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Zucker
(lat. saccharum; frz. sucre; engl.
sugar; ital. zucchero). Diesen Namen führen eine Anzahl, dem Pflanzenreiche,
zum Teil auch dem Tierreiche entstammende, organische Verbindungen, die hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen
Eigenschaften gewisse Ähnlichkeiten zeigen und einen mehr oder weniger stark süßen Geschmack besitzen. Sämtliche Arten
von Z. sind stickstofffrei und bestehen nur aus Kohle, Wasserstoff und Sauerstoff; bei der Mehrzahl der
Zuckerarten sind
die beiden letztgenannten Grundstoffe in einem solchen Verhältnisse vorhanden, wie es im Wasser vorkommt,
weshalb sie zu den sogenannten Kohlehydraten gerechnet werden, während andre eine etwas abweichende Zusammensetzung haben.
Im Handel und im gewöhnlichen Leben versteht man unter dem Worte Z. ohne nähere Bezeichnung stets nur diejenige Art, welche
in der Chemie jetzt mit dem Namen Saccharose belegt wird, und die man bekanntlich vorzugsweise aus
Zuckerrohr
und Rüben gewinnt; von den übrigen
Zuckerarten bilden nur wenige Handelsartikel, wie z. B.
Glucose (s.
Stärkezucker), Mannit (s. d.),
Milchzucker (s. d.); mehrere andre haben aber als Bestandteile wichtiger
Handelsartikel ein allgemeines Interesse, so z. B. die Maltose als Bestandteil
der Bierwürze, die Levulose (neben Glucose) als Bestandteil des
Honigs, etc. Es mag hier genügen, die Namen der bis jetzt
bekannten
Zuckerarten aufzuführen.
- A.
Zuckerarten von der Zusammensetzung der Kohlenhydrate. I. Gruppe.
Direkt und leicht gärungsfähige
Zuckerarten: 1. Dextrose oder Glucose. 2. Levulose oder Linksfruchtzucker. 3. Galactose. 4. Maltose. 5. Mannitose. 6. Dulcitose.
II. Gruppe. Nicht direkt, oder schwer gärungsfähige
Zuckerarten: 7. Saccharose oder gewöhnlicher Z. 8. Parasaccharose. 9. Lactose
oder
Milchzucker. 10. Melezitose. 11. Melitose. 12. Trehalose. 13. Synanthrose. III. Gruppe. Nicht gärungsfähige
Zuckerarten. 14. Inosit
oder Fleisch
zucker. 15. Sorbin. 16. Eucalin. 17. Quercitose. - B. Nicht zu den Kohlehydraten gehörige
und auch nicht gärungsfähige
Zuckerarten. 18. Mannit. 19. Sorbit. 20. Dulcit. 21. Isodulcit. 22.
Quercit oder Eichel
zucker. 23. Pinit. 24. Indiglucin.
Von diesen
Zuckerarten verhalten sich gegen das polarisierte Licht linksdrehend nur: Levulose, Synanthrose und Sorbin; die
übrigen sind mit Ausnahme von Mannit, welcher gar kein Drehungsvermögen besitzt, rechtsdrehend. Diejenigen
der genannten
Zuckerarten, welche Handelsartikel bilden, sind besonders in diesem Buche behandelt, sodaß es hier nur nötig
ist, den gewöhnlichen Z. genauer zu besprechen. Der gewöhnliche Z. oder die Saccharose findet sich in sehr vielen verschiednen
Pflanzen, so namentlich im Zuckerrohr (zu 17-18%), in den Stengeln von Sorgho (zu 9-9½%), in den Maisstengeln
(zu 7½-9%), in den Rüben (gewöhnlich 7-11%, zuweilen bis 14%), in der Krappwurzel (nach Stein 14 bis 15%), ferner in dem
Safte verschiedner Palmen und der Ahornbäume, namentlich des Zuckerahorns, in den Mohren, der
Zichorie, der Löwenzahnwurzel,
in vielen Früchten während der Zeit des Reifens; bei völliger Reife jedoch ist die Saccharose in Invertzucker,
d. h. ein Gemenge von Dextrose und Levulose, umgewandelt.
