Einfluss auf Blutzuckerspiegel und Insulinsekretion. Resorption und Verwertung im Stoffwechsel. Technologische Aspekte.

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1 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 technologischer 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 ernährungsphysiolog. Aspekte 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 3-4) - 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: am stabilsten bei alkalischem ph-wert 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

2 Wichtige Mono- und Disaccharide D - Glucose D-Fructose D - Galactose Saccharose (Glucose + Fructose) Lactose (Galactose + Glucose) Maltose (Glucose + Glucose) Geschichte des Zuckers (Saccharose) 6000 v. Chr. Das Zuckerrohr ist in Ostasien bekannt und gelangt von dort nach Indien und Persien (Sanskrit: Sarkara ; Talmud: Sakkara ) 600 v. Chr. Die Perser entwickeln Methode zur Zuckergewinnung (brauner Zucker) 700 n. Chr. Anbau in 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 Beliebtheit erfreut. 1392: Preis für 1 kg Zucker: 1 Mastochse 1420: Zuckerrohranbau in Madeira (Portugal) Ab ca Zuckerrohr wird nach Amerika gebracht (Columbus) und später auf großen Plantagen angebaut (Sklaverei). Zucker bleibt ein teures Gut Andreas Sigismund Marggraf entdeckt, dass die Runkelrübe den gleichen Zucker enthält wie das Zuckerrohr Nachdem Marggrafs Schüler und Nachfolger Franz Carl Achard erstmals aus Rüben Zucker gewinnen konnte, entsteht in Cunern/Schlesien die erste Rübenzuckerfabrik der Welt. 1806/1813 Kontinentalsperre (Napoleon I.) Preisexplosion für Zucker, Gewinnung aus Rüben wird rentabel. Nach Napoleons Sturz: Ende der Kontinentalsperre; Preisverfall -> Rübenzucker nicht mehr konkurrenzfähig. Ab ca Züchtung ertragsreicherer Rübensorten -> Steigerung des Zuckergehalts von 5% auf 16-20%. Wiederaufnahme der Rübenzuckerproduktion. Ab ca Drastischer Preisverfall - Zucker entwickelt sich zum täglichen Gut. Heute: Weltproduktion ca. 170 Mio. Tonnen (70% Rohrzucker, 30% Rübenzucker)

