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Junge
Wissenschaft
Young Researcher
Mathematik:
Die Welt
aus Zahlen
Themen:
Leckerer Schutz für Vitamin C // Maßgeschneiderte optische
Eigenschaften // Flieg Ahorn, flieg! // Alarm bei Leckage
Jugend forscht in Natur und Technik
The European Journal of Science and Technology
Außerdem im Heft: 10 Jahre juFORUM e. V. // MINT-Initiative Roberta® //
Spezialeffekte dank Mathematik // Mathematisch-Naturwissenschaftliche
Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und vieles mehr
Ausgabe Nr. 87 // 25. Jahrgang // 2010
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Wissenschaftsjahres 2010
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Die Zukunft Zukunft der
der
Energie
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Das Magazin
für Nachwuchsforscher
Innovative Experimente, wissenschaftliche Beiträge und spannende Ergebnisse:

4
Junge Wissenschaft 87 // 2010
Inhalt
Editorial 3
Inhalt 4 – 5
Neues 6 – 11
Seit einem Jahrzehnt vernetzen
sich deutsche Jungforscher 6
Primfaktorzerlegung in XXL 7
Wie Spinnen spinnen 7
Nicht mehr sichere Helme duften 8
Die besondere Nachricht:
Auch ein Genie kann sich irren 9
Ordnung ist das ganze Leben 9
Mit Mathematik gegen
den Herzinfarkt 10
Dem einen stinkt’s,
dem anderen nicht 11
66
Die Mathematik sorgt für die Spezialeffekte
Superhelden, die durch die Luft fliegen, Zauberstäbe, die Funken sprühen
und Feuersbrünste ausbrechen lassen sowie geradezu greifbare Ungeheuer
und Fabelwesen: All das sind Spezialeffekte, ohne die Kinofilme,
Fernsehfilme und Computerspiele heute nicht mehr denkbar sind und die
am Computer entstehen.
Magazin I 12 – 17
Roberta lässt die Puppen tanzen 12
Vom Militärgelände zur 0-City 14
In nur fünf Semestern:
Bachelorabschluss mit Note 1,5 16
Magazin II 60 – 74
Studium & Beruf:
Umwelttechnik 60
Die Mathematik sorgt für die
Spezialeffekte 66
Porträt: Die Zukunft im Blick 68
Aktuare – Experten der
Versicherungsbranche 70
Mit Φ-liki auf dem Weg zu
anschaulichem Unterricht 72
Buchrezensionen 73
12
Roberta lässt die Puppen
tanzen
Roberta® ist eine eine Initiative des
Fraunhofer IAIS. Ziel der Roberta® ist
es, das Interesse insbesondere von
Mädchen – aber auch von Jungen – für
Informatik, Technik und Naturwissenschaften
nachhaltig zu wecken.
Jugend forscht 18 – 59
Leckerer Schutz für Vitamin C
Neues aus der molekularen Küche:
Cyclodextrin schützt Vitamin C 18
Maßgeschneiderte
optische Eigenschaften
Die Plasmonenresonanz von
Nano-Goldpartikeln 27
Flieg Ahorn, flieg!
Analyse des Flugverhaltens
von Ahornsamen 40
Alarm bei Leckage
Entwicklung eines Sensors
zur Erkennung kleiner
Flüssigkeitsmengen 52

Leckerer Schutz
für Vitamin C
Der Vitamin C Gehalt von Obst und
Gemüse nimmt beim Kochen und Lagern
ab. Durch Zugabe des erlaubten Lebensmittelzusatzes
ß-Cyclodextrin können die
Verluste deutlich gemindert werden.
Autoren: Thomas Fuchs, Timo Imhof
Maßgeschneiderte
optische Eigenschaften
Nano-Goldpartikel sind nicht golden, sondern
rot. Ursache ist ihre geringe Größe,
die das optische Absorptionsvermögen
beeinflusst. Untersuchungen und Berechnungen
zeigen, wie Form und Größe die
Farbe bestimmen.
Autoren: Karen Wintersperger, Lucas Rott
Flieg Ahorn, flieg!
Ahornsamen fallen nicht einfach zu
Boden, sondern vollführen Dank ihrer
Form einen faszinierenden Flug. Welche
physikalischen Eigenschaften des Samens
diesen Flug und vor allem seine Weite
bestimmen, wird hier untersucht.
Autoren: Sebastian Schulz, Christopher
Rheinsberg
Alarm bei Leckage
Bereits kleinste Flüssigkeitsmengen, die
aus Zuleitungen in einem Roboterarm
einer Lackiererei austreten, können diesen
schädigen. Ein kleiner, sehr robuster
Sensor wird dies in Zukunft verhindern.
Autor: Thomas Nesch
18
27
40
52
Inhalt
Junge Wissenschaft –
Jugend forscht in Natur
und Technik
Junge Wissenschaft veröffentlicht Originalbeiträge
junger Autoren bis zum Alter von
23 Jahren mit anspruchsvollen Themen aus
allen Bereichen der Naturwissenschaften
und Technik.
Gründungsherausgeber:
Prof. Dr. rer. nat. Paul Dobrinski †
Herausgeber:
Prof. Dr. Manfred Euler
Dr. Dr. Jens Simon
Dr.-Ing. Sabine Walter
Beirat:
Dr. J. Georg Bednorz
Nobelpreisträger
IBM Research Division
Forschungslaboratorium Zürich
Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.
Manfred Eigen
Nobelpreisträger,
Max-Planck-Institut für
Biophysikalische Chemie,
Göttingen
Prof. Dr. Gerhard Ertl
Nobelpreisträger
Fritz-Haber-Institut der
Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Prof. Dr. Ernst O. Göbel
Präsident der Physikalisch-
Technischen Bundesanstalt,
Braunschweig und Berlin
Dr. Uwe Groth
VDI Projektleitung
„Jugend entdeckt Technik“,
Hemmingen
Prof. Dr. Elke Hartmann
Universität Halle
VDI Bereichsvorstand
„Technik und Bildung“
Dr. Jörg F. Maas
Geschäftsführer der Stiftung
„Jugend forscht“ e. V.,
Hamburg
Prof. Dr. Bernd Ralle
Schriftführer der Zeitschrift MNU,
Fachbereich Chemie,
Universität Dortmund
Wolfgang Scheunemann
Geschäftsführer der dokeo GmbH,
Stuttgart
5

er
Ausgabe Nr. 84 // 24. Jahrgang // 2009
Junge
Wissenschaft
nschaft
Jugend forscht in Natur und Technik
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The European Journal of Science and Technology
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Bionik:
Technik nach
dem Vorbild
der Natur
l –
ielseitiger
kstoff
:
e im Tsunamistrudel // Mindestens 17 müssen
// Organe aus dem Spinnennetz // Widerstand
los // Wenn sich das Gehirn selbst betrachtet
rdem im Heft: Ganz großes Kino auf der Edelstahlhülle //
ung Jugend forscht e.V. // Weltrekord im Brückenbau –
Viadukt von Millau // Hochschulportrait TU Bergakademie Freiberg //
dienführer Werkstoff- und Materialwissenschaften und vieles mehr...
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Edelsteine aus dem Reagenzglas – Synthese von Opalen //
Schräg um die Kurve // Auomatic Guitar Tuner – ein Helfer in
der Musik // Nützliche Hologramme // Ordnung und Chaos
Außerdem im Heft: Kleben lernen von der Taupfl anze // JufoBase//
Inspiriert vom Prinzip Natur // Bionikkompetenz im Saarland und in
Bremen // Studienführer Bionik und Biologie
„ Als Schüler wollte ich die Welt erobern.
Jetzt ist erstmal die Sonne dran.“
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Neugier ist der stärkste Antrieb. Prof. Dr. Robert Pitz-Paal vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt
forscht am solarthermischen Kraftwerk. Und damit an der Zukunft von uns allen. Jetzt mitforschen unter
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Luft- und
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Vom Korn zum Brot // Wasser in der Wüste // Nur eine Lage
Kohlenstoff // Tarnung für Titan // Bilder begreifen
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Ausgabe Nr. 86 // 25. Jahrgang // 2010
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Mathematik
Primfaktorzerlegung in XXL
Neues
Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter Beteiligung der Universität Bonn hat eine
232-stellige Zahl in ihre Primfaktoren zerlegt. Für ihre Berechnung nutzten sie vernetzte Computer -
ein einzelner handelsüblicher Rechner wäre knapp 2.000 Jahre beschäftigt gewesen.
Viele Verfahren zur Verschlüsselung sensibler
Daten beruhen auf der Schwierigkeit,
große Zahlen zu zerlegen. Die US-
Forscher Ron Rivest, Adi Shamir und
Leonard Adleman hatten 1977 das so
genannte RSA-Verfahren zur Verschlüsselung
von Daten entwickelt und später
die Firma RSA Security gegründet.
Ihre Technik steckt inzwischen in jedem
Internet-Browser: Ein kleines Programm
verschlüsselt dort beispielsweise Kreditkarten-Nummern
so, dass ein böswilliger
Lauscher mit ihnen nichts anfangen kann.
Der Code beruht auf der Schwierigkeit,
Zahlen in ihre Primfaktoren zu zerlegen.
Denn was bei "21 = 7 mal 3" noch jeder
Drittklässler problemlos schafft, wird bei
genügend großen Zahlen fast unmöglich.
Sichere Schlüssel sollten heute mindestens
1024 Bit groß sein. Anders gesagt:
Als Binärzahl aus Nullen und Einsen
geschrieben, hätten sie eine Länge von
1024 Ziffern.
Die jetzt geknackte Zahl trägt die nüchterne
Bezeichnung RSA-768, das heißt,
sie hat 768 Bit. In Dezimalschreibweise
entspricht das 232 Stellen. Damit handelt
Biologie
Wie Spinnen spinnen
Die jetzt geknackte Primzahl hat in Binärschreibweise
768 Stellen
Spinnenseide ist fünfmal so reißfest wie Stahl und dreimal so fest wie die derzeit besten synthetischen
Fasern. Wie schafft es die Spinne, in Sekundenbruchteilen lange, hochstabile und elastische
Fäden zu ziehen? Diesem Geheimnis sind Wissenschaftler aus Bayreuth und München nun auf die
Spur gekommen.
"Die hohe Elastizität und extreme Reißfestigkeit
der natürlichen Spinnenseide
erreichen selbst Fasern aus reinem
Spinnenseiden-Protein bisher nicht,"
sagt Professor Horst Kessler der Technischen
Universität München. Daher ist
eine Schlüsselfrage bei der künstlichen
Herstellung stabiler Spinnenseide-Fäden:
Wie schafft es die Spinne, das Rohmaterial
in der Spinndrüse in hoher Konzen-
es sich um das größte Zahlenungetüm
von allgemeiner Form, das bislang in seine
Primfaktoren zerlegt wurde.
An dem Weltrekord waren neben der
Uni Bonn das Bundesamt für Sicherheit
in der Informationstechnologie, sowie
Informatiker aus den Niederlanden, der
Schweiz, Frankreich und Japan beteiligt.
Die Berechnung lief verteilt auf zahlreichen
Rechnern und beanspruchte insgesamt
knapp 2000 Prozessor-Jahre. Die
für den Rekord benutzte Software wurde
zu erheblichen Teilen am Institut für Mathematik
der Universität Bonn
entwickelt. Das Bonner Institut
für numerische Simulation stellte
Hardware für diese Entwicklungsarbeiten
sowie einen Teil
der Rechenzeit für den aktuellen
Rekord zur Verfügung.
"Die Zerlegung eines 1024-Bit-
Schlüssels wäre um drei Größenordnungen
schwieriger
als das jetzt abgeschlossene
Projekt und würde teilweise
nichttriviale Modifikationen
tration bereit zu halten und bei Bedarf in
Bruchteilen einer Sekunde daraus einen
reißfesten Faden zu ziehen? Professor
Thomas Scheibel, Inhaber des Lehrstuhls
Biomaterialien der Universität Bayreuth,
ist dem Geheimnis der Spinnenseiden
seit einigen Jahren auf der Spur.
Spinnenfäden bestehen aus Eiweißmolekülen,
langen Ketten, die aus Tausenden
der vorhandenen Software erfordern",
erklärt Professor Dr. Jens Franke
vom Institut für Mathematik der Uni
Bonn. Dennoch werde der erste 1024-Bit-
Schlüssel vermutlich noch vor Ende des
Jahrzehnts geknackt. Gestützt wird diese
Einschätzung durch die bisherigen Rekorde:
1999 fiel RSA-512, 2005 RSA-663
und nun RSA-768. Gängige Standards
empfehlen übrigens, zur Gewährleistung
eines langfristigen Sicherheitsniveaus
nach Ende dieses Jahres keine 1024-Bit-
Schlüssel mehr zu verwenden, sondern zu
2048-Bit-Schlüsseln überzugehen.
von Aminosäure-Bausteinen aufgebaut
sind. Röntgenstreuungsexperimente zeigen,
dass sich im fertigen Faden Bereiche
befinden, in denen mehrere Eiweißketten
über stabile physikalische Bindungen
miteinander vernetzt sind. Sie bewirken
die Stabilität. Dazwischen befinden sich
unvernetzte Bereiche, sie sind für die hohe
Elastizität verantwortlich. In der Spinndrüse
herrschen ganz andere Verhältnisse:
7
Young Researcher

