Zucker und Zuckererzeugnisse• Eigenschaften von Zuckern und -derivaten
• Saccharosegewinnung aus Zuckerrohr und -rüben
• Stärkeverzuckerungserzeugnisse- Stärkesirup (Glucosesirup)- Stärkezucker- Dextrose (Glucose)
• Maltose, Malzextrakt, Malzsirup
• Fructose, Invertzucker, Isoglucose (HFCS)
• Lactose
• Sonstige Zucker- und Sirup-Arten
• Zuckeralkohole und hydrierte Stärkehydrolysate
• Zuckercouleur
• Süßstoffe
• Zuckerwaren- Hart- und Weichkaramellen- Fondants, Fondanterzeugnisse- Gelee-Erzeugnisse, Gummibonbons- Schaumzuckerwaren- Lakritzen- Dragees, Presslinge- Brausepulver, -tabletten- Eiskonfekt- Krokant- Kaugummi- Marzipan, Persipan- Nougat und Nougatwaren
• Speiseeis
Zucker und -derivate: Eigenschaften aus techno-logischer und ernährungsphysiologischer Sicht
• Stabilität: abhängig vom pH-Wert und von der Temperatur
• Löslichkeit• Viskosität von Lösungen
• Süsskraft
• Hygroskopizität
• Resorption und Verwertung im Stoffwechsel
• Einfluss auf Blutzuckerspiegel und Insulinsekretion
Technologische Aspekte
• Alle Zucker mit reduzierenden Gruppen (C=O) sind sehr reaktiv!
• Saccharose und Zuckeralkohole sind nicht-reduzierend -> relativ stabil
• Monosaccharide
- am stabilsten in schwach saurer Lösung (pH 4-5)- falls pH-Wert < 3: Dehydratisierungsreaktionen (-> HMF)
- bereits in schwach alkalischer Lösung: geringe Stabilität (Lobry-de
Bruyn/van Eckenstein-Umlagerung -> Maillard-Reaktion)
• Disaccharide
- am stabilsten bei neutralem pH-Wert
- bei saurem pH-Wert: Hydrolyse zu Monosacchariden
- Saccharose: größte Stabilität bei leicht alkalischem pH-Wert (ca. pH 8-9)
• Zuckeralkohole: sowohl in saurer als auch alkalischer Lösung sehr stabil
• Thermische Stabilität: je nach Zucker sehr unterschiedlich
- Glucose und Saccharose: bei neutralem pH-Wert stabil bis 100°C
- Fructose: nur bis 60°C stabil (vgl. Conchieren bei Schokolade)
- Zuckeralkohole: sehr stabil
• Viskosität: Abhängig von Temperatur und Polymerisationsgrad:
Polysaccharide > Oligosaccharide > Di- und Monosaccharide
• Hygroskopizität: Sorbit (und Fructose): sehr hygroskopisch
• Süsskraft: Fructose > Saccharose > Glucose > Lactose
technolo-gische
Aspekte
ernährungs-physiolog.Aspekte
Maltose(Glucose + Glucose)
Lactose(Galactose + Glucose)
D - Glucose D - GalactoseD - Fructose
Saccharose(Glucose + Fructose)
Wichtige Mono- und Disaccharide
Geschichte des Zuckers (Saccharose)
6000 v. Chr.Das Zuckerrohr ist in Ostasien bekannt und gelangt von dort nach Indienund Persien (Sanskrit: „Sarkara“, „Sakkara“ = Zerriebenes, Kies, Sand)
600 v. Chr.Die Perser entwickeln Methode zur Zuckergewinnung (brauner Zucker)
700 n. Chr.Ägypten: Reinigung mit Kalk -> weißer Zucker
750 n. Chr.Zucker in Südeuropa. Anbau in Sizilien und Spanien (Araber)
Ab 1100: Zeit der Kreuzzüge. Zucker als Handelsware (Venedig ->Mitteleuropa), wo er sich bei Königen und Fürsten bald größter Beliebtheiterfreut. Um 1390: Preis für 1 kg Zucker: 1 Mastochse!
1420: Zuckerrohranbau in Madeira (Portugal)
1493Zuckerrohr wird nach Amerika gebracht (Columbus) und später auf großenPlantagen angebaut (-> Sklaverei). Zucker bleibt ein teures Gut.
1747Andreas Sigismund Marggraf entdeckt, dass die Runkelrübe den gleichenZucker enthält wie das Zuckerrohr.
1801Nachdem Marggrafs Schüler und Nachfolger Franz Carl Achard erstmalsaus Rüben Zucker gewinnen konnte, entsteht in Cunern/Schlesien dieerste Rübenzuckerfabrik der Welt.