3 Zucker: Historie Bis etwa 1800 war Zuckerrohr die einzige Pflanze, aus der Zucker gewonnen wurde. Erst durch die Entdeckung des Zuckers in der Runkelrübe entstand eine Alternative. Zucker erscheint uns heute alltäglich und ist nicht besonders wertvoll. In früheren Jahrhunderten war das völlig anders. Die Geschichte des Zuckerrohrs Zuckerrohr stammt wahrscheinlich aus der Südsee, wo es schon Jahre vor Christus als Proviant auf Bootsfahrten mitgenommen wurde. Sehr früh wurde es auch in Indien und China angebaut. In den Mittelmeerländern kannte man Zuckerrohr bereits in der Römerzeit, aber es war wohl nicht sehr verbreitet. Im Mittelalter kostete Zucker 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 Eroberer zwangen die dort ansässigen Indios zur Arbeit in Zuckerrohrplantagen. Da die Indios der harten Arbeit unter katastrophalen Bedingungen nicht gewachsen waren, verschleppten die Europäer daraufhin Schwarze aus Afrika nach Amerika und machten sie zu Sklaven für ihre Zuckerrohrplantagen. Zwischen 1450 und 1850 wurden 10 bis 15 Millionen Afrikaner versklavt, die hauptsächlich in Landwirtschaft und Bergbau arbeiten mussten. Obwohl die Sklaverei offiziell im 19. Jahrhundert abgeschafft wurde, sind die Arbeitsbedingungen auf Zuckerrohrfeldern auch heute vielfach noch sehr schlecht. Die Runkelrübe 1747 entdeckt der Berliner Wissenschaftler A. Marggraf, dass die Runkelrübe Zucker enthält, der chemisch identisch ist mit dem Zucker, der aus dem Zuckerrohr gewonnen wird. Erst mehr als 50 Jahre später werden aus dieser Erkenntnis jedoch Konsequenzen gezogen. Marggrafs Nachfolger, Franz Achard züchtet die Runkelrübe und schafft es dadurch, ihren Zuckergehalt von 1,6 % auf 5 % zu erhöhen. (Heute beträgt der Zuckergehalt dieser Pflanze 15-20%.) Außerdem informiert Achard seinen Landesfürsten, den preußischen König Friedrich Wilhelm III. über die Möglichkeit, aus Rüben Zucker herzustellen. Mit Hilfe des Königs entsteht 1801 die erste Rübenzuckerfabrik in Schlesien. Napoleon und die Zuckerrübe Wirtschaftlich interessant wird der Anbau und die Verarbeitung der Zuckerrübe in Europa, als Napoleon 1806 die Kontinenalsperre verhängt. Damit schneidet er Kontinentaleuropa auch vom Zuckernachschub ab, denn Rohrzucker in hauptsächlich den englischen Kolonien angebaut. So kam es, dass vor allem in Deutschland, Russland, Österreich und Frankreich der Zuckerrübenanbau in den Jahren bis etwa 1813 intensiv betrieben wurde. Als die Wirtschaftsblockade aufgehoben war und Rohrzucker 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 zum Vorreiter für die ab etwa 1830 wieder aufgenommene Produktion von Zucker in Europa. Rübenzucker: Historie Entdeckung des Rübenzuckers 1747 gilt als das Geburtsjahr des Rübenzuckers in Europa. Der Apotheker und Chemiker Andreas Marggraf entdeckt in Berlin den Zucker in der Rübe. Er stellt fest, dass zwischen dem weißen Rüben- und dem Rohrzucker kein chemischer Unterschied besteht. Den Zucker gewinnt er mittels Alkohol aus den Rüben. Ein Verfahren, das wegen seiner Kostspieligkeit für die industrielle Verwertung nicht in Betracht kommt Erste Rübenzuckerfabrik Kurz vor der Jahrhundertwende produziert Franz Carl Achard im heutigen Berlin- Kaulsdorf den ersten Rübenzucker. Er pflanzt die Rüben in unterschiedliche Böden und untersucht den Einfluss der Sonne und des Regens auf die Bildung von Zucker. Seine wissenschaftlichen Analysen ergeben, dass die weiße Rübe den meisten Zucker enthält. Mit einem Darlehen, das ihm der preußische König gewährt, kauft Achard das Gut Cunern in Niederschlesien. Dort entsteht 1801 die erste Rübenzuckerfabrik der Welt Rübenzuckerindustrie 1806 erlässt Napoleon I. die "Kontinentalsperre". Jeglicher Handel mit England wird untersagt 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 Rübenzuckerindustrie entsteht. Zucker, vormals nur etwas für Begüterte, ist von nun an für jedermann erschwinglich Rübenzuckerboom Der Markt für Rübenzucker boomt. Überall in Deutschland entstehen Zuckerfabriken. Rübenzüchtern gelingt es, den Zuckergehalt der Rüben deutlich zu steigern. Auch in Anbau und Produktion gibt es Fortschritte. Der Absatz steigt, ebenso der Zuckerverbrauch der Bevölkerung. Zucker wird zu einem deutschen Exportschlager. Über den Hamburger Hafen werden Tonnen Zucker exportiert; zwölf Jahre später sind es bereits Tonnen. Innerhalb weniger Jahrzehnte hat sich der Zucker aus 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 160 Mio. Tonnen im Jahr. Rund ein Drittel davon wird aus Zuckerrüben gewonnen. Aber nicht nur in Europa, auch in vielen Gebieten Afrikas, Asiens, Nord- und Südamerikas hat die Rübenzuckerfabrikation Fuß gefasst.

4 Zuckerabsatz in Deutschland Haushaltszucker 18,4% Sonstige 22,2% Bäckereien, Konditoreien 2,1% Marmeladen, Obstkonserven 4,6% Süßwaren 19,9% Speiseeis, Milchprodukte 5,0% Dauerbackwaren 9,9% Getränke 17,9% Verarbeitungszucker 81,6% (insgesamt) 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. Zuckerverbrauch - Weisszucker (in kg je Einwohner /J ahr) Nordamerika 29,9 Europa 35,0 Asien 15,1 Mittelamerika 42,2 Australien/ Ozeanien 39,8 Südamerika 44,0 Afrika 14,6 Weltdurchschnitt 21,3