8
Junge Wissenschaft 87 // 2010
Neues
In einer wässrigen Umgebung lagern hier
die Seiden-Proteine in hoher Konzen-
tration und warten auf ihren Einsatz. Die
für die festen Quervernetzungen verantwortlichen
Bereiche dürfen sich dabei
nicht zu nahe kommen, da sonst die Ei-
weiße augenblicklich verklumpen wür-
den. Es musste also eine Art Speicher-
form dieser Moleküle geben. Die Untersuchungsmethode
der Wahl war die Kernmagnetische
Resonanz-Spektroskopie
(NMR), mit der die Struktur eines Regulationselements
aufgeklärt wurde, das für
die Bildung des festen Fadens verantwortlich
ist. "Unter den Speicherbedingungen
in der Spinndrüse sind immer zwei dieser
Regulationsbereiche so miteinander verknüpft,
dass die quervernetzenden Bereiche
beider Ketten nicht parallel zueinander
liegen können," erläutert Thomas
Scheibel die Ergebnisse. "Die Vernetzung
ist damit wirkungsvoll
unterbunden."
Die Eiweißketten
lagern sich dann
so zusammen, dass
polare Bereiche
außen sind und
die Wasser abweisenden
Teile der
Kette innen. Dies
stellt die gute Löslichkeit
in der wässrigen
Umgebung
sicher.“
Gelangen die so geschützten Proteine in
den Spinnkanal, finden sie dort eine völlig
andere Salzkonzentration und -zusammensetzung
vor. Die beiden Salzbrücken
der Regulatordomäne werden dadurch
instabil und die Kette kann sich entfalten.
Werkstofftechnik
Nicht mehr sichere Helme duften
Spinnenseiden sind inhomogen aufgebaut und erreichen so sowohl hohe
Festigkeit als auch hohe Elastizität. Wie ein solcher Faden in Sekundenbruchteilen
entsteht, wurde nun herausgefunden.
Durch die Strömung im engen Spinnkanal
treten zudem starke Scherkräfte auf.
Die langen Eiweißketten werden parallel
zueinander ausgerichtet, und nun liegen
auch die für die Quervernetzung verantwortlichen
Bereiche direkt nebeneinander.
Ein stabiler Spinnenseidenfaden entsteht.
Am Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik wurden Kunststoffe mit Mikrokapseln, die Duftöle enthalten,
entwickelt. So können kleine Risse zum Beispiel in Fahrradhelmen durch Duftstoffe angezeigt
werden.
Fahrradhelme sollen den Kopf des Trägers
schützen. Doch nur einwandfreie
Helme halten im Notfall, was sie versprechen.
Daher empfiehlt es sich, den Kopfschutz
nach einiger Zeit auszutauschen.
Aber wer erneuert schon gerne auf Verdacht
seine Ausrüstung?
Ein beschädigter Fahrradhelm setzt Duftstoffe frei. Rechts unten: die
aufgerissene Mikrokapsel. (Quelle: Fraunhofer IWM)
Daher haben Forscher des Fraunhofer-
Instituts für Werkstoffmechanik IWM in
Freiburg in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut
für Umwelt-, Sicherheits-
und Energietechnik in Oberhausen ein
Verfahren entwickelt haben, um Risse
durch Geruch erkennbar zu machen.
Die Forscher arbeiten
die Mikrokapseln als
Zusatzstoff in eine
Polypropylenmasse ein,
die sie dann im Spritzgussverfahren
zum endgültigen
Bauteil formen
können. Im Fall des
Fahrradhelms haben sie
die Kügelchen in eine
dicke Folie aus dem
Polymerwerkstoff Polypropylen
eingebracht.
Die Folie wird am
Kopfschutz befestigt.
Eine Schicht aus Melaminformaldehydharz
verschließt die Kapseln
geruchsdicht und mechanisch. Sie
schützt die Kügelchen, schließlich müssen
diese im Spritzgussverfahren Temperaturen
von 200 bis 300 Grad Celsius
aushalten und darüber hinaus statischen
Drücken von bis zu 100 bar standhalten
Das Verfahren eignet sich nicht nur für
alle schwer auf Defekte zu testenden
Teile wie Fahrrad-, Motorrad- oder Bauhelme.
Vielmehr lässt es sich auch zum
Überprüfen von Druckschläuchen wie
Waschmaschinenzuleitungen einsetzen,
die verdeckt verbaut sind. Geruchssensoren
könnten auch Kunststoffrohre
für die Wasser- und Gasversorgung auf
kritische Risse überwachen, da sie ausströmende
Duftstoffe über weite Entfernungen
hinweg registrieren. „Bei beschichteten
Bauteilen aus Metall wird
die Geruchsdetektion bereits eingesetzt.
Wir wenden das Verfahren erstmals auf
Polymerwerkstoffe an,“ erläutert einer
der Forscher.

