Zucker | eLexikon | Technologie, Gewerbe und Industrie - Zucker, Stärke etc

Titel

Zuckergewinnung I (Doppelseitige Monochromtafel)

Zuckergewinnung II (Doppelseitige Monochromtafel)

Gewinnung des Zuckers.

[Produktion und Verbrauch. Geschichtliches.]

Zucker

Zuckergewinnung I

[* 2] (Zuckerstoffe), in der Chemie eine Gruppe von Kohlehydraten, süß schmeckende, in Wasser leicht, meist auch in wässerigem Alkohol, nicht in Äther lösliche, meist feste und kristallinische, zum Teil nur in dickflüssigem Zustand bekannte, direkt oder nach leichter Wandlung gärungsfähige Körper, finden sich bis auf Milchzucker und Scyllit sämtlich im Pflanzenreich, einige zugleich auch in tierischen Organismen; manche können künstlich aus andern Kohlehydraten (Cellulose, Stärkemehl, Dextrin) dargestellt werden, auch lassen sich einige durch leichte Einwirkung physikalischer oder chemischer Agenzien in andre Zuckerarten überführen.

Mehrere entstehen als Spaltungsprodukte bei der Zersetzung kompliziert zusammengesetzter Stoffe des Pflanzen- und Tierreichs, z. B. bei der Spaltung der Glykoside, auch ist die Synthese zuckerartiger Körper mehrfach gelungen. Die einzelnen Zuckerarten sind einander oft sehr ähnlich, und es ist noch nicht möglich, alle mit Sicherheit voneinander zu unterscheiden. Man kann die bekannten in zwei Gruppen zusammenstellen. A. Gruppe des Rohrzuckers C₁₂H₂₂O₁₁ : Rohrzucker oder Saccharose, Milchzucker oder Laktose, Synanthrose, Melitose, Melizitose, Mykose, Trehalose.

Zucker (Arten, allgeme

Diese Zuckerarten sind nicht oder nur schwer in Gärung zu versetzen, sie polarisieren nach rechts, werden durch Alkalien bei 100° nicht zersetzt und reduzieren gewöhnlich nicht alkalische Kupferoxydlösung. Beim Erhitzen mit verdünnten Säuren und bei Einwirkung von Fermenten nehmen sie Wasser auf und gehen in Glykosen über. B. Gruppe des Traubenzuckers (Glykosen) C₆H₁₂O₆ : Traubenzucker oder Dextrose, Fruchtzucker oder Levulose, Galaktose, meist wenig zur Kristallisation geneigte, sehr leicht gärungsfähige, durch Alkalien leicht zerstörbare, aus alkalischer ¶

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Silberlösung metallisches Silber abscheidende und alkalische Kupferoxydlösung leicht reduzierende Verbindungen, welche sich zum Teil aus andern Kohlehydraten, auch aus Körpern der vorigen Gruppe leicht erzeugen lassen. Durch ihr Verhalten gegen Fermente unterscheiden sich von diesen Zuckerarten die Saccharoide (Inosit, Scyllit, Sorbin, Eukalin), welche auch die prozentische Zusammensetzung des Traubenzuckers besitzen.

Kristall (Allgemeines,

Von allen Zuckerarten hat der Rohrzucker den größten praktischen Wert. Er findet sich weitverbreitet im Pflanzenreich, wird aber sehr häufig bei fortschreitender Vegetation durch organische Säuren oder Fermente in Trauben- und Fruchtzucker umgewandelt. Besonders reich an Rohrzucker sind manche Gräser, [* 4] wie Zuckerrohr, Zuckerhirse (Sorghum saccharatum), Mais, dann der Saft einiger Bäume, wie des Zuckerahorns, des Ölnußbaums (Juglans cinerea), mancher Palmen [* 5] etc., ferner der Saft mancher Rüben, wie der Runkelrübe, der Zichorie, Mohrrübe, der weißen Rübe etc. Rohrzucker findet sich ferner neben andern Zuckerarten im Obst, in Wal- und Haselnüssen, Mandeln, Johannisbrot, im Nektar vieler Blüten, in den Wurzeln von Chaerophyllum bulbosum, Pastinak, im frischen Bienenhonig etc. Er bildet große, farblose, wasserfreie Kristalle [* 6] vom spez. Gew. 1,606, leuchtet beim Zerschlagen im Dunkeln, löst sich in 0,3 Teilen kaltem, in allen Verhältnissen in heißem Wasser, schwerer in Weingeist, nicht in Äther. Den Gehalt der Zuckerlösungen von verschiedenem spezifischen Gewicht zeigt folgende Tabelle, welche für die Temperatur von 17,5° berechnet ist.

