Hautbräunung und Sonnenschutz
Hautbräunung und Sonnenschutz
Hautbräunung und Sonnenschutz
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Sommer - Sonne - Sonnenbrand 0<br />
1<br />
Untersuchungen r<strong>und</strong> um das Thema <strong>Hautbräunung</strong><br />
E [ ]<br />
Projekt des Leistungskurses Chemie der<br />
E [ ]<br />
Liebfrauenschule Vechta<br />
Marienstr. 4<br />
49377 Vechta<br />
Sofi 0 Super<br />
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100 200 300 400<br />
Wellenlänge [nm]<br />
E/c-Diagramm für Carotin<br />
0,8<br />
0,7<br />
0,6<br />
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0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
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0<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
c (Carotin) [mg/l]
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 1<br />
Natürliche Bräune - Licht <strong>und</strong> Haut<br />
1.1 Die Sonne <strong>und</strong> ihr Licht<br />
Das Licht, das die Sonne aussendet, erstreckt sich vom infraroten über den sichtbaren bis zum<br />
ultravioletten Bereich. Vor allem das für uns unsichtbare ultraviolette Licht, das kürzere Wellenlängen<br />
besitzt, kann in Wechselwirkung mit sehr vielen Verbindungen, auch in der Haut, treten <strong>und</strong><br />
sogenannte photochemische Reaktionen auslösen. Weil das ultraviolette Licht je nach Wellenlänge<br />
unterschiedliche Wirkungen hervorruft <strong>und</strong> unterschiedliche tief in die Haut eindringen kann,<br />
unterteilt man es in drei Bereiche:<br />
UV-A-Strahlung mit Wellenlängen von 320 - 400 nm,<br />
UV-B-Strahlung mit Wellenlängen von 280 - 320 nm,<br />
UV-C-Strahlung mit Wellenlängen von 100 - 280 nm<br />
Die kurzwellige UV-C-Strahlung wird nahezu vollständig in der Stratosphäre absorbiert <strong>und</strong> gelangt<br />
nicht zur Erdoberfläche. Das in der Stratosphäre enthaltene Ozon absorbiert auch einen großen Teil<br />
der UV-B-Strahlung. Diese gelangt nur abgeschwächt auf die Erdoberfläche. UV-A-Strahlung gelangt<br />
nahezu ungehindert mit im Vergleich zur UV-B-Strahlung 20facher Intensität auf die Erdoberfläche (s.<br />
Abb. 1a. Wie in Abb. 1b dargestellt, ist in erster Linie. die UV-B-Strahlung für die Entstehung von<br />
Sonnenbränden verantwortlich, während UV-A-Strahlung zur Bräunung der Haut führt.<br />
Abb. 1 a) Sonnenstrahlung, die die Erde erreicht: , b) Strahlung, die v.a. den Sonnenbrand verursacht, c)<br />
Strahlung, die die <strong>Hautbräunung</strong> bewirkt [5, S. 116]<br />
1.2 Mögliche Wirkungen von Sonnenlicht auf den Menschen<br />
Dem Sonnenlicht, vor allem den UV-Strahlen, kann man sowohl positive als auch negative<br />
Wirkungen auf unser Wohlbefinden zuschreiben. Die genannten negativen Wirkungen stellen sich vor<br />
allem dann ein, wenn wir uns zu lange oder zu intensiver Sonneneinstrahlung aussetzen. UV-A-<br />
Strahlen dringen tief in die Leder- <strong>und</strong> Unterhaut ein. UV-B-Strahlen gelangen nur in äußere<br />
Hautschichten.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 2<br />
In Abb. 3 sind die wichtigsten der im Folgenden beschriebenen Wirkungen der Sonnenstrahlung auf<br />
das Wohlbefinden des Menschen übersichtlich dargestellt:<br />
Positive Wirkungen:<br />
• Sonnenstrahlung fördert die Durchblutung der Haut.<br />
• Sonnenstrahlung fördert die Vitamin D3-Bildung. Vitamin D3 ist lebensnotwendig. Es ist v.a. an<br />
der Verwertung von Phosphor <strong>und</strong> Calcium beteiligt, die für den Erhalt <strong>und</strong> den Aufbau der<br />
Knochen benötigt werden. In unseren Breiten genügen 15 Minuten Sonnenlicht täglich auf Gesicht<br />
<strong>und</strong> Handrücken <strong>und</strong> eine ges<strong>und</strong>e Ernährung für eine ausreichende Vitamin D3-Versorgung. Zu<br />
viel Sonne führt dagegen zu einem Abbau des Vitamins.<br />
• <strong>Hautbräunung</strong> ist weniger aus kosmetischen Gründen, sondern vor allem insofern positiv zu<br />
bewerten, als mit ihr ein gewisser Schutz gegen weitere UV-Belastung verb<strong>und</strong>en ist.<br />
• Sonnenstrahlung fördert das Wohlbefinden, wirkt antidepressiv.<br />
Negative Wirkungen<br />
• Zu viel Sonnenstrahlung (hauptsächlich UV-B) führt zu Sonnenbrand. Durch zu intensives <strong>und</strong><br />
langes Sonnenbad kommt es zu einer Überlastung der körpereigenen Schutzmechanismen. Es<br />
kommt zum Absterben der Hautzellen. Der Sonnenbrand ist eine Entzündungsreaktion der Haut.<br />
• UV-A-Strahlen führen zu vorzeitiger Hautalterung. Sie dringen tief in die Haut ein <strong>und</strong> bewirken<br />
eine Zerstörung der Kollagenfasern im Bindegewebe der Haut. Die Haut verliert dadurch an<br />
Spannkraft <strong>und</strong> wird faltig <strong>und</strong> schrumpelig.<br />
• UV-B Strahlen zerstören Folsäure, das wichtigste Vitamin B, das an Wachstums- <strong>und</strong><br />
Entwicklungsprozessen beteiligt ist.<br />
• Sonnenallergie: Auftreten von allergischen Hautreizungen durch Zusammenwirken von UV-<br />
Strahlen mit Duftstoffen <strong>und</strong> Emulgatoren aus <strong>Sonnenschutz</strong>mitteln.<br />
• Immunsuppression: UV-Belastung führt zu verminderter Leistungsfähigkeit des Immunsystems.<br />
• Hautkrebs: Hautkrebs ist inzwischen die häufigste Krebsform. Man unterscheidet Maligne<br />
Melanome (bösartiger Hautkrebs) <strong>und</strong> Nicht-Melanome (Basalhautkrebs <strong>und</strong> Spinalhautkrebs). In<br />
der BRD erkranken jährlich 100000 Menschen neu an Hautkrebs 1 . Über 3000 Menschen sterben<br />
daran. Die Bildung von Hautkrebs hängt direkt mit der Immunsuppression zusammen. Die<br />
Entstehung von Hautkrebs lässt sich folgendermaßen beschreiben:<br />
1 www.unserehaut.de<br />
� UV-Strahlen schädigen/verändern die DNA von Hautzellen.<br />
� Die geschädigte Zelle stirbt ab bzw. wird abgetötet.<br />
� Die geschädigte Zelle wird von Reparatursystemen repariert.<br />
� Die geschädigte Zelle überlebt <strong>und</strong> vermehrt sich. Es kommt zur<br />
Ausbildung von Hautkrebs.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 3<br />
Abb. 3: Übersicht über mögliche Folgern der UV-Bestrahlung der Haut [1, S.40]<br />
1.3 Der Selbstschutz der Haut<br />
Um sich vor der negativen Wirkung der Sonnenstrahlen zu schützen, aktiviert die Haut bereits bei der<br />
ersten Bestrahlung hauteigene Schutzmechanismen. Diese wirken jedoch nur bei einer langsamen<br />
Gewöhnung an die Sonne <strong>und</strong> sind nur bis zu einem bestimmten Maße effektiv. Die Wirksamkeit des<br />
Eigenschutzes ist abhängig vom Hauttyp.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 4<br />
1.3.1 <strong>Hautbräunung</strong>, Melanogenese<br />
<strong>Hautbräunung</strong> entsteht durch verstärkte Pigmentierung der Haut. Die in der Basalschicht der Haut<br />
vorkommenden Melanozyten enthalten Melanosome. Melanosome sind dunkel gefärbte Organelle, die<br />
den Farbstoff Melanin produzieren. Melanozyten transportieren die reifen Melanosome zu den<br />
Keratinozyten. Die reifen Melanosome lagern sich zum Schutz der DNA schirmförmig über deren<br />
Kernen an. Es wird zwischen einer Sofort- <strong>und</strong> einer Spätpigmentierung unterschieden. UVA löst eine<br />
Sofortpigmentierung durch Photooxidation von bereits vorhandenen Melaninvorstufen aus. Diese<br />
schützt nicht vor UVB-Strahlung. Eine Spätpigmentierung tritt etwa 72 St<strong>und</strong>en nach UV-B-<br />
Exposition auf. Diese Art der Bräunung entsteht durch die Vermehrung von Melanozyten <strong>und</strong> einer<br />
gesteigerten Synthese von Melanosomen. UV-B fördert den Transfer der Melanosomen von<br />
Melanozyten zu den Keratinozyten. Spätpigmentierung tritt auch nach UV-A-Bestrahlung auf, jedoch<br />
sind deutlich höhere UVA-Dosen nötig, um den gleichen Effekt zu erzielen.<br />
