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Alginate und Carrageenane ? Eigenschaften, Gewinnung und Anwendungen in Schule und Hochschule
Alginate und Carrageenane sind
Polysaccharid-Derivate, die als Strukturkomponenten in den
Zellwänden der Braunalgen bzw. bestimmter Rotalgen-Gattungen
vorkommen. Obwohl Alginate und Carrageenane bereits seit
mehreren Jahrzehnten kommerziell genutzt werden, ist nur wenig
ĂĽber diese Algenpolysaccharide bekannt. Folglich sind wir uns
in der Regel nicht der Tatsache bewusst, dass man im
Alltagsleben sehr häufig mit diesen Stoffen konfrontiert wird.
In der vorliegenden Arbeit findet daher eine detaillierte
Auseinandersetzung mit Alginaten und Carrageenanen statt:
Ausgehend von einer Diskussion des chemischen Aufbaus und der
Struktur der beiden Polysaccharid-Derivate werden zunächst
deren wichtigste physikalisch-chemische Eigenschaften
betrachtet. Dazu gehören vor allem die Sol- und
Gelbildungsfähigkeit sowie die emulsions- und
suspensionsstabilisierende Wirkung der Alginate und
Carrageenane. Dadurch wird die Basis für das Verständnis der
chemischen und prozesstechnischen Vorgänge geschaffen, die mit
der industriellen Gewinnung von Alginaten und Carrageenanen aus
Braun- bzw. Rotalgen im Zusammenhang stehen. Im Rahmen der
Arbeit erfolgte die Entwicklung und Optimierung von
Labormethoden zur Extraktion von Alginsäure aus
Laminara-Spezies und Fucus vesiculosus. Diese Versuche
orientieren sich möglichst eng an den in der Industrie
angewandten Produktionsverfahren, sind aber gleichzeitig so
angelegt, dass deren DurchfĂĽhrung keinen fĂĽr den LabormaĂźstab
inakzeptabel hohen apparativen und zeitlichen Aufwand
erfordert. Analoges gilt auch fĂĽr die in der Arbeit entwickelte
Versuchsvorschrift zur Isolierung von Carrageenan aus Chondrus
crispus, Gigartina radula und Eucheuma cottonii. Im Anschluss
an die Diskussion der Gewinnungsmethoden findet eine
Beschäftigung mit ausgewählten Anwendungsmöglichkeiten der
beiden Algenpolysaccharide statt. Dabei bestand ein Hauptziel
der Arbeit darin, bereits existierende alltagsrelevante und
zukunftsträchtige Einsatzbeispiele der Alginate und
Carrageenane aufzugreifen, bezĂĽglich ihrer chemischen
Hintergründe zu untersuchen und in möglichst einfache und
anschauliche Versuche umzusetzen, die im schulischen Rahmen
realisiert werden können. In der Lebensmittelindustrie kommen
Alginate und ihre organischen Derivate unter anderem als
Verdickungsmittel und Stabilisatoren zum Einsatz. AuĂźerdem
nutzt man sie als Formgeber fĂĽr kĂĽnstliche Lebensmittel, wie z.
B. Paprikastreifen in gefĂĽllten Oliven. In der Biotechnologie
finden die Polysaccharid-Derivate Verwendung als
Trägermaterialien für die Immobilisierung von Mikroorganismen
und Enzymen. So versucht man beispielsweise, in
Calciumalginat-Gel immobilisierte Hefe-Zellen fĂĽr die
fermentative Ethanol-Gewinnung sowie fĂĽr die Herstellung von
Schaumweinen einzusetzen. Des Weiteren spielen Alginate eine
wichtige Rolle auf dem medizinisch-pharmazeutischen Sektor: Zur
Therapie von Wunden verwendet man z. B. Verbandstoffe aus
Calciumalginat-Fasern, die den Heilungsprozess gĂĽnstig
beeinflussen. Ferner sind die Algenpolysaccharide Bestandteile
von Dentalabdruckmassen und Arzneimitteln gegen Sodbrennen und
werden fĂĽr die Dekorporierung von radioaktivem Strontium
eingesetzt. Der Haupteinsatzbereich der Carrageenane liegt in
der Lebensmittelindustrie. In der vorliegenden Arbeit werden
Versuche präsentiert, die die Wirkung der
Rotalgenpolysaccharide als Verdickungs- und Geliermittel sowie
Stabilisatoren in Nahrungsmitteln auf Milch- und Wasserbasis
veranschaulichen. AuĂźerdem erfolgte die Entwicklung einer
einfachen analytischen Methode, mit der sich die
Salatdressings, Tortenguss und Instant-Götterspeise zugesetzten
Carrageenane nach DurchfĂĽhrung weniger Aufbereitungsschritte
nachweisen lassen. Einen weiteren Schwerpunkt des
Anwendungs-Teils dieser Arbeit stellen experimentelle Studien
zu potentiellen neuen Einsatzmöglichkeiten der beiden
Algenpolysaccharide dar: FĂĽr Alginate wurde ein Verfahren
entwickelt, mit dem sich Alginsäure im Säulenbetrieb als
Kationen-Austauscher fĂĽr die quantitative Bestimmung von
Calcium-, Strontium-, und Barium-Ionen einsetzen lässt. Im
Abschlusskapitel der Arbeit wird die Relevanz der diskutierten
Inhalte fĂĽr den schulischen Chemieunterricht aufgezeigt:
Alginat- und Carrageenan-Chemie ist nicht nur fĂĽr Lehrer und
SchĂĽler gleichermaĂźen neu und faszinierend, sondern weist
zahlreiche BerĂĽhrungsstellen zu zentralen