Der Siedepunkt der Lösungen steigt mit deren Zuckergehalt, und zwar siedet eine Lösung von

Rohrzucker schmilzt bei 160°, erstarrt zu einer amorphen Masse (Bonbon), ist in diesem Zustand hygroskopisch, leichter schmelzbar, leichter löslich in Alkohol und wird beim Liegen kristallinisch (Absterben der Bonbons). Bei anhaltendem Erhitzen auf 160° verwandelt sich Rohrzucker in Frucht- und Traubenzucker, über 190° entweichen Wasser und wenig saure brenzlige Produkte, der Zucker bräunt sich und besteht nun aus den Karamelkörpern. Bei starkem Erhitzen an der Luft bläht sich der Rohrzucker auf, entwickelt stechenden Geruch und verbrennt.

Hefe

Wässerige Zuckerlösung bleibt bei Luftabschluß lange unverändert, an der Luft veranlassen hineinfallende Pilzkeime ihre Umwandlung in ein Gemisch gleicher Moleküle von Trauben- und Fruchtzucker (Invertzucker). Diese Umwandlung erfolgt viel schneller auf Zusatz von Hefe [* 7] und beim Kochen mit verdünnten Mineralsäuren. Der Invertzucker ist gärungsfähig, nicht aber der Rohrzucker; bei Gegenwart von Käse, Lab, eiweißartigen Körpern und Kreide [* 8] unterliegt der Rohrzucker der Milchsäure-, bisweilen auch der schleimigen Gärung.

Bei anhaltendem Kochen mit verdünnten Mineralsäuren bilden sich Humuskörper;

konzentrierte Schwefelsäure [* 9] verkohlt Rohrzucker und entwickelt Kohlenoxyd, Kohlensäure und schweflige Säure;

Salpetersäure verwandelt Rohrzucker in Zuckersäure, Weinsäure, Oxalsäure;

ein Gemisch von konzentrierter Salpeter- und Schwefelsäure erzeugt explosive Nitrosaccharose (Knallzucker, Vixorit).

Durch kochende ätzende und kohlensaure Alkalien wird der Rohrzucker invertiert. Zuckerlösung löst reichlich Ätzkalk, Baryt, Magnesia, Bleioxyd; die Lösungen enthalten Verbindungen des Zuckers mit den genannten Basen (Saccharate), schmecken bitter, reagieren alkalisch und werden durch Kohlensäure zersetzt. Die Verbindungen mit den alkalischen Erden, wie Zuckerkalk, sind zum Teil in heißem Wasser weniger löslich als in kaltem; die mit den schweren Metalloxyden sind unlöslich, geben aber mit den Alkalien lösliche Doppelverbindungen.

Eisen I

Zuckerkalk (C₁₂H₂₂O₁₁)₂3CaO scheidet sich beim Erhitzen einer Lösung von Ätzkalk in Zuckerlösung aus und ist in Wasser schwer löslich, Alkohol fällt aus der Lösung eine leicht lösliche Verbindung C₁₂H₂₂O₁₁CaO. Behandelt man diese Verbindung mit Kohlensäure, so bildet sich kohlensaurer Kalk, und man erhält eine reine Zuckerlösung. Der ähnliche Zuckerbaryt scheidet sich beim Kochen von Barytwasser mit Zuckerlösung kristallinisch ab. Eisen [* 10] und Kupfer [* 11] lösen sich bei Luftzutritt in Zuckerlösung. Gips [* 12] ist bei Gegenwart von Rohrzucker leichter löslich in Wasser. Mit Kochsalz bildet Rohrzucker eine kristallisierbare Verbindung.

Gewinnung des Zuckers.

(Hierzu Tafeln »Zuckergewinnung I u. II«.)