Melanin wirkt durch Absorption <strong>und</strong> Reflexion der UV-Strahlung als optische Barriere. Abb. 3 zeigt,<br />
dass vor allem der Wellenlängenbereich von 300 – 400 nm absorbiert wird, also auch die schädigende<br />
UV-B-Strahlung. Außerdem wirkt Melanin als Antioxidans. Es unterdrückt die zellschädigende<br />
Bildung bzw. Wirkung freier Radikale.<br />
Abb. 3 Absorptionsspektrum von Melanin 2<br />
Die Melaninsynthese geht von der Aminosäuren Tyrosin aus <strong>und</strong> wird durch UV-Licht initiiert. In<br />
komplexen Reaktionsfolgen entstehen das dunklere Eumelanin <strong>und</strong> unter Beteiligung von Cystein das<br />
rötlichere Phaeomelanin (s. Abb. 4). Eumelanin findet man häufiger bei schwarzhaarigen Personen mit<br />
dunkleren Hauttypen, Phaeomelanine treten bei Rothaarigen häufiger auf.<br />
Abbildung 5 zeigt, dass Melanine hochmolekulare, nicht einheitlich aufgebaute Verbindungen sind,<br />
die chemisch nicht einheitlich aufgebaut sind.<br />
Alle Syntheseschritte der Melaninbildung sind enzymkatalysiert (s. Abb. 4). Der Ausfall von Enzymen<br />
führt dazu, dass weniger oder keine (Krankheitsbild des Albinismus) Melanine gebildet werden<br />
können.<br />
2 http://www.cl.cam.ac.uk/users/jgd1000/melanin.gif
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 5<br />
Abb. 4 Bildung von Melanin 3<br />
Abb. 5 Melanin ist hochmolekular <strong>und</strong> chemisch nicht einheitlich gebaut [4, S.98ff]<br />
3 http://www.cbc.umn.edu/iac/facts.htm#how
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 6<br />
1.3.2 Lichtschwiele<br />
Auf verstärkte UV-Bestrahlung reagiert die Haut durch eine intensivere Teilung der Basalzellen in der<br />
Epidermis. Es kommt dadurch zu einer Verdickung der Hornschicht, die einen größeren Anteil der<br />
UV-Strahlen reflektiert. Die darunter liegenden Hautschichten werden so vor UV-Strahlung geschützt.<br />
1.3.3 Urocaninsäure im Schweiß<br />
Abb. 6 Urocaninsäure [4, S.98]<br />
1.3.4 Hydrolipidfilm<br />
Bei Sonnenbestrahlung ist im Schweiß vermehrt<br />
Urocaninsäure enthalten. Diese Verbindung<br />
entsteht aus Histidin (s. Abb. 6). Urocaninsäure<br />
absorbiert im UV-A-Bereich, ist jedoch<br />
wasserlöslich <strong>und</strong> verbleibt deshalb nur begrenzte<br />
Zeit auf der Haut. Sie wird zum Beispiel beim<br />
Baden sofort abgewaschen.<br />
Auf der Hautoberfläche bildet sich ein Oberflächenfilm, der aus Hautschuppen, Talg,<br />
feuchtigkeitsbindenden Substanzen <strong>und</strong> natürlichen Feuchthaltefaktoren besteht. Dieser Film wird<br />
auch als "Natural Moisturizing Factor" (NMF) bezeichnet. Er bietet Schutz vor Austrocknung der<br />
Haut <strong>und</strong> vor Bakterien. Bei zu intensiver Sonneneinstrahlung wird dieser Film beschädigt.<br />
Oberflächenlipide verhindern das Austrocknen der Haut <strong>und</strong> absorbieren im UV-Bereich.<br />
1.3.5 Antioxidantien<br />
Die Zellen der Haut verfügen über Enzyme (wie Superoxiddismutase, Peroxidasen oder Glutathion),<br />
um sich vor den zellschädigenden Effekten der Freien Radikale zu schützen. Die wirksamsten<br />
Radikalfänger sind Tocopherol, Ascorbinsäure <strong>und</strong> ß-Carotin, die mit der Nahrung aufgenommen<br />
werden. Auch das von den Melanozyten gebildete Melanin wirkt als Radikalfänger 4 .<br />
1.3.6 Zelleigene Reparatursysteme<br />
Durch UV-Licht wird die Aktivität des Tumorsuppressor-Gens p53 induziert, dessen Genprodukt<br />
schadhafte DNS-Abschnitte austauscht, repariert oder Zellen mit irreparablen Schäden absterben lässt<br />
(Apoptose). Reparaturenzyme sind nur wirkungsvoll, wenn der geschädigten Haut eine Auszeit von 24<br />
St<strong>und</strong>en gegönnt wird. Ansonsten vermehren sich die Zellen mit mutierter DNS.<br />
4 http://www.eucerin.de/skin/uv_prot_2.html
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 7<br />
1.4 <strong>Sonnenschutz</strong>mittel<br />
Abb 7 Auswahl der untersuchten Präparate<br />
Bis vor wenigen Jahren wurde vor allem auf einen Schutz vor UV-B-Strahlung geachtet. Die Ergebnisse neuerer<br />
Untersuchungen weisen jedoch darauf hin, dass die Bedeutung der UV-A-Strahlenwirkung bei der Ausbildung<br />
von Hautschäden, v.a. der malignen Melanome <strong>und</strong> der übrigen „nonmelanotic skin cancers“ (NMSC) wie<br />
Basalzellkarzinom oder Plattenepithelkarzinom, unterschätzt wurde. Die Hautalterung wird heute vor allem der<br />
UV-A-Strahlung angelastet, da sie tief in das Bindegewebe eindringt. Moderne <strong>Sonnenschutz</strong>mittel sollten einen<br />
wirksamen Schutz gegen UV-A <strong>und</strong> UV-B-Strahlung bewirken. Man spricht hier von einem Breitbandschutz.<br />
Dieser wird häufig durch Kombinationen mehrerer UV-Filtersubstanzen erreicht. Daneben sollten<br />
<strong>Sonnenschutz</strong>mittel eine Reihe weiterer Anforderungen erfüllen:<br />
- keine Toxizität<br />
- gute Verträglichkeit<br />
- begrenztes Eindringen in die Haut<br />
- Fotostabilität<br />
- Hitzeresistenz<br />
- Wasserfestigkeit<br />
- kosmetische Akzeptanz<br />
- hoher Lichtschutzfaktor (LSF) 5<br />
Neueste Entwicklungen von Cremes enthalten Reparatursysteme für geschädigte DNA, z.B. das<br />
Enzym Photolyase. Kritiker befürchten, dass dadurch die vom Sonnenlicht ausgehenden<br />
Ges<strong>und</strong>heitsgefahren noch stärker unterschätzt werden.<br />
1.4.1 Chemische UV-Filter<br />
Viele <strong>Sonnenschutz</strong>präparate enthalten chemische UV-Filter. Darunter versteht man organische Moleküle, die<br />
UV-Licht absorbieren <strong>und</strong> in Wärme umwandeln. Um einen Breitbandschutz zu erreichen, sind in gängigen<br />
Produkten Kombinationen von mehreren mehrere UV-Filtersubstanzen enthalten. In den im Folgenden<br />
beschriebenen Experimenten soll die Wirksamkeit dieser Substanzen untersucht werden.<br />
5 LSF = Erythemschwellendosis für geschützte Haut / Erythemschwellendosis für ungeschützte Haut
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 8<br />
Versuch 1: Untersuchung der UV-Absorption verschiedener Stoffe<br />
Durchführung: In einem ersten Experiment soll ein möglichst einfaches Verfahren entwickelt <strong>und</strong><br />
überprüft werden, mit dem getestet werden kann, ob eine gelöste Substanz ultraviolettes Licht<br />
absorbiert. Verschiedene Lösungen (Lösung des UV-Filters SofiO, β-Carotin-Lösung,<br />
Methylorangelösung, Hexan, Wasser) werden in Kunststoffküvetten gefüllt <strong>und</strong> vor einem UV-<br />
Leuchtschirm in geeigneter Entfernung platziert. Anschließend wird der Raum abgedunkelt <strong>und</strong> mit<br />
einer Labor-UV-Lampe mit UV-Licht der Wellenlänge 254 nm bestrahlt.<br />
Abb 8 Küvetten im Tageslicht (links) <strong>und</strong> bei UV-Bestrahlung (rechts) vor einem Leuchtschirm<br />
(vlnr.: SofiO-, β-Carotin-, Methylorangelösung, Luft, Wasser, Hexan)<br />
Ergebnis: Die Küvette, die mit einer Lösung des UV-Filters Sofix 6 in Hexan gefüllt ist, erzeugt auf<br />
dem Schirm einen sehr deutlichen Schatten. Eine β-Carotin-Lösung in Hexan erzeugt ebenfalls einen<br />
deutlichen Schatten, die bei Tageslicht ähnlich orangerot gefärbte Methylorangelösung dagegen kaum.<br />
Luft <strong>und</strong> die reinen Lösungsmittel Wasser <strong>und</strong> Hexan erzeugten keinen Schatten.<br />
Deutung: Die Schattenbildung tritt auf, wenn das UV-Licht absorbiert wird <strong>und</strong> nicht auf den<br />
Leuchtschirm fällt. SofiO <strong>und</strong> in geringerem Ausmaß β-Carotin absorbieren UV-Licht.<br />
Versuch 2: Extraktion von chemischen UV-Filtern aus <strong>Sonnenschutz</strong>präparaten<br />
Durchführung: Ziel der experimentellen Untersuchungen soll sein, das Absorptionsverhalten der in<br />
den untersuchten <strong>Sonnenschutz</strong>präparaten enthaltenen UV-Filter experimentell, d.h. fotometrisch, zu<br />
untersuchen. In einem ersten Schritt solle versucht werden, diese Inhaltsstoffe zu extrahieren. Dazu<br />