12
Junge Wissenschaft 87 // 2010
Magazin
MINT
Roberta lässt die Puppen tanzen
Anja Tempelhoff ist Realschulrektorin und unterrichtet an der Wolfgang-Borchert-Schule in Berlin-
Spandau Informatik. Sie ist Landesmentorin für Roberta in Berlin und MINT Botschafterin der Initiative
MINT Zukunft schaffen.
Frau Tempelhoff, Sie haben beobachtet,
dass an den Informatikkursen in Ihrer
Schule im Allgemeinen höchstens 20
Prozent Mädchen teilnehmen. Woran
kann das liegen?
Anja Tempelhoff: Im Informatikunterricht
in der Realschule muss ich immer
wieder feststellen, dass Mädchen und
Jungen eine völlig unterschiedliche
Herangehensweise an Computer besitzen.
Während Mädchen verstärkt den
kommunikativen Aspekt der Technologie
erlernen und nutzen wollen, wie
Chat-rooms und E-Mail, oder sich für
Homepages von Popstars interessieren,
wollen sich die Jungen verstärkt mit
den technischen Aspekten beschäftigen.
Tauschen Jungen Erfahrungen über
Computer aus, so schließen sie dabei
häufig Mädchen aus, indem sie – sicherlich
zum Teil unbewusst – technische
Fachtermini verwenden, ohne diese weiter
zu erklären.
Außerdem zeigen sich viele Jungen beinahe
„ritterlich“, indem sie Mädchen
schnell bei Computerproblemen helfen
oder beraten. Mädchen reagieren bei
Fehlermeldungen auch häufig ängstlich
und unsicher, zum Teil sogar frustriert,
während Jungen ohne Zögern versuchen,
die Probleme selbstständig zu lösen.
Informatik als mathematisch-technische
Disziplin ist für viele Mädchen schlichtweg
mit Vorurteilen belastet.
Sie versuchen das zu ändern und bringen
im Informatikunterricht Roboter ins
Spiel.
Anja Tempelhoff: Richtig, denn Roboter
strahlen eine gewisse Faszination aus. Sie
halten auch immer stärker Einzug in den
Alltag der jungen Generation und sind
ein attraktives Mittel, um technisches
Wissen zu vermitteln. Mit Hilfe von
Robotern lassen sich die Grundlagen
der Programmierung in der Informatik
begreifbar machen. Einfache Befehle
können programmiert und sofort am
Roboter erprobt werden. Die Schülerinnen
erhalten somit eine unmittelbare
Kontrollmöglichkeit ihrer Programmier-
fähigkeiten und ihrer Programme. Während
der Konstruktion und Programmierung
von Robotern erfahren die
Berlin STOMPYs - ein Roberta Team der Wolfgang-Borchert-Oberschule aus Berlin Spandau
(Quelle: MINT Zukunft schaffen)
Schülerinnen, dass die Arbeit mit Technik
Spaß macht. Der Umgang mit
Robotern kann ein sehr kreativer sein,
da besonders LEGO-Roboter den Bau
zahlreicher Modelle ermöglichen, die
sich durch Umbau immer weiter optimieren
lassen, so dass immer wieder neue
Aufgaben gelöst werden können.
Was beobachten Sie noch bei der Arbeit
mit den Robotern?
Anja Tempelhoff: Neben dem fachlichen
Wissen wird bei der Arbeit mit
Robotern auch die Sozialkompetenz der
Schülerinnen gefördert. Diese arbeiten
im Team zusammen, teilen sich in der
Regel zu dritt oder viert einen Roboter-
Baukasten, präsentieren nach der Bearbeitung
einzelner Aufgabenstellungen
ihre Ergebnisse, tauschen ihre Erfahrungen
in der Konstruktion und Programmierung
aus und erläutern ihre
Problemlösungsstrategie. Durch diesen
hohen Stellenwert der Präsentation während
der Arbeit mit Robotern, wird insbesondere
die Kommunikations- und
Dokumentationsfähigkeit der Schülerinnen
gefördert.
Welche Bedeutung hat das Roberta
Projekt der Fraunhofer Gesellschaft?
Anja Tempelhoff: Es gibt bisher kaum
Unterrichtsmaterial, das die Interessen
und Fähigkeiten der Mädchen im Fach
Informatik berücksichtigt. Obwohl
bekannt ist, das Mädchen eine andere
Herangehensweise an Computer und
Technik haben, wird in der Informatikdidaktik
dieses Problem weitgehend
außer Acht gelassen. Das Fraunhofer-
Institut für Intelligente Analyse- und
Informationssysteme IAIS versucht,
auf diesem Gebiet mit ihrem Roberta-
Projekt Abhilfe zu schaffen. Das Fraunhofer-Institut
hat in ihren Roberta-
Kursen bereits die Erfahrung gemacht,
dass Mädchen erst dann bereit sind,
sich mit einem Thema auseinanderzusetzen,
wenn sie einen Grund dafür

Roberta® -
eine Initiative des Fraunhofer IAIS
Ziel der Roberta® -Initiative ist es, das Interesse
insbesondere von Mädchen – aber
auch von Jungen – für Informatik, Technik
und Naturwissenschaften nachhaltig zu
wecken.
Mit speziellem gendergerechtem Lehr- und
Lernmaterialien und einem Schulungskonzept
wurde in den vergangenen Jahren ein
nachhaltiges Bildungsangebot etabliert.
Regionale Roberta® RegioZentren und
zertifizierte Roberta® -Kursleitungen
bilden mittlerweile ein europäisches Netzwerk
für den Erfahrungsaustausch und die
Weiterentwicklung von Roberta.
Weitere Informationen unter:
http://www.roberta-home.de/
Magazin
akzeptieren können. Diese Erfahrung
kann ich bestätigen: Es ist zu beobachten,
dass die Mädchen meiner Roberta-
Teams viel stärker an Fragestellungen
interessiert sind, die den Robotern „sinnvolle“
Aufgaben abverlangen.
Welche Erfolge konnten Sie bereits mit
Ihren Schülerinnen im Roberta Projekt
erzielen?
Anja Tempelhoff: Seit 2005 nehme ich
mit jeweils mindestens einem Mädchenteam
am RoboCupJunior, einem Robotikwettbewerb,
teil. In diesem Jahr fand
die Weltmeisterschaft in Singapur statt,
von der wir als Weltmeister heimkehrten.
Aber auch in den Jahren davor ist es mir
jedes Mal gelungen, ein Team für die
Weltmeisterschaft zu qualifizieren und
mit diesem Titel bzw. Sonderpreise zu
erhalten.
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18
Junge Junge Wissenschaft 87 87 // 2010
Jugend forscht
Leckerer Schutz für Vitamin C
Neues aus der molekularen Küche: Cyclodextrin schützt Vitamin C
Vitamin C ist ein empfindliches Molekül. Doch man muss es nicht hinnehmen, dass beim Kochen oder
Lagern von Obst und Gemüse wesentliche Anteile des Vitamins zerstört werden. Wir wiesen in zahlreichen
Laborversuchen nach, dass der Lebensmittelzusatz ß-Cyclodextrin die Vitaminverluste um
durchschnittlich 30-50% mindern kann.
1 Kochen ist Chemie
Die Zauberformel „molekulare Küche“ haben
Gourmet-Köche unserer Zeit geprägt:
Sie experimentieren in Küchen mit physikalischen
und chemischen Methoden
und Geräten, und sie erkennen, dass die
Zubereitung von Speisen auf beeinflussbaren
chemischen Vorgängen beruht. Kochen
ist Chemie, das war schon immer so!
Jetzt klingt es endlich anspruchsvoll und
wissenschaftlich. Gerade weil es da allerlei
Hokuspokus gibt, wollen wir mit unserer
Arbeit zum Schutz von Ascorbinsäure-
Molekülen in den molekularen Höhlen
von Wirts-Molekülen einen seriösen Beitrag
zur molekularen Küche leisten.
2. Einführung und Problemstellung
Der Tagesbedarf eines Erwachsenen an
Vitamin C wird von der Deutschen Gesellschaft
für Ernährung mit 100 mg
angegeben. Die Meinungen gehen jedoch
weit auseinander. Der Chemie-
Nobelpreisträger Linus Pauling war ein
engagierter Vertreter der hoch dosierten
Anwendung von Vitamin C. Fest steht,
dass Dosierungen bis zu 5000 mg kurzzeitig
als unbedenklich gelten. Überschüssige
Mengen werden vom Körper über den
Urin ausgeschieden. Ganz anders sieht es
mit der Unterversorgung aus. Der Mangel
von Vitamin C in der Ernährung führt
zum Krankheitsbild des Skorbuts, der vor
allem bei den Seefahrern der letzten Jahrhunderte
auftrat.
Es wird berichtet, dass beim Kochen von
Vitamin C-haltigen Speisen ein Vitaminverlust
von 25% bis 60% auftreten kann
[1]. Auch das Umrühren hat offenbar
einen Einfluss, da dabei oxidierend wirkender
Sauerstoff eingetragen werden
kann. Tatsache ist, dass die Zerstörung von
Vitaminen in Lebensmitteln durch unsachgemäße
Behandlung zu einer Verminderung
ihres ernährungsphysiologischen
Thomas Fuchs * 1993
Dammbach/Wintersbach
Timo Imhof * 1992
Johannesberg
Schule:
Hanns-Seidel Gymnasium Hösbach,
Hösbach
Eingang der Arbeit: Juli 2009
Zur Veröffentlichung angenommen:
November 2009
Wertes führt. Der Vitamin C-Verlust von
Speisen beim Kochen wurde in der Vergangenheit
ausführlich untersucht [12].
Daher fragten wir uns, ob es nicht innerhalb
des erlaubten Sortiments Stoffe
gibt, die eine Art Schutzfunktion für das
sensible Vitamin C übernehmen könnten.
Wir dachten hier in erster Linie an die Cyclodextrine,
die man auch etwas flapsig als
molekulare Zuckertüten bezeichnet. Ihre
molekularen Höhlen werden bereits bei
anderen Anwendungen als Stoffdepot genutzt.
Eine Konservierung von Vitamin C
auf molekularer Ebene ist unseres Wissens
bislang nicht beschrieben. Sie wäre auch
deshalb interessant, weil ß-Cyclodextrin
seit dem 24. November 2000 in der Bundesrepublik
als Lebensmittelzusatzstoff
(E 459) zugelassen ist [2]. Am 26. Mai
2008 hat die zuständige EU-Kommission
nun auch dem α-Cyclodextrin die Zulassung
als Lebensmittelzusatz erteilt [3].