1806/1813Kontinentalsperre (Napoleon I.) „Preisexplosion“ für Zucker, Gewinnungaus Rüben wird rentabel. Nach Napoleons Sturz: Ende der Kontinental-sperre; Preisverfall -> Rübenzucker nicht mehr konkurrenzfähig.
Ab ca. 1830Züchtung ertragsreicherer Rübensorten -> Steigerung des Zuckergehaltsvon 5% auf 16-20% . Wiederaufnahme der Rübenzuckerproduktion.
Ab ca. 1850Drastischer Preisverfall - Zucker entwickelt sich zum täglichen Gut.
Heute:Weltproduktion ca. 170 Mio. Tonnen/a (70% Rohr-, 30% Rübenzucker)
Bis etwa 1800 war Zuckerrohr die einzige Pflanze, aus der Zucker gewonnenwurde. Erst durch die Entdeckung des Zuckers in der Runkelrübe entstandeine Alternative. Zucker erscheint uns heute alltäglich und ist nicht besonderswertvoll. In früheren Jahrhunderten war das völlig anders.
Die Geschichte des Zuckerrohrs
Zuckerrohr stammt wahrscheinlich aus der Südsee, wo es schon 15000 Jahre vorChristus als Proviant auf Bootsfahrten mitgenommen wurde. Sehr früh wurde esauch in Indien und China angebaut. In den Mittelmeerländern kannte man Zuckerrohrbereits in der Römerzeit, aber es war wohl nicht sehr verbreitet. Im Mittelalter kosteteZucker ein Vermögen. So tauschte man um 1390 einen Mastochsen für 1 kg Zucker.
Zucker und Sklaverei
1493 brachte Columbus das Zuckerrohr nach Mittelamerika. Die europäischen Er-oberer zwangen die dort ansässigen Indios zur Arbeit in Zuckerrohrplantagen. Da dieIndios der harten Arbeit unter katastrophalen Bedingungen nicht gewachsen waren,verschleppten die Europäer daraufhin Schwarze aus Afrika nach Amerika und mach-ten sie zu Sklaven für ihre Zuckerrohrplantagen. Zwischen 1450 und 1850 wurden 10bis 15 Millionen Afrikaner versklavt, die hauptsächlich in Landwirtschaft und Bergbauarbeiten mussten. Obwohl die Sklaverei offiziell im 19. Jahrhundert abgeschafft wur-de, sind die Arbeitsbedingungen auf Zuckerrohrfeldern auch heute vielfach noch sehrschlecht.
Die Runkelrübe
1747 entdeckt der Berliner Wissenschaftler A. Marggraf, dass die Runkelrübe Zuckerenthält, der chemisch identisch ist mit dem Zucker, der aus dem Zuckerrohr gewon-nen wird. Erst mehr als 50 Jahre später werden aus dieser Erkenntnis jedoch Konse-quenzen gezogen. Marggrafs Nachfolger, Franz Achard züchtet die Runkelrübe undschafft es dadurch, ihren Zuckergehalt von 1,6 % auf 5 % zu erhöhen. (Heute beträgtder Zuckergehalt dieser Pflanze 15-20%.) Außerdem informiert Achard seinen Lan-desfürsten, den preußischen König Friedrich Wilhelm III. über die Möglichkeit, ausRüben Zucker herzustellen. Mit Hilfe des Königs entsteht 1801 die erste Rüben-zuckerfabrik in Schlesien.
Napoleon und die Zuckerrübe
Wirtschaftlich interessant wird der Anbau und die Verarbeitung der Zuckerrübe inEuropa, als Napoleon 1806 die Kontinenalsperre verhängt. Damit schneidet er Kon-tinentaleuropa auch vom Zuckernachschub ab, denn Rohrzucker in hauptsächlichden englischen Kolonien angebaut. So kam es, dass vor allem in Deutschland, Rus-sland, Österreich und Frankreich der Zuckerrübenanbau in den Jahren bis etwa 1813intensiv betrieben wurde. Als die Wirtschaftsblockade aufgehoben war und Rohr-zucker aus Übersee wieder eingeführt wurde, lohnte sich die Zuckerrübe nicht mehr.Außer Frankreich gaben alle europäischen Länder ihre Zuckerfabrikation wieder auf.Frankreich dagegen züchtete die Zuckerrübe jedoch weiter und wurde so zumVorreiter für die ab etwa 1830 wieder aufgenommene Produktion von Zucker inEuropa.
Zucker: Historie
1747 - Entdeckung des Rübenzuckers1747 gilt als das Geburtsjahr des Rübenzuckers in Europa. Der Apotheker und Che-miker Andreas Marggraf entdeckt in Berlin den Zucker in der Rübe. Er stellt fest, dasszwischen dem weißen Rüben- und dem Rohrzucker kein chemischer Unterschiedbesteht. Den Zucker gewinnt er mittels Alkohol aus den Rüben. Ein Verfahren, daswegen seiner Kostspieligkeit für die industrielle Verwertung nicht in Betracht kommt.