werden Freihandexperimente mit verschiedenen Lösungsmitteln durchgeführt. Jeweils eine geringe<br />
Menge des <strong>Sonnenschutz</strong>mittels wird mit einigen Millilitern eines Lösungsmittels in ein Reagenzglas<br />
gefüllt <strong>und</strong> geschüttelt.<br />
Beobachtung: Mit sehr unpolaren Lösungsmitteln (z.B. Hexan) <strong>und</strong> mit sehr polaren Lösungsmitteln<br />
(Wasser) lassen sich kaum befriedigende Ergebnisse erzielen, das sich jeweils einzelne Komponenten<br />
nicht lösen <strong>und</strong> Emulsionen erhalten werden. Am vielversprechendsten sehen die Ergebnisse bei der<br />
Verwendung von 1-Propanol als Lösungsmittel aus. Es werden in den meisten Fällen klare Lösungen<br />
erhalten. Unlösliche mineralische Bestandteile lassen sich durch Filtration abtrennen.<br />
Kontrollversuch: An der Liebfrauenschule verfügen wir nicht über ein UV-Vis-Fotometer. Deshalb<br />
sollen die Extrakte an der Hochschule Vechta an einem Nachmittag untersucht werden. Die UV-<br />
Filtersubstanzen, die in den Extrakten enthalten sein sollen, sind nicht sichtbar. Um den Erfolg der an<br />
der Hochschule geplanten Untersuchungen abzusichern wird mit einigen Extrakten ein dem Versuch 1<br />
analoges Testverfahren durchgeführt. Reagenzgläser mit dem reinen Lösungsmittel 1-Propanol <strong>und</strong><br />
mit den Extrakten werden vor einem Leuchtschirm mit UV-Licht bestrahlt. In allen Fällen tritt bei den<br />
Extrakten ein deutlicher Schatten auf. Diese sollten also die Filtersubstanzen enthalten.<br />
6 Käuflich erworben bei http://www.omikron-online.de/cyberchem/
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 9<br />
Abb. 9 Reagenzglas mit 1-Propanol (links) <strong>und</strong> Extrakt eines<br />
<strong>Sonnenschutz</strong>mittels vor einem Leuchtschirm bei UV-Bestrahlung<br />
Versuch 3: Aufnahme von UV-Spektren der Extrakte<br />
Durchführung: Da an der Schule kein geeignetes Messgerät zur Verfügung steht, werden die UV-<br />
Spektren der in Versuch 2 erhaltenen Extrakte von den Schülerinnen des Kurses an der Hochschule<br />
Vechta aufgenommen 7 . Gewählt wurde eine Wellenlängenbereich von 190 - 400 nm. Die erhaltenen<br />
Daten werden in häuslicher Arbeit mit Excel konvertiert. Daraus werden Absorptionsspektren erstellt.<br />
In der Literatur [5, S.117] stehen Vergleichsspektren zur Verfügung. Für verschiedene UV-Filter<br />
werden Absorptionsbereiche zwischen 280 <strong>und</strong> 320 bzw. in einem Fall 350 nm gemessen (s. Abb. 10).<br />
Diese Ergebnisse stimmen mit den von uns für andere UV-Filter erhaltenen weitgehend überein. Das<br />
zeigt, dass unsere Messungen vermutlich zuverlässig sind.<br />
Abb. 10 Absorptionsspektren von<br />
Sonnenfiltersubstanzen a) SoFiW, b) SoFiO,<br />
c)SoFiO Super, d) SoFiTix [5, S.117]<br />
7 Wir bedanken uns herzlich bei Dr. Hans-Jörg Brauckmann vom Institut für Strukturforschung <strong>und</strong> Planung in<br />
agrarischen Intensivgebieten (ISPA) <strong>und</strong> seinen Mitarbeiterinnen für die Möglichkeit, die Messungen an der<br />
Hochschule durchführen zu können <strong>und</strong> für die Unterstützung bei den Messungen
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 10<br />
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100 200 300 400<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Filtral Sonnencreme LSF 15<br />
100 150 200 250 300 350 400<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Dreaming Sun - Sonnenspray für Kinder<br />
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Sofi-W 50<br />
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Wellenlänge [nm]<br />
Nivea Sun LSF 8<br />
100 200 300 400<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Cien Beauty<br />
100 200 300 400<br />
Wellenlänge [nm]
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 11<br />
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Vichy Capital Soleil 20<br />
100 150 200 250 300 350 400<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Selbstbräuner Nivea Sun<br />
100 200 300 400<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Sun Ozon Sonnenmilch<br />
0<br />
100 200 300 400<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Abb. 11: Von uns erhaltene UV-Spektren verschiedener Extrakte aus Lichtschutzmitteln<br />
Ergebnis: Alle Proben zeigen eine ausgeprägte Absorption im UV-B-Bereich. Im UV-A-Bereich, im<br />
Wellenlängenbereich oberhalb von 320 nm, absorbieren nur einige der untersuchten Extrakte. Unter<br />
der Voraussetzung, dass in dem Extrakt alle UV-absorbierenden Substanzen enthalten sind, wären<br />
letztere Präparate weniger geeignet. Die genannte Voraussetzung ist aber schon deshalb nicht immer<br />
zutreffend, weil einige der Produkte zusätzlich mineralische Filter enthalten, die hier nicht erfasst sind.<br />
Insofern können wir uns zur Qualität der Produkte nur zurückhaltend äußern.<br />
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Dreaming Sun Kinder<br />
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Wellenlänge [nm]
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 12<br />
1.4.2 Mineralische Filter - Fortschritt durch Nanotechnologie<br />
Organische Filtersubstanzen haben Nachteile. Lichtschutzfaktoren über 30, die gelegentlich<br />
erwünscht sind, werden mit ihnen nicht erreicht. Sie können in die Haut eindringen <strong>und</strong> unerwünschte<br />
Wirkungen entfalten. Einigen Substanzen wird nachgesagt, bisher unbewiesen, dass sie im Körper<br />
hormonähnliche Wirkungen entfalten können. Chemische Filtersubstanzen neigen dazu, sich in<br />
Hautfalten anzureichern <strong>und</strong> an exponierteren Hautstellen zu fehlen. All diese Nachteile entfallen bei<br />
mineralischen Filtern wie Zinkoxid.<br />
Dank der Nanotechnologie ist es heute möglich, Zinkoxidpartikel mit definierten, sehr kleinen<br />
Ausmaßen (80 - 100 nm) herzustellen. Wegen ihrer Kleinheit sind diese völlig unsichtbar. Je kleiner<br />
Partikel werden, desto stärker ähneln ihre Eigenschaften großen Molekülen. Ab einer bestimmte<br />
Größe absorbieren Nanopartikel ultraviolettes Licht. In Abbildung 12 werden Lösungen von CdTe-<br />
Nanopartikeln gezeigt, die abhängig von ihrer Größe mit unterschiedlichen Farben fluoreszieren. Je<br />
größer die Partikel, desto langwelliger wird die Fluoreszenzstrahlung. Ähnliche Phänomene findet<br />
man auch bei bestimmten Molekülen.<br />
Abb. 12 Fluoreszenz unterschiedlich großer CdTe-Nanopartikel. Mit anwachsender Teilchengröße<br />
von ca. 2 auf 5 nm geht die Fluoreszenzfarbe allmählich von Grün in Rot über. 8<br />
Vor allem aber reflektieren diese mineralischen Partikel das UV-Licht sehr effektiv. Sie sind so groß,<br />
dass sie nicht in die Haut eindringen, das macht sie besonders ungefährlich. Anders als chemische<br />
Filtersubstanzen sammeln sie sich auch nicht in Hautfalten. Sie sind darüber hinaus absolut fotostabil.<br />
Modernste Entwicklungen, die bereits realisiert sind, zielen darauf ab, diese Partikel in Fetttröpfchen<br />
oder Glaskügelchen 9 - ebenfalls im Nano-Format - zu verpacken. Letzteres bietet die viel<br />
versprechende Möglichkeit, in den Glaskügelchen Substanzen miteinander zu kombinieren, die, z.B.<br />
wegen unterschiedlicher Löslichkeiten, ansonsten kaum kombinierbar wären.<br />
8 http://www.chemie.uni-hamburg.de/broschuere/pc/pc10.html<br />
9 http://pb.merck.de/servlet/PB/menu/1062080/
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 13<br />
1.4.3 Einfache Experimente zur Wirksamkeit von <strong>Sonnenschutz</strong>mitteln<br />
Versuch 4: Nachweis der UV-Belastung bei Verwendung von <strong>Sonnenschutz</strong>mitteln mithilfe von<br />
UV-Perlen 10<br />
UV-Perlen verfärben sich bei Bestrahlung mit UV-A-Strahlen blau oder orange. das Ausmaß dieser<br />
Verfärbung kann als relatives Maß für die UV-Belastung dienen.<br />
