Melkzuur
Inleiding
Verzuren?
Lees de volgende twee uitspraken.
“De laatste kilometers zijn extra zwaar, want alle spieren zijn verzuurd.”
(Marathonverslaggever)
“Deze yoghurt bevat rechtsdraaiend melkzuur.”
(Yoghurtreclame)
Het verzuren van je lichaam bij een sportprestatie komt door melkzuur. Ditzelfde melkzuur wordt ook aan voedsel toegevoegd. Melkzuur wordt zelfs gebruikt om kunststoffen te maken die sneller afbreken in de natuur. Je kunt er zelfs een kunstknie van maken.
Oftewel: melkzuur, een veelzijdige stof.
Engage
Verzuren
Aan de slag 1: Boeken tillen - teamopdracht
Welk gevolg heeft verzuren?
Benodigdheden
Een paar zware boeken
Een stopwatch
Een vrijwilliger
Werkwijze
Één leerling tilt met gestrekte armen een paar atlassen of zware boeken.
De tijd wordt opgenomen tot de armen gaan zakken.
Binnen 10 seconden begint deze leerling opnieuw met dit tilexperiment.
Meetresultaten
Noteer de resultaten in de tabel in het teamboekje en maak de volgende vragen:
- Probeer uit te leggen wat er in de armspieren is gebeurd.
- Leg uit waardoor je extra veel last van verzuring krijgt als je flink zweet bij het sporten.
Explore
Artikelen
Aan de slag 2: Artikelen - teamopdracht
Verdeel de artikelen 1 t/m 3 in je groepje. Ieder groepslid leest zijn/haar eigen artikel en maakt de bijbehorende vragen. In de volgende les vertel je elkaar wat er in het door jou gelezen artikel stond.
Melkzuur komt ook in voedingsmiddelen voor. Er is een E-nummer aan toegekend. Een E-nummer is een code die de Europese Unie geeft aan ‘voedseladditieven’. Dit zijn stoffen die aan ons voedsel worden toegevoegd om ze bijvoorbeeld een betere smaak, kleur, geur of houdbaarheid te geven. Voorbeelden van zure additieven zijn: citroenzuur, vitamine C en melkzuur.
Explain
Hoe maak je melkzuur?
Je hebt inmiddels kennisgemaakt met de eigenschappen van melkzuur.
Je gaat nu leren hoe melkzuur gemaakt wordt in de chemische industrie.
Glucose (druivensuiker) is in de industrie een belangrijke grondstof voor het maken van melkzuur. In ons lichaam gebruiken we glucose om energie op te wekken. Als we niet genoeg zuurstof binnenkrijgen (bijvoorbeeld bij een pittige sportprestatie), vindt er verbranding plaats zonder zuurstof. We noemen dat een anaërobe (an= zonder, aërobe= zuurstof) verbranding. Bij deze verbranding ontstaat melkzuur.
In de fabriek bootsen ze deze reactie na. Er wordt daarbij gebruik gemaakt van melkzuurbacteriën. De omstandigheden worden zo gekozen dat glucose alleen in melkzuur omgezet wordt. Dat duurt meerdere dagen.
Groene chemie
De hoeveelheid afval die ontstaat bij chemische reacties, varieert enorm. Eenvoudige omzettingen in de petrochemische industrie - waarbij gebruik gemaakt wordt van katalysatoren - leveren vrijwel geen afval op. De synthese van biologisch actieve moleculen (medicijnen) in de farmaceutische industrie is veel ingewikkelder. Er zijn veel reactiestappen. De uiteindelijke opbrengst is vaak niet meer dan 10%. De andere 90% bestaat uit ongewenste bijproducten.
Nu de milieu-eisen steeds strenger worden, wil elke fabrikant zo goedkoop mogelijk zijn producten maken, met zo weinig mogelijk afval, zo min mogelijk gebruik van giftige stoffen en energie. Processen die aan deze voorwaarden voldoen, heten Groene Chemie.
03 - individueel
Lees artikel 4 en beantwoord de vragen.
04 - individueel
We gaan nu de productie van melkzuur via fermentatie vergelijken met een chemische synthese van melkzuur. Hierbij zullen we vooral kijken naar het effectief atoomgebruik. Vergelijk individueel de volgende twee methodes met elkaar en leg uit welke methode het groenst is. Beantwoord daartoe voor beide methodes de vijf vragen op de volgende pagina.
Groene chemie - vragen
Methode 1: synthese van melkzuur via een biotechnologisch proces
Glucose uit maïs of bietsuiker wordt m.b.v. micro-organismen omgezet in melkzuur. Dit fermentatieproces duurt 4 tot 6 dagen.
Methode 2: chemische synthese van melkzuur
Reactie 1: Ethanal reageert met blauwzuur tot lactonitril.
\(\small{C}_{{{2}}}{H}_{{{4}}}{O}\) + \(\small{H}{C}{N}\) → \(\small{C}_{{{3}}}{H}_{{{5}}}{O}{N}\)
Reactie 2: Lactonitril reageert met zwavelzuur tot melkzuur en ammoniumsulfaat.