1801 - Erste RübenzuckerfabrikKurz vor der Jahrhundertwende produziert Franz Carl Achard im heutigen Berlin-Kaulsdorf den ersten Rübenzucker. Er pflanzt die Rüben in unterschiedliche Bödenund untersucht den Einfluss der Sonne und des Regens auf die Bildung von Zucker.Seine wissenschaftlichen Analysen ergeben, dass die weiße Rübe den meistenZucker enthält. Mit einem Darlehen, das ihm der preußische König gewährt, kauftAchard das Gut Cunern in Niederschlesien. Dort entsteht 1801 die erste Rüben-zuckerfabrik der Welt.
1806 - Rübenzuckerindustrie1806 erlässt Napoleon I. die "Kontinentalsperre". Jeglicher Handel mit England wirduntersagt und den britischen Schiffen verboten, Häfen des Kontinents anzulaufen.Dieses Edikt fördert maßgeblich die Anfänge der Rübenzuckergewinnung in Europa,da es den Kontinent vom Kolonialzucker abschneidet. Die Rübenzuckerindustrieentsteht. Zucker, vormals nur etwas für Begüterte, ist von nun an für jedermann er-schwinglich.
1850 - RübenzuckerboomDer Markt für Rübenzucker boomt. Überall in Deutschland entstehen Zuckerfabriken.Rübenzüchtern gelingt es, den Zuckergehalt der Rüben deutlich zu steigern. Auch inAnbau und Produktion gibt es Fortschritte. Der Absatz steigt, ebenso der Zucker-verbrauch der Bevölkerung. Zucker wird zu einem deutschen Exportschlager. Überden Hamburger Hafen werden 12.000 Tonnen Zucker exportiert; zwölf Jahre spätersind es bereits 660.000 Tonnen. Innerhalb weniger Jahrzehnte hat sich der Zuckeraus Rüben zu einem starken Konkurrenten für den Zucker aus Rohr entwickelt.Hamburg, über 200 Jahre lang der wichtigste deutsche Einfuhrhafen für„Kolonialzucker“, ist nun Exporthafen für Rübenzucker.
Heute umfasst die Weltzuckerproduktion über 170 Mio. Tonnen im Jahr. Rund einDrittel davon wird aus Zuckerrüben gewonnen. Aber nicht nur in Europa, auch in vie-len Gebieten Afrikas, Asiens, Nord- und Südamerikas hat die RübenzuckerfabrikationFuß gefasst.
Rübenzucker: Historie
http://www.suedzucker.de/de/Zucker/Geschichte-des-Zuckers/
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Haushaltszucker 18,4%
Bäckereien, Konditoreien 2,1%
Marmeladen, Obstkonserven 4,6%
Speiseeis, Milchprodukte 5,0%
Dauerbackwaren 9,9%
Verarbeitungszucker 81,6%(insgesamt)
Getränke 17,9%
Süßwaren 19,9%
Sonstige 22,2%
• Inlandsabsatz: ca. 3 Mio. t/a
• pro-Kopf-Verbrauch: 34,3 kg Zucker/Jahr
• davon: 18,4 % Haushaltszucker. Absatzspitzen werden in der Einmachsaison, vor allem in den Monaten Mai bis Juli, sowie in der Backsaison zum Jahresende hin beobachtet. Pro-Kopf-Verbrauch von Haushaltszucker: 6,3 kg/Jahr.
• 81,6 % des inländischen Zuckerabsatzes werden in Form von Verarbeitungserzeugnissen (Erfrischungsgetränke, Süßwaren, Backwaren usw.) verzehrt.
Zuckerabsatz in Deutschland
SACCHAROSEGEWINNUNG
Zuckerrohr (sugarcane) Zuckerrübe (sugarbeet)
-0,14Saponine
0,5 – 0,70,8Mineralsstoffe
9 - 151,2Rohfaser
0,50,1Rohfett
1,51,1Rohprotein
-0,3Betain
-0,3 – 0,5Raffinose
0,3 – 0,80,1Invertzucker
8 - 1716 - 18Saccharose
69 - 8377Wasser
Zuckerrohr %Zuckerrübe %Zusammensetzung
Saccharosegewinnung ausZuckerrüben bzw. Zuckerrohr
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Wichtige „Nichtzuckerstoffe“ der Zuckerrübe:
• Raffinose: Trisaccharid (Galactose-Glucose-Fructose)
• Betain (Trimethylglycin): Pflanzenbase, melassebildend
• Saponine: Steroidglycoside verringern die Oberflächen- spannung -> Schäumen von Zuckerfabriksäften
Raffinose
Betain
Steroidglycosid(Steroidrest)
H3C
CH3
CH3
CH2
N+
C
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O
Gewinnung von Saccharose aus Zuckerrohrbzw. aus Zuckerrüben (Übersicht)
Die Zuckerrübe ist eine zweijährige Pflanze. Im ersten Jahr der Wachstums-phase wird der Wurzelkörper, gebildet, die „Rübe“, der für die industrielleZuckergewinnung verwendet wird. (In der Wachstumsphase des zweitenJahres kommt es zur Blüte und Entstehung von Samen, wofür der in derWurzel gespeicherte Zucker benötigt wird).