Durchführung: Der Boden einer Kunststoffschale wird mit UV-Perlen bedeckt. darüber legt man eine<br />
schwarze Pappe. Diese Pappe enthält verschieden geformte Löcher, die mit einer Klarsichtfolie<br />
bedeckt sind. Die UV-Durchlässigkeit dieser Folie wurde in Vorversuchen festgestellt. Über den<br />
Löchern wird die Folie mit Lichtschutzpräparaten mit unterschiedlichen Lichtschutzfaktoren<br />
bestrichen. Der Ansatz wird für eine Minute dem Sonnenlicht ausgesetzt. Anschließend wird die<br />
Pappe entfernt <strong>und</strong> das Ergebnis sofort fotografiert.<br />
Abb. 13 Versuchsansätze zu Versuch 4, links oben ohne, rechts oben LSF 8, links unten LSF 12,<br />
rechts unten LSF 20. Im rechten Bild ist der Ansatz kurz nach Entfernen der Pappe zu sehen.<br />
Beobachtung: Unter der Öffnung, die nicht mit einem Lichtschutzmittel bestrichen ist, ist eine<br />
deutliche (in der Realität besser als auf dem Foto) sichtbare Verfärbung der Perlen festzustellen. Die<br />
mit Lichtschutzmittel bestrichenen Öffnungen ist die Verfärbung der UV-Perlen geringer.<br />
Versuch 5: UV-Pflaster - Warnung vor dem Sonnenbrand<br />
UV-Dosimeter, die jetzt im Handel als SUN TO SEE UV-Strips erhältlich sind,<br />
bieten die Möglichkeit, bei Sonnenaufenthalten die von der Haut aufgenommene<br />
Tagesdosis an ultraviolettem (UV-)Licht zu messen. Ist die verträgliche<br />
Tagesdosis erreicht, zeigt das Dosimeter durch Farbveränderung an, dass die<br />
Nutzerin bzw. der Nutzer sich aus der Sonne zurückziehen sollte. Damit wird<br />
das Hautkrebsrisiko durch Sonnenbrand drastisch eingeschränkt. 11 Die UV-<br />
Strips berücksichtigen auch die Wirkung von <strong>Sonnenschutz</strong>mitteln, denn das<br />
Sichtfenster wird wie die Haut mit dem verwendeten <strong>Sonnenschutz</strong>mittel<br />
eingecremt.<br />
Abb. 14 Handelspackung mit 12 UV-Strips<br />
10 Bezug über das Ausbildungs- <strong>und</strong> Informationslabor für Biotechnologie von KölnPUB<br />
11 http://www.uv-signal.de/
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 14<br />
Durchführung: Auf dem Arm einer Schülerin werden vier UV-Strips untereinander aufgeklebt. Von<br />
oben nach unten werden die UV-Strips nicht (UV-Strip 1), mit LSF 8 (Strip 2), LSF 12 (Strip 3) <strong>und</strong><br />
LSF 20 (Strip 4) eingecremt. Der Arm wird in die Mittagssonne gehalten.<br />
Abb. 15 Arm einer Schülerin mit UV-Strips wie in der Versuchsbeschreibung beschrieben nach 15<br />
Minuten Sonne, 30 Minuten Sonne, 45 Minuten Sonne, Strips (ohne Arm) nach 120 Minuten Sonne<br />
Beobachtung: Es kommt zu der erwarteten blauen Verfärbung des Messfeldes. Diese ist ohne<br />
<strong>Sonnenschutz</strong>mittel schneller <strong>und</strong> stärker ausgeprägt.<br />
Deutung der Versuche 5 <strong>und</strong> 6: UV-Perlen <strong>und</strong> UV-Strips enthalten fotoaktive Substanzen, die auf<br />
UV-Bestrahlung mit Verfärbung reagieren. UV-Strips erlauben eine semiquantitative Beurteilung der<br />
UV-Dosis.<br />
2 Künstliche Bräune von außen - Selbstbräunungsmittel<br />
2.1 Was sind Selbstbräunungsmittel?<br />
Selbstbräunungsmittel sind kosmetische Zubereitungen, die zu einer Anfärbung der äußeren<br />
Hornhautschichten der Haut führen. Sie erfüllen diese Aufgabe ohne Aktivierung der Pigment<br />
bildenden Zellen der Haut. Die meisten Selbstbräunungsmittel enthalten Dihydoxyaceton (DHA) in<br />
einer Konzentration von 2-5%. DHA verbindet sich mit den Eiweißen <strong>und</strong> Aminosäuren in der<br />
Hornschicht <strong>und</strong> bildet braune Pigmente (Melanoide), welche die obere Hornschicht braun färben. Die<br />
abgestorbenen Hautschuppen werden schnell abgestoßen. die Bräunung hält daher nur wenige Tage.<br />
DHA dringt nicht in tiefere Hautschichten ein, Schädigungen der Haut sind nicht bekannt.<br />
DHA entzieht der Haut Feuchtigkeit. Um das auszugleichen, werden den Emulsionen reichlich<br />
Pflegestoffe zugesetzt. Und seit kurzem wird DHA auch mit einem anderen Zucker kombiniert, mit<br />
Erythrulose. Der Vorteil: Die Kombination trocknet weniger aus <strong>und</strong> sorgt für einen sehr natürlichen<br />
Hautton. Erythrulose reagiert zwar etwas langsamer als DHA, es dauert etwa zwei Tage, bis man<br />
etwas sieht - dafür hält die Tönung auch länger. 12<br />
12 http://www.brigitte.de/mode/beauty_trends/selbstbraeuner/?PAGE=4
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 15<br />
2.2 Dihydroxyaceton wirkt reduzierend<br />
Versuch 6: Fehling-Test mit Dihydroxyaceton<br />
Durchführung: In zwei Reagenzgläser werden jeweils Fehling-I <strong>und</strong> Fehling-II-Lösung gegeben. In<br />
eines der Reagenzgläser gibt man einige Tropfen einer 5%igen Dihydroxyacetonlösung.<br />
Abb. 16 Fehling-Test mit DHA (rechts)<br />
Beobachtung: Augenblicklich - also ohne das bei anderen Zuckern notwendige gelinde Erwärmen -<br />
tritt die für reduzierende Zucker typische Bildung eines ziegelroten Niederschlages auf.<br />
Deutung: Dihydroxyaceton steht mit Glycerinaldehyd im Gleichgewicht.<br />
HO-CH2-CO-CH2-OH → HO-CH2-CHOH-CHO<br />
DHA → GA .<br />
Unter den in der Fehling-Testlösung vorliegenden alkalischen Bedinungen bildet sich schnell<br />
Glycerinaldehyd. Dieses reagiert mit dem Fehling-Reagenz unter Bildung von Glycerinsäure:<br />
2 Cu 2+ + HO-CH2-COH-CHO + 4 OH - → Cu2O + HO-CH2-CHOH-COOH + 2H2O<br />
Das System Dihydroxyaceton/Glycerinaldehyd ist offenbar wesentlich reaktiver als höhermolekulare<br />
Zucker.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 16<br />
2.3 Versuche zur Wirkungsweise von Selbstbräunungsmitteln<br />
Versuch 7: Dihydroxyaceton bräunt Hähnchenhaut<br />
Abb. 17: Hautpartie mit gebräuntem Kreuzmuster<br />
Versuch 8: Dihydroxyaceton reagiert mit Proteinen<br />
Auf der Haut eines Hähnchenschenkels wird mit einer 5%igen<br />
wässerigen Lösung von Dihydroxyaceton ein Kreuz markiert. Der<br />
Hähnchenschenkel wird im Kühlschrank aufbewahrt. Auch nach 24<br />
St<strong>und</strong>en ist keine Bräunung der markierten Stelle zu beobachten. Die<br />
Vermutung liegt nahe, dass dies durch die niedrige<br />
Aufbewahrungstemperatur bedingt ist. Um natürliche Hauttemperaturen<br />
zu simulieren, wird der Hähnchenschenkel für weitere 12 St<strong>und</strong>en in<br />
einen Wärmeschrank bei 35 °C temperiert. Danach ist eine Bräunung<br />
der Haut eindeutig zu erkennen (Abb. 18). Wegen der extremen<br />
Geruchsbelästigung können wir diesen Versuch zur Nachahmung<br />
allerdings nicht empfehlen.<br />
Die Vermutung liegt nahe, dass Dihydroxyaceton mit den Proteinen der oberen Hautschichten reagiert.<br />
Aus diesem Gr<strong>und</strong>e wird ein zweites (weniger geruchsintensives) Modellexperiment entwickelt, mit<br />
dem diese Hypothese überprüft werden soll. In Petrischalen werden je zwei Proben verschiedener<br />
Proteine (Casein, Gelatine <strong>und</strong> Albumin) gefüllt. Je eine Probe bleibt unbehandelt, die andere wird<br />
mit 5%iger Dihydroxyacetonlösung versetzt. Die Petrischalen werden über Nacht bei 35 °C in den<br />
Wärmeschrank gestellt. Das folgend Foto zeigt das Ergebnis des Experimentes:<br />
Abb. 18: linke Petrischale: oben links: Casein unbehandelt, oben rechts mit DHA versetzt,<br />
unten links: Gelatine unbehandelt, unten rechts mit DHA versetzt,<br />
rechte Petrischale: oben links: Albumin unbehandelt, oben rechts mit DHA versetzt<br />
Beobachtung: Es ist zu erkennen, dass sich die mit DHA versetzten Proben jeweils deutlich braun<br />
gefärbt haben. Die unbehandelten Proben verfärben sich nicht.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 17<br />
Deutung der Versuche 7 <strong>und</strong> 8:<br />
Auf der Haut findet die vor allem aus der Lebensmittelzubereitung bekannte Maillard-Reaktion statt.<br />
Die Maillard-Reaktion spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Aromastoffen <strong>und</strong> braunen<br />