5 Saccharosegewinnung Zuckerrohr Zuckerrübe Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben bzw. Zuckerrohr Zusammensetzung Zuckerrübe % Zuckerrohr % Saccharose Invertzucker 0,1 0,3 0,8 Nicht-Zuckerstoffe Raffinose 0,3 0,5 - Betain 0,3 - Rohprotein 1,1 1,5 Rohfett 0,1 0,5 Rohfaser 1, Mineralsstoffe 0,8 0,5 0,7 Saponine 0,14 - Wichtige Nichtzuckerstoffe der Zuckerrübe: Raffinose: Trisaccharid (Galactose-Glucose-Fructose) Betain (Trimethylglycin): Pflanzenbase, melassebildend Saponine: Steroidglycoside verringern die Oberflächenspannung -> Schäumen von Zuckerfabriksäften CH 3 O H 3 C N + C C H 2 CH 3 O Betain Raffinose Steroidglycosid (Steroidrest)

6 Gewinnung von Saccharose aus Zuckerrohr bzw. aus Zuckerrüben (Übersicht) Zuckerrübe Zuckerrübe (Beta vulgaris saccharifera L.) Familie: Chenopodiaceen (Gänsefußgewächse) Runkelrübe: 4-5% Saccharose Zuckerrübe: 16-20% Saccharose Die Zuckerrübe ist eine zweijährige Pflanze. Im ersten Jahr der Wachstumsphase wird der Wurzelkörper, gebildet, die Rübe, der für die industrielle Zuckergewinnung verwendet wird. (In der Wachstumsphase des zweiten Jahres kommt es zur Blüte und Entstehung von Samen, wofür der in der Wurzel gespeicherte Zucker benötigt wird).

7 Franz Carl Achard ( ) Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben Prinzip: Aus dem zerkleinerten Rübenmaterial wird ein wässriger Extrakt gewonnen, aus dem der Zucker nach der teilweisen Entfernung von Nichtzuckerstoffen durch Kristallisation aus übersättigten Lösungen abgeschieden wird. Hierzu sind verschiedene Reinigungsprozesse erforderlich, da die Abtrennung des reinen Zuckers durch die Vielzahl von mitextrahierten Stoffen unterschiedlichster chemischer Verbindungsklassen (den Nichtzuckerstoffen ) erschwert wird. Extraktionsgrad (Ausbeute): 99% des in der Rübe vorhandenen Zuckers

8 Extraktion der Rübenschnitzel Frischwasser Schnitzel- Austritt Schöpfrad Förderschnecke Frischwasser m Probenahmestellen Schnitzeleintritt Transportband Extraktionsturm Schnitzel- Eintritt Transportflügel Sieb Schnitzel- Austritt 3-7m Saftabzug Saftabzug Sieb Gegenstromextraktion Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben (Übersicht) Magma

9 Imbibition (Extrakt der letzten Mühle aufsprühen) A Zuckerrohr ZUCKER-TECHNOLOGIE Mühlen-Tandem Bagasse Messer Entladung Shredder Pülpen Extraktionsturm Zuckerrüben Lagerung Entladung Entladung Wäsche Bandwaage Schwemmrinne Schneidemaschine Brühtrog Förderpumpe Filter CO2 Dekanter Kalkofen Rohsaft Klarsaft Dickschlamm CaO Dicksaft Verdampfstation Dünn -saft Pumpe Kalkung Kristallisation Filter Pumpe II. Carbonation I. Carbonation ROHZUCKER Dünnsaft Dicksaft Verdampfstation Eindampf-Kristallisator Kornbildung Wachstum der Kristalle Fertigkochen Grünsirup (Ablaufsirup I) Eindampf-Kristallisator Kühl- und Trockentrommel Filter Kühl-Kristallisator Kühl-Kristallisator Sichterund Silos Zentrifuge Zentrifuge Melasse ROHZUCKER I Zucker-Absackung DICKSAFT -> KRISTALLISATION Verdampfungskristallisation Kühlungskristallisation -> Zentrifuge MELASSE: ein nicht mehr kristallisierbarer Endsirup