Zuckerrübe (Beta vulgaris saccharifera L.)Familie: Chenopodiaceen (Gänsefußgewächse)
Zuckerrübe
Runkelrübe: 4-5% SaccharoseZuckerrübe: 16-20% Saccharose
Franz Carl Achard (1753-1821)
Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben
Prinzip: Aus dem zerkleinerten Rübenmaterial wird ein wässriger Extrakt ge-wonnen, aus dem der Zucker nach der teilweisen Entfernung von „Nichtzucker-stoffen“ durch Kristallisation aus übersättigten Lösungen abgeschieden wird.
Hierzu sind verschiedene Reinigungsprozesse erforderlich, da die Abtrennungdes reinen Zuckers durch die Vielzahl von mitextrahierten Stoffen unterschied-lichster chemischer Verbindungsklassen (den „Nichtzuckerstoffen“) erschwertwird.
Extraktionsgrad (Ausbeute): � 99% des in der Rübe vorhandenen ZuckersKristallisationsausbeute: � 83% des in der Rübe enthaltenen Zuckers
Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben(Übersicht)
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Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben
1. Waschen, zerkleinern, brühen
2. Rohsaftgewinnung Gegenstrom-Extraktion mit heissem Wasser (70°C-75°C, pH ca. 5.6) -> Rohsaft: 15°Brix; Q = 85-90
3. Reinigung des Rohsaftes • Vorkalkung: [+ Ca(OH)2] pH 6 -> 11 (60-80°C; zweistufig) Ausflockung der „Kolloide“ (Pektine, Proteine),
Fällung unlöslicher Ca-Salze
• Hauptkalkung [+ Ca(OH)2] pH 11 -> 12Zerstörung des Invertzuckers, Spaltung der
Säureamide (Glutamin, Asparagin -> NH3 )
• Carbonation I [+ CO2] pH 12 -> 11Bildung von kristallinem CaCO3, umhüllt Kolloideund unlösliche Ca-Salze, macht sie filtrationsfähig
adsorbiert nicht-fällbare Nichtzuckerstoffe
-> Klarsaft Dickschlamm
• Carbonation II [+ CO2] pH 11 -> 9vollständige Entkalkung des Saftes; Filtration
Bilanz: 30-40% der Nichtzuckerstoffe entfernt. Nicht entfernt: Aminosäuren, Betain, K+
• ggf. Behandlung mit Ionenaustauscher • ggf. zusätzlich SO2-Behandlung (-> Aufhellung) • Variante bei frostgeschädigten Rüben: Simultane Kalkung + Carbonation I
-> Dünnsaft: 14°Brix; Q = 94-95 (evtl. Q = 98)
4. Eindicken des Dünnsaftes mehrstufige Umlauf- und Durchflussverdampfer-> Dicksaft: 65°Brix; Q = 94-95
5. Kristallisation - Kornbildung (80°C -> 40°C) - weitere Verkochung (Kristallwachstum)
- Fertigkochen der Füllmasse („Magma“)- Endkristallisation
6. Zuckerabtrennung Zentrifuge -> Rohzucker + Melasse
7. Affination und Raffination („waschen“ bzw. umkristallisieren)
°Brix = % Trockensubstanz; Q (“Reinheitsquotient“) = % Saccharose i.TM
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pH-Verlauf bei der Reinigungdes Rohsaftes (schematische
Darstellung)
Reinigung des Rohzuckers durch Affination
und Raffination
Rohzucker • grobkristallin
• klebrig-feucht durch anhaftenden Sirup
• gelb-braune Farbe
• guter Nährboden für Mikroorganismen(-> geringe Haltbarkeit)
• Geruch und Geschmack:- aus Rüben: unrein, rübenartig (ausserdem: Saponine)- aus Zuckerrohr: angenehmer Geschmack
Affinade = Weißzucker, der durch abwaschen („Decken“) desgefärbten Muttersirups vom Rohzucker gereinigtwurde (eingemaischt bzw. mit Wasser und/oder Dampfbehandelt, zentrifugiert und getrocknet)
Raffinade = Affinadezucker, in heissem Wasser gelöst, filtriert/geklärt und erneut kristallisiert (-> höhere Reinheitals Affinade). Vereinfachtes Herstellungsschema:
Affinade in heißem Wasser lösen („Kochkläre“)
(ggf.) Kalkung und Carbonatation
Kläre + Niederschlag
Aktivkohle, Kieselgur
Vakuumkochen
Raffinadefüllmasse
Zentrifugation (Siebzentrifugen)
Raffinade gelber Farin (-> Bäckereien)
Melasse (von „mel“ = Honig): Ablaufsirup der letzten Stufe derKristallisation, aus dem kein Zucker mehr kristallisiertwerden kann. Hochviskose, braune Flüssigkeit; ca.50% Zucker, 30% Nichtzuckerstoffe, 20% Wasser
Zusammenfassung: Zuckergewinnung aus Rüben (I)
Die von Kopf und Blättern befreiten Zuckerrüben werden den Fabriken abEnde September geliefert und bis zur Verarbeitung auf großen betoniertenFlächen im Freien zwischengelagert.
