LÆRERVEJLEDNING
Introduktion til Extractors
Kort om forløbet
I Extractors undersøger eleverne, hvordan de kan bruge viden om ekstraktion til at minimere ressourceforbruget i den kemiske industri.
Det er en forudsætning for gennemførelse af Extractors, at eleverne forinden har et teoretisk kendskab til spektrofotometri og Lambert-Beers lov. Du kan læse mere i afsnittet "Elevforudsætninger" nedenfor.
Eleverne skal ekstrahere rødt farvestof fra cochenillelus i forløbet.
Centrale faglige pointer
I Extractors arbejder eleverne med følgende faglige pointer:
- Ekstraktion er en ressourcekrævende proces, der er relevant for mange hverdagsprodukter.
- Det kræver forberedelse at tilrettelægge og gennemføre et kemisk eksperiment.
- Viden om effekten af de enkelte variable er vigtig i forbindelse med tilrettelæggelse og optimering af industrielle processer.
- Spektrofotometri er en analysemetode, der kan anvendes til at bestemme koncentrationen af et farvet stof i en opløsning.
- Der kan opstå dilemmaer, hvis man både vil opfylde kundeønsker og have en bæredygtig produktion.
Fagbegreber
Eleverne arbejder mundtligt og skriftligt med følgende centrale fagbegreber:
- Modul 1: ekstraktion
- Modul 2: absorbans og spektrofotometri
- Modul 3: Lambert-Beers lov.
Begreber som eksperiment, hypotese, variabel, variabelkontrol, molarmasse, strukturformel og koncentration forklares ikke, da det forudsættes, at eleverne har kendskab til disse begreber fra kemi C og naturvidenskabeligt grundforløb.
Forløbets mål
Extractors er udviklet med afsæt i faglige mål og kernestof i læreplanen for kemi B på stx og htx.
Nedenfor kan du se alle mål, der danner baggrund for forløbet – både faglige mål og kernestof, læringsmål samt FN’s verdensmål.
Faglige mål og kernestof – kemi B
Faglige mål:
- Gennemføre kvalitativt og kvantitativt eksperimentelt arbejde under hensyntagen til laboratoriesikkerhed, herunder tilrettelægge simple kemiske eksperimenter.
- Indsamle, efterbehandle, analysere og vurdere iagttagelser og resultater fra eksperimentelt arbejde.
- Anvende fagets viden og metoder til analyse, vurdering og perspektivering i forbindelse med samfundsmæssige, teknologiske eller miljømæssige problemstillinger med kemisk indhold og til at udvikle og vurdere løsninger.
Kernestof:
- Kvalitative og kvantitative eksperimentelle metoder med fokus på spektrofotometri.
- Mængdeberegninger i relation til opløsninger.
Forløbets læringsmål
I forløbet arbejdes med to overordnede læringsmål. Målet med Extractors er, at eleverne efter forløbet kan:
- tilrettelægge og gennemføre et eksperiment om ekstraktion
- vurdere optimering af ekstraktionsprocesser.
Første læringsmål knytter sig til aktiviteterne i modul 1 og 2, hvor eleverne skal tilrettelægge og gennemføre et eksperiment om ekstraktion af karminsyre fra cochenillelus.
I modul 3 skal eleverne bringe deres viden og erfaringer fra de indledende moduler i spil, når de skal vurdere, hvordan en industriel ekstraktionsproces kan optimeres og tilrettelægges på en måde, der lever op til specifikke kundeønsker. Evalueringen af forløbets læringsmål foregår både løbende og afslutningsvis.
FN's verdensmål
Alle undervisningsforløb fra LIFE tager udgangspunkt i FN's verdensmål. I Extractors arbejdes der med følgende verdensmål:
- Verdensmål #12: Ansvarligt forbrug og produktion. Sikre bæredygtigt forbrug og produktionsformer.
Eleverne tilrettelægger selv et eksperiment om ekstraktion af rødt farvestof.
Eksamen
Problemstillingen i Extractors kan danne grundlag for et eller flere eksamensspørgsmål til den mundtlige eksamen i kemi B (htx/stx). Læs mere nedenfor.