Abb. 1: Blick von oben in ein β-Cyclodextrin-Molekül nach [4]
3 Grundlagen der Wirt-Gast-Chemie:
Charakterisierung der Ausgangsstoffe
3.1 Cyclodextrine
Cyclodextrine (kurz: CD) wurden von
Villiers 1891 erstmals isoliert. Schardinger
konnte die neue Stoffklasse 1903 als Oligosaccharide
charakterisieren. Lange Zeit
blieben sie eine Laborkuriosität. Je nach
Anzahl der sie aufbauenden Glucosemoleküle
(6–8) erhalten sie einen griechischen
Buchstaben von α bis γ als Präfix.
Chemisch gesehen sind Cyclodextrine
eine Klasse von Verbindungen, die zu
Abb. 2: Querschnitt durch ein α-Cyclodextrin-Molekül nach [4]
Molare Masse
[g/mol]
Höhe der Kavität
[nm]
den cyclischen, nicht reduzierenden Oligosacchariden
mit 1,4-α-glykosidisch
verknüpften Glucose-Einheiten gehören
(siehe Abb.1). Sie stellen Abbauprodukte
von Stärke dar. Das praktische Interesse
an dieser Verbindungsklasse ergibt sich
aus der interessanten Molekül-Architektur.
Ihre dreidimensionale Form kann als
offener Kegelstumpf beschrieben werden.
Die Glucose-Einheiten sind so angeordnet,
dass eine hydrophile Außenseite und
ein hydrophober Hohlraum entstehen.
Abb. 2 zeigt, dass sich die Hydroxygruppen
am oberen und unteren Rand des
Moleküls befinden. Sie verleihen den
Durchmesser
der Kavität [nm]
Jugend forscht
Cyclodextrinen eine polare äußere Oberfläche.
Das Innere des Hohlkörpers hat
einen eher unpolaren Charakter. Als Folge
davon sind Cyclodextrine in der Lage,
lipophile Moleküle geeigneter Größe
einzuschließen, wenn die Gastkomponente
entweder ganz oder teilweise in
den Hohlraum hineinpasst (Einschlussverbindung).
Sie kann sich aber auch nur
von außen an das Cyclodextrin anlagern
(Anlagerungsverbindung).
Lange schien es, dass die Cyclodextrine
wegen ihres hohen Preises für eine Anwendung
in der Praxis nicht in Frage
kommen. Heute hat die starke Nachfrage
auch die Preise enorm fallen lassen.
Ihre Wasserlöslichkeit und die Fähigkeit,
Einschlussverbindungen zu bilden, machen
sie zu einem immer wichtigeren
Gegenstand der pharmazeutischen
und der kosmetischen Forschung.
Die weiteste technische Verbreitung
hat das β-Cyclodextrin (siehe Tab. 1).
Das Einsatzspektrum reicht heute von
der Medizin über die Sensorik und die
Landwirtschaft bis hin zur Verpackungsindustrie.
Dem Verbraucher begegnen
Cyclodextrine mittlerweile unter dem
Handelsnamen Febreze®, Bounce® oder
Oust®. Die in diesen Produkten enthaltenen
Cyclodextrin-Derivate können
unangenehme Geruchsstoffe binden
und sind gleichermaßen Träger von
Außendurchmesser
der Kavität [nm]
α-CD 972 0,79 0,47 – 0,53 1,46 ± 40 145
β-CD 1135 0,79 0,60 – 0,65 1,54 ± 40 18,5
γ-CD 1297 0,79 0,75 – 0,83 1,75 ± 40 232
Tab. 1: Eigenschaften der verfügbaren Cyclodextrine nach [4]
Löslichkeit in
Wasser, 25°C [g/L]
19
Young Researcher

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Junge Wissenschaft 87 // 2010
Jugend forscht
Duftstoffen. WACKER SPECIALITIES
entwickelte ein Produkt, das die Fixierung
der Cyclodextrine über kovalente
Bindungen an den OH-Gruppen von
Baumwollfasern ermöglicht. Die imprägnierten
Textilien zeichnen sich durch
eine lang anhaltende Frische aus, weil
Geruchskomponenten aus dem Körperschweiß
eingekapselt werden können.
3.2 Ascorbinsäure: Struktur und Analytik
Ascorbinsäure (Vitamin C) ist ein weißer,
kristalliner, wasserlöslicher Feststoff.
Aus der Strukturformel (Abb. 3) wird
die Anordnung zweier benachbarter
OH-Gruppen an einer C═C-Doppelbindung
ersichtlich. Die Endiol-Gruppe
bedingt den sauren Charakter sowie das
starke Reduktionsvermögen der Ascorbinsäure.
Beide Eigenschaften stellen
auch die Grundlage für die quantitativen
Bestimmungsmethoden dar.
Die Anwendbarkeit möglicher Untersuchungsmethoden
hängt im Wesentlichen
von der stofflichen Umgebung des
Vitamin C ab. Säure-Base-Titrationen
kommen dann in Frage, wenn keine störenden
Begleitstoffe vorliegen. Dies ist
bei Lösungen von reinem Vitamin C in
Wasser der Fall. Bei der Untersuchung
des Vitamin C Gehaltes von Naturprodukten
mit zusätzlichen pflanzlichen
Inhaltsstoffen hat sich die Titration mit
2,6-Dichlorphenolindophenol bewährt.
2,6-Dichlorphenolindophenol ist ein selektives
Reagenz auf Vitamin C.
Zunächst galt es, die für uns optimale
Methode zur quantitativen Vitamin
C Bestimmung zu finden. Sie sollte
möglichst wenig aufwändig sein, vor
allem im Hinblick auf die geplanten
Untersuchungsreihen, bei denen viele
Quantitative Bestimmungsmethoden für Vitamin C
Säure-Base-Titration
Titration mit Iod im Anschluss an Säure-Base-Titration
Direkte Titration mit Iod
Rücktitration von überschüssigem Iod mit Thiosulfat
Titration mit Iodat
Titration mit 2,6-Dichlorphenolindophenol
Bestimmungen hintereinander
anfielen
(siehe auch Tab. 2).
Anfangs bestimmten wir
Vitamin C durch Titration
mit einer Kaliumiodat-
Maßlösung. Dies erwies
sich jedoch für den Routinebetrieb
als zu umständlich,
weil man jedes Mal
eine frische Maßlösung ansetzen musste.
Hinzu kam, dass die Cyclodextrine
das Ergebnis geringfügig beeinflussen.
Für die Hauptuntersuchungen stiegen
wir deshalb auf die Säure-Base-Titration
um. Dabei erfasst man das Vitamin C
als schwache, einbasige Säure mit Na-
OH-Maßlösung (c = 0,01 mol/L). Für
größere Untersuchungsreihen setzten
wir jeweils Vitamin C Lösungen im Litermaßstab
mit einer Konzentration von
200 mg Vitamin C/L an. Diese Stammlösung
wurde vor jeder Untersuchungsreihe
frisch bereitet.
Als günstiger Indikator erwies
sich Thymolblau mit einem
Farbumschlag von gelbgrünlich
nach blau zwischen pH
7,8 und 9,5. 2,6-Dichlorphenolindophenol
(DCPIP)
(Tillmans-Reagenz, siehe
Abb. 4) bildet in neutralem
und basischem Milieu eine
tiefblaue Lösung. Durch die
reduzierende Wirkung der Ascorbinsäure
kommt es zur Entfärbung,
weil die blaue Form
in die Leukoverbindung übergeht.
Zur Herstellung einer
Maßlösung werden 60 mg
2,6-DCPIP in 100 mL Wasser
gelöst und nach intensivem
Rühren durch einen
Fotometrische Bestimmung mit 2,6-Dichlorphenolindophenol
Tab. 2: Methoden zur quantitativen Bestimmung von Ascorbinsäure nach [5]
Abb. 3: Strukturformel von Vitamin C
Faltenfilter in einen Messkolben filtriert.
Vor der eigentlichen Bestimmung muss
der Titer der Lösung bestimmt werden.
Zu 50 mL einer Ascorbinsäurelösung
bekannter Konzentration gibt man
2 mL Eisessig und titriert bis zur Rosafärbung.
Daraus ergibt sich, welcher
Menge Vitamin C 1 mL der eingesetzten
2,6-DCPIP-Lösung entspricht. Vergleichsuntersuchungen
zeigen, dass es
zwischen den genannten analytischen
Methoden praktisch keine signifikanten
Abweichungen gibt.
Abb. 4: Strukturformel von 2,6-DCPIP

4. Die Stress-Faktoren für Vitamin C
und der Einfluss von Cyclodextrin
4.1. Der Faktor Luft
Vitamin C-Lösungen altern alleine durch
längeres Stehen an Luft. Wir wollten die
Verluste quantitativ erfassen und prüfen,
ob β-Cyclodextrin Verluste minimieren
kann. Es wurden nach stöchiometrischen
Berechnungen pro 10 mg Vitamin C
immer ca. 130 mg β-CD bzw. 65 mg
α-CD verwendet. Wir ließen Vitamin
C-Lösungen mit und ohne CD bis
14 Tage an Luft stehen und prüften von
Zeit zu Zeit den Vitamin C-Gehalt.
Abb. 5 zeigt, dass die Vitamin C-Abnahme
schon nach 2 Stunden 4,8% beträgt.
β-Cyclodextrin kann diesen Verlust
komplett verhindern. Über 2 Wochen
steigen die Einbußen kontinuierlich bis
auf fast 30%. Die β-Cyclodextrin-
Lösungen sind nicht ganz verlustfrei.
Die Vitamin C-Verluste können
allerdings um ca. 50% reduziert werden.
Verschiedene Grade des Lufteintrages
simulierten wir auf dem Magnetrührer
über eine Zeit von 30 Minuten und durch
Einstellen der Rührgeschwindigkeit. Das
Ergebnis in Abb. 6 zeigt den Einfluss
auf die Vitamin C-Zerstörung und die
konservierende Wirkung von Cyclodextrin.
Diese Einbußen treten bereits bei
Raumtemperatur auf. Später haben wir
die Vitamin C-Lösungen 1 Stunde bei
60°C gerührt. Die Verluste belaufen sich
hier bei schwachem Rühren auf 53%.
Bei hoher Rührgeschwindigkeit sind es
beachtliche 76%.
4.2. Der Faktor Temperatur
Wir waren sicher, dass auch die Temperatur
einen Einfluss auf die Vitamin
C-Stabilität hat. Die Ergebnisse dieser
Reihe zeigt Abb. 7. Bei 80°C bleiben von
10 mg Vitamin C noch 5,76 mg übrig.
4.3. Der Faktor Cyclodextrin
In einer weiteren Reihe sollte der Vitamin
C-Schutz aller vorliegenden Cyclodextrine
erfasst werden. Der Vitamin
C-Gehalt der Lösungen wurde nach
60 Minuten bei 80°C titrimetrisch erfasst.
Das Ergebnis zeigt die Tabelle 3.
Alle drei Cyclodextrine können die Vitamin
C-Verluste deutlich senken. Einen
kleinen Vorteil hat das β-Cyclodextrin.
Das ist gut so, denn es war lange Zeit als
einziges Cyclodextrin für den Einsatz in
Lebensmitteln zugelassen. Aus diesem
Jugend forscht
Abb. 5: Vitamin C-Verluste beim Stehen wässriger Lösung und die Schutzfunktion von
β-Cyclodextrin
Abb. 6: Vitamin C-Verluste beim Rühren bei Raumtemperatur und die Schutzfunktion von β-CD
Abb. 7: Vitamin C-Verluste in wässriger Lösung in Abhängigkeit von der Temperatur (Dauer: 1h)
ohne CD α-CD β-CD γ-CD
Vitamin C-Gehalt [mg] 8,10 9,48 9,65 9,48
Vitamin C-Verlust [%] 19 5,2 3,5 5,2
Tab. 3: Vitamin C-Verluste bei 80°C mit verschiedenen Cyclodextrinen ausgehend von 10 mg
Vitamin C
21
Young Researcher