Vom Lager werden die Rüben mit Hilfe schwenkbarer Spritzvorrichtungenüber Schwemmrinnen in das Fabrikgebäude transportiert. Dabei werden sievom Großteil der noch anhaftenden Erde sowie von Blattresten befreit.
Nach Passieren einer Wäsche werden die Rüben durch Schneidemaschinenzu bleistiftstarken Schnitzeln gehobelt, gewogen und zum Extraktionsturmtransportiert.
Dort durchlaufen sie zunächst eine sogenannte Schnitzelmaische, in der sieim Gegenstromverfahren durch Rohsaft angewärmt und schließlich durchheißen Umlaufsaft auf die Extraktionstemperatur von etwa 70-78 °C gebrachtwerden. Das Saft-Schnitzel-Gemisch wird anschließend unten in den Extrak-tionsturm eingepumpt.
Die Extraktion erfolgt im Gegenstrom mit Hilfe von heißem, leicht angesäuer-tem Wasser (pH 5,5 bis 5,8), das von oben nach unten fließt, während dieSchnitzel aufwärts transportiert werden. Durch das Ansäuern der Extraktions-flüssigkeit wird die Filtration des Saftes sowie die Abpreßbarkeit der extrahier-ten Schnitzel begünstigt. Die Extraktion verläuft sehr effektiv: fast 99% desZuckers der Rüben werden im Saft gewonnen. Die entzuckerten Schnitzelwerden getrocknet und als Viehfutter abgegeben.
Der bei der Extraktion gewonnene Rohsaft, der durch Melanine dunkelgefärbt ist, wird anschließend der Saftreinigung zugeführt. Diese erfolgt mitHilfe von Kalkmilch und Kohlenstoffdioxid. Dabei folgt normalerweise aufeine zweistufige Kalkung (Vorkalkung, Hauptkalkung) eine ebenfalls zweistu-fige Behandlung mit Kohlenstoffdioxid (CO2) (erste und zweite Carbonation).
Bei der Vorkalkung wird der Rohsaft (pH ca. 6) zunächst stufenweise auf pH11 eingestellt. Im Verlauf dieser pH-Wert-Verschiebung fallen zunächst dieschwerlöslichen Calciumsalze der Phosphorsäure, Oxal- und Citronensäure,zum Teil auch der Äpfel- und Schwefelsäure aus. Bei pH 11 kommt es auchzur Ausflockung der kolloidal gelösten Pektine und Eiweißstoffe.
Bei der Hauptkalkung wird die Lösung auf einen pH-Wert von 12 gebrachtund 15 bis 20 Minuten auf einer Temperatur von etwa 85 °C gehalten. Unterdiesen Bedingungen wird der in geringer Menge im Rohsaft enthaltene In-vertzucker (Gemisch aus Glucose und Fructose) zu Milchsäure abgebaut.Gleichzeitig spalten die Aminosäuren Glutamin und Asparagin Ammoniak ab.
Zuckergewinnung aus Rüben (II)
Auf die Hauptkalkung folgt die erste Carbonation, bei der der Saft durchEinleiten von Kohlenstoffdioxid auf pH 11 gebracht wird. Bei diesem pH-Wert ist der Saft relativ wenig gefärbt; der entstehende Calciumcarbonat-Niederschlag besitzt eine hohe Adsorptions- und Filtrationsfähigkeit. DerNiederschlag wird mit den absorbierten Stoffen durch Dekantieren undFiltrieren vom Klarsaft getrennt.
Wegen seiner hohen Kalkhärte wird der Saft einem zweiten Carbonations-schritt bis pH 9 unterworfen. Der dabei gebildete Kalkniederschlag führt zueiner weiteren Klärung. Nach einer erneuten Filtration liegt der soge-nannte Dünnsaft vor.
Bei der Saftreinigung, die vom Rohsaft zum Dünnsaft führt, werden etwa30-40 % der Nichtzuckerstoffe entfernt; der Rest - im wesentlichenBetain, organische Säuren einschließlich Aminosäuren und Alkali-Ionen -bleibt im Dünnsaft.