Zur fabrikmäßigen Gewinnung der Saccharose eignen sich aber nur die erstgenannten Pflanzen, die eine genügende Menge davon enthalten, also Zuckerrohr, Rüben, Sorgho, Mais und Palmen. Aus dem Zuckerahorn gewinnt man nur in Nordamerika Z., der jedoch nicht zur Ausfuhr kommt, sondern im Lande selbst konsumiert wird. In Form von Hutzucker bildet die Saccharose des Handels bekanntlich eine schneeweiße, feinkristallinische, harte Masse, die beim Zerschlagen im Dunkeln mit bläulichem Lichte leuchtet.
Doch bekommt man den Z. jetzt auch in einzelnen kleinen losen Kristallen von gleichmäßiger Größe, sogenannter Kristallzucker, und ferner in großen durchscheinenden Kristallaggregaten, als sogenannter Kandiszucker. In Wasser ist der gewöhnliche Z. sehr leicht löslich und diese Lösungen sind klebrig, sirupartig; wasserhaltiger Alkohol löst ihn auch, absoluter in der Kälte gar nicht, heiß nur 1¼%. Durch längeres Sieden an der Luft verliert die Zuckerlösung die Fähigkeit zu kristallisieren, indem der Z. in Invertzucker übergeht. Dieselbe Verwandlung erleidet dieser Z. auch durch Einwirkung von Hefe oder durch Behandlung mit verdünnten Säuren. Erwärmt man die ¶
mehr
Saccharose ohne Zusatz von Wasser, so schmilzt sie bei 160° C. zu einer klaren farblosen Flüssigkeit und erstarrt beim Erkalten zu einer nicht mehr kristallinischen, also amorphen, durchsichtigen Masse (gewöhnlich Gerstenzucker genannt), die aber nach einiger Zeit von selbst wieder in den kristallinischen Zustand übergeht und dadurch trübe und undurchsichtig wird. Bei weiterem Erhitzen über den Schmelzpunkt bildet sich zunächst ein Gemenge von Dextrose und Levulosan und dann unter Entweichen von Wasser wahrscheinlich Glucosan; bei 210° C. tritt endlich Braunfärbung ein und es entsteht das Gemenge der verschiednen Körper, die man unter dem Namen Karamel (Zuckerkouleur, gebrannter Z.) zusammenfaßt; in noch höherer Temperatur tritt unter Entwickelung brennbarer Gase Verkohlung ein.
Obschon die Saccharose eine neutrale Beschaffenheit zeigt, so ist sie doch nicht ganz indifferent, sondern kann z. B. mit Chlorkalium oder Chlornatrium kristallinische Verbindungen bilden; ebenso vereinigt sie sich mit Kalk (Zuckerkalk), Baryt (Zuckerbaryt) und Strontian (Strontianzucker) zu mehreren verschiednen Verbindungen, deren Bildung für die Zuckerfabrikation von Wichtigkeit ist. In allen Pflanzensäften, aus denen wir den Z. gewinnen können, ist er von einer Menge teils bekannten, teils unbekannten Substanzen in den verschiedensten Verhältnissen begleitet: dahin gehören: Eiweißstoffe, Pektine, Asparagin, Betain, (letztere beide in den Rüben) organische Säuren, Mineralsäuren, wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, (an Kali, Natron, Kalk gebunden), Eisen, Magnesium, Kieselsäure, ferner in vielen Fällen Trauben- und Fruchtzucker.