fachwissenschaftlichen, interdisziplinären und
anwendungsorientierten Themengebieten des Chemieunterrichtes
auf. Die meisten Experimente, die zu den Eigenschaften, der
Gewinnung und den Einsatzmöglichkeiten der beiden
Algenpolysaccharide entwickelt wurden, zeichnen sich zudem
dadurch aus, dass sie auf Phänomene aus der Lebenswirklichkeit
der Lernenden eingehen und größtenteils relativ einfach und
gefahrlos durchfĂĽhrbar sind. AuĂźerdem existieren fĂĽr die
vorgestellten Versuche verschiedenartige Einsatzmöglichkeiten
im Hochschulbereich
Academic Performance and Behavioral Patterns
Identifying the factors that influence academic performance is an essential
part of educational research. Previous studies have documented the importance
of personality traits, class attendance, and social network structure. Because
most of these analyses were based on a single behavioral aspect and/or small
sample sizes, there is currently no quantification of the interplay of these
factors. Here, we study the academic performance among a cohort of 538
undergraduate students forming a single, densely connected social network. Our
work is based on data collected using smartphones, which the students used as
their primary phones for two years. The availability of multi-channel data from
a single population allows us to directly compare the explanatory power of
individual and social characteristics. We find that the most informative
indicators of performance are based on social ties and that network indicators
result in better model performance than individual characteristics (including
both personality and class attendance). We confirm earlier findings that class
attendance is the most important predictor among individual characteristics.
Finally, our results suggest the presence of strong homophily and/or peer
effects among university students
Improving success rates of first-year Economics students by means of a summer school programme — an evaluation'
Observations and Reflections on Teaching Electrical and Computer Engineering Courses
In this article, we make a number of observations and reflections based on our experience from many years of teaching courses in electrical and computer engineering bachelor programmes. We present important aspects of attendance, lectures, group work, and compulsory coursework, and how these can be addressed to improve student learning. Moreover, we discuss how to facilitate active learning activities, focussing on simple in-classroom activities and larger problem-based activities such as assignments, projects, an laboratory work, and highlight solving real-world problems by means of practical application of relevant theory as key to achieving intended learning outcomes. Our observations and reflections are then put into a theoretical context, including students' approaches of learning, constructive alignment, active learning, and problem-based versus problem-solving learning. Next, we present and discuss the results from two recent student evaluation surveys, one for senior (final-year) students and one for junior (first- and second-year) students, and draw some conclusions. Finally, we add some remarks regarding our findings and point to future work.acceptedVersionThis is a post-peer-review, pre-copyedit version of an article published in [Communications in Computer and Information Science] The final authenticated version is available online at: https://doi.org/10.1007/978-3-319-94640-5_1
The impact of attendance on first-year study success in problem-based learning
The literature on first-year study success has identified a host of factors that may affect a student’s chances of succeeding, ranging from personal circumstances to educational environment. One of the factors that often emerges in this context is (non-)attendance of classes, lectures and tutorials. Intuitively, one would expect this to be all the more important in programmes that employ a student-centred and interactive approach to learning, such as problem-based learning. Interestingly, there is little dedicated research that looks into the importance of (non-)attendance in such a learning environment. This article addresses this gap in the literature by looking at the effect of (non-)attendance on the study success of three cohorts of Maastricht University’s Bachelor in European Studies (annual intake of 325–350 students). Controlling for a range of factors, we find that attendance matters for several measures of study success and also for the committed and participating student