10 Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben 1. Waschen, zerkleinern, brühen 2. Rohsaftgewinnung Gegenstrom-Extraktion (70 C-75 C, ph ca. 5,6) -> Rohsaft: 15 Brix; Q = 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 ] ph11->12 Zerstörung des Invertzuckers, Spaltung der Säureamide (Glutamin, Asparagin) Carbonatation I [+ CO 2 ] ph12->11 Bildung von kristallinem CaCO 3, umhüllt Kolloide und unlösliche Ca-Salze, macht sie filtrationsfähig adsorbiert nicht-fällbare Nichtzuckerstoffe -> Klarsaft Dickschlamm Carbonatation II [+ CO 2 ] ph 11 -> 9 vollständige Entkalkung des Saftes; Filtration Bilanz: 30-40% der Nichtzuckerstoffe entfernt. Nicht entfernt: Aminosäuren, Betain, K + ggf. Behandlung mit Ionenaustauscher ggf. zusätzlich SO 2 -Behandlung (-> Aufhellung) Variante bei frostgeschädigten Rüben: Simultane Kalkung + Carbonatation I -> Dünnsaft: 14 Brix; Q = (evtl.q=98) 4. Eindicken des Dünnsaftes mehrstufige Umlauf- und Durchflussverdampfer -> Dicksaft: 65 Bri;x Q = 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.tr. 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: angenehm Affinade = Weißzucker, der durch abwaschen ( Decken ) des gefärbten Muttersirups vom Rohzucker gereinigt wurde (eingemaischt bzw. mit und/oder Dampf behandelt, zentrifugiert und getrocknet) Raffinade = Affinadezucker, in heissem gelöst, filtriert/ geklärt und erneut kristallisiert (-> höhere Reinheit als Affinade). Vereinfachtes Herstellungsschema: Affinade in heißem lösen ( Kochkläre ) (ggf.) Kalkung und Carbonatation Kläre + Niederschlag Vakuumkochen Aktivkohle, Kieselgur Raffinadefüllmasse Zentrifugation (Siebzentrifugen) Raffinade gelber Farin (-> Bäckereien) Melasse (von mel = Honig): Ablaufsirup der letzten Stufe der Kristallisation, aus dem kein Zucker mehr kristallisiert werden kann. Hochviskose, braune Flüssigkeit; ca. 50% Zucker, 30% Nichtzuckerstoffe, 20%