Mundtlig eksamen
En stor del af forløbet har fokus på, at eleverne selv tilrettelægger og gennemfører et kemisk eksperiment om ekstraktion og anvender spektrofotometri til koncentrationsberegninger. Den læring, eleverne tager med fra det eksperimentelle arbejde, kan danne grundlag for et eller flere eksamensspørgsmål.
Eksamensspørgsmål kan fx have fokus på følgende:
- At begrunde, hvorfor det er væsentligt at overveje relevante variable ved tilrettelæggelse af et kemisk eksperiment.
- At forklare, hvilke variable der er relevante for ekstraktion af karminsyre fra cochenillelus.
- At forklare, hvordan spektrofotometri, absorbans og koncentrationer hænger sammen.
- At forklare, hvordan kendskab til kemiske processer i laboratorieskala kan bruges til optimering af industrielle processer.
- At vurdere, hvordan kemiske eksperimenter kan tilrettelægges og gennemføres.
- At vurdere, om et eksperiment kan anvendes til at afprøve en hypotese med.
Eleverne kan inddrage følgende eksperimentelle arbejde:
Bilag til eksamen
Alle figurer og tabeller fra Extractors må anvendes som bilag til eksamen. De skriftlige instruktioner på undervisningsplatformen er ikke udviklet med henblik på brug til eksamen. Hvis dele af Extractors skal indgå i eksamen, skal du supplere med den kernefaglige litteratur, som er tilgængelig på dit gymnasium.
Du kan finde pdf-versioner af forløbets tryksager nedenfor:
Aflevering
Extractors indeholder et oplæg til en aflevering, som du kan vælge at anvende i forlængelse af forløbet. Formålet med afleveringen er at evaluere, om eleverne har opnået forløbets to overordnede læringsmål. Du finder oplægget og en lærerguide til det på siden Aflevering til Extractors.
Elevernes arbejdstid er estimeret til cirka 1 time.
Elevforudsætninger
For at få størst muligt udbytte af Extractors skal eleverne have arbejdet med følgende kernestof fra kemi C:
- Beregning af stofmængdekoncentrationer
- Kemiske bindingstyper og blandbarhed.
Spektrofotometri og Lambert-Beers lov
I Extractors bruger eleverne spektrofotometri i praksis. De behandler egne data ved hjælp af en standardkurve og Lambert-Beers lov. Det anbefales, at eleverne inden forløbet har teoretisk kendskab til princippet bag spektrofotometri og konceptet i Lambert-Beers lov. Der indgår ikke faglitteratur i forløbet, så introduktion til begreberne skal ske med lærebøger og andre relevante materialer, som er tilgængelige på din skole.
Grundlæggende sikkerhed i forbindelse med arbejde i laboratorie
I Extractors skal eleverne selv tilrettelægge og gennemføre et eksperiment. Det forudsætter, at de har et grundlæggende kendskab til laboratorie- og kemikaliesikkerhed.
I Extractors skal eleverne selv tilrettelægge og gennemføre et eksperiment. Det forudsætter, at de har et grundlæggende kendskab til laboratorie- og kemikaliesikkerhed.
Din forberedelse
Generelt om forberedelse
Du finder vigtig information om din forberedelse nedenfor. Vi anbefaler desuden, at du læser Extractors igennem, før I begynder på forløbet. Det er vigtigt, at du også læser lærerguides. De indeholder bl.a. praktiske informationer og facit.
I den første lærerguide i hver aktivitet kan du læse mere om din forberedelse til aktiviteten.
Den estimerede forberedelsestid for hvert modul fremgår af oversigten nedenfor.
| Laboratorieforberedelse | Anden forberedelse | Samlet forberedelse | |
|---|---|---|---|
| Modul 1 | 0 min. | 30 min. | 30 min. |
| Modul 2 | 30 min. | 50 min. | 80 min. |
| Modul 3 | 20 min. | 40 min. | 60 min. |
Ændringer gemt
”Anden forberedelse” dækker over gennemlæsning af aktiviteter og lærerguides på undervisningsplatformen.
Herudover må du forvente ca. 90 minutter ekstra forberedelsestid, første gang du underviser i Extractors. Du skal fx orientere dig i brugen af LIFE's digitale undervisningsplatform, appen Capture LIFE og de fysiske tryksager samt læse afsnittet "Baggrundsviden" nedenfor.