Pigmenten in Lebensmitteln. Es handelt sich dabei um eine so genannte nicht-enzymatische<br />
Bräunungsreaktion, im Laufe derer Zucker, Aminosäuren, Peptide <strong>und</strong> Proteine zu heterozyklischen<br />
Endprodukten reagieren. Die Farbe gebackener, gebratener <strong>und</strong> gerösteter Lebensmittel ist auf die<br />
Bildung von rotbraunen bis schwarzbraunen Pigmenten zurückzuführen, die im Zuge der Maillard-<br />
Reaktion entstehen. Man nennt diese charakteristischen Pigmente auch Melanoide. Sie sind in Wasser<br />
<strong>und</strong> Säuren unlöslich, in Alkali aber löslich. Wie sich zeigen wird (Versuch 10) , waren die in unseren<br />
Experimenten entstandenen Melanoide aber zumindest zum Teil löslich in verdünnter Salzsäure.<br />
Im Zuge der Maillard-Reaktion entstehen in einer ersten Reaktionsphase aus Kohlenhydraten sehr<br />
reaktive, polyfunktionelle Zwischenprodukte, die in weiterer Folge zum Beispiel mit Aminosäuren<br />
<strong>und</strong> anderen Aminoverbindungen reagieren. Die hoch reaktiven Zwischenprodukte können eine<br />
Vielzahl von Folgereaktionen eingehen, wie Isomerisierungen, Dehydratisierungen, Redoxreaktionen<br />
<strong>und</strong> C-C-Spaltungen. Aus der großen Zahl an möglichen Reaktionen resultiert eine große Vielfalt an<br />
Maillard-Folgeprodukten. Typische Endprodukte sind Schwefelwasserstoff, Alkylmercaptane <strong>und</strong><br />
Disulfide, die aus schwefelhaltigen Aminosäuren hervorgehen, sowie eine große Zahl an<br />
heterozyklischen Verbindungen: substituierte Pyrazine, Furane, Furanone, Pyranone, Thiofurane,<br />
Thiophene, Pyrrole, Oxazole, Thiazole, Pyrrolidine, Oxazoline <strong>und</strong> Thiazoline (einige Beispiel für<br />
typischen Maillard-Produkte) 13 .<br />
2.4 Schützt Bräunung mit DHA vor UV-Strahlen ?<br />
Versuch 10: Absorptionsverhalten der Melanoide<br />
Durchführung: Die aus dem Versuch 9 stammende<br />
Probe der braun gefärbten Gelatine wird fein<br />
zerkleinert <strong>und</strong> in einem Reagenzglas mit Salzsäure<br />
versetzt. Die Gelatine wird erwartungsgemäß<br />
hydrolysiert, löst sich <strong>und</strong> wir erhalten eine klare<br />
braune Lösung der enthaltenen Melanoide. Diese<br />
Lösung wird filtriert. Von dieser filtrierten Lösung<br />
wird am ISPA (Institut für Strukturforschung <strong>und</strong><br />
Planung in agrarischen Intensivgebieten) ein UV-<br />
Spektrum gemessen.<br />
E [ ]<br />
1<br />
0,5<br />
0<br />
Abb. 19: Absorption der Melanoide<br />
0 100 200 300 400 500<br />
Wellenlänge [nm]<br />
Auswertung: Ohne, dass wir aufgr<strong>und</strong> unserer Untersuchungen quantitative Aussagen machen<br />
können, können wir festhalten, dass die Absorption im UV-Bereich insgesamt deutlich schwächer ist<br />
als die der Inhaltsstoffe der von uns untersuchten <strong>Sonnenschutz</strong>mittel <strong>und</strong> auch mit der des bei der<br />
durch Licht verursachten Bräunung entstehenden Melanins (s. Abb. 4) nicht vergleichbar ist. Das UV-<br />
Absorptionsspektrum der Melanoide (Abb. 20) zeigt, dass im Bereich der UV-A-Strahlung keine<br />
Absorption stattfindet. Daraus folgt, dass diese Art der künstlichen Bräune keinen oder nur einen<br />
geringen Schutz bietet.<br />
13 http://www.oebvhpt.at/chemie/aroma/maillard.html
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 18<br />
3 Künstliche Bräune von innen - Carotinoide<br />
3.1 Selbstbräunung durch Carotinoide<br />
Wohl jedem von uns dürfte bekannt sein, dass Babys, wenn sie häufig mit Möhrengemüse gefüttert<br />
werden, eine typisch gelbbraune Hautfarbe entwickeln. Diese wird dadurch bedingt, dass die in den<br />
Möhren enthaltenen Carotinoide in das Unterhautfettgewebe eingelagert werden <strong>und</strong> besonders bei der<br />
dünnen Babyhaut durchscheinen. Bei Erwachsenen ist dieser Effekt zwar deutlich geringer, aber<br />
dennoch sind Selbstbräunungspillen auf dem Markt, die β-Carotin bzw. in den USA auch<br />
Canthaxanthin enthalten. Neben der Bräunung der Haut werden Carotinoiden andere positive<br />
Wirkungen zugeschrieben, die die Gefahren des Sonnenlichtes lindern sollen.<br />
Abb. 20: Untersuchte Präparate<br />
3.2 Vorkommen von Carotinoiden in der<br />
Natur<br />
Als Carotinoide bezeichnet man eine umfangreiche<br />
Klasse von gelben bis rötlichen Farbstoffen, die vor<br />
allem in den Chromoplasten <strong>und</strong> Plastiden der<br />
Pflanzen, in Bakterien, aber auch in der Haut, in der<br />
Schale <strong>und</strong> im Panzer von Tieren sowie in den Federn<br />
oder im Eigelb der Vögel vorkommen, wenn die<br />
betreffenden Tiere mit ihrer Nahrung Abb. 21 Strukturen ausgewählter Carotinoide<br />
farbstoffhaltiges Pflanzenmaterial aufnehmen.<br />
Carotinoide mit Vorkommen im Tierreich sind<br />
ausschließlich pflanzlichen Ursprungs. Prominente Beispiele sind die Farbe des Eigelbs <strong>und</strong> der<br />
Hühnerküken. Meistens bestehen die Carotinoide aus ungesättigten Kohlenwasserstoffketten <strong>und</strong><br />
deren Oxidationsprodukten. Carotinoide sind aus 8 Isopren-Einheiten aufgebaut. Man unterteilt sie in<br />
* Carotine, die nur aus Kohlenstoff <strong>und</strong> Wasserstoff aufgebaut sind <strong>und</strong><br />
* Xanthophylle, sauerstoffhaltigen Derivate der Carotine.<br />
Die Carotinoide gehören zu den sek<strong>und</strong>ären Pflanzenstoffen, da sie nur in geringer Konzentration<br />
vorkommen. Sie haben dennoch große ges<strong>und</strong>heitliche Bedeutung, wie man jetzt immer besser<br />
erkennt. So haben die meisten von ihnen die Funktion von Antioxidantien, denen eine<br />
krebsvorbeugende Wirkung nachgesagt wird. 14<br />
14 http://de.wikipedia.org/wiki/Carotinoide
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 19<br />
Versuch 11: Extraktion von Carotinoiden aus Nahrungsergänzungsmitteln <strong>und</strong> aus Pflanzen<br />
Durchführung: Kapseln <strong>und</strong> Tabletten der untersuchten Präparate werden mit Hexan geschüttelt. Die<br />
erhaltenen gelben Lösungen werden filtriert.<br />
Tomaten, Möhren <strong>und</strong> rote Paprika werden mit einem Stabmixer in Wasser fein püriert <strong>und</strong> mit Hexan<br />
geschüttelt. Die oberen Phasen werden nach einiger Zeit abgesaugt <strong>und</strong> filtriert. Für die weiteren<br />
Untersuchungen werden klare Lösungen erhalten.<br />
Abb. 22 Extrakte der Nahrungsergänzunsmittel <strong>und</strong> von frischen Möhren, Tomaten <strong>und</strong> roter Paprika<br />
Versuch 12: Chromatographie <strong>und</strong> Photometrie der<br />
Carotinoide<br />
Durchführung: Mit allen Proben werden<br />
chromatografische Untersuchungen durchgeführt. Dabei<br />
werden Kieselgelfolien Polygram Sil G/UV254. verwendet.<br />
Von uns werden viele verschiedene Laufmittelgemische<br />
getestet. Das beste Trennergebnis ergibt sich mit einem<br />
Laufmittelgemisch aus Petrolether 50/70 <strong>und</strong> Aceton im<br />
Volumenverhältnis 9:3. Abbildung 24 zeigt ein<br />
gelungenes Chromatogramm von Paprikafarbstoffen.<br />
Abb. 23 Chromatogramm der Paprikafarbstoffe
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 20<br />
Die erhaltenen Farbstoffbanden werden anschließend vorsichtig abgekratzt <strong>und</strong> das Material mit wenig<br />
Aceton geschüttelt. Dabei lösten sich die Farbstoffe wieder vom Trägermaterial. Die gefärbten<br />
Lösungen werden filtriert <strong>und</strong> anschließend fotometrisch untersucht.<br />
Abb. 24 Aus dem Chromatogramm (Abb. 23) erhaltene Farbstofflösungen<br />
Als Beispiele seien hier nur drei der 10 Spektren dargestellt<br />
300 400 500 600 700 300 400 500 600 700<br />
300 400 500 600 700<br />
Abb. 25 Absorptionsspektren der Farbstofflösungen der drei ersten Banden
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 21<br />
Versuch 13: Lokalisierung der Carotinoide in den Zellen der roten Paprika<br />