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Junge Wissenschaft 87 // 2010
Jugend forscht
rund beschränken wir uns hier nahezu
ausschließlich auf β-Cyclodextrin.
In einer späteren Phase unserer Arbeit
stellten wir einen Großteil des Untersuchungsprogramms
auch mit α-CD nach.
Die Ergebnisse decken sich weitgehend
mit den bei β-CD erhaltenen.
4.4. Der Faktor Zeit
Schon bei 4.1. wird ersichtlich, dass nicht
nur der Faktor Luft, sondern auch der
Faktor Zeit über den Vitamin C-Verlust
entscheidet. Bei der folgenden Untersuchungsreihe
erhitzten wir jeweils 200 mL
der wässrigen Vitamin C-Lösungen 5, 10,
20 und 30 Minuten lang in getrennten
Bechergläsern auf der Herdplatte bis
zum Sieden. Mit Erreichen der Siede-
temperatur wurde die Stoppuhr eingeschaltet.
Danach ließen wir die Lösungen
abkühlen, füllten sie in einen Messkolben
und glichen die Kochverluste durch
Zugabe von Wasser aus. Dann wurden
50 mL-Proben titriert. In dieser Reihe
sollten nochmals die verschiedenen
Cyclodextrine zum Einsatz kommen.
Die Werte differieren nicht stark.
β-Cyclodextrin ist leicht im Vorteil.
Diese Daten sind in Abb. 8 grafisch
Abb. 8: Vitamin C-Gehalt in siedenden Lösungen in Abhängigkeit von der Zeit mit und ohne β-CD
Abb. 9: Vitamin C-Verluste in Lösungen verschiedener pH-Werte mit und ohne β-CD
Tab. 4: Vitamin C Gehalte und Verluste in Abhängigkeit von der Kochzeit bei Zugabe verschiedener Cyclodextrine
dargestellt. Auch mit Cyclodextrin zeigt
Vitamin C in siedendem Wasser Verluste,
die mit der Kochzeit steigen. Bei 10
Minuten Kochzeit kann β-Cyclodextrin
sie jedoch um 83% reduzieren.
4.5. Der Faktor pH-Wert
Uns interessierte auch die Frage, ob
die Stabilität des Vitamin C vom
pH-Wert der Lösung beeinflusst werden
kann. Hier war die Bestimmung des
Vitamin C-Gehaltes über die Säure-Base-
Titration nicht mehr die Methode der
Wahl, weil die pH-Werte mit Puffersystemen
eingestellt wurden, die den
Endpunkt der Bestimmung maßgeblich
beeinflussen. Also griffen wir
zum Tillmans-Reagenz und titrierten
mit einer eingestellten 2,6-Dichlorphenolindophenolnatrium-Lösung.
Da wir schon bei 10-minütigem Stehen
der Lösung einen erheblichen
Vitamin C-Verlust feststellten, hielten
wir es nicht für nötig, zu erhitzen oder
gar zu kochen. Wir sehen, dass das
Vitamin C vor allem im alkalischen
Milieu ganz besonders labil ist (siehe
Abb. 9). Nach 1 Stunde betragen die
Verluste schon über 90%, während sie im
Sauren erst bei ca. 20% liegen. Bei kleinen
pH-Werten, also im sauren Bereich,
funktioniert der Schutz durch Cyclodextrine
wesentlich besser als im basischen
Bereich.
4.6. Der Faktor Licht
In der Lebensmittelchemie wird Vitamin
C als lichtempfindlich eingestuft. Es wird
berichtet, dass die Vitamin C-Verluste
von Gemüse 65% betragen können,
wenn man es über drei Stunden dem
Sonnenlicht aussetzt [6].
Da uns Jahreszeit bedingt kein intensives
Sonnenlicht zur Verfügung
stand, bestrahlten wir wässrige Lösungen
von Vitamin C mit und ohne
β-Cyclodextrin-Zusatz über drei Stunden
mit einer UV-Lampe und bestimmten
den Vitamin C-Gehalt. Das
Zeit 5 min 10 min 20 min 30 min
Gehalt [mg] Verlust [%] Gehalt [mg] Verlust [%] Gehalt [mg] Verlust [%] Gehalt [mg] Verlust [%]
ohne CD 8,95 10,5 7,90 21 6,94 30,6 6,26 37,4
α-CD 10,00 0 9,29 7,1 8,70 13 7,91 20,9
ß-CD 10,00 0 9,65 3,5 8,93 10,7 8,15 18,5
γ-CD 9,84 1,6 9,37 6,3 8,45 15,5 7,69 23,1

Ergebnis zeigt Abb. 10. Die Verluste ohne
CD-Schutz liegen bei 8 - 14%. β -Cyclodextrin
kann sie auf 2 – 9% reduzieren.
4.7. Der Faktor Kochtechnik
In der nächsten Versuchsreihe wollten
wir klären, ob die Kochtechnik einen
Einfluss auf die Stabilität von Vitamin
C hat. Hier konkurrieren das Erwärmen
auf der Herdplatte mit dem Erwärmen
in der Mikrowelle und schließlich
sollte auch der Dampfkochtopf einbezogen
werden. Letzterer arbeitet laut
Information des Herstellers Silit bei
120°C und entwickelt bei dieser Temperatur
einen Innendruck von 0,9 bis 1,5
bar. Die Ergebnisse sind in Abb. 11 zusammengefasst.
Man erkennt, dass es zwischen
Herd und Mikrowelle nahezu keinen
Unterschied gibt. Beim Erhitzen im
Dampfkochtopf sind die Verluste gewaltig.
Sie liegen je nach Kochzeit zwischen
40 und fast 70%. Ganz allgemein kann
man sagen, dass die Vitamin C-Verluste
durch Cyclodextrin-Einsatz in der Regel
zwischen 30% und 50% verringert werden
können. Dies ist eine erstaunliche
Erkenntnis. Im Dampfkochtopf macht
sich der positive Cyclodextrin-Einfluss
besonders stark bemerkbar.
5. Rezepte gegen die Vitamin C
Verluste bei der Saft- und Marmelade-
herstellung
5.1. Obstsäfte: Orange und Kiwi
Wir bestimmten über die 2,6-
Dichlorphenolindophenol-Methode den
Vitamin C-Gehalt von frisch gepresstem
Orangensaft. Dazu haben wir den Saft im
Verhältnis 1 : 12,5 mit Wasser verdünnt.
Die Säfte ließen wir bei Raumtemperatur
und im Kühlschrank bei 6°C jeweils drei
Tage lang stehen und bestimmten dann
Abb. 10: Vitamin C-Verluste beim Bestrahlen mit UV-Licht mit und ohne β-CD
den Vitamin C-Gehalt. Eine weitere Probe
wurde in der Mikrowelle 10 min am
Sieden gehalten. Die Ergebnisse veranschaulicht
Abb. 12. Im frisch gepressten
Saft finden wir einen Gehalt von 234 mg
Vitamin C bezogen auf 100 mL Orangensaft.
Im Kühlschrank beträgt der Vitamin
C-Verlust nach drei Tagen 16,5%,
bei Raumtemperatur sind es 23,3%.
Durch β-Cyclodextrin-Zusatz können
diese Verluste jeweils halbiert werden.
Wird der frisch gepresste Saft 10 min
gekocht, beträgt der Vitamin C-Verlust
16,5%, mit Cyclodextrin nur ein Drittel
davon. Erstaunlich ist vor allem der
geschmackliche Eindruck des gepressten
Saftes, den wir uns von vielen Test-
personen haben bestätigen lassen. Nach
drei bis vier Tagen schmeckt der Saft
ohne Zusatz schon schal und bitter, während
die Cyclodextrin-Probe immer noch
einen frischen, fruchtigen Geschmackseindruck
hinterlässt. Dies kann auch
damit zu tun haben, dass Cyclodextrin
auch Bitterstoffe binden kann [4].
Abb. 11: Vitamin C-Verluste bei verschiedenen Kochtechniken mit und ohne β-Cyclodextrin
Jugend forscht
Bei der Untersuchung weiterer Obstsäfte
entschieden wir uns, auf Rot- und
Braunsäfte (z.B. Johannisbeere, Apfel
etc.) zu verzichten, da wegen deren
Eigenfarbe die Erkennung des Endpunktes
der Titration mit Tillmans-Reagenz
nahezu unmöglich ist.
Die Kiwi liefert einen hellgrünen Saft
und gilt mit 46 mg pro 100 g Frucht auch
als reich an Vitamin C [8]. Wir fanden
im frisch gepressten Kiwisaft einen Vitamin
C-Gehalt von 52,7 mg bezogen auf
100 mL Saft. Nach dem Pressen wurde
eine Probe mit β-Cyclodextrin versetzt.
Dann wurden, wie bei der Saftherstellung
üblich, zum Pasteurisieren 5 min auf
80°C erhitzt. Die bestimmten Vitamin
C-Werte (siehe Abb. 13) zeigen, dass
Cyclodextrin in der Saftherstellung den
Vitamin C-Verlust um ca. 80% reduzieren
kann.
5.2. Marmeladen: Mango und Kiwi
Mango ist eine Frucht, die in vielen
Marmeladen enthalten ist. Ihr Vitamin
C-Gehalt wird in der Literatur mit
37 mg pro 100 g Frucht angegeben [9].
Unsere Marmelade stellten wir nach
folgendem Rezept her: Wir pürierten
200 g Mango-Fruchtfleisch, versetzten
dies im Verhältnis 2 : 1 mit Gelierzucker
und bestimmten zunächst den Vitamin
C-Nullwert mit 8,77 mg, bezogen
auf 100 g Frucht. Zu einer 100 g-Probe
gaben wir 2 g β-Cyclodextrin. Dann
wurden beide unter ständigem Rühren
4 Minuten gekocht. Nach dem Abkühlen
führten wir mit den fertigen Marmeladen
die Vitamin C-Bestimmungen
durch (siehe Abb. 14). Sie ergeben, dass
die Verluste mit Cyclodextrin um fast
90% zurück gedrängt werden können.
23
Young Researcher