Der Gang der Gewinnung von reinem Z. aus den von verschiednen Pflanzen gewonnenen Säften ist im ganzen immer der gleiche. Zunächst wird das Rohmaterial zerkleinert. Dies geschieht beim Zuckerrohr durch Zerschneiden - obwohl hier meist noch das ganze Rohr in Anwendung kommt - bei der Rübe entweder durch Reiben auf Reibmaschinen oder durch Schnitzeln in dünne, schmale Streifen mittels der sog. Schnitzelmaschinen. Die Gewinnung des Saftes aus dem Zuckerrohre, welches jedoch fast nur in den Tropengegenden gedeiht, geschieht ziemlich allgemein noch durch Pressen der unzerkleinerten Stengel zwischen kanellierten Walzenpressen, die jedoch höchstens ½ bis ⅔ des Saftes - der durchschnittlich 18% Z. enthält - gewinnen lassen.
Durch Einweichen in Wasser und abermaliges Pressen kann eine weitere Portion Saft gewonnen werden. Das ausgepreßte Stroh wird nun getrocknet und unter dem Namen Bagasse meist als Brennmaterial verwendet, während die Asche wieder auf die Felder gebracht wird. Neuerdings wurde in einigen Rohrzuckerfabriken der Tropen auch das gleich zu beschreibende Diffusionsverfahren zur Gewinnung einer größeren Menge des Z. eingeführt, doch sollen durch dasselbe bedeutend unreinere Säfte gewonnen werden.
Das abgeschnittene Zuckerrohr muß sofort verarbeitet werden und ebenso der daraus gewonnene Saft, weil derselbe sonst infolge der hohen Temperatur sehr schnell in Gärung übergehen würde. Dem gewonnenen Safte setzt man sofort Kalk zu, jedoch nur 0,2-0,3 kg auf 1000 l, also kaum 1/10 so viel als beim Rübensaft notwendig ist. Der Kalk hat nur den Zweck, die vorhandenen, oder die etwa sich bildenden organischen Säuren (Oxalsäure, Akonitsäure, Essigsäure) zu neutralisieren und zum größten Teil in Form unlöslicher Kalksalze abzuscheiden.
Man dampft dann den Saft ein, nimmt den hierbei entstehenden Schaum ab und entfernt auch durch Ausgießen in kleinere Pfannen den sich bildenden Absatz. Der eingedickte Saft wird in Fässer mit durchlassenden Boden gebracht und erstarrt hier zu braunem kristallinischem Rohzucker (Moscovade), während der Sirup oder die Melasse abläuft. In diesem Zustande wurde früher der Rohzucker ausschließlich nach Europa gebracht und erst hier raffiniert; jetzt ist dies nur wenig noch der Fall, da man das Raffinieren meist in den Erzeugungsländern selbst vornimmt. Man benutzt hierzu Blut oder Eiweiß und Knochenkohle. Seit einigen Jahren wird aus Westindien unter dem Namen Melado wieder Rohzucker in Form stark eingedickten Zuckerrohrsaftes in großen Mengen, namentlich nach Nordamerika, ausgeführt. Der Saft wird nach dem Verdampfen in große Fässer gefüllt und erstarrt in diesen größtenteils kristallinisch. - Die Gewinnung und Reinigung des Z. aus den Rüben, des Rübenzuckers, ist nicht so einfach, wie die des Rohrzuckers, da der Rübensaft mehr fremde Bestandteile enthält.
