Thème Bioindustries - Académie de Nancy-Metz
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Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 Biotechnologies Thématique de projet : biotechnologies et bioindustries Pour chaque semaine, inclure les séances d’activités technologiques et les séances en classe entière (6H élève, cours et TP regroupés) Remarque 1: la formalisation sous forme de documents de synthèse des notions dégagées sur le métabolisme, la classification et l’identification, les milieux de culture/type trophique pourrait se faire sur un documents mis à jour au fur et à mesure des avancées plutôt que tout d’un coup.Le travail régulier sur pool d’articles au cours du projet devrait aider à développer une partie des compétences nécessaires. Les exposés seront lancés dés le début du projet : La question du cadrage se pose, peut être fournir un minimum de pool d’article ressource, La participation des documentalistes pour aider les élèves à rechercher et structurer des informations complémentaires serait souhaitable.Il faudra prévoir un minimum de séance de mise au point/cadrage…etc au cours de la période dédiée au projet. Quel découpage des heures ? 3+ 3 ? 4+2 ? Remarque 2 : il y a moyen de croiser beaucoup de choses avec le module mesures et instrumentation : le gros problème c’est qu’avec le découpage choisi si on réalise l’ensemble des types de mesures possibles, le gros intervient sur les 2 fermentations semaines 2 et 3 : on peu imaginer 2 approches complémentaires : Si possible : principe calibrage..etc vu avant en mesure et instrumentation. Autrement : c’est la mesure pilote effectuée sans réelle maîtrise du principe qui servira d’encrage concret pour un approfondissement ultérieur en mesure et instrumentation. Le luxe serait de refaire une 3 ème fermentation plus tard plus en autonomie pour vraiment voir les acquis dans les modules biotechno et mesure (est ce que cela pourrait faire partie du projet évalué au Bac ?). Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 Semai Thème de la séance, ne n° (objectifs de formation, supports techniques) 1 Activités technologiques proposées assorties de commentaires et repères pour la formation et liens avec MI Objectifs : dégager les thématiques Brainstorming sur les implications des microorganismes dans notre quotidien : à partir des d’études à l’année, au trimestre et idées récoltées et complétées classifier/regrouper pour dégager les 3 grandes mettre en place les groupes thématiques de projet (et/ou d’autres thématiques). d’exposés. Amener les thème biotechnologies et bio-industries : de la même façon faire émerger les catégories de produits concernés ( peut être enrichir le dialogue par l’étude de texte de référence).Montrer la diversité, centrer sur les produit laitiers pour les études réalisées en cours et dégager les thèmes complémentaires pour des exposés bilan à produire pour la dernière semaine. Les produits laitiers : une matière première, une diversité de flore et de produits. Observation(s) microscopiques de différents produits laitiers + tests organoleptiques. Lait UHT, Lait cru : x100 BM/GRAM Yaourt : x100 BM/GRAM X 10 X40 : roquefort, fromage traditionnel à croute orange, un fromage plus « industriel » Suspension faite avec la croute des fromages : x100 GRAM Produire un tableau avec le nom des produits, dessins à l’échelle des A partir des observation/schémas : demander aux élèves de décrire les micro-organismes microorganismes rencontrés, les et classer les mots employésfaire émerger les grands critères morphologiques commun types de saveurs, odeurs, à toute description (critère de classification et d’identification). couleurs…etcSauf résultats Compétences transversales et technologiques (reporter n° compétences) Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 abhérents plus les transformations sont poussée et variées dans un même produit plus la flore est variée. Produire une fiche avec une méthode hiérarchisée pour décrire les microorganismes 2 Jeux : à partir d’une classification très simplifiée sur quelques critères identifier les espèces observées et représentées (ne pas aller plus loin que moisissures , levures, bacilles , coques) Le Yaourt exemple d’une Ensemencement de lait avec des ferments et mesure en semi-continu (peut être à transformation simple d’un produit organiser sur plusieurs groupes/ classes) ou alors entre deux séances prélèvement et laitier par le métabolisme congélation d’aliquotes, les élèves ne réalisant directement que la phase initiale et microbien. terminale de la fermentation : Mesure de pH (potentio et/ou soude Dornic pourquoi pas alternance dans un binôme ?) CCM à différents temps