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Junge Wissenschaft 87 // 2010
Jugend forscht
Analog wurde auch Kiwi-Marmelade
mit der „Goldenen Kiwi“ hergestellt. Bei
ihr sind die Farbverhältnisse so günstig,
dass der Farbumschlag bei Titration mit
Tillmans-Reagenz noch deutlich erkannt
werden kann. Hier sollte der Vitamin C-
Gehalt nicht nur nach dem Einkochen,
sondern auch vier Wochen danach bestimmt
werden. Den Vitamin C-Gehalt
der frischen Kiwi ermittelten wir mit
82,3 mg pro 100 g Frucht. Die Ergebnisse
bei der Untersuchung der Kiwimarmelade
ähneln denen der Mangomarmelade.
Auch hier wird der schützende Effekt des
Cyclodextrins offenkundig. Allerdings
sind nach vier Wochen schon deutliche
Vitamin C-Verluste zu registrieren, die das
Cyclodextrin etwas abfangen kann. (siehe
Abb. 15)
6. Gibt es einen Vitamin C-Cyclodextrin-
Komplex?
Nach unseren vielen analytischen Versuchen,
die unserer Meinung nach klar die
positive Wirkung des Cyclodextrins auf
die Vitamin C-Verluste beweisen, stellten
wir uns die Frage, wie diese Verminderung
der Verluste zustande kommt. Klar ist,
dass es Wechselwirkungen zwischen den
Vitamin C- und den Cyclodextrinmolekülen
geben muss. Unser Interesse richtete
sich auf die Frage, ob dies nur leichte
zwischenmolekularen Kräfte sind, die das
Vitamin C- Molekül stabilisieren und vor
Oxidation schützen oder ob sich ein fester
Komplex zwischen diesen beiden Molekülen
bildet. Bei der Komplexbildung gibt
es im wesentlichen zwei Möglichkeiten:
Zum einen den 1 : 1 Komplex, bei dem
sich jeweils ein Vitamin C mit einem
Cyclodextrinmolekül verbinden würde
und zum anderen den 2 : 1 Komplex, bei
dem ein Vitamin C-Molekül von zwei
Cyclodextrinen quasi umschlossen wäre.
Theoretisch wären auch noch Komplexe
mit mehr Cyclodextrinmolekülen möglich.
Aufgrund einiger in verschiedenen
Literaturstellen beschriebener Komplexe
anderer Moleküle mit Cyclodextrinen sind
diese allerdings sehr unwahrscheinlich.
Außerdem gilt es, wenn ein Komplex vorhanden
ist, noch die Frage zu klären, ob
das Vitamin C vollständig in die Kavität
des Cyclodextrins eingeschlossen wird
(„Einschlussverbindung“) oder ob es sich
lediglich außen an dem Cyclodextrin anlagert
(„Anlagerungsverbindung“). (siehe Abb. 16)
Zu Beginn diskutierten wir aufgrund
unserer analytischen Befunde den
Abb. 12: Vitamin C-Gehalt von 100 mL selbst gepresstem Orangensaft mit und ohne β-CD
Abb. 13: Vitamin C-Gehalt von selbst gepresstem Kiwisaft mit und ohne β-CD beim Pasteurisieren
Abb. 14: Vitamin C-Verluste beim Einkochen von Mango-Marmelade mit und ohne β-CD
2 : 1 CD-Ascorbinsäure-Komplex. Beim
Zusammengeben der gesättigten wässrigen
Lösungen von Vitamin C und
ß-Cyclodextrin hatten sich im Kühlschrank
Kristalle gebildet, von denen wir
annehmen durften, dass es sich um den
auskristallisierten Komplex handelt. Zur
Lösung des Struktur-Problems entwickelten
wir eine einfache Strategie: Man
nehme eine definierte Menge Komplexverbindung,
löse sie und bestimme die Stoffmenge
der enthaltenen Ascorbinsäure.
Über die Molekülmassen sollte sich dann
der Stoffmengenanteil der Säure an der
Einwaage Gesamtkomplex bestimmen
lassen. Vom vermeintlichen Komplex
wurden nach einer Woche Trocknung im
Exsikkator 250 mg abgewogen, in 20 mL
Wasser gelöst und mit 0,001 n NaOH gegen
Phenolphthalein titriert. Das Ergebnis
zeigt Tab.5.
Das Ergebnis war in jeder Hinsicht unbefriedigend,
da die Stoffmenge an
Ascorbinsäure, bezogen auf einen postulierten
2 : 1–Komplex um das 2,6-fache,
und auf einen 1 : 1-Komplex um das
4,9-fache zu gering ausfällt. Dennoch

Abb. 15: Vitamin C-Verluste beim Einkochen von Kiwi-Marmelade mit und ohne β-CD
Abb. 16 (links) Modell eines 2:1 Cyclodextrin-Vitamin
C-Komplexes
Abb. 16 (rechts) Modell einer einer
1:1-Anlagerungsverbindung
Abb. 17: 1 HNMR-Spektrum von β-CD (Uni Würzburg) und Zuordnungshilfen nach [10]
Vit.C/CD-Komplex (1 : 2)
(2444 g/mol)
Vit.C/CD-Komplex (1 : 1)
(1310 g/mol)
Einwaage Komplex [mg] 250 250 250
Ascorbinsäure [mg] 18 33,6 6,9
Ascorbinsäure [μmoL]) 102,3 190,8 39
Tab. 5: Titrationsergebnis bei der Bestimmung der Ascorbinsäure im vermeintlichen Gesamtkomplex
Jugend forscht
erscheint der 2 : 1-Komplex plausibler, vor
allem mit Blick auf die Literatur, die von
erheblichen Kristallwasser-Anteilen bei
auskristallisierten CD-Komplexen berichtet
[7]. Das UV/VIS-Spektrum des vermuteten
Komplexes zeigt eine schwache
Verschiebung des Absorptionsmaximums
gegenüber reiner Ascorbinsäure von 257 auf
264 nm, was wir mutig als schwache Wirt-
Gast-Wechselwirkung deuten wollten.
Die Informationen, die uns Prof. Schenk
von der Universität Würzburg zukommen
ließ, belehrte uns eines Besseren.
Wir hatten schon vorher von dort Literaturhinweise
bekommen, dass sich
Wirt-Gast-Komplexe mit Cyclodextrinen
1 H-NMR-spektroskopisch durch eine
Änderung der chemischen Verschiebung
der H-Atome gegenüber dem unkomplexierten
CD nachweisen lassen [10]. Wenn
der Gast in die Kavität eindringt, werden
die Signale der Protonen H(3) und H(5)
verschoben. Bei Koordination in der äußeren
Sphäre ändert sich die chemische
Verschiebung von H(1), H(2), H(4) und
H(6) (siehe Abb. 17). Im Falle der Ascorbinsäure
sprechen die vorliegenden Daten
gegen ein Eindringen des Gastes in die
CD-Kavität. Sie legen schwache Wechselwirkungen
zwischen Wirt und Gast nahe.
Einer zweiten Publikation zu diesem Thema
liegt die Erhebung thermodynamischer
Daten (Calorimetrie, Bestimmung von
ΔG und ΔH) zu Grunde [11]. Die Autoren
kommen zu dem Ergebnis, dass Ascorbinsäure
mit α-Cyclodextrin einen echten
1 : 1-Komplex bildet. Bei β-Cyclodextrin
kommt es nicht zur Komplexbildung. Es
wird von schwachen Wechselwirkungen
gesprochen, die, so sagen die Autoren,
immerhin zu einer Stabilisierung der Ascorbinsäure
gegenüber Oxidation beiträgt.
Die für uns an der Universität Würzburg
aufgenommen 1 H-NMR-Spektren sprechen
eine klare Sprache: Das Spektrum
des vermeintlichen Komplexes deckt sich
mit dem des reinen β-Cyclodextrins. Daraus
folgt, dass es sich bei den gefundenen
Kristallen nicht um den Komplex, sondern
Tatsächlicher Komplex
25
Young Researcher