11 Zuckergewinnung aus Rüben (I) Die von Kopf und Blättern befreiten Zuckerrüben werden den Fabriken ab Ende September geliefert und bis zur Verarbeitung auf großen betonierten Flächen im Freien zwischengelagert. Vom Lager werden die Rüben mit Hilfe schwenkbarer Spritzvorrichtungen über Schwemmrinnen in das Fabrikgebäude transportiert. Dabei werden sie vom Großteil der noch anhaftenden Erde sowie von Blattresten befreit. Nach Passieren einer Wäsche werden die Rüben durch Schneidemaschinen zu bleistiftstarken Schnitzeln gehobelt, gewogen und zum Extraktionsturm transportiert. Dort durchlaufen sie zunächst eine sogenannte Schnitzelmaische, in der sie im Gegenstromverfahren durch Rohsaft angewärmt und schließlich durch heißen Umlaufsaft auf die Extraktionstemperatur von etwa C gebracht werden. Das Saft-Schnitzel-Gemisch wird anschließend unten in den Extraktionsturm eingepumpt. Die Extraktion erfolgt im Gegenstrom mit Hilfe von heißem, leicht angesäuertem (ph 5,5 bis 5,8), das von oben nach unten fließt, während die Schnitzel aufwärts transportiert werden. Durch das Ansäuern der Extraktionsflüssigkeit wird die Filtration des Saftes sowie die Abpreßbarkeit der extrahierten Schnitzel begünstigt. Die Extraktion verläuft recht effektiv: fast 99% des Zuckers der Rüben werden im Saft gewonnen. Die entzuckerten Schnitzel werden getrocknet und als Viehfutter abgegeben. Der bei der Extraktion gewonnene Rohsaft, der durch Melanine dunkel gefärbt ist, wird anschließend der Saftreinigung zugeführt. Diese erfolgt mit Hilfe von Kalkmilch und Kohlenstoffdioxid. Dabei folgt normalerweise auf eine zweistufige Kalkung (Vorkalkung, Hauptkalkung) eine ebenfalls zweistufige Behandlung mit Kohlenstoffdioxid (erste und zweite Carbonatation). Bei der Vorkalkung wird der Rohsaft (ph ca. 6,3) zunächst stufenweise auf ph 11 eingestellt. Im Verlauf dieser ph-wert-verschiebung fallen zunächst die schwerlöslichen Calciumsalze der Phosphorsäure, Oxal- und Citronensäure, zum Teil auch der Äpfel- und Schwefelsäure aus. Bei ph 11 kommt es auch zur Ausflockung der kolloidal gelösten Pektine und Eiweiß-stoffe. Bei der Hauptkalkung wird die Lösung auf einen ph-wert von 12 gebracht und 15 bis 20 Minuten auf einer Temperatur von etwa 85 C gehalten. Unter diesen Bedingungen wird der in geringer Menge im Rohsaft enthaltene Invertzucker (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 durch Einleiten 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. Der Niederschlag wird mit den absorbierten Stoffen durch Dekantieren und Filtrieren vom Klarsaft getrennt. Wegen seiner hohen Kalkhärte wird der Saft einem zweiten Carbonationsschritt bis ph 9 unterworfen. Der dabei gebildete Kalkniederschlag führt zu einer weiteren Klärung. Nach einer erneuten Filtration liegt der sogenannte Dünnsaft vor. Bei der Saftreinigung, die vom Rohsaft zum Dünnsaft führt, werden etwa % der Nichtzuckerstoffe entfernt; der Rest - im wesentlichen Betain, organische Säuren einschließlich Aminosäuren und Alkali-Ionen - bleibt im Dünnsaft. Bei der Gewinnung des Dicksaftes, einer hellbraunen, viskosen Flüssigkeit mit nahezu 70 % Trockensubstanz, muß sehr viel verdampft werden (etwa 1 Kubikmeter je Tonne Rüben). Aus dem Dicksaft wird durch eine Verdampfungskristallisation unter vermindertem Druck in mehreren Kristallisationsschritten fester Zucker gewonnen. Die Kristallisation in mehreren Schritten ist notwendig, da ein Grenzwert im Kristallgehalt des erzeugten Kristall-Muttersirup-Gemisches nicht überschritten werden darf: die Kochmasse muß noch fließfähig bleiben. Die gebildeten Zuckerkristalle werden in Zentrifugen vom Muttersirup getrennt. Die anhaftenden Sirupreste werden mit bzw. dampf abgespült. Der abzentrifugierte Muttersirup ("Grünablauf") wird dann der nächsten Kristallisationsstufe zugeführt. Ein auf diese Weise erzeugter guter Weißzucker besitzt einen Saccharose-Gehalt von etwa 99,95 %. Den im Haushalt verwendeten Raffinadezucker erhält man durch Umkristallisieren von Weißzucker. Braunen Zucker erhält man aus dem Weißzucker durch Anfärben mit Zuckercouleur. Die nach der letzten Kristallisationsstufe übrig bleibende schwarzbraune Melasse enthält noch etwa 50 % Saccharose, dies sind etwa 12 % des in den Rüben enthaltenen Zuckers. Dieses Nebenprodukt wird entweder zur Verwendung als Gärsubstrat (Gewinnung von Ethanol, Citronensäure) oder an die Futtermittelindustrie abgegeben. Weitere Informationen: ChiuZ 18 (1984), Heft 6

12 Zusammensetzung von Rohzucker und Raffinade Experiment: Ausbeute / Verluste bei der Saccharosegewinnung Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben im Labormaßstab Achtung: Schutzbrille tragen! Extraktionsausbeute aus Rohsaft: ca. 99% Kristallisationsausbeute aus Dicksaft: ca. 83%

13 A Zuckerrohr ZUCKER-TECHNOLOGIE Imbibition (Extrakt der letzten Mühle aufsprühen) Mühlen-Tandem Bagasse Messer Entladung Shredder Pülpen Extraktionsturm Zuckerrüben Lagerung Entladung Entladung Wäsche Bandwaage Schwemmrinne Schneidemaschine Brühtrog Förderpumpe Filter CO2 Dekanter Kalkofen Rohsaft Klarsaft Dickschlamm CaO Dicksaft Verdampfstation Dünn -saft Pumpe Kalkung Kristallisation Filter Pumpe II. Carbonation I. Carbonation Zuckerrohr Saccharum officinarum L Ordnung: Süßgrasartige (Poales) Familie: Süßgräser (Poaceae) Gattung: Saccharum Art: Zuckerrohr Zuckergehalt: 14-16%

