Nährstoffnachweise im virtuellen Labor: Lebensmittel testen

Dieses Material zeigt Nährstoffnachweise im virtuellen Labor und folgt dem Pflichtversuch (required practical) von AQA GCSE zu Nährstoffnachweisen. Es unterstützt außerdem die Arbeit zu Makromolekülen in AP Biology. Die Lernenden testen sechs Lebensmittel mit fünf Reagenzien, füllen eine Ergebnistabelle aus und bauen aus Glucose-Standards ihre eigene Benedict-Farbskala. Dann bestimmen sie anhand des Ergebnismusters zwei oder drei unbekannte Lebensmittel. Am Ende haben sie eine vollständige +/−-Tabelle, eine halbquantitative Schätzung des Zuckergehalts und eine Begründung für jede Schlussfolgerung. Jedes Ergebnis unten wurde in der Simulation abgelesen.

Lehrplanbezug

• AQA GCSE Biology: Spezifikation 4.2.2.1 (das Verdauungssystem des Menschen), der Pflichtversuch, in dem Lebensmittel mit qualitativen Reagenzien auf Kohlenhydrate, Lipide und Proteine getestet werden. Der Kurs Combined Science hat denselben Pflichtversuch.
• AP Biology: Unit 1 (Chemistry of Life), Themen 1.4 und 1.5 zu Eigenschaften, Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle (SYI-1). Die Nachweise zeigen, welche Makromoleküle ein Lebensmittel enthält.
• Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

In Deutschland passen die Nährstoffnachweise zum Thema Ernährung und Verdauung im Biologieunterricht der Sekundarstufe I.

Vor dem Experiment (5 min)

Fragen Sie: „Milch wird mit allen vier Nährstoffnachweisen getestet. Welche Nährstoffe weisen die Tests nach?“ Die Lernenden wählen reduzierenden Zucker, Protein und Lipide; nur Protein; Protein und Lipide ohne Zucker; oder Stärke, Protein und Lipide. Sie schreiben einen Grund auf. Auf einem Klassenlink ist das Frage 1; die Simulation wird freigegeben, sobald sie geantwortet haben.

Durchführung in der Simulation

1. Wählen Sie Probe: Milch und Nachweis: Benedict (reduz. Zucker). Klicken Sie auf Benedict zugeben und dann auf Im Wasserbad erhitzen. Lesen Sie die Beobachtung unter dem Reagenzglas und die Ablesung an der Farbskala ab.
2. Klicken Sie in die passende Zelle der Ergebnistabelle, um + oder − einzutragen. Klicken Sie vor dem nächsten Nachweis auf Glas spülen.
3. Wiederholen Sie mit Iod, Biuret und Sudan III oder der Emulsionsprobe mit Ethanol. Testen Sie dann die anderen fünf Lebensmittel.
4. Farbskala. Wählen Sie Probe: Glucose-Standard. Testen Sie 0, 0,2, 0,4, 0,6, 1,0, 1,2, 1,6 und 2,0 % mit Benedict und notieren Sie jede Farbe.
5. Brot. Vergleichen Sie das Ergebnis für Brot mit Ihren Standards und schätzen Sie seinen Gehalt an reduzierendem Zucker.
6. Unbekannte. Testen Sie Unbekannte A, B und C mit allen vier Nachweisen, wählen Sie für jede ein Lebensmittel und klicken Sie auf Antwort prüfen.

Probe	Benedict (Farbe, %)	Iod	Biuret	Sudan III / Emulsion
Milch
Traubenzuckergetränk
Eiklar
Brot
Speiseöl
Kartoffel
Unbekannte A, B, C

Glucose-Standard (%)	0	0,2	0,4	0,6	1,0	1,2	1,6	2,0
Farbe nach dem Erhitzen

Erwartete Ergebnisse

• Milch: Benedict ziegelrot mit Niederschlag (> 1,5 %), Iod bleibt orangebraun, Biuret violett, eine rote Schicht mit Sudan III und eine weiß-trübe Emulsion.
• Traubenzuckergetränk: ziegelrot (> 1,5 %) und in den anderen drei Nachweisen negativ.
• Eiklar: Biuret violett; Benedict bleibt blau (< 0,1 %), keine Stärke und keine Lipide.
• Brot: Benedict grün (0,1–0,5 %), Iod blauschwarz, Biuret violett und positiv für Lipide.
• Speiseöl: nur für Lipide positiv. In den anderen Nachweisen schwimmt es als eigene Schicht oben.
• Kartoffel: nur Iod blauschwarz.

Die Glucose-Standards ergeben diese Benedict-Farben:

• blau: 0 %;
• grün: 0,1–0,4 %;
• gelb: 0,5–0,9 %;
• orange: 1,0–1,4 %;
• ziegelrot: 1,5 % und mehr.

