Rohrzucker | eLexikon

Titel

Zuckergewinnung I (Doppelseitige Monochromtafel)

Zuckergewinnung II (Doppelseitige Monochromtafel)

Gewinnung des Zuckers.

[Produktion und Verbrauch. Geschichtliches.]

Zucker

[* 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, [* 5] wie Zuckerrohr, Zuckerhirse (Sorghum saccharatum), Mais, dann der Saft einiger Bäume, wie des Zuckerahorns, des Ölnußbaums (Juglans cinerea), mancher Palmen [* 6] 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 [* 7] 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 [* 8] und beim Kochen mit verdünnten Mineralsäuren. Der Invertzucker ist gärungsfähig, nicht aber der Rohrzucker; bei Gegenwart von Käse, Lab, eiweißartigen Körpern und Kreide [* 9] unterliegt der Rohrzucker der Milchsäure-, bisweilen auch der schleimigen Gärung.

Bei anhaltendem Kochen mit verdünnten Mineralsäuren bilden sich Humuskörper;

konzentrierte Schwefelsäure [* 10] 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 [* 11] und Kupfer [* 12] lösen sich bei Luftzutritt in Zuckerlösung. Gips [* 13] 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 [* 14] mit sorgfältiger Ausschließung aller beschädigten in Mieten gebracht und mit Erde bedeckt, um sie vor dem Welkwerden, dem Frost und der Wärme [* 15] 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 [* 17] 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. [* 18] In Frankreich und Belgien [* 19] 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 [* 20] 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 [* 21] 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 [* 22] statt, und man hat die Grenze der Erschöpfung völlig in der Hand. [* 23]

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, [* 16] Fig. 3), welche 1000-1200 Lit. faßt, besitzt einen doppelten Boden ab zur Einleitung von Dampf [* 24] 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 ¶