couplée ou séparée (tester la compatibilité) : LacGlu + Gal : CCM sucres classique GluLactateCCM ou papier joseph avec un indicateur de pH dans le solvant. Témoin négatif : Lait stérilisé non ensemencé. Lien entre précipitation prot et acidification : témoin négatif + acide. Il faudra des docs complémentaires avec les formules des constituants dosés et pourquoi pas la fabrication d’un produit alcoolisé avec le même type de dosage : notion d’hydrolyse. importance du glucose dans le métabolisme (en plus avec le gal pas utilisé c’est parlant). On peu espérer reconstruire la séquence métabolique grâce à l’ordre d’apparition des tâches et à leur intensité. Pour les mesures on peu fonctionner de façon plus quantitative électrodes spécifiques, kit enzymatiques, voir hplc + détecteur (compatibilité avec un niveau 1ère ? coût ? équipement des établissements ?) On pourrait faire du dénombrement : turbi et comptage apparemment possible en routine faudrait faire des recherches sur les pb liés à la couleur du milieu et à la présence de Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 passage par les formes 3 C = lipide et prot. tronc commun du métabolisme. Mesure et instrumentation : mesure de pH électrodes et indicateurs.Dénombrement/biomasse. Mesure de durée. 3 Les grandes voies métaboliques : Oxydation : org minéral + énergie. Fermentation : orgorg majoritairement En complétant les conclusions de la partie précédente on arriverai à : Importance du Gluintermédiaires 3C 2voies possibles : moulinette oxydative à carbone et respi ou fermentation 3C donne autre chose d’org et réduit dont on se débarrasse dans le milieuvu générale du métabo « construite ». 4 Les transformations alimentaires sont produites par des souches spécifiques aux caractéristiques spécifiques : Travail sur un milieu faiblement glucosé (pour que le switch respi/ferm soit bien du à l’O2) et S.cerevisae. Le mieux serait de pouvoir faire : milieu brassé aéré mesure CO2 gaz, O2 dissout, turbidité. Acquisition des données. Entrecoupé de coupure de l’aération : avec mesure ΔO2, ΔCO2, Δéthanol .On verrait bien le switch métabolique : le pb c’est que pour des résultats rapidement exploitables il faudrait tourner sur un fermenteur avec les sondes qui vont bien et un kit GOD/POD (ça reste envisageable si on a utilisé les méthodes simples sur l’autre manip).Pour les établissements non équipés faudrait voir à bricoler ça avec des pompes et des erlen……..il doit y avoir moyen de trouver des idées de montage dans de vieux opérons ou via des collègues qui ont connu l’époque glorieuse sans pilotes pédagogiques.Voir peut être le doin sur le génie fermentaire. Mesure et instrumentation : électrodes et mesure de gaz dissous et atmosphériques.Sondes de températures et mesure de débit (plus simple sur un pilote pédagogique). Mesure (s) colorimétrique (s) par kit enzymatique.Possibilité de biocapteur si on utilise une électrode à enzyme (glu ou eth). Même si ce n’est pas le but de cette partie, on peu évaluer la variation de biomasse : comptage en cellule, compteur de particules, Dénombrement en surface :inoculum de départ vs biomasse terminale.A affiner en fonction des moyens à disposition et des objectifs privilégiés par chacun. Travail sur pool d’articles ou exposés : articles contenant des informations sur les germes spécifiques et les transformations qu’ils réalisent. Obj 1 : Dégager les transformations Replacer les transformations dans le contexte biochimique sur formules simplifiées (en non illustrées en manip et les fonction des notions déjà acquise. mettre en liens avec le complément Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 théorique de biochimie nécessaire : Classer l’ensemble de ce qui a été vu (exp + doc) en métabolisme glucidique, protidique, lipidique (des transformations les moins spécifiques vers les plus spécifiques base de la logique d’étude appliquée à l’identification pré-structurée pour les semaines suivantes Lipolyse, protéolyse. Désamination, décarboxylation,production Possibilité de raccorder les grandes branches du métabolisme glu, pro et lip à l’axe central 3C + sortie fermentation/moulinette de krebs pour avoir un pattern plus détaillé que le d’indole,formations précédent. d’acides divers, formation de butanediol. Obj 2 : conclusion si il existe un lien spécifique transformation micro-organisme on doit pouvoir : S’assurer que d’autres microorganismes plus ou moins gênants ne coloniseront pas le produit (nécessité d’asepsie pour protéger le produit, nécessité de techniques de contrôle qualité, lien avec les TIAC et transition possible vers le projet biotechnologies et santée) Sélectionner les souches et s’assurer que ce sont bien elles