Die Gewinnung des Rübensaftes geschah früher ausschließlich durch Pressen oder durch Ausschleudern; diese Methoden sind jetzt in Deutschland und Österreich nur noch wenig gebräuchlich, vielmehr größtenteils durch das Diffusionsverfahren verdrängt worden. Dieses von Robert in Seelowitz eingeführte Diffusionsverfahren besteht darin, daß die in Schnitzel verwandelten Rüben durch systematische Auslaugung mit Wasser von 64-68° R. ihres Zuckergehaltes beraubt werden. Vor der allgemeinen Einführung dieses Verfahrens erfreute sich ein andres sehr großer Verbreitung, welches gewissermaßen ein Übergangsstadium bildete, nämlich das Schützenbachsche Macerationsverfahren, nach welchem der durch Reiben hergestellte Rübenbrei durch kalte Maceration systematisch ausgelaugt wurde. - Durch jenes, jetzt alle andern Saftgewinnungsmethoden rasch und sicher verdrängende Diffusionsverfahren, werden dünne und schmale Rübenschnitzel durch Wasser von einer solchen Temperatur, daß durch dieselbe das Protoplasma der Zellen getötet wird, systematisch und zwar so ausgelaugt, daß der konzentrierteste, heiße Saft allemal mit den frischen Schnitzeln in Berührung kommt, während jener um so verdünnter wird, je mehr die Schnitzel bereits entzuckert waren. Durch dieses Verfahren erhält man einen Saft, der weniger fremde Bestandteile enthält, als der durch Auslaugen von Brei gewonnene, denn die Zellen, welche den Saft enthalten, sind in den Rübenschnitten noch größtenteils unversehrt, sodaß die Wegführung des Zuckers durch Diffusion oder Osmose durch die Zellwandungen ¶
mehr
hindurch stattfindet; wobei viele andre Bestandteile in den Zellen zurückbleiben, die die Reinigung des Saftes erschweren würden. Die Rübenschnitzel behalten auch einen höheren Futterwert. - Der auf die eine oder andre Weise gewonnene Rübensaft kommt nun in die Scheidepfanne; hier wird er, nachdem die alte Scheidung mit geringen Kalkmengen - bei welcher sich der Schlamm oben absetzte, infolge geringerer spezifischer Schwere durch geringeren Kalkgehalt - seit Einführung der die großen Schlammmassen mit Leichtigkeit überwindenden Filterpressen verlassen ist, mit 1½-3% Kalk im gelöschten oder ungelöschten Zustande, zumeist unter gleichzeitigem Eintreten von Kohlensäure (Saturation) geschieden. Im Einzelnen wird die Scheidung sehr verschieden ausgeführt. Infolge der Einwirkung des Kalkes scheiden sich von den den Zucker begleitenden „Nichtzuckerstoffen“ ein bis zwei Dritteile ab; darunter sind Eiweißstoffe, Pectinsubstanzen, organische Säuren als Kalksalze, Eisenoxyd, Magnesia, Phosphorsäure, ein Teil der Schwefelsäure. Der vorher dunkel gefärbte Saft läuft jetzt hellgelb und blank durch die Filterpressen ab. - Der Rest enthält, je nach der Scheidungsmethode, noch größere oder geringere Mengen Kalk. Hat man während der eigentlichen Scheidung nur einen Teil desselben entfernt, so muß man jetzt bis auf einen kleinen Rest, der zur Konservierung der Süße bleiben muß - den noch gelösten Kalk ausscheiden.
Diese Ausscheidung geschieht ausschließlich durch Kohlensäure, die zu dem Ende zuerst von Kuhlmann, Michaelis und besonders von Schatten empfohlen wurde. Vordem wandte man entweder Schwefelsäure zu dem Zwecke an, oder ließ den Kalk durch Knochenkohle absorbieren. Die letzten Reste des Kalkes werden auch jetzt noch durch Knochenkohle entfernt. Bei der Ausscheidung des kohlensauren Kalkes geht eine weitere Reinigung des Z. dadurch vor sich, daß einesteils gewisse Substanzen, welche durch den Ätzkalk in Lösung gehalten wurden, nun ausgefällt werden, und daß andernteils der fallende kohlensaure Kalk durch seinen feinkörnigen Zustand eine weitgehende mechanische Klärung bewirkt. - Die dann mittels Filterpressen abermals geklärten Säfte kommen sodann auf die Knochenkohlenfilter, durch welche eine weitere Reinigung und Entfärbung bewirkt wird (neuerdings wird nach Mayer anstatt der Knochenkohle vielfach diese Reinigung durch Kies und schweflige Säure zu erzielen gesucht).