Laboratorieforberedelse
I følgende aktiviteter er der laboratorieforberedelse:
- Modul 2: Absorbans og ekstraktion
Du finder materialelister og beskrivelser af, hvordan du forbereder det eksperimentelle arbejde i laboratoriet i den første lærerguide i aktiviteterne.
Du kan også finde vejledningen til din forberedelse, inkl. materialeliste til aktiviteten "Virksomhedscase", nedenfor.
Du kan også finde vejledningen til din forberedelse, inkl. materialeliste til aktiviteten "Virksomhedscase", nedenfor.
Modulplaner
Modulplanerne nedenfor giver dig et overblik over de enkelte moduler. Du kan læse mere om modulernes indhold i Forløbsoverblikket.
Eleverne dokumenterer deres teoretiske og eksperimentielle arbejde i appen Capture LIFE.
Materialer
Du vil modtage et LIFE Kit, der indeholder nogle af de materialer, du skal bruge til forløbet. Bemærk, at der er materialer, der ikke er inkluderet i LIFE Kit, og som du selv skal sørge for, at I har på dit gymnasium.
Materialer i LIFE Kit
Nedenfor kan du se et billede af alle materialer i LIFE Kit. Materialerne er engangsmaterialer og skal ikke returneres til LIFE.
Oversigt over alle materialer i LIFE Kit.
Du kan finde pdf-versioner af forløbets tryksager under "Bilag til eksamen" i afsnittet "Eksamen" ovenfor.
Materialer, der ikke indgår i LIFE Kit
Modul 2
Eleverne skal have adgang til følgende materialer og udstyr i skolens laboratorie:
- Sikkerhedsbriller
- Kitler
- Engangshandsker for at undgå kontakt med karminsyre og knuste cochenillelus
- Spektrofotometre og cuvetter
- Vejebåde og vægte med præcision på mindst 0,01 g
- Tragte og filterpapir
- Engangs- og glaspipetter
- Glasudstyr som bægerglas, koniske kolber, målekolber og måleglas.
Følgende udstyr og kemikalier kan være relevante, afhængigt af hvilke eksperimenter dine elever har tilrettelagt:
- Opvarmnings- og nedkølingsmetoder som varmeplader, vandbade, elkedler, bunsenbrændere og isbad
- Varmebeskyttende handsker
- Termometre
- Magnetomrører og magneter
- Mortere, pistler og spatler
- Opløsningsmidler ud over vand, fx svag syre, svag base, ethanol, organisk opløsningsmiddel
- Stinkskab og/eller punktsug.
Modul 3
Du kan vælge at demonstrere pektins geleringsevne for dine elever. Til det eksperiment skal du bruge følgende materialer:
- 1 bægerglas (500 ml)
- 2 bægerglas (250 ml)
- 1 bægerglas (100 ml)
- 1 vejebåd
- 1 vægt
- 1 magnetomrører med varme
- 1 termometer
- 1 glasspatel
- 200 g hvidt sukker
- 5 g citronsyre postevand (ikke demineraliseret vand).
Arbejdshæfte
Gennem forløbet arbejder eleverne gruppevis i det medfølgende arbejdshæfte. Arbejdshæftet stilladserer elevernes arbejde ved hjælp af instruktioner, korte tekster samt skrive- og tegnefelter. Arbejdshæftet kan ikke stå alene, da det skal anvendes i samspil med aktiviteterne på den digitale undervisningsplatform og i appen Capture LIFE.
Der medfølger 11 arbejdshæfter i LIFE Kit. Det svarer til 10 elevgrupper og 1 hæfte til dig selv. Det anbefales, at du indsamler og opbevarer elevernes arbejdshæfter mellem hvert modul.
Appen Capture LIFE
Eleverne bruger appen Capture LIFE gennem hele forløbet. De bruger appen til at dokumentere og reflektere over valg og resultater.
Det er ikke muligt at samskabe videoer på tværs af devices. Det anbefales derfor, at eleverne anvender appen på samme telefon igennem hele forløbet.
Find en vejledning til appen herunder.
Faglokaler
I forløbet skal du bruge et laboratorie til modul 2. De to andre moduler kan gennemføres i et almindeligt klasselokale.