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Jugend forscht
um reines β-CD handelt. Das UV/VIS-
Spektrum stützt diese Erkenntnis, denn
eine Verschiebung von 7 nm liegt wohl
doch noch innerhalb der Messfehlergrenzen.
Eines scheint in der Strukturfrage sicher:
In wässriger Lösung gibt es keinen echten
Komplex, sondern nur schwache
intermolekulare Wechselwirkungen zwischen
Wirt und Gast. Die Ergebnisse der
Untersuchung der durch Auskristalli-
sation erhaltenen Produkte lassen sich in
der Tat mehrdeutig interpretieren. Die Titration
mit Natronlauge weist einen Säureanteil
ausdrücklich nach. Dieser ließe sich
so erklären, dass das auskristallisierende
Cyclodextrin auch Ascorbinsäure-Kristalle
„mitreißt“ und es zu einem nichtstöchiometrischen
Gemisch von Ascorbinsäure/Cyclodextrin-Kristallen
kommt.
Mehrfache Titrationen zeigen eine breite
Streuung, aber bei dem für die Kernresonanzuntersuchung
ausgefällten Produkt
muss der Ascorbinsäure-Anteil mangels
entsprechender Signale wohl mit Null
angenommen werden. Andererseits lässt
sich aber auch nicht ausschließen, dass es
im festen Zustand einen echten Komplex
gibt, der als Komponente im auskristallisierten
Produkt enthalten ist.
7. Zusammenfassung
In dieser Arbeit gingen wir der Frage nach,
ob man die Vitamin C-Verluste beim Kochen
und Lagern von Obst und Gemüse
hinnehmen muss.Unser Ziel war es, die
Konservierung von Vitamin C auf molekularer
Ebene mit Cyclodextrinen zu
überprüfen. Zunächst gingen wir davon
aus, dass β-Cyclodextrin mit Ascorbinsäure
einen 2 : 1-Komplex bildet. 1 H-NMRspektroskopische
Untersuchungen an der
Universität Würzburg und zwei russische
Studien, sprechen dafür, dass es zumindest
in wässrigen Lösungen nur zur Ausbildung
von schwachen Wechselwirkungen zwischen
Ascorbinsäure und β-Cyclodextrin
kommt, ohne Bildung eines echten Komplexes.
Bei α-Cyclodextrin wurde allerdings
in der Tat ein 1:1-Komplex mit
einem tiefen Eindringen des Gastes in die
Kavität des Wirts-Moleküls nachgewiesen.
Da neuerdings auch α-CD als Lebensmittelzusatzstoff
zugelassen ist, wiederholten
wir einen Großteil der hier mit β-CD
beschriebenen Untersuchungen auch mit
diesem Wirtsmolekül. Die Ergebnisse
bestätigten jedoch nicht die Spekulation,
dass α-CD einen noch besseren Vitamin
C-Schutz bietet.
Was den Vitamin C-Stress angeht, zeigt
es sich, dass schon der blanke Luftkontakt
schadet. Kräftiges Umrühren führt
durch Luftsauerstoffeintrag zu weiteren
Verlusten, die mit der Rührstärke
korrelieren. Hitze ist ein besonders
wirksamer Vitamin C-Zerstörer. Die
Verluste steigen mit der Temperatur
und der Zeit des Erhitzens. Die Retter
sind in der Tat die Cyclodextrine,
ein erlaubter Lebensmittelzusatzstoff.
β-Cyclodextrin kann die Verluste vor
allem bei höheren Temperaturen um
über 80% mindern. Vitamin C ist lichtempfindlich
und empfindlich gegenüber
alkalischem Milieu. Es gelang uns, in
beiden Fällen eine deutliche Schutzfunktion
des Cyclodextrins nachzuweisen.
Und wie steht es mit der Kochmethode?
Wir konnten zeigen, dass es zwischen
dem Erwärmen auf dem Herd oder in der
Mikrowelle nahezu keinen Unterschied
gibt. Beim Erhitzen im Dampfkochtopf
sind allerdings die Verluste gewaltig. Sie
liegen je nach Kochzeit zwischen 40 und
fast 70%. Immerhin können aber bei
30-minütigem Kochen die hohen Verluste
um die Hälfte durch die Zugabe von Cyclodextrin
reduziert werden.
Schließlich sollte unsere molekulare Küche
auch eigene Produkten anbieten. Beim
Literatur:
selbst gepressten Orangensaft gelang es,
die Vitamin C-Verluste mit Cyclodextrin
zu halbieren, beim Kochen sogar zu
dritteln. Erstaunlicher ist jedoch die geschmackliche
Frische. Am Beispiel eines
frisch gepressten Kiwisaftes konnten wir
deutlich machen, dass die Vitamin C-
Einbußen beim Pasteurisieren des Saftes
mit Cyclodextrin um 80% gesenkt werden
können. Unsere molekulare Küche liefert
als Krönung zum Dessert eine Mangound
eine Kiwi-Marmelade, die nicht nur
frischer schmecken, sondern auch einen
Vitamin C-Gehalt besitzen, der deutlich
höher liegt als der bei herkömmlich eingekochter
Marmelade.
Danksagung
Unser Dank gilt unserem Betreuungslehrer,
Dr. Roland Full, der uns bei der Themenfindung
behilflich war und uns mit
großem Engagement betreut hat. Es hat
uns viel Freude bereitet mit anderen Schülern
der Jugend-forscht-Gruppe zusammenzuarbeiten.
Wir möchten uns auch bei unserer Schule,
dem Hanns-Seidel-Gymnasium, für die
Bereitstellung aller Mittel und Geräte bedanken.
Auch unseren Eltern, die uns oft
an Samstagen und in den Ferien mit dem
Auto in die Schule gefahren haben, gilt
unser Dank.
[1] www.energeia.org/Vitamine/C/Vorkommen.htm, Zugriff am 06.01.2009
[2] Bundesgesetzblatt, Teil I, G 5702, 24. November 2000, Nr. 50, S 1527
[3] www.bfr.bund.de/cm/208/alpha_cyclodextrin.pdf -Zugriff am 05.04.2009
[4] http://www.chemiedidaktik.uni-wuppertal.de/disido_cy/cyde/info/03_physical_cy.htm,
Zugriff am 10.12.2007
[5] P.J. de Rijke, W. van der Veer, „Ascorbinsäure – Quantitative Untersuchungen
von Vitamin C und vitamin-C-haltigen Stoffen“ in PdN-Ch 4/41. Jg. 1992, S.
21 – 31
[6] http://www.lebensmittellexikon.de/v0000100.php, Zugriff am 13.03.2008
[7] F. Cramer, F.M. Henglein, Gesetzmäßigkeiten bei der Bildung von Addukten
der Cylodextrine, Chem. Ber. 90, 1957, S. 2563
[8] http://ernaehrungsstudio.nestle.de/start/fitnessvitalitaet/abwehrkraefte/ExotischeVitamine
Winter.htm, Zugriff am 09.03.2008
[9] http://www.mama-online.de/Ernaehrung/Mango.htm, Zugriff am 09.
06.2008
[10] I.V. Terekhova, O.V. Kulikov, R.S. Kumeev, M. Yu. Nikiforov, G.A, Al’per, 1H-
NMR-study of complexation of α- und ß-cyclodextrins with some biologically
active acids, in Russian journal of coordination chemistry, Vol. 31, No. 3, 2005,
S 218 - 220
[11] I.V. Terekhova, O.V. Kulikov, Thermodynamics of the interactions of ascorbic
acid with α- and β-cyclodextrins in aqueous solutions, in Mendeleev Commun.,
2002, 12(3), 111-112
[12] http://www.buetzer.info/fileadmin/pb/HTML-Files/
Vitamin_C.htm#_Toc205858807 Zugriff am 20.08.2009

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Junge Junge Wissenschaft 87 87 // 2010
Magazin
Mathematische Filmwelten
Die Mathematik sorgt für die Spezialeffekte
Superhelden, die durch die Luft fliegen, Zauberstäbe, die Funken sprühen und Feuersbrünste ausbrechen
lassen, sowie geradezu greifbare Ungeheuer und Fabelwesen: All das sind Spezialeffekte,
ohne die Kinofilme, Fernsehfilme und Computerspiele heute nicht mehr denkbar sind und die am
Computer entstehen.
Die Spezialeffekte sind einfach da.
Kaum ein Zuschauer oder Nutzer aber
macht sich Gedanken, wie diese Fiktionen
so lebensecht auf die Leinwand,
in den Computer oder in den Fernseher
Das Netz auf dem Feline-Modell wurde automatisch
mit dem QuadCover-Algorithmus erzeugt, der
in der Kooperation von Polthier mit mental images
entwickelt wurde. (Quelle: DFG-Forschungszentrum
MATHEON)
Links: "Dreiecksmännchen" ("Triangle Man")
Ausschnitt aus dem Film "mesh", eine Reise durch die diskrete
Geometrie von Konrad Polthier und Beau Janzen (erschienen bei Springer)
(Quelle: DFG-Forschungszentrum MATHEON)
kommen. Hinter all diesen phantastischen
Figuren steckt sehr viel Arbeit und Können.
Arbeit, die zunächst einmal von
Mathematikerinnen und Mathematikern
geleistet wird. Denn ohne Mathematik
geht wie in vielen anderen Technologien
auch hier gar nichts. Einer der Mathematiker,
der diese virtuelle „Effekthascherei“
besonders gut beherrscht, ist Konrad
Polthier, Mitglied im Berliner DFG-
Forschungszentrum MATHEON und
Professor an der Freien Universität Berlin.
„Aufgabe des Mathematikers bei der
Simulation realistisch wirkender Effekte
ist die Verpackung physikalischer
Gesetze in mathematische Algorithmen.
Wir liefern die mathematischen Methoden
und Verfahren, die dann auf ganz beliebige
Effekte anwendbar sind“, schildert
der Mathematiker seine Arbeit. Manche
physikalischen Phänomene geben nach
seinen Aussagen nicht mehr so große Probleme
auf, andere dagegen umso mehr.
„Die natürliche Darstellung von Wasser,
Feuer oder Wind stellen uns noch immer
vor einige Probleme“, sagt Polthier.
Vorlage für Drachen, Ungeheuer oder
andere Fabelwesen sind oft kleine
Modelle, die mittels Laserstrahlen
abgetastet werden und eine Wolke aus
Punkten erzeugen, die dann im Computer
zu einem Netz verbunden werden.
Dabei treten jedoch viele Fehler auf, die
dazu führen, dass das Objekt „verrauscht“,
also unscharf ist und keine glatten Kanten
hat. Konrad Polthiers Forschungen
bieten hier allerdings eine hervorragende
Lösung, um die Kanten zu glätten. Seine
Algorithmen gehören auf diesem Gebiet
weltweit zu den besten. Unschlagbar sind
sie, was die Qualität und Schnelligkeit
angeht, mit der sie arbeiten. Neben dem
qualitativen Aspekt ist dies bei der Herstellung
von Filmen natürlich ein erheblicher
Kostenfaktor.
An dieser Beschreibung wird deutlich:
Einfach zu erstellen sind animierte
Filmszenen nicht und bevor ein Fantasywesen
über die Leinwand schreitet, ist eine
Menge grundlegender Vorbereitungen
nötig. Dies verdeutlichen beispielsweise
die Zahlen der Herstellung
des Filmes „Shrek der Dritte“. Rund
20 Terabyte Speicherplatz wurden für
diesen Film insgesamt benötigt, das entspricht
in etwa der Speicherkapazität