Ab 0,5 % bildet sich ein Niederschlag. Die Unbekannten stammen aus einem Vorrat von sechs Lebensmitteln, und jedes ergibt ein anderes Muster:

• Honig: nur Zucker;
• Haushaltszucker: alle vier Nachweise negativ;
• Speisestärke (Mais): nur Stärke;
• reife Banane: Zucker und Stärke;
• Magermilch: Zucker und Protein;
• Käse: Protein und Lipide.

Fragen für die Lernenden

1. Vorhersage: Milch wird mit allen vier Nährstoffnachweisen getestet. Welche Nährstoffe weisen die Tests nach?
2. Welche Variablen müssen in jedem Reagenzglas gleich bleiben, wenn Sie aus Glucose-Standards eine Farbskala bauen?
3. Testen Sie Brot mit Benedict. Schätzen Sie mit der Farbskala den Gehalt der Brotprobe an reduzierendem Zucker in %.
4. Eine Unbekannte ergibt: Benedict ziegelrot, Iod blauschwarz, Biuret blau, Emulsion klar. Welches Lebensmittel ist es?
5. Wie könnten Sie den Zuckergehalt der Brotprobe genauer schätzen, als es der Farbbereich erlaubt?

Antworten für Lehrkräfte:

1. Reduzierender Zucker, Protein und Lipide; Milch enthält keine Stärke.
2. Die Volumina von Probe und Benedict-Reagenz sowie Temperatur und Dauer des Erhitzens.
3. Jeder Wert von 0,1 bis 0,5 % (grün).
4. Reife Banane: reduzierender Zucker und Stärke, kein Protein und keine Lipide.
5. Eine Reihe von Standards in kleinen Schritten über den grünen Bereich testen, zum Beispiel alle 0,1 %, unter denselben Bedingungen. Dann den Standard suchen, dessen Farbe dem Brot am nächsten kommt. Ein Kolorimeter oder das Abfiltrieren und Wiegen des Niederschlags ersetzt die Beurteilung mit dem Auge.

Häufige Fehlvorstellungen

• „Alle Zucker färben Benedict rot.“ Saccharose ist kein reduzierender Zucker. Haushaltszucker lässt das Reagenz blau.
• „Grün bedeutet ein wenig Protein.“ Grün bei Benedict bedeutet wenig reduzierenden Zucker (0,1–0,5 %). Protein färbt Biuret violett.
• „Keine Farbänderung heißt: gar nichts vorhanden.“ Eiklar enthält eine Spur Zucker, aber unter der Nachweisgrenze (etwa 0,1 %), daher fällt der Nachweis negativ aus.
• „Benedict funktioniert auch kalt.“ Die Farbe ändert sich erst beim Erhitzen.

Erweiterung

• Nachweisgrenzen. Der Modellhinweis nennt die Grenzen: etwa 0,1 % reduzierender Zucker, 0,6 % Protein und 0,2 % Lipide. Fragen Sie, warum Magermilch bei Lipiden negativ ist, obwohl sie etwas Fett enthält.
• Bezug zur Verdauung. Fragen Sie, welches Enzym die Stärke im Brot in den reduzierenden Zucker umwandeln würde, den Benedict nachweist. Öffnen Sie dann das virtuelle Labor zur Enzymaktivität.

Häufige Fragen

Können die Lernenden die Unbekannten durch Raten richtig bestimmen?

Kaum. Die drei Unbekannten werden zufällig aus sechs Lebensmitteln gezogen, und Neue Unbekannte zieht einen neuen Satz. Lassen Sie die Lernenden die vier Nachweisergebnisse zeigen, die jede Wahl begründen.

Warum sind nach einem Nachweis manche Zellen der Tabelle leer?

Die Simulation zeigt die Farbe, aber die Lernenden entscheiden über + oder −. Genau diese Schlussfolgerung prüft der Pflichtversuch. Antwort prüfen bewertet die Tabelle.

Ersetzt das den echten Laborversuch?

Nicht für AQA: Pflichtversuche müssen weiterhin von Hand durchgeführt werden. Nutzen Sie die Simulation, um die Nachweise zu planen, die Methode zu üben oder Ergebnisse auszuwerten. Siehe virtuelle Labore und echte Labore im Vergleich.

Verwandte Simulationen und Leitfäden

Vier Gruppen von Biomolekülen: Monomere, Ketten und Nachweisreaktionen Denaturierung von Proteinen und Biuret-Reaktion

Weitere Ideen für dieselbe Einheit finden Sie unter interaktive Ideen für den Biologieunterricht.