qui colonisent l’aliment qualitativement et quantitativement (nécessité de la partie taxo, identification dénombrement qui va suivre). Prise en main adaptée du poste de travail, notion sur les moyens de stérilisation du matériel et des milieux, règles de base : transferts aseptiques sur différents milieu VS boites et milieux laissés à l’air, pourquoi pas différentes empreintes : doigts, cheveux, paillasse non décontaminée et décontaminées…..etc Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 5 Objectif (s) : Métabolisme énergétique et type respiratoire. Principe détaillé en relation avec ce qui a été effectué les semaines précédentes, mise en œuvre sous forme de galerie de famille + isolement sur gélose (les notions de base sur les différents types de milieu, les notion de source de carbone, d’énergie, la notion de type trophique peuvent être revues ou abordées pour la première fois à cette occasion).Les notions liées à la température d’incubation peuvent également abordées en vue de la mise à l’étuve.Les observations microscopiques seront mise en œuvre à nouveau ici. Lecture, interprétation puis identification en commun grâce à une classification phénotypique simplifiée reprenant les critères abordés jusque là (possibilité de formaliser la notion à cette occasion) 6-7 Métabolisme glucidique et protidique : On peut travailler sur un nombre restreint de test du moment que les différents types sont illustrés et que l’ensemble est suffisant pour discriminer les souches choisies Travailler sur les mêmes germes que précédemment pour pouvoir affiner l’identification Structure de la séquence assez similaire à la précédente. Lecture, interprétation puis identification en commun grâce à une classification phénotypique détaillée adaptée aux familles identifiées la fois précédente. Au cours de ces deux séances seront abordées la nécessité de structurer l’identification, de hiérarchiser les caractères, la question de leurs poids respectifs la notion de risque de faux négatif, faux positif, l’interêt et la limite du mode dichotomique. Isolement de bactéries lactiques sur milieux spécifiques pour préparer la séance suivante. Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 8 L’identification en routine . A partir des isolements de bactéries lactiques sur milieux spécifiques : analyse de la composition pour mobiliser les notions sur les besoins nutritionnels et aborder les notions d’auxotrophie, de milieux enrichis, empirique, synthétiques, semi-synthétiques, de sélectivité.Observations et tests complémentaires de la galerie API. Présentation du système API a travers des galeries spécifiques pour les germes lactiques, principe de l’identification probabiliste.Etude du principe des tests ne correspondant pas aux macro méthodes illustrées précédemment : liens avec les grandes catégories de test étudiée précédemment. Ensemencement des galeries API Initiation à la lecture informatisée et catalogue à partir de résultats type. 9 La gestion du risque en biotechnologie alimentaire : Les contaminants et leurs impacts. Pathogènes et TIAC Méthodes de recherche, d’identification et de dénombrement des contaminants Les méthodes d’identification autres utilisables en microbiologie du lait (pool d’article) :l’objectif sera clairement de faire émerger le critère génétique comme outils de classification mais aussi d’identification grâce aux méthode de biologie moléculaire « rapides ». Liens possible avec le module mesure et instrumentation selon le type de mesure associé aux tests A partir d’un produit truqué : mise en œuvre de l’ensemble de la procédure d’après une norme ou un document de référence.On choisira une procédure incluant le dénombrement, la mise en évidence de colonies suspectes et l’identification des germes suspects. Méthodes de dénombrement. A chaque étape analyse des principes mis en jeu, des milieux et tests pour mobiliser te faire le lien avec les études précédentes. Pool d’article : méthodes rapide de détection des pathogènes utilisées dans les industries laitières.L’inhibition des pathogènes potentiels par des souches de ferments sélectionnées ou transformées ( bactériocines et autre). Liens possible avec le module mesure et instrumentation selon le type de mesure associé Document de travail réalisé lors des journées de formation sur les nouveaux programmes de la classe de 1ère STL-Biotechnologies – 2010-2011 aux tests. A la fin de cette partie la transition pour le projet biotechnologies et santé sera fait. 10 Exposés sur les bio-industries agroalimentaires autres que laitières et autres que agroalimentaires Présentation orales évaluées + présentation de support de communication réalisés par les élèves.