LIFE's undervisningsplatform
På LIFE's undervisningsplatform finder du forløbets elevhenvendte indhold. Her finder du også lærerguides til de enkelte moduler og aktiviteter, som du skal bruge til din forberedelse. Alle aktiviteter er beskrevet med trin til eleverne, baggrundsinformationer samt grafisk materiale.
Nedenfor kan du se en video, der giver en kort introduktion til LIFE's undervisningsplatform.
Evaluering af forløbet
Din klasse deltager i en evaluering af Extractors. Som led i evalueringen bedes du sørge for følgende:
- Besvare et spørgeskema om din oplevelse af at gennemføre Extractors.
- Sørge for at eleverne gennemfører et kort spørgeskema enten før eller efter I har gennemført forløbet.
Rambøll gennemfører dataindsamlingen for LIFE og kontakter dig pr. mail om den praktiske gennemførelse.
Sikkerhed og håndtering
Scan eller klik på QR-koden for at se forløbets sikkerhedsdatablade.
Sikkerhed og håndtering i aktiviteter
I forløbet bruges materialer, der kræver en særlig håndtering, ligesom der er sikkerhedsforanstaltninger, du skal være opmærksom på. Bemærkninger om sikkerheden er altid detaljeret beskrevet i lærerguides i den enkelte aktivitet. Der er bemærkninger omkring sikkerheden i følgende af forløbets aktiviteter:
Læs sikkerhedsdatabladet grundigt. Du finder det ved hjælp af QR-koden til højre.
I LIFE Kit indgår slik farvet med karminsyre (E120), tørrede cochenillelus og ren karminsyre. Vær opmærksom på, at det ifølge Sundhedsstyrelsen er muligt at udvikle allergi over for små rester af protein fra cochenillelus, der findes som urenheder i farvestoffet.
Der er kendskab til både mere almindelige allergiske symptomer og tilfælde af allergisk chok ved indtagelse af fødevarer farvet med E120. Da der også kan ses reaktioner i huden ved brug af kosmetik farvet med karminsyre, bør eleverne bruge handsker og vaske hænder, hvis de kommer i kontakt med den rene karminsyre eller cochenillelus.
Didaktiske overvejelser
Lærerrollen
Forløbet lægger op til, at eleverne selv skal finde frem til faglige pointer og arbejde så selvstændigt som muligt i deres grupper. Dette gælder både det teoretiske og det eksperimentelle arbejde. Din rolle som lærer er i høj grad at vejlede eleverne uden at give dem svaret. Du finder inspiration til feedbackspørgsmål i lærerguides igennem forløbet.
Det anbefales, at du har LIFE's digitale undervisningsplatform åben på en fælles skærm i klasselokalet eller laboratoriet. På den måde kan du skabe en tydelig rød tråd igennem forløbet. På platformen fremgår det tydeligt, hvornår eleverne skal arbejde med forskellige modaliteter, fx video, app og arbejdshæfte.
Det anbefales desuden, at du orienterer eleverne om, hvor lang tid der er til næste fælles opsamling, så grupperne har mulighed for at tilpasse deres arbejde.
Er det bedst at ekstrahere pektin fra æbler, appelsiner eller limefrugter? Det skal eleverne selv finde frem til i en virksomhedscase.
Undersøgelsesbaseret naturfagsundervisning (6F)
Forløbets aktiviteter er udviklet med inspiration fra 6F-modellen Møller et al., MONA, 1, 26-44 (2020). 6F er en didaktisk model, som kan anvendes til at planlægge og organisere undersøgelsesbaseret naturfagsundervisning. Med denne tilgang tages der afsæt i elevernes egne forudsætninger og undersøgelser.
Det er en væsentlig didaktisk pointe, at eleverne ikke får at vide, hvad de kan forvente af svar og observationer, inden de går i gang med deres eksperimenter. Du finder hjælp til at støtte eleverne og den undersøgelsesbaserede tilgang i lærerguides på forsiderne til de relevante aktiviteter.
6F-modellen indeholder faserne forudsætning, fang, forsk, forklar, forlæng og feedback. I det følgende beskrives, hvordan de seks faser afspejles i forløbet.