14 Saccharosegewinnung aus Zuckerrohr 1. Vorbrecher 2. Walzenmühle maximale Ausbeute: 93% 1. Mühle: Q=86 letzte Mühle: Q=68 Mischsaft: Q=80-86 ggf. Verbundimbibition max. Ausbeute: 95% Mischsaft: Q=85-86 ausgepresstes Zuckerrohr = Bargasse alternativ: Diffusionsverfahren (= Extraktionsverfahren) 3. Saftreinigung nur Kalk Defäkation oder: Kalk + CO 2 Carbonation oder: Kalk + SO 2 Sulfitation ph < 11 zwecks Invertzuckerschonung! 4. Verdampfung, Kristallisation: wie bei Rübenzucker Historische Zuckerrohr-Walzenmühle (um 1700) Imbibitionsverfahren H 2 O Zuckerrohr Saftabzug Diffusionsverfahren

15 MELASSE Zusammensetzung Zuckerrübe Zuckerrohr % % in % Zuckerrohr in % %% Saccharose Reduzierende Substanzen (Invertzucker) _ Gesamtzucker Nicht-Zucker: 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 menschlichen Verzehr geeignet) 1. Viehfutter (-> Rübenschnitzel) 2. Vergärung zu Alkohol (Spiritus) 3. Gewinnung von Bäckereihefe 4. Mikrobielle/ biochemische Umsetzung, z.b. zu Glycerol, Citronen-, Milch-, Glucon- oder Glutaminsäure; Antibiotikaherstellung etc. Rohrzuckermelasse Rum- und Arrak- Herstellung Rohrzuckersirup + Melasse Reis + Melasse Melasse = Ablaufsirup der letzten Stufe der Kristallisation bei der Zuckerherstellung, aus dem kein kristallisierter Zucker mehr gewonnen werden kann. Hochviskose braune Flüssigkeit mit ~ 50% Zucker, ~ 30% Nichtzuckerstoffe ~ 20% Zusammenfassung: Saccharosegewinnung aus Zuckerrüben und Zuckerrohr Saccharose aus Zuckerrohr und Zuckerrübe sind chemisch identisch. Eine Unterscheidung ist nur über das 13 C/ 12 C-Verhältnis (evtl. auch anhand von Verunreinigungen) möglich. Saccharose aus Zuckerrüben Rübenernte: Oktober - Dezember (Zuckergehalt der Rübe: ca. 17%) Verarbeitung: Tonnen Rüben pro Tag und Fabrik Waschen und Zerkleinern der Rüben -> Schnitzel Gegenstromextraktion mit (71-74 C) -> wässriger Extrakt Reinigung des Extrakts mit Kalk und CO 2 (üblich: 2 x Kalkung, 2 x Carbonatation); ph-führung: ph 6 -> ph 11 -> ph 12 -> ph 11 -> ph 9 Klären -> Dünnsaft (ca. 15% i.tr.); 40% der Nichtzuckerstoffe entfernt Ausbeutesteigerung durch Ionenaustauscherbehandlung möglich Aufkonzentrieren (Vakuumverdampfer) -> Dicksaft (ca. 65% i. Tr.) 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 Saccharose aus Zuckerrohr Extraktgewinnung durch Auspressen (Walzenstühle, Mühle ) oder durch Extraktion mit heissem ( Diffusion ) Saftreinigung: weniger aufwändig (nur 1 x Kalkung und CO 2 ); ph nicht > 11 (!) (-> Invertzuckerschonung ) Melasseverwertung Futtermittel Gewinnung von Bäckerhefe Gärsubstrat für biotechnologische Umsetzungen ( z.b. für Ethanol-, Citronensäure-, Glutamat-, Antibiotika-Gewinnung) Rum-/Arrakherstellung (nur Rohrzuckermelasse) Technologische Veränderungen im Produktionsprozess während der letzten 20 Jahre Energieeinsparung bei der Verarbeitung (75%-ige Reduktion) Prozessautomation