Zur Gewinnung des Dicksaftes, einer hellbraunen, viskosen Flüssigkeitmit nahezu 70 % Trockensubstanz, muß sehr viel Wasser verdampftwerden (etwa 1 Kubikmeter Wasser je Tonne Rüben). Aus dem Dicksaftwird durch eine Verdampfungskristallisation unter vermindertem Druckin mehreren Kristallisationsschritten fester Zucker gewonnen. DieKristallisation in mehreren Schritten ist notwendig, da ein Grenzwert imKristallgehalt des erzeugten Kristall-Muttersirup-Gemisches nichtüberschritten werden darf: die Kochmasse („Magma“) muß noch fließfähigbleiben.
Die gebildeten Zuckerkristalle werden in Zentrifugen vom Muttersirup ge-trennt. Die anhaftenden Sirupreste werden mit Wasser bzw. Wasserdampfabgespült. Der abzentrifugierte Muttersirup ("Grünablauf") wird dann dernächsten Kristallisationsstufe zugeführt. Ein auf diese Weise erzeugterguter Weißzucker besitzt einen Saccharose-Gehalt von nahezu 99,95 %.
Den im Haushalt verwendeten Raffinadezucker erhält man durch Umkris-tallisieren von Weißzucker. Braunen Zucker erhält man aus dem Weiß-zucker durch Anfärben mit Zuckercouleur.
Die nach der letzten Kristallisationsstufe übrig bleibende schwarzbrauneMelasse enthält noch etwa 50 % Saccharose, dies sind etwa 12 % des inden Rüben enthaltenen Zuckers. Dieses Nebenprodukt wird entweder zurVerwendung als Gärsubstrat (Gewinnung von Ethanol, Citronensäure,Glutaminsäure, Antibiotika) oder an die Futtermittelindustrie abgegeben.
Weitere Informationen: ChiuZ 18 (1984), Heft 6
Extraktionsausbeute aus Rohsaft: ca. 99%Kristallisationsausbeute aus Dicksaft: ca. 83%
2 4 6 8 10 12 pH
Stabilitäts-optimum
~pH 8
Ausbeute / Verluste bei der Saccharosegewinnung
Hydrolyserate von Saccharosein Abhängigkeit vom pH-Wert
Hydrolysege-schwindigkeit(logarithmische
Auftragung)
1
10
100
1000
http://www.sdtb.de/Zucker-Museum.6.0.html
Experiment:
Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben imLabormaßstab
Achtung: Schutzbrille tragen!
ZuckerrohrSaccharum officinarum L.
Ordnung: Süßgrasartige (Poales)Familie: Süßgräser (Poaceae)Gattung: SaccharumArt: Zuckerrohr
Zuckergehalt: 14-16%
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Saccharosegewinnung aus Zuckerrohr
1. Vorbrecher
2. Walzenmühle maximale Ausbeute: 93%
1. Mühle: Q=86letzte Mühle: Q=68
• ggf. Verbund-Imbibition max. Ausbeute: 95% Mischsaft: Q=85-86
ausgepresstes Zuckerrohr = Bagasse
• alternativ: Diffusionsverfahren (= Extraktionsverfahren)
3. Saftreinigung nur Kalk „Defäkation“oder: Kalk + CO2 „Carbonation“oder: Kalk + SO2 „Sulfitation“
pH < 11 zwecks Invertzucker-Erhalt
4. Verdampfung, Kristallisation: wie bei Rübenzucker
Mischsaft: Q=80-86
Historische Zuckerrohr-Walzenmühle (um 1700) http://www.sdtb.de
http://www.dsengineers.com/DSECSITE/3SUGARTECHNO/33diffusion.html
Diffusionsverfahren
http://www.hitachi-metals-techno.com/products/chain/sugar/images/sugar-02.gif
Saftabzug
H2O
Imbibitionsverfahren
Zuckerrohr
Zusammensetzung Zuckerrübe Zuckerrohr
% % in %Zuckerrohr in % %%
Saccharose 50 30 - 40
Reduzierende Substanzen (Invertzucker) _ 10 - 25
Gesamtzucker 50 - 60
Nicht-Zucker: 30 20 - 30
• Betain 5,5 _
• Raffinose 1 _
• Aminosäuren (davon 25% Glu) 2,1 _
Pyrrolidoncarbonsäure 2,8 _
• Organische Säuren 4,3
Aconitsäure _ 5
• Asche
Verwertung: Rübenzuckermelasse (nicht für menschlichenVerzehr geeignet)
1. Viehfutter (-> Rübenschnitzel)
2. Vergärung zu Alkohol (Spiritus)
3. Gewinnung von Bäckereihefe
4. Mikrobielle/ biochemische Umsetzung, z.B.zu Glycerol, Citronen-, Milch-, Glucon- oderGlutaminsäure; Antibiotikaherstellung etc.
