; Перевести режим измерений в программе на «Зависимость от времени»; Начать измерения; Провести измерения мутности.

Заполнить таблицу:

Таблица № 3

Масса дрожжей, г	Начальные показания датчика	Показания прибора после добавления дрожжей
0,01
0,05
0,1
0,5

Сделать выводы о скорости протекания процесса брожения в зависимости от массы дрожжей в смеси.

Эксперимент № 3.

Определение рН смеси после брожения с помощью датчика рН.

Присоединить датчик рН к нетбуку. Опустить в раствор датчик и провести измерения в начале процесса брожения и после проведения процесса.

Результаты измерений занести в таблицу.

Таблица № 4 (рН растворов после брожения)

№ р-ра	щ (сахарозы)	рН перед началом эксперимента	рН после проведения эксперимента
1	15%
2	17%
3	20%
4	23%
5	25%

Примерные выводы

1. В ходе работы возможно определить максимальный объем углекислого газа, выделяющегося при брожении раствора сахарозы. Также можно оценить начальную концентрацию сахарозы для достижения максимального объема СО2. Возможно вычислить массу образующегося спирта и определить интенсивность брожения.

2. Возможно сделать вывод о том, что мутность раствора увеличивается пропорционально увеличению массы дрожжей в растворе. Скорость роста дрожжей при этом зависит от содержания сахарозы в растворе.

3. Можно отметить, что в процессе брожения реакция среды становится более кислой. Чем выше содержание сахарозы в растворе, тем более кислая среда устанавливается в процессе брожения. Причиной этого является увеличение содержания углекислого газа в растворе.

Список литературы

1. Химическая энциклопедия, Издательство «Советская энциклопедия» 1988 г., Москва, в 5 томах, т. 1, стр. 316.

2. Спиртовое брожение / Оpen Library – открытая библиотека учебной информации; [Электронный ресурс] URL: http://oplib. ru/random/view/1247404 (Дата обращения: 13.03.2016).

3. сследования о брожениях, пер. с франц. под редакцией и с комментариями с приложением статьи . / Сайт Ne HudLit. ru [Электронный ресурс] URL: http://www. nehudlit. ru/books/detail1183229.html (Дата обращения: 13.03.2016).