Eine nächste Frage besteht darin, festzustellen, wo <strong>und</strong> in welcher Form die fettlöslichen Carotinoide<br />
in pflanzlichen Zellen mit überwiegend wässerigem Milieu lokalisiert sind. Dazu werden<br />
mikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Von roter Paprika <strong>und</strong> anderen Objekten werden mit<br />
Rasierklingen dünne Schnitte angefertigt <strong>und</strong> mikroskopiert. Die mikroskopischen Bilder werden mit<br />
einer Digitalkamera per Adapter durch den Tubus des Mikroskops fotografiert. Besonders<br />
eindrucksvolle Ergebnisse werden mit roter Paprika erhalten:<br />
Abb. 26: Rote Paprika unter dem Mikroskop (Bild aus dem Unterricht)<br />
Erkennbar ist, dass Paprikazellen rote Chromoplasten enthalten. Die fettlöslichen Carotinoide sind in<br />
diesen von Membranen begrenzten Zellorganellen lokalisiert.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 22<br />
3.3 Carotinoide als ungesättigte Verbindungen<br />
Carotinoidmoleküle enthalten eine Reihe konjugierter Doppelbindungen. Diese sind einerseits Ursache<br />
der Farbigkeit von Carotinoiden, andererseits lassen sie sich durch elementares Brom angreifen. Die<br />
Reaktion von Carotinoiden mit elementarem Brom wird in drei Varianten untersucht.<br />
Versuch 14: Reaktion von Tomatensaft mit Bromwasser<br />
Durchführung: Ein Messzylinder wird mit verdünntem Tomatensaft gefüllt <strong>und</strong> mit einigen<br />
Millilitern Bromwasser überschichtet. Anschließend wird das Bromwasser leicht in den oberen<br />
Bereich des Tomatensaftes eingerührt.<br />
Abb. 27: Versuchsergebnis nach 10 Minuten (links), 20 Minuten (Mitte), 30 Minuten (rechts)<br />
Beobachtung: Zunächst ist eine leichte blaugrüne Verfärbung zu beobachten, die dann in grün <strong>und</strong><br />
schließlich in gelb umschlägt. Im mittleren Bild sind drei Farbzonen (von oben nach unten gelb, grün,<br />
blau) zu erkennen.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 23<br />
Versuch 15 : Reaktion von Tomatensaft mit Brom - Bromgewinnung durch Elektrolyse<br />
Ein U-Rohr wird mit einer Mischung von 50 % Tomatensaft <strong>und</strong> 50% Kaliumbromidlösung der<br />
Konzentration 1 mol/l gefüllt. Zwei Grafitelektroden werden eingehängt. Anschließend wird mit einer<br />
Gleichspannung von 5 V elektrolysiert.<br />
Abb. 28: Ergebnisse des Elektrolyseversuchs nach 2, 5, 10 <strong>und</strong> 15 Minuten (von oben links nach unten<br />
rechts)<br />
An der Kathode findet eine Gasentwicklung statt. An der Anode verfärbt sich der Tomatensaft über<br />
grün nach gelb.<br />
Deutung: Die Ergebnisse entsprechen denen, die bei der ersten Variante des Bromierungsversuchs<br />
erhalten werden. Die Bromentwicklung erfolgt hier jedoch elektrolytisch an der Anode. Das dort<br />
entstehende Brom wird teilweise an die im Tomatensaft enthaltenen Carotinoide addiert.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 24<br />
Versuch 16: Reaktion von Tomatensaft mit Brom - Bromgewinnung durch chemische Reaktion<br />
In ein Becherglas werden 100 Milliliter Tomatensaft gefüllt. Dazu gibt man 100 Milliliter einer<br />
Lösung von Natriumbromat <strong>und</strong> Natriumbromid, jeweils in einer Konzentration von 1 mol/l. Dazu<br />
gibt man unter gleichmäßigem Rühren mit einem Magnetrührer einige Milliliter Salzsäure.<br />
Abb. 29: Ergebnisse des Experimentes nach 5 Minuten, 10 Minuten, 15 Minuten, 20 Minuten <strong>und</strong> 60<br />
Minuten (von oben links nach unten rechts)<br />
Das eingesetzte Redoxsystem entwickelt bei niedrigen pH-Werten Brom nach folgendem<br />
Reaktionssymbol:<br />
BrO3 - + 5 Br - + 6H + → 3 Br2 + 3 H2O<br />
Das entstehende Brom wird wie bei beiden anderen Varianten des Versuchs an die im Tomatensaft<br />
enthaltenen Carotinoide addiert.<br />
Beobachtung: Wie in den beiden anderen Versuchen zu Bromaddition treten hier unterschiedliche<br />
Färbungen von rot über blau, grün <strong>und</strong> schließlich gelb auf.<br />
Vergleich der Varianten: U.E. ist die dritte Variante des Versuchs am geeignetsten. Die<br />
Farbänderungen sind am besten zu sehen <strong>und</strong> die Bromentwicklung erfolgt sehr kontrolliert <strong>und</strong><br />
sicher. Ein Umgang mit elementarem Brom ist nicht notwendig.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 25<br />
Deutung der Versuchsergebnisse der Versuche 14 - 16: Die Farbigkeit der Carotinoide beruht auf<br />
dem ausgedehnten System konjugierter Doppelbindungen. Das Mesomerimodell zur Erklärung der<br />
Farbigkeit besagt, dass die Lichtabsorption umso längerwellig ist, je ausgedehnter das mesomere<br />
System ist. Brom wird an die Doppelbindungen addiert, oder es bilden sich 1-Brom-2-hydroxyderivate<br />
des ß-Carotins. Dadurch wird das mesomere System partiell zerstört <strong>und</strong> die Lichabsorption verschiebt<br />
sich zu kürzeren Wellenlängen. Andererseits wirken Bromatome auxochrom, sie verschieben die<br />
Lichtabsorption zu längeren Wellenlängen. Die Bromlösung diff<strong>und</strong>iert langsam von oben nach unten<br />
in den Tomatensaft hinein. In den oberen Schichten liegt eine höhere Bromkonzentration vor. Der<br />
Grad der Bromierung nimmt von oben nach unten ab.<br />
Wellenlänge des Lichtes Farbe des Lichtes Komplementärfarbe<br />
350 - 400 nm Ultraviolett<br />
400 - 435 nm violett gelbgrün<br />
435 - 480 nm blau gelb<br />
480 -490 nm grünblau orange<br />
490 - 500 nm blaugrün rot<br />
500 - 560 nm grün purpur<br />
560 - 580 nm gelbgrün violett<br />
580 - 595 nm gelb blau<br />
595 - 605 nm orange grünblau<br />
605 - 750 nm rot blaugrün<br />
Tabelle: Wellenlänge <strong>und</strong> Lichtfarbe<br />
Die Tabelle verdeutlicht, dass die ursprüngliche blaue Färbung auf Absorption im<br />
Wellenlängenbereich von ca. 435 bis 480 nm beruht. Der zunächst auftretende blaue Farbstoff<br />
absorbiert bei etwa 580 nm - 595 nm, also langwelliger. Hier dürfte zunächst die auxochrome<br />
Wirkung des Broms dominieren. Wir nehmen an, dass die anschließend auftretende gelbgrüne<br />
Färbung auf dem gleichzeitigen Vorhandensein von gelben <strong>und</strong> blauen Farbstoffen beruht. die<br />
Gelbfärbung beruht auf einer kurzwelligeren Absorption bei 400 - 480 nm. hier dürfte sich die<br />
Verkleinerung des mesomeren Systems stärker auswirken.<br />
3.4 Carotinoide als Radikalfänger<br />
Die Auswirkungen freier Radikale im Körper sind in der Abbildung 30 übersichtlich dargestellt: Freie<br />
Radikale entstehen zum Beispiel bei der Atmung. Jedes Lebewesen produziert bei der Atmung freie<br />
Radikale. Freie Radikale entstehen, wenn einem Molekül einzelne Elektronen entrissen werden.<br />
Radikale beheben ihren Elektronenmangel, indem sie ihrerseits anderen Molekülen Elektronen<br />
entreißen <strong>und</strong> diese dadurch zu Radikalen machen. Über derartige Kettenreaktionen breiten sich<br />
Radikale im Körper aus. Sie greifen dabei unter anderem Proteine an <strong>und</strong> können letztlich Krankheiten<br />
bis hin zu Krebserkrankungen auslösen. Antioxidantien, wie bestimmte Vitamine oder Carotinoide,<br />
unterbrechen diese Kettenreaktion, indem sie Elektronen an Radikale abgeben, ohne selbst aggressive<br />
Radikale zu bilden (s. Abb. 30).<br />
In Maßen haben freie Radikale positive Auswirkungen auf die Ges<strong>und</strong>heit. Sie können z.B.<br />
Krankheitserreger abtöten. Wenn jedoch der Anteil freier Radikale im Körper, wie bei vielen<br />
Menschen der westlichen Industrieländer (s. Abb. 31: Umweltbedingte Quellen freier Radikale), zu<br />
hoch wird, verursachen sie einen oxidativen Stress <strong>und</strong> wirken zerstörerisch auf Zellbestandteile. Hohe<br />
Konzentrationen von Radikalen in unserem Körper beschleunigen den Alterungsprozess. Mit<br />
Antioxidantien, die vor allem in Früchten vorkommen, kann man den Alterungsprozess verlangsamen.