RohrzuckermelasseRum- und Arrak- Herstellung
Melasse = Ablaufsirup der letzten Stufe der Kristallisation bei derZuckerherstellung, aus dem kein kristallisierter Zucker mehrgewonnen werden kann.
Hochviskose braune Flüssigkeit: ~ 50% Zucker,~ 30% Nichtzuckerstoffe~ 20% Wasser
MELASSE
Rohrzuckersirup+ Melasse
Reis+ Melasse
Zusammenfassung: Saccharosegewinnung ausZuckerrüben und Zuckerrohr
Saccharose aus Zuckerrohr und Zuckerrübe sind chemisch identisch.Eine Unterscheidung ist nur über das 13C/12C-Verhältnis (evtl. auch an-hand von Verunreinigungen) möglich.
Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben
• Rübenernte: Oktober - Dezember (Zuckergehalt der Rübe: ca. 17%)• Verarbeitung: 10 000 - 20 000 Tonnen Rüben pro Tag und Fabrik• Waschen und Zerkleinern der Rüben -> Rübenschnitzel• Gegenstromextraktion mit Wasser (71-75°C) -> wässriger Extrakt• Reinigung des Extrakts mit Ca(OH)2 und CO2 (üblich: 2 x Kalkung, 2 x
Carbonatation). pH-Führung: pH 6 -> pH 11 -> pH 12 -> pH 11 -> pH 9• Klären -> Dünnsaft (ca. 15% TM); 40% der Nichtzuckerstoffe entfernt• Ausbeutesteigerung durch Ionenaustauscherbehandlung möglich• Aufkonzentrieren (Vakuumverdampfer) -> Dicksaft (ca. 65% TM)• Verdampfungs- und Kühlkristallisation (mehrstufig)• Zentrifugieren -> Trennung von Rohzucker und Sirup• nicht kristallisierbarer Zucker -> in Melasse• Rohzuckerreinigung: entweder Affinade- („gewaschener“ Zucker)
oder Raffinadezucker (umkristallisierter Zucker; Reinheit 99,95%)• Trocknen, zwischenlagern, abpacken
Saccharosegewinnung aus Zuckerrohr
• Extraktgewinnung durch Auspressen (Walzenstühle, Mühle) oderdurch Extraktion mit heissem Wasser („Diffusionsverfahren“)
• Saftreinigung: weniger aufwändig (nur 1 x Kalkung und CO2);Wichtig: pH nicht > 11 (!) (-> Erhalt des Invertzuckers)
Melasseverwertung• Futtermittel• Gewinnung von Bäckerhefe• Gärsubstrat für biotechnologische Umsetzungen ( z.B. für Ethanol-,
Citronensäure-, Glutamat-, Antibiotika-Gewinnung)• Rum-/Arrakherstellung (nur aus Rohr-, nicht aus Rübenzuckermelasse)
Technologische Veränderungen im Produktionsprozesswährend der letzten 20 Jahre• Energieeinsparung bei der Verarbeitung (75%-ige Reduktion)• Prozessautomation
http://www.vsz.de/contenido/cms/upload/DZZ/beilagen/BR-DZM_34_Internet.pdf
Qualitäts- und KennzeichnungsbestimmungenDie Qualitätskriterien für Zucker sind in der EU-Zuckerartenrichtliniebzw. in der Zuckermarktordnung festgelegt.
Kristalline Weißzucker werden unterteilt in:
a) Raffinade (raffinierter Zucker) = EU-Kategorie Ib) Weißzucker = EU Kategorie II (Standardqualität)c) Daneben gibt es noch mindere Qualitäten der Kategorie III und IV,
die in der EU jedoch keine Rolle spielenBei a) und b) handelt es ich um gereinigte und kristallisierte Saccharosevon einwandfreier Qualität.
Die Unterscheidung der EU-Zuckerqualitäten erfolgt über die Gesamt-punktzahl, die sich aus folgenden Parametern zusammensetzt. Die Be-stimmung dieser Parameter erfolgt nach ICUMSA-Methoden. Die ermit-telten analytischen Werte werden dann in Punktezahlen umgerechnet.