16 Qualitäts- und Kennzeichnungsbestimmungen Die Qualitätskriterien für Zucker sind in der EU-Zuckerartenrichtlinie bzw. in der Zuckermarktordnung festgelegt. Kristalline Weißzucker werden unterteilt in: a) Raffinade (raffinierter Zucker) = EU-Kategorie I b) Weißzucker = EU Kategorie II (Standardqualität) c) Daneben gibt es noch mindere Qualitäten der Kategorie III und IV, die in der EU jedoch keine Rolle spielen Bei a) und b) handelt es ich um gereinigte und kristallisierte Saccharose von einwandfreier Qualität. Die Unterscheidung der EU-Zuckerqualitäten erfolgt über die Gesamtpunktzahl, die sich aus folgenden Parametern zusammensetzt. Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt nach ICUMSA-Methoden. Die ermittelten analytischen Werte werden dann in Punktezahlen umgerechnet. Farbtype Die Farbtype gibt den Eindruck von Zucker auf das menschliche Auge wieder. 1 Punkt = 0,5 Farb-Einheiten Farbe in Lösung Wird durch eine photometrische Extinktionsmessung einer 50%-igen Zuckerlösung ermittelt. 1 Punkt = 7,5 ICUMSA-Einheiten Aschegehalt Hierbei wird die elektrische Leitfähigkeit einer Zuckerlösung und daraus der Gehalt an löslicher Asche ermittelt. 1 Punkt = 0,0018% Asche = 3,13 S/cm Raffinade (EU-Kategorie I) Raffinade (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 Zuckersorten Puderzucker (Staubzucker) Feinste Kristalle durch Vermahlen von Raffinadezucker (ggf. Zusatz von 3% Maisstärke) Hagel-Zucker Hagelkornähnliches Aussehen durch eine Vielzahl aneinanderhaftender, kleiner Zuckerkristalle. Herstellung: Raffinadezucker anfeuchten, pressen und in Blöcken trocknen. Diese Blöcke anschliessend zu Hagelzucker-Körnern grob zerstoßen. Brauner Zucker (aus Zuckerrüben) Karamelartiges Aroma durch Zusatz von Zuckercouleur oder braunem Zuckersirup. Gelierzucker (Einmachzucker) Enthält Apfelpektin, Carrageen oder Alginat als Verdickungsmittel. Würfelzucker Mit angefeuchteter Raffinadezucker wird in Formen gepresst und anschließend getrocknet. Zuckerhut Herstellung ähnlich wie Würfelzucker: Raffinade mit anfeuchten und in ca. 15 cm hohe Kegelform pressen; diese Kegel bzw. Hüte anschließend trocknen. Weisser Kandis Hochkonzentrierte Zuckerlösung langsam auskristallisieren lassen; hierbei verbinden sich die kleinen Zuckerkristalle zu größeren Kristallen. Brauner Kandis Herstellung analog zu weißem Kandis; Zuckerlösung jedoch vorab erhitzen und wieder abkühlen -> braune Farbe, karamelartiger Geschmack Aromatisierter Zucker z.b. Vanillin-Zucker: Vanillinaroma mit Zucker vermischen (Vanille-Zucker: Zucker mit echtem Vanillemark!) Vollrohrzucker Getrockneter Saft des Zuckerrohrs; enthält 93% Saccharose, andere Zuckerarten, Mineralstoffe

17 Nichtzentrifugierter Zucker ( Primitivzucker ) Primitivzucker aus Zuckerrohr Press-Saft grob sieben und Eindicken durch Kochen. Nur von lokaler Bedeutung (kein internationales Handelsgut) Ahornsirup Früher: Anritzen der Rinde der Ahornbäume; Auffangen des austretenden Saftes. Eindicken des gesammelten Pflanzensaftes durch Kochen über einem Holzfeuer, bis zu einem Zuckergehalt von etwa 60 %. Durch das Kochen tritt Karamelisation auf, die dem Sirup einen Teil seines charakteristischen Aromas gibt. Heute: Plastikschläuche zum Sammeln des Ahornsaftes. Man verbindet die Bäume über Plastikpipelines mit Sammelcontainern. Aus diesen wird der Saft automatisch in Tankwagen gepumpt. Dann Einkochen zu Sirup. Für einen Liter Ahornsirup werden etwa 30 bis 50 Liter Saft benötigt, die ein einzelner Baum in etwa 2 Wochen hervorbringen kann. Das Hauptproduktionsland ist Kanada (80 90 % der Weltproduktion) Dattelzucker Aus Dattelfrüchten gewonnen (bis zu 80% Saccharose) Palmzucker Aus dem Saft der Bütenstände von Zuckerpalmen Hirsezucker Aus Zuckerhirse (S. saccharatum). Auch Sorghumsirup Literatur P.W. van der Poel, H. Schiweck, T. Schwartz (Eds.): Sugar Technology (Bartens-Verlag) D. Osteroth (Hrsg.): Taschenbuch für Lebensmittelchemiker und -technologen Band 2 (Springer-Verlag) R. Heiss (Hrsg.): Lebensmitteltechnologie (Springer-Verlag) Belitz, Grosch, Schieberle (Hrsg.): Lehrbuch der Lebensmittelchemie (Springer-Verlag) Internet