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 26<br />
Abb. 30 Freie Radikale – Entstehung <strong>und</strong> Wirkung [2, S.98]
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 27<br />
Schwefeldioxide<br />
Schwermetalle<br />
z.B. Hg,<br />
Cd, Pb, Pd<br />
Pestizide<br />
z.B. DDT<br />
Mykotoxine<br />
UV-<br />
Strahlen<br />
Stickoxide Radioaktivität<br />
Lösungsmittel<br />
Dioxine,<br />
Furane<br />
Rauchen<br />
<strong>und</strong><br />
Alkoholkonsum<br />
Medikamente<br />
z.B.<br />
Zytostatika,<br />
Pille<br />
Abb. 31: Umweltbedingte Quellen freier Radikale (eigene Erstellung, Alicia Siebold, Schülerin)<br />
Bei vielen Nahrungsergänzungsmitteln , die Carotinoide enthalten, sind Bezeichnungen wie "Sonnen-<br />
Vitamine" oder "Sonnen-Drink" zu lesen. Die Einnahme dieser Präparate wird u.a. vor Urlaubsreisen<br />
in den Süden empfohlen, um dem durch erhöhte UV-Belastung auftretenden oxidativen Stress zu<br />
vorzubeugen. Diese Ratschlag ist zumindest umstritten, da Studien die Wirksamkeit dieser Präparate<br />
in Frage stellen. In wissenschaftlichen Untersuchungen war bei Rauchern, die täglich mit β-<br />
Carotinpräparaten versorgt wurden, sogar eine höhere Lungenkrebsrate festgestellt worden als bei<br />
unbehandelten Vergleichsgruppen 15 . Eine mögliche Erklärung für dieses unerwartete Phänomen wäre,<br />
dass das massive Angebot an β-Carotin die Aufnahme von noch wirksameren Radikalfängern, wie<br />
etwa Lycopin aus Tomaten, behindert. Unbestritten bleibt jedoch, dass eine natürlich Aufnahme von<br />
Carotinoiden mit der Nahrung in jedem Fall positive Auswirkungen hat. Besonders das in Tomaten<br />
enthaltene Lycopin gilt als außerordentlich wirksamer Radikalfänger.<br />
15 http://www.wer-weiss-was.de/theme49/article1212240.html
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 28<br />
Versuch 17: Carotinoide als Radikalfänger<br />
Durchführung: 0,22 g Tetraiodethen werden unter leichtem Erwärmen auf 45°C in in 40 ml n-Heptan<br />
gelöst. Eine β-Carotin-Kapsel wird in 20 ml Heptan gelöst. Die Kapsel enthält 4 mg Carotin.<br />
erhaltenen Lösung hat dann eine Carotinkonzentration von etwa 4 mg/20 ml. Weiterhin werden für<br />
diesen Versuch ein Heptanextrakt von Tomaten eingesetzt.<br />
Drei Petrischalen werden auf einem Tageslichtprojektor platziert <strong>und</strong> zunächst mit der<br />
Tetraiodethenlösung gefüllt. Anschließend gibt man gleichzeitig in die Petrischalen 5 Milliliter der<br />
Carotinlösung (Petrischale 1) bzw. 5 Milliliter des Tomatenextraktes in Heptan (Petrischale 2) <strong>und</strong><br />
schaltet die Beleuchtung ein.<br />
Versuchsergebnisse:<br />
Abb. 32 Petrischalen 1 (oben links), 2 (unten) <strong>und</strong> 3 (rechts) Bei Versuchsbeginn (links) nach 15<br />
Minuten (Mitte) <strong>und</strong> nach 45 Minuten (rechts)<br />
Beobachtung: Die Carotinoidlösungen sind zu Beginn leicht gelborange gefärbt, die reine<br />
Tetraiodethenlösung ist farblos. Nach 15 Minuten hat sich die reine Tetraiodethenlösung ohne<br />
Carotinoidzusatz rotviolett gefärbt. Bei den beiden Lösungen mit Carotinoidzusätzen tritt die<br />
rotviolette Verfärbung nach 45 Minuten ebenfalls auf, wird aber durch die Eigenfarbe der Carotinoide<br />
teilweise überdeckt.<br />
Deutung: Bei Belichtung bilden sich durch Zerfall des Tetraiodethans zunächst Iodradikale. Diese<br />
vereinigen sich ohne Anwesenheit von Carotinoiden sofort zu Iodmolekülen. Die rotviolette Färbung<br />
wird durch gelöstes elementares Iod verursacht. Carotinoide binden Iodradikale. Sie fungieren als<br />
Radikalfänger. Da Tetraiodethen im Überschuss eingesetzt wird <strong>und</strong> die Bestrahlung auch dazu führt,<br />
dass Iodradikale aus den Carotinoidmolekülen wieder freigesetzt werden, kommt es nach längerer<br />
Versuchsdauer auch bei Anwesenheit der Carotinoide zur Iodbildung <strong>und</strong> damit zur Violettfärbung.<br />
Carotinoide verzögern diese jedoch. 16<br />
16 http://www.chemiedidaktik.uni-wuppertal.de/alte_seite_du/material/carotin/carver.html#7
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 29<br />
3.5 Braun durch Obst <strong>und</strong> Gemüse ?<br />
Wenn die Carotinpräparate zu einer <strong>Hautbräunung</strong> führen, dann sollte dies auch mit den in der<br />
normalen Nahrung enthaltenen Carotinoiden erreichbar sein. Zunächst versuchen wir zu ermitteln,<br />
welche Konzentrationen an Carotinoiden in Nahrungsmitteln enthalten sind. Hier wird das Beispiel<br />
der Möhre dargestellt:<br />
Versuch 18: Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Konzentration <strong>und</strong> Extinktion einer<br />
β-Carotinlösung <strong>und</strong> Besitimmung des Carotingehaltes in Möhren<br />
Durchführung: In einer Verdünnungsreihe (siehe folgende Tabelle) werden ausgehend von einer<br />
Stammlösung des Farbstoffes Carotin Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen hergestellt.<br />
Anschließend werden mit einem Photometer die Extinktionswerte der Lösungen bei einer Wellenlänge<br />
von 480 nm ermittelt. Die Stammlösung wird durch Auflösen einer Carotinkapsel mit einem β-<br />
Carotingehalt von 4,8 mg in 100 ml Aceton hergestellt.<br />
Volumen der Carotin-<br />
Stammlösung [ml]<br />
Volumen Aceton [ml]<br />
Carotinkonzentration der<br />
erhaltenen Lösung [mg/l]<br />
Extinktion [ ]<br />
10<br />
0<br />
48<br />
0.754<br />
8<br />
2<br />
38.4<br />
0.696<br />
6<br />
4<br />
28.8<br />
0.658<br />
4<br />
6<br />
19.2<br />
0.608<br />
Bestimmung des Carotingehaltes in Möhren: Eine Möhre wird fein geraspelt. Die Raspel werden<br />
genau gewogen <strong>und</strong> mit 50 ml Aceton geschüttelt, bis sie sich entfärbt haben. Anschließend wird<br />
filtriert <strong>und</strong> die Extinktion der Carotinlösung bei 480 nm bestimmt.<br />
Masse der Möhrenraspel [g]<br />
Extinktion [ ]<br />
β-Carotin-Konzentration<br />
[mg/L]<br />
1<br />
0,31<br />
5,5<br />
2<br />
0,470<br />
8,5<br />
4<br />
0,563<br />
11,5<br />
2<br />
8<br />
9.6<br />
0.51<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
6<br />
0,608<br />
17,0
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 30<br />
E [ ]<br />
0,8<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
E/c-Diagramm für Carotin<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
c (Carotin) [mg/l]<br />
Abb. 33 Zusammenhang zwischen Konzentration <strong>und</strong> Extinktion einer β-Carotinlösung<br />
Messung 1: Einwaage an Möhrenraspel: 6 g,<br />
erhalten: 50 ml Carotinlösung mit einem Carotingehalt von 17 mg/l,<br />
entspricht einer Carotinmasse von 17 mg/l • 0.05 l = 0.85 mg in 6 g Möhre<br />
entspricht einem Carotingehalt von 14,2 mg pro 100 g Möhre.<br />
Entsprechend ergeben die anderen Messungen Carotingehalte von 27.5 mg/100g, 21.25 mg/100 g, <strong>und</strong><br />
14,4 mg/100g.<br />
Wir gehen für unsere folgenden Überlegungen von einem Carotingehalt von 20 mg/100 g Möhre aus.<br />
(Literaturvergleiche zeigen, dass der tatsächliche Gehalt vermutlich etwas geringer ist.)<br />
Empfohlen wird (von den Herstellern der von uns untersuchten Carotinkapseln) die Einnahme einer<br />
Carotinkapsel pro Tag. Das entspricht einer zusätzlichen täglichen Aufnahme von 48 mg Carotin.<br />
Wollte man diese β-Carotinmenge ausschließlich durch Möhren decken, müsste man täglich 240 g<br />
Möhren verzehren. Wir halten das für machbar.<br />
In einer Studie haben Düsseldorfer Wissenschaftler nachgewiesen, dass auch gängige Nahrungsmittel<br />
einen <strong>Sonnenschutz</strong> bewirken können. In Tomaten ist das Carotinoid Lycopin hochkonzentriert<br />
enthalten. Versuchspersonen verzehrten zehn Wochen lang 40 g Tomatenpaste täglich. Ihre<br />
Sonnenbrand-Empfindlichkeit nahm ähnlich ab wie unter Gabe von Beta-Carotin. Der<br />
Lichtschutzfaktor lag bei etwa 2 bis 3. 17<br />
17 http://www.aerztlichepraxis.de/aktuell/artikel/1080129588/ges<strong>und</strong>heitszeitung/ernaehrung<br />
http://www.netzeitung.de/gen<strong>und</strong>mensch/159049.html
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 31<br />
3.6 Lichtempfindlichkeit der Carotinoide<br />
Versuch 19 Photochemischer Abbau von ß-Carotin auf Filterpapier<br />
Wir geben β-Carotinlösung auf Filterpapier <strong>und</strong> lassen den Farbstoff eintrocknen. β-Carotin wird<br />
dadurch auf dem Filterpapier gleichmäßig fixiert. Das getrocknet Filterpapier ist einheitlich<br />
gelborange gefärbt. Anschließend legen wir unterschiedliche gefärbte Farbgläser aus die Filterpapiere<br />
<strong>und</strong> setzen die Proben intensiver Sonnenbestrahlung aus. das Foto zeigt das Aussehen der Proben<br />
nach mehrstündiger Bestrahlung vor <strong>und</strong> nach Entfernen der Alufolie bzw. der Farbgläser:<br />
Abb. 34 Filterpapiere nach mehrstündiger Bestrahlung mit Sonnenlicht<br />
Beobachtung: Die ungeschützten Stellen sind völlig ausgebleicht. Unter der Alufolie ist die Färbung<br />
unverändert, ebenfalls unter den Farbgläsern. Unter dem blauen Farbglas hat sich ein leichte<br />
Entfärbung eingestellt.<br />
Deutung: Die Carotinmoleküle werden durch Licht angeregt. Es kommt zu chemischen Reaktion<br />