Der Rohrzucker wird aus Zuckerrohr, dem Saft mancher Palmen, Runkelrüben, dem Safte des Zuckerahorns und aus Sorghum dargestellt. Weitaus am höchsten ausgebildet ist die Runkelrübenzuckerfabrikation, aus welcher viele Einrichtungen und Methoden auf die Verarbeitung des Zuckerrohrs übertragen sind. Die Runkelrüben (s. d.) werden nach der Ernte [* 13] mit sorgfältiger Ausschließung aller beschädigten in Mieten gebracht und mit Erde bedeckt, um sie vor dem Welkwerden, dem Frost und der Wärme [* 14] zu schützen. Die Mieten dürfen aber nicht zu groß sein, weil sich die Rüben sonst erhitzen und schnell verderben. Aus diesen Mieten bringt man die Rüben nach Bedürfnis in die Fabrik und sucht die gesamte Ernte möglichst schnell zu verarbeiten, da namentlich mit Beginn des Frühjahrs Zersetzungsprozesse eintreten, welche die Ausbeute erheblich herabmindern.

Zucker (Verarbeitung d

Die hauptsächlichsten Bestandteile der Rüben sind Rohrzucker, eiweißhaltige Körper (Proteinstoffe), Asparagin, ein Alkaloid Betain, Gummi (Metapektinsäure), Pektinkörper, Zellstoff, Zitronensäure, Oxalsäure, die gewöhnlichen Mineralstoffe und Wasser. Der Gehalt an festen Stoffen schwankt ¶

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zwischen 2,6 und 4,6 Proz.; im allgemeinen enthält die Rübe 96 Proz. Saft und 4 Proz. Mark. Technisch wichtig ist vor allem das Verhältnis des Zuckers zu den übrigen Saftbestandteilen (die unter dem Namen Nichtzucker zusammengefaßt werden), da diese die Kristallisation des Zuckers hindern, also die Ausbeute schmälern. Ein Saft, der 14 Proz. Zucker und 16 Proz. an der aräometrischen Spindel hat, enthält also 2 Proz. fremde Stoffe (Nichtzucker), und seine Reinheit (bezogen auf 100 Teile Trockensubstanz) beträgt 87,5. Die Reinheit des Safts wechselt zwischen 70 und 90; doch eignen sich Rüben von weniger als 75 Proz. nicht mehr zur Verarbeitung, und solche von mehr als 85 Proz. kommen selten vor. Den Gehalt der Rüben an nähern Bestandteilen zeigt folgende Tabelle:

Der Zuckergehalt des Safts schwankt aber zwischen 9 und 17,5 Proz., der des Nichtzuckers zwischen 0,3 und 3,5, der der Trockensubstanz der Rüben zwischen 13 und 21,5 Proz.

In der Fabrik werden die Rüben zunächst in einer rotierenden, zum Teil in Wasser tauchenden, ein wenig geneigt liegenden Lattentrommel gewaschen, dann von allen schadhaften Stellen befreit (»geputzt«),

in der Regel »geköpft«, weil die Verarbeitung des Kopfes infolge hohen Gehalts an Nichtzucker meist nicht lohnt, und dann behufs der Besteuerung in eisernen Wagen, welche 5 Ztr. fassen, gewogen. Die Gewinnung des Safts geschieht nach zwei Methoden, von denen die eine durch Zerreiben der Rüben vollständige Öffnung der Zellen bezweckt, während die andre die Zellen geschlossen läßt und den Inhalt derselben durch dialytische Prozesse zu gewinnen sucht. Zum Zerreiben benutzt man Trommeln, welche mit abwechselnden Säge- und Holzblättchen bekleidet sind und 800-1000 Umdrehungen in der Minute machen.

Presse (technisch)

Während der Arbeit läßt man Wasser (30-40 Proz. vom Gewicht der Rüben) auf die Reibe fließen, um durch Verdünnung eine leichtere Abscheidung des Safts zu bewirken, die nicht zerrissenen Zellen zu extrahieren und weniger Zucker in den später sich ergebenden Rückständen zu belassen. Aus dem Brei, welcher sich schnell bräunlichviolett färbt, wird der Saft durch hydraulische Pressen abgeschieden, indem man denselben in kleinen Portionen in wollene Säcke füllt und diese mit eisernen Blechen in der Presse [* 16] schichtet.