- Forudsætning: I forløbets første aktivitet om tebrygning bliver elevernes forforståelse for ekstraktion italesat og bragt i spil.
- Fang: Forløbet har til hensigt at fange elevernes interesse ved at inddrage produkter og ekstraktionsprocesser, som de kan genkende fra deres hverdag.
- Forsk: Elementer af undersøgende arbejde indgår flere steder i forløbet – fx gennemfører eleverne et eksperiment, som de selv tilrettelægger.
- Forklar: Forløbet lægger op til, at eleverne får mulighed for at indsamle data, dele observationer og hypoteser og forklare sammenhænge. Dette har til hensigt at forene elevernes observationer med faglige forståelser og træne anvendelsen af fagsproget.
- Feedback: Det er væsentligt, at eleverne får formativ feedback på deres arbejde gennem hele forløbet. Feedbacken foregår dels gennem dine spørgsmål, dels gennem elevernes spørgsmål til hinanden. I forløbet ses løbende forslag til spørgsmål, som du kan stille eleverne for at guide dem i det undersøgende arbejde. Ligeledes indeholder arbejdshæftet opgaver, der kan stilladsere peerfeedback.
- Forlæng: Efter elevernes praktiske eksperimenter med ekstraktion af karminsyre perspektiveres ekstraktionsprocessen til en virkelig, industriel proces. Eleverne introduceres for pektinproduktion og arbejder med en aktivitet, hvor deres viden om ekstraktion kommer i spil. Her skal de se ud i verden i stedet for ind i laboratoriet.
Læs mere om forløbet
Baggrundsviden
Her finder du faglig baggrundsviden og forslag til videre læsning. Afsnittet er tiltænkt dig som lærer og spænder derfor bredere end det faglige indhold, som eleverne møder i forløbet.
Karminsyre har en karakteristisk rød farve. I over 2000 år er karminsyre blevet udvundet fra cochenillelus.
Cochenillelus
Cochenillelusen, (Dactylopius coccus) er et insekt i skjoldlusfamilien, der lever på forskellige arter af figenkaktus i Latin- og Nordamerika. Hun-cochenillelusen er den primære kilde til karminsyre, der kan udgøre op til 20 % af lusens masse. Lusene bruger karminsyre til beskyttelse mod rovdyr. Selv med dette høje indhold af karminsyre skal der indsamles ca. 100.000 lus for at producere 1 kg farve. Dette gør det ressourcekrævende at producere karminsyre.
Historisk produktion
Karminsyre fra cochenillelus er historisk set blevet brugt til farvning af tekstiler, tegning af kort, skrift samt vægmalerier i Latinamerika. Her kender man til avl af cochenillelus fra ca. 200 før vor tidsregning. Cochenillelus var en særdeles eftertragtet vare i Europa i fra 1500-tallet til 1800-tallet og blev bl.aa brugt til at farve ikoniske beklædningsgenstande såsom de katolske kardinalers røde kapper og de britiske officerers røde jakker.
Karminsyre fra cochenillelus er historisk set blevet brugt til farvning af tekstiler, tegning af kort, skrift samt vægmalerier i Latinamerika. Her kender man til avl af cochenillelus fra ca. 200 før vor tidsregning. Cochenillelus var en særdeles eftertragtet vare i Europa i fra 1500-tallet til 1800-tallet og blev bl.aa brugt til at farve ikoniske beklædningsgenstande såsom de katolske kardinalers røde kapper og de britiske officerers røde jakker.
Den karakteristiske røde farve kaldes crimson på engelsk – eller karmoisinrød på dansk. Cochenillelusen var den næstmest værdifulde import fra kolonierne, kun overgået af sølv. I dag avles størstedelen af de cochenillelus, der bruges til produktion af karminsyre, i Peru og Mexico på figenkaktus (Opuntia sp.), hvor de lever af saft fra kaktussen.
Karminsyres farve
Karminsyrens farve i vandige opløsninger er pH-afhængig. Dette skyldes, at karminsyre er i stand til at afgive op til fem protoner fra molekylets carboxylgrupper, og farven afhænger således af graden af deprotonisering. Farven spænder fra orangegule i sure opløsninger over dybrød omkring neutral pH til violet i basiske opløsninger.