2 \(\small{C}_{{{3}}}{H}_{{{5}}}{O}{N}\) + \(\small{H}_{{{2}}}{S}{O}_{{{4}}}\) + 4 \(\small{H}_{{{2}}}{O}\) → 2 \(\small{C}_{{{3}}}{H}_{{{6}}}{O}_{{{3}}}\) + \(\)\(\small({NH}_{{{4}}})_{{{2}}}{S}{O}_{{{4}}}\)
- Geef de reactievergelijking voor de fermentatie van glucose in melkzuur.
- Bereken de massaverhouding.
- De massa van de gewenste stof is: …
- De massa van de totaal ontstane stoffen is: …
- Bereken het effectief atoomgebruik.
Maak gebruik van de gegevens uit de tabel. (u = atomaire massa-eenheid)
| Atoomsoort |
Atoommassa |
| H |
1 |
| C |
12 |
| N |
14 |
| O |
16 |
| S |
32 |
Elaborate
Extra opgaven deel 1
09 - individueel
Sacharose kan door bacteriën omgezet worden in melkzuur of in andere stoffen. In zuurstofarm milieu maken bacteriën melkzuur of ethanol (\(\small{C}_{{{2}}}{H}_{{{6}}}{O}\)). Als er voldoende zuurstof is, halen ze de maximale energie uit sacharose door het volledig te verbranden tot koolstofdioxide en water.
- Geef de reactievergelijking voor de volledige verbranding van sacharose tot koolstofdioxide en water.
- Geef de reactievergelijking voor de omzetting van sacharose en water in melkzuur.
- Noem vier toepassingen van melkzuur.
- Na een practicum heb je 1 liter afvalwater over met een pH van 3,0. Leg uit of het afvalwater zuur, basisch of neutraal is.
- Leg uit op welke twee manieren je het afvalwater kunt neutraliseren.
- ...
- ...
Biotechnologie levert allerlei nuttige producten voor de mens. Voorbeelden zijn melkzuur (om polymelkzuur van te maken), geneesmiddelen en bio-ethanol.
- Wat versta je onder biotechnologie?
Ga verder met deze opdracht op de volgende pagina
Extra opgaven deel 2
Wetenschappers brengen tegenwoordig vaak veranderingen aan in micro-organismen, zoals bacteriën. Ze veranderen daarvoor het erfelijk materiaal (DNA). Dit heet genetische modificatie.
- Geef twee voorbeelden waaruit blijkt dat het soms verstandig is om bacteriën genetisch aan te passen.
In de industriële biotechnologie kom je grote tanks tegen waarin micro-organismen kunnen groeien en werken. Soms, zoals bij de productie van melkzuur, moet dit onder zuurstofarme omstandigheden gebeuren. Eeuwen geleden gebruikte men ook al biotechnologie om voedsel beter houdbaar te maken.
- Hoe komt het dat zuurkool zo lang houdbaar is?
- Waarom is het voor de productie van melkzuur belangrijk dat zulke tanks zuurstofvrij zijn?
Ga verder met deze opdracht op de volgende pagina.
Extra opgaven deel 3
Sacharose kan door bacteriën ook omgezet worden in melkzuur of in andere stoffen. In zuurstofarm milieu maken bacteriën melkzuur of ethanol (\(\small{C}_{{{2}}}{H}_{{{6}}}{O}\)). Als er voldoende zuurstof is, halen ze de maximale energie uit sacharose door het volledig te verbranden tot koolstofdioxide en water.
Atoommassa’s: H = 1 u; C = 12 u; O = 16 u
- Geef de reactievergelijking voor de omzetting van sacharose en water in melkzuur.
- Bereken de molecuulmassa’s van sacharose, water en melkzuur.
- In welke massaverhouding ontstaat melkzuur uit sacharose en water?
- Bereken hoeveel gram melkzuur je maximaal kunt maken uit 100 gram sacharose.
- Geef de reactievergelijking voor de omzetting van sacharose en water in ethanol en koolstofdioxide.
- Bereken hoeveel gram ethanol kun je maximaal kunt maken uit 100 gram sacharose?
Evaluate
Poster maken
Poster maken
Je hebt heel wat geleerd over het melkzuur en zijn toepassingen. Als afsluiting maken jullie een poster. Op deze poster verwerk je de informatie die je hebt opgedaan in deze module. Dit doe je met je groep.
Bij het maken van een poster moet je aan een aantal punten denken.
- Gebruik niet teveel tekst. Zorg ervoor dat de tekst vanaf 1,5 m leesbaar is.
- Eén plaatje zegt meer dan duizend woorden.
- Verdeel de poster in stukken. Zet niet alles door elkaar.
- Verwerk de begrippen en vaardigheden die je in deze module hebt geleerd. Kijk hiervoor ook terug naar ‘wat ga je leren’.
Poster presentatie
De docent laat ‘het lot bepalen’ welke twee groepen een presentatie van vijf minuten doen aan de hand van de ontworpen poster. Vervolgens stellen de docent en de leerlingen de presenterende groep een aantal vragen over de inhoud. Als afsluiting van een presentatiebespreking probeert de docent samen met de klas de besproken inhoud samen te vatten.