Ein und dieselbe Menge Knochenkohle wird so lange benutzt, bis sie unwirksam ist, dann wird sie wiederbelebt, d. h. wieder wirksam gemacht, indem man ihr den Kalk und die Salze entzieht und die organischen Substanzen teils durch einen Fäulnisprozeß, teils durch nachfolgendes Ausglühen zerstört und entfernt. Um den unvermeidlichen Abgang zu decken, sind 10-12% Zuschuß an neuer Kohle nötig, denn das Wiederbeleben hat auch seine Grenze, weil die Kohle durch öfteres Ausglühen ihre Porosität und damit nach und nach ihre Wirksamkeit unwiederbringlich verliert. - Der von den Kohlefiltern tröpfelnde Saft heißt Dünnsaft und wird nun der Verdampfung unterworfen; es geschieht dies jetzt allgemein mittels Dampf in Vakuumapparaten, wodurch man ein schnelleres Verdampfen unter Abschluß der Luft bei verhältnismäßig niedriger Temperatur (50-60° C.) erzielt.
Hierdurch vermindert man die Bildung von unkristallisierbarem Z. (Invertzucker) und demnach die Menge des Sirups. Hat der Saft durch das Verdampfen die Konzentration von 24° Baumé erlangt, so heißt er Dicksaft oder Klärsel. Früher wurde das erste Verdampfen des Dünnsaftes in offenen Pfannen ausgeführt und man verdampfte nun erst den Dicksaft im geschlossenen Vakuumapparate; jetzt wird gewöhnlich von Anfang an im Vakuum verdampft, sodaß der Dicksaft nicht mehr in Betracht kommt.
Man setzt vielmehr bei reinen Säften das Verdampfen bis zum Kristallisationspunkte fort und läßt die Kristallisation in der Vakuumpfanne selbst eintreten (Kochen auf Korn). Bei weniger guter Beschaffenheit der Zuckermasse wird das Verdampfen im Vakuum nur soweit fortgesetzt, daß die Kristallisation später beim Erkalten erfolgt und durch Umrühren befördert wird; man nennt dieses Verfahren das Blankkochen. Der entweder blank oder auf Korn verkochte Saft kommt aus der Vakuumpfanne in ein kupfernes Gefäß, den Kühler, in welchem man den Z. entweder erkalten läßt oder, wenn er bei niedriger Temperatur eingekocht wurde, erwärmt, was mittels Dampf (durch doppelten Boden) geschieht.
Durch das Anwärmen beabsichtigt man, einen Teil der Kristalle zu einer höchst konzentrierten Zuckerlösung zu lösen, aus welcher sich beim Erkalten in den Formen kristallinischer Z., Füllmasse genannt, abscheidet, der der Masse Konsistenz gibt. Da die Füllmassen der mit Rohrzucker arbeitenden Fabriken einen sehr angenehmen Geschmack besitzen, so ist eine solche unter Umständen direkt konsumptibel. Die Rübenzuckerfüllmassen besitzen jedoch einen unangenehmen Geschmack und müssen die denselben verursachenden Stoffe erst von dem Zucker getrennt werden.
Dies geschieht zunächst dadurch, daß man die den Zuckerkristallen noch anhaftende Flüssigkeit, welche den größten Teil jener Verbindungen enthält, durch Zentrifugieren von dem festen Z. trennt. Den abgeschleuderten Sirup kocht man abermals ein, schleudert wiederum aus, kocht zum dritten Male etc. und gewinnt so mehrere Portionen Z., die als erstes, zweites, drittes, viertes Produkt bezeichnet werden, während der verbleibende Sirup, aus dem durch einfaches Einkochen kein kristallisierter Z. gewonnen werden kann, Melasse genannt wird (s. Sirup). Die aus den Rüben auf die beschriebene Weise erhaltenen Produkte sind immer noch nicht konsumptionsfähig, da ihnen noch ein unangenehmer Beigeschmack etc. anhaftet, der zum Teil von kleinen Mengen noch darin enthaltener Salze herrührt. Man kann nur aus grobkörniger Füllmasse, resp. aus dem ersten abgeschleuderten Rohzucker, nach dem Einmessen durch sog. Decken mit Wasser, besser mit Deckkläre, d. h. einer konzentrierten Lösung ¶