angeregter ß-Carotin-Moleküle. Es gibt mehrere Reaktionsmöglichkeiten: trans-cis-Isomerisierungen<br />
<strong>und</strong> Cycloadditionen in <strong>und</strong> zwischen ß-Carotin-Molekülen, Peroxid- <strong>und</strong> Hydroperoxid-Bildung<br />
unter Beteiligung des Sauerstoffs aus der Luft, sowie Fragmentierung des ß-Carotins unter Bildung<br />
von Carbonylverbindungen ähnlich wie bei der Ozonolyse. Es ist auch nicht auszuschließen, dass<br />
angeregte ß-Carotin-Moleküle mit dem Trägermaterial Cellulose reagieren. Eine entsprechende<br />
Reaktionsfolge könnte beispielsweise mit der Abstraktion eines H-Atoms durch ein angeregtes ß-<br />
Carotin-Molekül aus der Cellulose beginnen. Unter den aufgezählten Reaktionswegen gibt es mehrere,<br />
die zur Unterbrechung des konjugierten π-Systems im ß-Carotin-Molekül führen. Die höhere<br />
photochemische Empfindlichkeit des ß-Carotins bei Blaulicht gegenüber Rotlicht ist darauf<br />
zurückzuführen, dass die Absorptionsmaxima von ß-Carotin eben genau in diesem, dem kurzwelligen<br />
Bereich des sichtbaren Spektrums liegen. 18<br />
18 http://www.chemiedidaktik.uni-wuppertal.de/alte_seite_du/material/carotin/carver.html#6
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 32<br />
Versuch 20: Fotoprotektion Photoprotektion von Blattextrakten mit ß-Carotin<br />
Durchführung: Brennnesselblätter werden mit Aceton <strong>und</strong> etwas Seesand gemörsert. Anschließend<br />
wird filtriert. 5 ml dieser Lösung werden mit 1 ml gesättigter ß-Carotin-Lösung in Heptan versetzt.<br />
Eine Küvette wird mit dieser Lösung gefüllt, eine zweite mit Efeuextrakt ohne ß-Carotin-Zusatz.<br />
Beide Küvetten werden gleichzeitig aus kurzer Entfernung mit dem Licht des Diaprojektors zehn<br />
Minuten lang bestrahlt. Danach werden die beiden bestrahlten Proben <strong>und</strong> der unbestrahlte<br />
Brennnesselextrakt dünnschichtchromatographisch aufgetrennt. 19<br />
Abb. 35 Chromatogramm der eingesetzten Proben: links mit Carotinzusatz nach Bestrahlung, Mitte<br />
ohne Carotinzusatz nach Bestrahlung, rechts mit Carotinzusatz ohne Bestrahlung<br />
Beobachtung: Es sind kaum Veränderungen festzustellen. Im unbestrahlten Ansatz mit Carotinzugabe<br />
ist naturgemäß die β-Carotinbande (1) ausgeprägter. Die Chlorphyll a- <strong>und</strong> Chlorphyll b-Banden sind<br />
in allen Ansätzen praktisch gleich. Lediglich die Bande 2, die vermutlich durch ein Xanthophyll<br />
verursacht wird, ist nach Bestrahlung deutlich schwächer, besonders in dem Fall, in dem kein Carotin<br />
zugesetzt ist. Trotz Carotinzugabe ist die Carotinbande im bestrahlten Ansatz nicht so ausgeprägt wie<br />
im unbestrahlten Ansatz.<br />
Deutung: Carotin verhindert die oxidative Zerstörung der Blattpigmente. Vermutlich beruht dieser<br />
Effekt auf dem Abfangen von durch Belichtung entstehenden freien Radikalen. Carotin selbst wird<br />
dabei zerstört.<br />
19 Vorschrift nach http://www.chemiedidaktik.uni-wuppertal.de/alte_seite_du/material/carotin/carver.html#6<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 33<br />
3.7 Braun durch Eier - ein Exkurs<br />
Bereits in vorangegangenen Arbeiten hatte sich Schülerinnen diese Kurses mit Carotinoiden<br />
beschäftigt. Unter anderem wurden Carotinoide in Eidottern untersucht. Diese Carotinoide werden<br />
heute in definierter Menge (außer bei "Bio-Eiern") dem Hühnerfutter beigemischt. Dadurch wird ein<br />
definierter Farbton erreicht, den die B<strong>und</strong>esbürger laut Umfragen bevorzugen. Wir wollten in<br />
Erfahrung bringen, ob diese Vorliebe international einheitlich ist <strong>und</strong> hatten eine weltweite Umfrage<br />
über das Internet geplant. Dazu wurde ein Testbogen entwickelt. Die Umfrage scheiterte letztlich<br />
daran, dass es nicht möglich war, Bildschirmeinstellungen so zu beeinflussen, dass überall gleiche<br />
Farbtöne entstanden. Aber eine unserer Schülerinnen führte während ihres Amerikaaufenthaltes eine<br />
Umfrage durch <strong>und</strong> kam zu dem Ergebnis, dass auch die Amerikaner einen Farbfächerwert von 12<br />
bevorzugen. Angesichts der hier vorliegenden Arbeit ließe sich heute vielleicht vermuten, dass der<br />
damit verb<strong>und</strong>ene hohe Carotinoidgehalt ges<strong>und</strong>heitlich positive Auswirkungen haben könnte.<br />
Allerdings wird dem Hühnerfutter häufig das Carotinoid Canthaxanthin zugesetzt, dessen<br />
ges<strong>und</strong>heitliche Bewertung umstritten ist.<br />
Abb. 36 Farbmuster zur Identifizierung der Dotterfarbe<br />
Abb. 37 Schülerinnen entwickeln einen Testbogen, nächste Seite: Testbogen zur Ermittlung von<br />
Präferenzen bei der Dotterfarbe von Hühnereiern
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 34<br />
Abb. 38 Testbogen zur Ermittlung der bevorzugten Dotterfarbe
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 35<br />
Schlusswort <strong>und</strong> Fazit: Wir glauben, dass wir mit unserem Thema das Glück hatten, auf ein sehr<br />
aktuelles <strong>und</strong> wichtiges Gebiet gestoßen zu sein. Abgesehen von der inhaltlichen Wichtigkeit der<br />
Themen bietet das Gebiet sehr vielfältige Möglichkeiten zu eigenen Experimenten.<br />
Es vergeht kaum eine Woche, in der nicht in Tageszeitungen, Fernsehsendungen oder in der<br />
Fachpresse auf die Gefahren übermäßigen Sonnenbadens hingewiesen wird. Angesichts der<br />
voranschreitenden Zerstörung der Ozonschicht <strong>und</strong> der auch damit verb<strong>und</strong>enen erhöhten<br />
Strahlenbelastung wird ein vernünftiges Verhalten beim Sonnen immer wichtiger <strong>und</strong> angesichts der<br />
steigenden Zahlen neuer Hautkrebsfälle zu einem ges<strong>und</strong>heitspolitischen Thema. Auch die<br />
B<strong>und</strong>eszentrale für ges<strong>und</strong>heitliche Aufklärung warnt eindringlich vor zu intensiven Sonnenbädern.<br />
Künstliche Bräune durch Selbstbräunungsmittel ist als solche ges<strong>und</strong>heitlich völlig unbedenklich.<br />
Diese darf aber nicht zu der trügerischen Ansicht führen, die künstlich vorgebräunte Haut sei nun<br />
unempfindlicher gegenüber dem Sonnenlicht.<br />
Carotinoide können helfen, die von freien Radikalen ausgehenden Gefahren zu mindern. Mit<br />
Nahrungsergänzungsmitteln zugeführt sind positive Effekte sehr in Frage zu stellen. Nachweislich<br />
wirksamer sind Carotinoide, wenn sie im Rahmen einer ges<strong>und</strong>en Ernährung als normale<br />
Nahrungsbestandteile, z.B. von Tomaten, Paprika oder Möhren, aufgenommen werden.<br />
<strong>Sonnenschutz</strong>mittel bieten einen relativen Schutz. Allerdings können trügerische Versprechungen oder<br />
unsachgemäße Anwendung zu zusätzlichen Risiken führen, wenn Sonnenbäder stark ausgedehnt<br />
werden. Es ist zu erwarten, dass neuartige Entwicklungen, z.B. mit enthaltenen Reparatursystemen,<br />
diese Gefahr noch verstärken.<br />
"Meine Damen <strong>und</strong> Herren der Abschlussklasse 1997, benutzt <strong>Sonnenschutz</strong>", begann<br />
Kolumnistin Mary Schmich eine Rede, die in der Chicago Tribune erschien <strong>und</strong> sogar vertont<br />
wurde. "Die langfristigen Vorteile sind durch Wissenschaftler bewiesen. Meine restlichen<br />
Vorschläge beruhen lediglich auf Erfahrung." Es folgen nette Weisheiten wie "Hebt Eure alten<br />
Liebesbriefe auf, schmeißt die Kontoauszüge weg." "Schont Eure Kniegelenke, Ihr werdet sie<br />
vermissen, wenn sie kaputt sind." Sie schloss: "Seid vorsichtig, wessen Ratschläge Ihr annehmt. ...<br />
Doch den einen nehmt an: <strong>Sonnenschutz</strong>!" 20<br />
Abb. 39: Der Kurs am ISPA<br />
20 http://www.wissenschaft-online.de/spektrum/index.php?action=rubrik_detail&artikel_id=6143
Sommer - Sonne - Sonnenbrand 36<br />
Verwendete Literatur: Printmedien<br />
[1] D.C. Dreesmann, UV-Strahlung ist überall. Unterricht Biologie 292, 02/2004<br />
[2] C. Gottschling, Vitamine gegen Krebs. Focus 5/1994, S. 94- 98<br />
[3] G. Jablonski, N. Chaplin, Die Evolution der Hautfarben. Spektrum der Wissenschaft 6/2003<br />
[4] H. Langhals, K. Fuchs, Chemie am Strand - Sonnenstrahlung, Hautreaktionen <strong>und</strong> <strong>Sonnenschutz</strong>.<br />
ChiuZ 2/2004<br />
[5] J. Pütz, C. Niklas: Schminken, pflegen, schönes Haar. vgs, Köln, 1991<br />
Internetadressen sind bei den Fußnoten genannt. Eine Ausnahme soll bei folgender Internetadresse<br />
von Prof. Dr. M. W. Tausch gemacht werden, weil dieser sehr viele Anregungen <strong>und</strong><br />
Versuchsvorschriften für Experimente zu den Carotinoiden entnommen wurden:<br />
http://www.chemiedidaktik.uni-wuppertal.de/alte_seite_du/material/carotin/home.html<br />
An den Untersuchungen waren beteiligt: Martin Ratermann (Fachlehrer), Julia Aulike, Ann-Katrin<br />
Harting, Caroline Honkomp, Kristina Kliesch, Mareike Klostermann, Eva-Maria Lüers, Katrin<br />
Seelhorst, Alicia Siebold, Ruth Themann, Anna Zumbrägel, Luzia Sommer, Sabrina Musolf<br />
Anschrift des Verfassers:<br />
Martin Ratermann<br />
Liebfrauenschule Vechta<br />
Marienstr. 4<br />
49377 Vechta<br />
e-mail: ratermann@liebfrauenschulevechta.de