Bei Zusatz von 30-40 Proz. Wasser erhält man von den 96 Proz. Saft der Rübe 83-85 Proz., und die Rückstände betragen 17-15 Proz. Statt der Pressen, welche namentlich viel Handarbeit erfordern, werden auch kontinuierlich wirkende Walzen angewandt. In beiden Fällen zerkleinert man die Preßkuchen, rührt sie mit Wasser und preßt sie abermals. Den erhaltenen Saft läßt man statt des Wassers auf die ersten Pressen fließen. Die Preßrückstände (Preßlinge) enthalten etwa 2 Proz. Proteinstoffe, 18 Proz. stickstofffreie Extraktivstoffe, 6 Proz. Pflanzenfaser, 0,2 Proz. Fett, 3,4 Proz. Asche und dienen als Viehfutter, zur Bereitung von Branntwein, Essig, Papier und Leuchtgas. [* 17] In Frankreich und Belgien [* 18] hat man, um den Transport der Rüben zu ersparen, inmitten der Rübenfelder Anstalten zur Saftgewinnung angelegt und die mit Kalk vermischten Säfte mittels einer Druckpumpe durch kilometerlange eiserne Röhren [* 19] in die Zuckerfabrik geleitet.

Statt Pressen und Walzen benutzt man zur Saftgewinnung auch Zentrifugalmaschinen, durch welche der Brei in einer sehr schnell rotierenden (1000 Umdrehungen in einer Minute), von einem Blechmantel umgebenen Siebtrommel vom größten Teil des Safts befreit und dann mit Wasser ausgewaschen wird. Die Gesamtverdünnung des Safts beträgt hier 100-120 Proz., und die Rückstände, welche 84 bis 86 Proz. Wasser enthalten, wiegen 30-33 Proz. der Rüben. Besondere Vorzüge des Zentrifugalverfahrens vor dem Pressen sind nicht nachweisbar.

Eine vierte Methode der Saftgewinnung aus dem Brei, das Macerationsverfahren, besteht in systematischer Auswaschung des Breies in eigentümlichen, mit Rührvorrichtung versehenen Gefäßen und erfordert nur geringe Anlagekosten. Bei jeder Saftgewinnung aus Brei gehen in den Saft Fasern über, welche später die Verarbeitung erschweren, und man wendet deshalb Entfaserungsapparate an, in denen die Fasern durch ein Sieb von dem Saft getrennt werden.

Bregthalbahn - Bremen

In neuester Zeit ist man sehr allgemein zum Diffusionsverfahren übergegangen, nach welchem die Rüben, auf der Schnitzelmaschine in Streifen von 1 mm Dicke und 6-10 mm Breite [* 20] zerschnitten, mit heißem Saft in Gefäße gefüllt, so daß die Mischung eine Mitteltemperatur von 50° erreicht, und dann mit immer weniger konzentrierten Säften, zuletzt mit Wasser, und bei abnehmender Temperatur erschöpft werden. Hier findet ein vollkommener Austritt der wertvollen Saftbestandteile aus den Zellen durch Diffusion [* 21] statt, und man hat die Grenze der Erschöpfung völlig in der Hand. [* 22]

Fig. 1 u. 2 (Tafel I) zeigen eine Diffusionsbatterie;

a ist die Rübenwaschmaschine, b der Rübenaufzug, c die Leitung zur Schnitzelmaschine d, aus welcher die Schnitzel in den Kippwagen e gelangen;

f ist der Fülltrichter, durch welchen die zehn Diffusionsgefäße g gefüllt werden;

h sind die Wärmpfannen für den Saft, durch k wird die Schnitzelmaschine betrieben, l ist die Rinne zum Fortschaffen der ausgelaugten Schnitzel, m die Rostfläche zur Entwässerung derselben, n die Grube für herabgefallene Rüben und abgelaufenes Wasser.

Auf je 100 Teile Rüben verbraucht man 40 Teile Wasser, die in den Saft gelangen, und 230 Teile Wasser, die in den Rückständen bleiben. Man kann aber aus letztern 150 Teile durch Luftdruck entfernen, und der Wassergehalt der Schnitzel beträgt dann 94 Proz. Durch Auspressen auf einer kontinuierlich und selbstthätig wirkenden Presse wird ihr Gewicht auf die Hälfte reduziert.