Kipphebel – rocker arm (Quelle: febi bilstein)
von 100 herkömmlichen Personal-
Computern. Die Rechner waren
alleine für einen einzigen Film etwa
20 Millionen Stunden im Einsatz, um
die Figuren so realistisch wie möglich
erscheinen zu lassen. Dies verdeutlicht,
wie wichtig eine optimale
Komprimierung solch riesiger Daten
ist und welche grundlegenden Vorteile
die Gleichungen von Konrad Polthier
und seinem Team bieten, wenn damit
solche Daten weiter erheblich komprimiert
werden können. „Wir verändern
die Darstellung von Netzen so, dass so
wenig überflüssige Informationen wie
möglich entstehen und alles nicht
unbedingt Nötige vernachlässigt werden
kann.
Derzeit können wir bereits die Standarddarstellung
eines Dreiecksnetzes von
200 Megabyte auf 1 Megabyte verlust-
frei komprimieren, sind aber natürlich
weiter bemüht, noch bessere
Ergebnisse zu erzielen“ sagt Polthier.
Kein Wunder also, dass sowohl
die Filmindustrie wie die Entwickler
von Computerspielen an den von
Konrad Polthier im MATHEON erzielten
Ergebnissen sehr interessiert
sind, denn die Dank der Mathematik
erreichte Einsparung von Kosten ist
bei solchen Zahlen offensichtlich, zu-
Magazin
Auch in der industriellen Anwendung haben sich die Algorithmen von Konrad Polthier bewährt
(Quelle: DFG-Forschungszentrum MATHEON)
mal sie in der Regel auch noch mit einer
Steigerung der Qualität einhergeht.
Nutznießer dieser Mathematik ist beispielsweise
die Firma „mental images“ in
Berlin. Die Firma, die mittlerweile zur
„NVIDIA-Gruppe“ gehört, ist weltweit
einer der größten Hersteller von Film-
Animationen. Hier wurden und werden
einige der Superhelden Hollywoods „errechnet“.
Mit der Software von „mental
images“ können sogar animierte Szenen
mit real gefilmten Sequenzen nahtlos verbunden
werden. Damit ist die Illusion
perfekt, denn für den Zuschauer ist so
nicht mehr zu erkennen, ob eine Szene
real gefilmt oder simuliert worden ist.
Für die Arbeiten von Prof. Konrad
Polthier bietet das Forschungszentrum
MATHEON in Berlin ein optimales
Umfeld, weil, so Polthier „sich im
Beispiel einer entrauschten Figur nach 100 Iterationen (Quelle: DFG-Forschungszentrum MATHEON)
MATHEON eine große Anzahl der besten
Mathematikerinnen und Mathe-
matiker zusammengeschlossen haben,
die aus allen mathematischen Fachgebieten
stammen und so die
Voraussetzungen schaffen, völlig neue
Wege für Problemlösungen zu gehen
und damit auch herausragende Lösungen
anbieten können." Auch für
Ludwig von Reiche, den Geschäftsführer
von „mental images“, ist der Standort
Berlin sehr vorteilhaft, weil sich in der
deutschen Hauptstadt und der Region in
den vergangenen Jahren eine rege Filmwirtschaft
angesiedelt hat.
(Bildautoren: Felix Kälberer, Matthias
Nieser, Konrad Polthier, Beau Janzen)
MATHEON
Das DFG-Forschungszentrum
MATHEON ist ein Zusammenschluss von
Mathematikerinnen und Mathematikern
der drei Berliner Universitäten, der Technischen,
der Freien und der Humboldt
Universität sowie dem Zuse-
Institut und dem Weiherstraß-Institut.
Das MATHEON ist ein weltweit anerkanntes
Vorzeigeprojekt, wenn es um
Angewandte Mathematik geht. Etwa 200
Forscherinnen und Forscher arbeiten im
MATHEON in ca. 80 Projekten in den Bereichen
Lebenswissenschaften, Optimierung
von Netzen, Produktion, optischen
Komponenten, Finanzen, Bildung und
Visualisierung
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Young Researcher

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Junge Wissenschaft 87 // 2010
Magazin
Die Mathematisch-Naturwissenschaftliche
Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Mit Φ-liki auf dem Weg zu anschaulichem Unterricht
Die Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel setzt
verstärkt auf Vernetzung und Austausch bei der Nachwuchsförderung.
Schon seit jeher hat das Schulfach Physik
die Meinungen gespalten. Auf der einen
Seite die an Wissenschaft und Technik
Interessierten, für die es gar nicht genug
Versuche und Experimente geben kann.
Auf der anderen Seite die Technik-Muffel,
für die Gesetzmäßigkeiten, Formeln und
das Verständnis für die Zusammenhänge
schier unüberwindliche Hindernisse darstellen.
Und mittendrin der Physik-Lehrer,
der beiden Seiten gerecht werden muss
und seinen Unterricht nicht nur verständlich
und informativ sondern auch unterhaltsam
und mit bleibenden Eindrücken
gestalten möchte.
Eine neue Internetplattform könnte wertvolle
Dienste leisten. Ihr Name: Φ-liki
Physiklehrer Wikipedia
Physiklehrer Wikipedia, oder kurz
Φ-liki, ist ein neues Online-Angebot
der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen
Fakultät (MNF) der Christian-
Albrechts-Universität zu Kiel für Lehrer
aller Schulformen. Es wird im Web
unter philiki.uni-kiel.de für registrierte
Benutzer erreichbar sein. Die Testphase
dauert bis Ende August 2010, rechtzeitig
zum Beginn des neuen Schuljahres
2010/2011 soll Φ-liki dann allen
Lehrerausbildung in der Chemie. Der »Eier-
Trick« lässt sich in jeden Unterricht einbauen,
meinen Dr. Daniela Efler-Mikat (links) und Dr.
Stefan Petersen (Im Leibniz-Instituts für die Pädagogik
der Naturwissenschaften, IPN) (Quelle:
Jana E. Seidel, Copyright: Uni Kiel)
Physiklehrern in Schleswig-Holstein zugänglich
gemacht werden.
Das Φ-liki funktioniert in seinen
Grundzügen wie das bekannte und viel
genutzte Online-Lexikon Wikipedia.
Registrierte Physiklehrer schleswigholsteinischer
Schulen können nach
passenden Versuchen für ihren Unterricht
suchen und selbst Anleitungen zu
Experimenten einstellen. Jeder Nutzer
hat zudem die Möglichkeit die vorhandenen
Einträge zu bewerten. Auf diese
Weise lässt sich die Vorbereitungszeit
für den Fachunterricht Physik verkürzen
bzw. optimieren. „Besonders junge
Lehrer werden von den Angeboten des
Φ-liki profitieren, da sie sich stärker
auf die didaktischen Methoden konzentrieren
können, anstatt viel Zeit für die
Suche nach geeigneten Experimenten
aufzuwenden.“ betont Privatdozent Dr.
Dietmar Block vom Institut für Experimentelle
und Angewandte Physik, und
ergänzt: „Das Konzept an sich ließe sich
mit wenigen Modifikationen auch auf
andere naturwissenschaftliche Fachbereiche
ausweiten.“
Zusammenarbeit
Die Physik Wikipedia ist die neueste
Idee, aber nicht das einzige Beispiel erfolgreicher
Zusammenarbeit der Kieler
Universität mit Schulen. Die Mathematisch-Naturwissenschaftliche
Fakultät
engagiert sich vielfältig in verschiedenen
Fachbereichen für die Schulen, um den
mathematisch-naturwissenschaftlichen
Unterricht dort auf dem aktuellen
Stand der Forschung zu halten.
Grundschüler können im Botanischen
Garten als Kleine Gärtner das ganze Jahr
über die Beete und Gewächshäuser erkunden.
Das Leibniz-Institut für die Pädagogik
der Naturwissenschaften und
Mathematik bietet in Zusammenarbeit
mit der Universität Kiel Forscher Ferien,
eine naturwissenschaftliche Sommer-
schule für Grundschulkinder aus sozial
benachteiligten Umgebungen,
an. Auch der Forschungsexpress, ein
Nina Schwalb bei der Justierung des Femtosekundenlaserspektroskops
(im Institut für
Physikalische Chemie) (Quelle: Jürgen Haacks /
Uni Kiel)
mobiles Schülerlabor, ist für die
Jüngsten in Schleswig-Holstein unterwegs.
Die Kinder- und Schüler-Uni des fakultätsübergreifenden
Exzellenzclusters
Ozean der Zukunft bietet in regelmäßigen
Abständen verschiedene wissenschaftliche
Themen an.
Die Reihe Saturday Morning Physics begeistert
Schüler der Mittel- und Oberstufe
und interessierte Erwachsene jedes
Jahr aufs Neue mit spannenden Vorträgen
rund um die Physik. Mitarbeiter
der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen
Fakultät beteiligen sich zudem
regelmäßig an Jugend forscht-Projekten.
Das an die Universität Kiel angegliederte
Leibniz-Institut für Meereswissenschaften
(IFM-GEOMAR) lädt Oberstufenschüler
ein, sich im Rahmen von
NaT-Working Meeresforschung mit eigenen
Projekten aktuellen Forschungsfragen
zu widmen.
Abgerundet wird die Förderung des
mathematisch-naturwissenschaftlichen
Nachwuchses durch mathematische Vorkurse
für angehende Studierende der
MNF.
Weitere Informationen:
Mathematisch-
Naturwissenschaftliche Fakultät
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
24098 Kiel
Internet: www.mathnat.uni-kiel.de

Zukunft
gestalten!
Engagieren Sie sich für den ingenieur-
und naturwissenschaftlichen Nachwuchs
mit einem Patenschaftsabonnement
der Jungen Wissenschaft.
Wissen fördern
Europas einziges Wissenschaftsmagazin mit
begutachteten Beiträgen und wissenschaftlichen
Erstveröffentlichungen junger Nachwuchsforscher.
4 x im Jahr das Neueste aus Wissenschaft und
Technik, Veranstaltungen, Studien- und Berufsprofile
– für junge Nachwuchsforscher in Deutschland.
Pate werden
Bestimmen Sie selbst die Schule, einen Fachbereich,
einen Lehrstuhl, eine Bibliothek oder fördern
Sie eine Person Ihrer Wahl, deren Unterstützung
Ihnen besonders am Herzen liegt.
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Young Researcher