• FarbtypeDie Farbtype gibt den Eindruck von Zucker auf das menschliche Augewieder. 1 Punkt = 0,5 Farb-Einheiten
• Farbe in LösungWird durch eine photometrische Extinktionsmessung einer 50%-igenZuckerlösung ermittelt. 1 Punkt = 7,5 ICUMSA-Einheiten
• AschegehaltHierbei wird die elektrische Leitfähigkeit einer Zuckerlösung und darausder Gehalt an löslicher Asche ermittelt. 1 Punkt = 0,0018% Asche = 3,13�S/cm
Raffinade(EU-Kategorie I)
Weißzucker(EU-Kategorie II)
Messgröße Einheit Grenzwert Grenzwert
Farbtype Punkte max. 4 max. 9
Farbe in Lösung Punkte max. 3 max. 6
Aschegehalt Punkte max. 6 max. 15
Gesamtpunktzahl Punkte max. 8 max. 22
Polarisation °Z min. 99,7 min. 99,7
Invertzuckergehalt % max. 0,04 max. 0,04
Feuchtigkeit % max. 0,06 max. 0,06
Weitere „Zuckersorten“Puderzucker (Staubzucker)Feinste Kristalle durch Vermahlen von Raffinade-zucker (ggf. Zusatz von 3% Maisstärke)
Hagel-ZuckerHagelkornähnliches Aussehen durch eine Vielzahlaneinanderhaftender, kleiner Zuckerkristalle.Herstellung: Raffinadezucker anfeuchten, pressenund in Blöcken trocknen. Diese Blöcke anschlies-send zu Hagelzucker-Körnern grob zerstoßen.
Brauner Zucker (aus Zuckerrüben)Karamelartiges Aroma durch Zusatz von Zucker-couleur oder braunem Zuckersirup.
Gelierzucker (Einmachzucker)Enthält Apfelpektin, Carrageen oder Alginat alsVerdickungsmittel.
WürfelzuckerMit Wasser angefeuchteter Raffinadezucker wirdin Formen gepresst und anschließend getrocknet.
ZuckerhutHerstellung ähnlich wie Würfelzucker: Raffinademit Wasser anfeuchten und in ca. 15 cm hoheKegelform pressen; diese Kegel bzw. Hüte an-schließend trocknen.
Weisser KandisHochkonzentrierte Zuckerlösung langsam aus-kristallisieren lassen; hierbei verbinden sich diekleinen Zuckerkristalle zu größeren Kristallen.
Brauner KandisHerstellung analog zu weißem Kandis; Zucker-lösung jedoch vorab erhitzen und wieder abküh-len -> braune Farbe, karamelartiger Geschmack
Aromatisierter Zuckerz.B. Vanillin-Zucker: Vanillinaroma mit Zuckervermischen (Vanille-Zucker = Zucker mit echtemVanillemark)
VollrohrzuckerGetrockneter Saft des Zuckerrohrs; enthält 93%Saccharose, andere Zuckerarten, Mineralstoffe
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• AhornsirupFrüher: Anritzen der Rinde der Ahornbäume; Auffangen des aus-tretenden Saftes. Eindicken des gesammelten Pflanzensaftes durchKochen über einem Holzfeuer, bis zu einem Zuckergehalt von etwa60 %. Durch das Kochen tritt Karamelisierung ein, die dem Sirupeinen Teil seines charakteristischen Aromas gibt.Heute: Plastikschläuche zum Sammeln des Ahornsaftes. Man ver-bindet die Bäume über Plastikpipelines mit Sammelcontainern. Ausdiesen wird der Saft automatisch in Tankwagen gepumpt. Dann Ein-kochen zu Sirup.Für 1 L Ahornsirup werden etwa 30 bis 50 Liter Saft benötigt, die eineinzelner Baum in etwa 2 Wochen hervorbringen kann. Das Haupt-produktionsland ist Kanada (80–90 % der Weltproduktion)
• DattelzuckerAus Dattelfrüchten gewonnen(bis zu 80% Saccharose)
• PalmzuckerAus dem Saft der Bütenständevon Zuckerpalmen
• HirsezuckerAus Zuckerhirse (S. saccharatum).Auch Sorghumsirup
Nichtzentrifugierter Zucker („Primitivzucker“)
• „Primitivzucker“ aus ZuckerrohrPress-Saft grob sieben und Eindicken durch Kochen. Meist nur vonlokaler Bedeutung (kein internationales Handelsgut)
Literatur
H. Hoffmann, W. Mauch, W. Untze:Zucker und Zuckerwaren2004, 2. Auflage (Behr‘s-Verlag)
R. Heiss (Hrsg.): Lebensmitteltechnologie2000, 6. Auflage (Springer-Verlag)
P.W. van der Poel, H. Schiweck, T.Schwartz (Eds.): Sugar Technology1998 (Bartens-Verlag)
http://www.suedzucker.de/de/Zucker/Zuckergewinnung/
http://www.sdtb.de/Zucker-Museum.6.0.html
Internet
Belitz, Grosch, Schieberle (Hrsg.):Lehrbuch der Lebensmittelchemie2008, 6. Auflage (Springer-Verlag)
http://www.vsz.de/contenido/cms/upload/DZZ/beilagen/BR-DZM_34_Internet.pdf