Karminsyrens farve i vandige opløsninger er pH-afhængig. Dette skyldes, at karminsyre er i stand til at afgive op til fem protoner fra molekylets carboxylgrupper, og farven afhænger således af graden af deprotonisering. Farven spænder fra orangegule i sure opløsninger over dybrød omkring neutral pH til violet i basiske opløsninger.
Karminsyre bruges i dag som tilsætningsstof i fødevarer under navnet E120. Derudover bruges karminsyre i metalkompleksfarvestoffet karmin, der anvendes til tekstilfarvning. I modsætning til karminsyre er karmin tungtopløseligt i vand.
Du kan se en video om industriel opdræt af cochenillelus her: Why Tiny Cactus Bugs In Red Food Dye Are A $35 Billion Industry.
Pektin bruges som tilsætningsstof i en lang række fødevarer, fx syltetøj, slik, is og yoghurt.
Pektin
Pektin er et naturligt forekommende polysakkarid, der findes i planters cellevægge og består af kæder af galakturonsyremolekyler. Pektin kan danne geler, fortykne samt fungere som stabilisator, især i frugtbaserede produkter som syltetøj, slik, saftevandskoncentrat og frugtblandinger til yoghurtproduktion. Pektin angives som E440, når det anvendes som tilsætningsstof i fødevarer.
Råvarer til pektin
Pektin fremstilles primært af restprodukter fra frugtavl, især fra produktion af juice. Skaller fra citrusfrugter som citron, appelsin og lime er de mest anvendte råvarer. Det skyldes både, at disse frugter har et højt indhold af pektin med de ønskede egenskaber, og at der findes store mængder af restprodukter fra den globale juiceproduktion.
Pektin fremstilles primært af restprodukter fra frugtavl, især fra produktion af juice. Skaller fra citrusfrugter som citron, appelsin og lime er de mest anvendte råvarer. Det skyldes både, at disse frugter har et højt indhold af pektin med de ønskede egenskaber, og at der findes store mængder af restprodukter fra den globale juiceproduktion.
Pektin kan ekstraheres fra alle grønne landplanter, men ved brug af restprodukter fra fx fremstilling af æblejuice og roesukker vil udbyttet være mindre, og molarmassen af det ekstraherede pektin lavere end fra citrusfrugter.
Industriel produktion
Industriel produktion af pektin foregår ved ekstraktion i en sur, vandig opløsning. Her opnår man typisk en koncentration på op til 4 %, som yderligere opkoncentreres ved inddampning. Pektin udfældes fra den koncentrerede opløsning ved hjælp af alkohol, fx ethanol eller isopropylalkohol, som efterfølgende bortdestilleres. Afslutningsvis filtreres og tørres pektinen, inden den findeles og formuleres med fx sukker til det færdige kundeprodukt i pulverform.
Industriel produktion af pektin foregår ved ekstraktion i en sur, vandig opløsning. Her opnår man typisk en koncentration på op til 4 %, som yderligere opkoncentreres ved inddampning. Pektin udfældes fra den koncentrerede opløsning ved hjælp af alkohol, fx ethanol eller isopropylalkohol, som efterfølgende bortdestilleres. Afslutningsvis filtreres og tørres pektinen, inden den findeles og formuleres med fx sukker til det færdige kundeprodukt i pulverform.
Du kan læse mere om pektins kemi via linket nedenfor.
LIFE's samarbejdspartnere
Extractors er udviklet i samarbejde med virksomheden CP Kelco.
CP Kelco er en global virksomhed, der især specialiserer sig i udvikling og produktion af ingredienser til fødevarer og farmaceutiske produkter. CP Kelco producerer primært hydrocolloider og biopolymerer i form af pektin- og carrageenanprodukter, der fungerer som fortykningsmidler, stabilisatorer og emulgatorer.
I samarbejdet med LIFE har CP Kelco især bidraget med ekspertviden om pektinproduktion og industrielle ekstraktionsprocesser. Særlig opgaverne og videoen i aktiviteten Virksomhedscase er udviklet i samarbejde med CP Kelco. Her får eleverne mulighed for at stifte bekendskab med en virkelig produktionsvirksomhed og arbejde med kundebeskrivelser, der er inspireret af autentiske kunder.