Der Saft der Rüben enthält, wie erwähnt, verschiedene Substanzen, welche die Abscheidung des Zuckers durch Kristallisation erschweren und daher möglichst vollständig entfernt werden müssen. Dies geschieht durch Kalk und Kohlensäure (Scheidung und Saturation) und durch Knochenkohlefiltration. Die kupferne Scheidepfanne (Tafel I, [* 15] Fig. 3), welche 1000-1200 Lit. faßt, besitzt einen doppelten Boden ab zur Einleitung von Dampf [* 23] durch das Rohr c. Dabei entweicht die Luft durch f und später der abziehende Dampf durch d. Mittels des Hebers gg'h zieht man den geschiedenen Saft ab, und durch e fließt der Scheideschlamm ab. Der eingelassene Saft wird auf 85° erwärmt, mit Kalkmilch (1 Proz. Kalk vom Gewicht der Rüben) vermischt und sehr langsam bis zum Aufwallen erhitzt. Hierbei gerinnt das Eiweiß des Safts, der Kalk scheidet Phosphorsäure, organische Säuren, Magnesia, Eisenoxyd ab, und es entwickelt sich ¶

Im Meyers Konversations-Lexikon, 1888

Zucker.

Mehemed Pascha Kibrisl

[* 2] Der in Pulverform in den Handel kommende Zucker ist bisweilen mit Schwerspat, Gips, Kreide, Mehl [* 24] verfälscht. Diese Stoffe bleiben bei Behandlung der Ware mit Wasser ungelöst zurück und können leicht erkannt werden. Verfälschung mit Dextrin ist durch einen Gärversuch nachzuweisen: nach der Gärung polarisiert die Flüssigkeit nach rechts. Anwesenheit von Stärkezucker ergibt sich beim Erhitzen der Lösung mit einigen Tropfen Fehlingscher Lösung durch Ausscheidung von rotem Kupferoxydul.

Diese Reaktion wird aber durch Invertzucker hervorgebracht, welcher als Verunreinigung des Zuckers zu betrachten ist. Das Mikroskop [* 25] belehrt über Anwesenheit von vegetabilischen Substanzen (Bruchstücke von Zuckerrohr, Nadelholzpulver etc.), Schimmelpilzen, Milben etc. Bei der quantitativen Untersuchung des Zuckers benutzt man am besten einen Polarisationsapparat [* 26] (Soleil-Ventzke-Scheibler, Halbschattenapparat, Polaristrobometer). Weniger genaue Resultate ergibt die Ermittelung des spezifischen Gewichts der Lösung mit dem Aräometer [* 27] (Saccharometer), Pyknometer oder der Westphalschen Wage. [* 28]

Zur Wasserbestimmung trocknet man 10 ccm Zucker bei 100 - 110°, zur Bestimmung der Asche verkohlt man 30 g Zucker im Platinschälchen mit konzentrierter Schwefelsäure und verascht die Kohle. Ist der Zucker mechanisch mit mineralischen Substanzen verunreinigt, so löst man 30 g zu 100 oem, filtriert, verdampft 10 ccm der klaren Lösung und behandelt den Rückstand wie vorher. Zur Bestimmung des Invertzuckers löst man 25 g Zucker unter Zusatz von Bleiessig zu 100 ccm, filtriert, versetzt 60 ccm vom Filtrat mit Natriumcarbonat oder -Sulfat, füllt zu 75 ccm auf und benutzt 50 ccm zur Zuckerbestimmung mit Fehlingscher Lösung. Da die Angaben des Polarisationsinstruments in merklichem Grade durch andre optisch aktive Bestandteile des Zuckers beeinflußt werden und die im Rohrzucker enthaltenen Nichtzuckerstoffe bei der Raffination mehr oder minder ungünstig ans die Ausbeute wirken, so pflegt man im Rohzuckerhandel aus den Angaben über die Menge der einzelnen Bestandteile eine der praktischen Erfahrung möglichst entsprechende theoretische Ausbeutezahl, den Raffinationswert oder das Rendement, zu berechnen und dieses den Preisen zu Grunde zu legen.

Polarforschung - Polar

Diese Zahl wird erhalten durch Verminderung der am Polarisationsapparat gefundenen Zahl (»Polarisation«) [* 29] um das Fünffache der gefundenen Salzmenge (Aschengehalt der Zuckerlösung) und das Doppelte der Invertzuckermenge. Handelsusance ist es, eine bestimmte Zahl für Polarisation oder Rendement als Basis zu nehmen und einen größern oder geringern Gehalt pro Zehntelprozent und Zentner zu vergüten: in Deutschland [* 30] pflegt diese Basis für reinere Produkte 96 und 95 Proz. Polarisation, für unreinere 82 oder 75 Proz. Rendement zu sein. Für die Untersuchung auf Invertzucker hat eine vom Verein für die Rübenzuckerindustrie des Deutschen Reichs niedergesetzte Kommission 1885 ein besonderes Verfahren empfohlen, welches von der Versammlung der Handelschemiker angenommen worden ist.

Zulah - Zwischenahn

Hygienisches. Die Arbeit in den Zuckerfabriken bietet keine sehr erheblichen Schädlichkeiten, wenn man von denjenigen absieht, die sich bei jedem Industriezweig, der mit Maschinen, Dampfkesseln, heißen Flüssigkeiten etc. zu thun hat, wiederholen. Anhaltende Einwirkung von Nässe, Einatmung von Gasen und Dämpfen (Ammoniak bei der Scheidung, ¶

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Kohlensäure bei der Saturation, Schwefelwasserstoff bei der Wiederbelebung der Kohle), gelegentlich von Zuckerstaub (Mahlen des Zuckers) kommen allerdings vor, ohne indes einen hohen Grad von Schädlichkeit zu erreichen.Am bedenklichsten ist die dauernde Einwirkung niedriger (Rübenwäsche etc.), noch mehr diejenige hoher Temperaturen (Bodenarbeit), welcher die Arbeiter sich nicht entziehen können. Viel höheres hygienisches Interesse beanspruchen die Abwässer der Zuckerfabriken, wenn auch in neuester Zeit sehr viel geschehen ist, um diese Schädlichkeit zu verringern.

Algen

Diese Abwässer bieten infolge ihres Reichtums an fäulnisfähigen Substanzen, und da sie in großen Mengen auftreten, sehr große Schwierigkeiten. Eine Fabrik, welche 4000 Ztr. Rüben verarbeitet, liefert so viel Abwasser wie eine Stadt mit 20,000 Einw., und zwar Abwasser von solcher Beschaffenheit, daß wegen desselben Prozesse entstehen konnten, welche die Existenz der Fabrik bedrohten. Berechnet man den Gehalt dieser Abwässer an schädlichen Stoffen, so entspricht dasjenige einer Fabrik von angegebener Größe dem Abwasser einer Stadt von 50,000 Einw. Die Abwässer der Zuckerfabriken unterliegen zunächst einem Zersetzungsprozeß, bei welchem sich sehr viel Schwefelwasserstoff entwickelt; in diesem Stadium wuchert in den Abzugsgräben, welche die Umgegend verpesten, Beggiatoa und Leptomitus lacteus. Im weitern Verlauf tritt eine Selbstreinigung ein, es erscheinen grüne Algen, [* 32] auch ein Tierleben, und damit ist die größte Gefahr beseitigt.

Dies gilt aber nur für die weniger stark verunreinigten Abwässer, während bei den stärker verunreinigten auf derartige Selbstreinigung nicht zu rechnen ist. Beider Unschädlichmachung der Abwässer unterscheidet man vorteilhaft die verschiedene Beschaffenheit derselben und sucht sie soviel wie möglich abzukühlen. Eine Reinigung mit Chemikalien hat bisher nicht völlig befriedigt, während man mit Vorteil die Oxydation der schädlichen Stoffe durch den Sauerstoff der Luft verwertet hat, indem man das durch Kalkzusatz schwach alkalisch gemachte Wasser über Gradierwerke leitete, so daß der Sauerstoff auf große Flächen einwirken kann. Wo die Verhältnisse günstig lagen, ist die Berieselung mit bestem Erfolg eingeführt worden.

Dieselbe erfordert aber bei dem großen Reichtum der Abwässer an Kohlehydraten, welche vom Boden nicht absorbiert, sondern nur oxydiert werden können, große Bodenflächen und sinkt, wo diese fehlen, zu einer einfachen mechanischen Filtration herab, die auf anderm Weg billiger erreicht werden kann und die beabsichtigte vollkommene Reinigung nicht zur Folge hat. Nach einem andern Verfahren leitet man die erste Zersetzung der Abwässer durch Mikroorganismen bei einer Temperatur von 25-40° ein und erhält auf diese Weise eine Reinigung, nach welcher die Abwässer durch einfache und auf beschränktem Raum ausführbare Bodenfiltration völlig unschädlich gemacht werden können. Bei der ersten vorbereitenden Operation entsteht ein Schlamm, welcher frisch oder kompostiert einen wertvollen Dünger darstellt.

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 Fleischzucker. 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 Eichelzucker. 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.

Zucker

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 ¶

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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.

Zucker

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 ¶

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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 ¶