Wie wird Zucker hergestellt und welche chemischen Eigenschaften hat er?

Zucker ist weit mehr als nur eine süße Zutat im Alltag - er blickt auf eine jahrtausendelange Geschichte zurück und ist essenzieller Bestandteil vieler Lebensmittel. Heute deckt Zucker in Industrieländern 10 bis 15 % des Nährstoffbedarfs. Chemisch gesehen handelt es sich bei Haushaltszucker um Saccharose, ein Disaccharid aus Glucose und Fructose, das zu den wasserlöslichen Kohlenhydraten zählt. Hauptquellen für Zucker sind Zuckerrohr und Zuckerrübe, die jeweils unterschiedliche Verfahren zur Extraktion und Verarbeitung des Zuckers bieten. Wie diese Prozesse ablaufen und welche chemischen Eigenschaften Saccharose besitzt, zeigt der folgende Artikel.

Historische Entwicklung der Zuckerherstellung

Das Zuckerrohr stammt ursprünglich aus Neuguinea. Bereits Alexander der Große traf bei seinem Indienfeldzug auf diese Pflanze und verwendete deren Saft zum Süßen von Speisen. Die Kristallisation von Zucker aus Zuckerrohrsaft wurde im 4. Jahrhundert n. Chr. in Indien entdeckt. Über die arabische Welt gelangte der Zucker ins Mittelalter nach Europa und war vorerst ein Luxusgut, das vor allem medizinisch genutzt wurde. Bis ins 13. Jahrhundert blieb Zucker ein Symbol des Wohlstands. Mit dem Aufkommen von Plantagen in Amerika und dem Einsatz afrikanischer Sklaven wurde Zucker zunehmend günstiger und bald zum täglichen Nahrungsmittel.

Erst im 18. Jahrhundert gelang es europäischen Chemikern, den Zuckeranteil in Zuckerrüben nachzuweisen und industrielle Verfahren zu entwickeln. Andreas Sigismund Marggraf erkannte den Zucker in Rüben, und Franz Carl Achard etablierte die erste Rübenzuckerfabrik. Mittlerweile hat sich die Zuckerindustrie über fast 200 Jahre hinweg zu leistungsfähigen und zuverlässigen Stätten der Zuckergewinnung entwickelt. Heute werden weltweit sowohl Zuckerrüben als auch Zuckerrohr in modernen Anlagen verarbeitet.

Geschichtliche Karte der Zuckerproduktion weltweit

Hauptquellen für Zucker: Zuckerrohr und Zuckerrübe

Zuckerrohr

Zuckerrohr (Saccharum officinarum L.) ist ein bis zu 7 Meter hohes Süßgras und wächst in tropischen und subtropischen Regionen.

Im Inneren des Halms speichert das Mark den Zucker.
Ernte erfolgt nach 10 bis 24 Monaten, wobei die Halme möglichst tief abgeschlagen werden.
Nach der Ernte wird der Zuckerrohrstamm zerkleinert und zwischen Walzen ausgepresst. Der Rückstand - Bagasse - wird meist zur Energiegewinnung verheizt oder zur Herstellung von Papier und Pressholz verwendet.
Der ausgepresste Saft wird in Kupferkesseln gekocht, bis eine Masse aus braunem Rohzucker und Melasse entsteht.

Zuckerrübe

Zuckerrübe (Beta vulgaris) wächst in gemäßigten Klimazonen wie Mitteleuropa, den USA oder China.

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Nach der Ernte werden die Rüben gewaschen, zerkleinert und in sogenannten Extraktionstürmen mit heißem Wasser versetzt.
Zuckerrübenschnitzel lösen ihren Zucker durch Gegenstromextraktion mit 70 °C heißem Wasser.
Der Rohsaft wird gereinigt, filtiert und durch Verdampfung eingedickt, bis Dicksaft mit ca. 65-75 % Zuckergehalt entsteht.
Kalkmilch bindet Nichtzuckerstoffe; Kohlendioxid und Calciumhydroxid führen zur Entstehung von Carbokalk, welcher als Dünger auf Felder zurückkommt.
Im weiteren Verlauf kristallisiert der Zucker aus dem Dicksaft - die Zuckerkristalle werden in Zentrifugen von der Melasse getrennt.

Verfahren zur Extraktion von Zucker aus Zuckerrüben

Moderne Produktionstechniken und Energieeffizienz

Moderne Zuckerfabriken setzen Elektrizität und automatisierte Prozesssteuerungen ein. Bei der Weiterentwicklung der Werke stehen Energieeinsparung, Umweltverträglichkeit und Kundenzufriedenheit im Fokus. Bagasse aus Zuckerrohr dient in vielen Fabriken heute als Brennstoff zur Dampferzeugung.

Die Zuckerfabriken verarbeiten Zuckerrüben ausschließlich im Herbst und Winter, die sogenannte „Kampagne“ dauert 120 bis 140 Tage und erfolgt im 24-Stunden-Betrieb. Während dieser Zeit werden bis zu 70.000 Tonnen Kristallzucker in einem Silo gelagert und flexibel verpackt.

Infografik: Energieflüsse und Nebenprodukte bei der Zuckerherstellung

Prozess der Zuckergewinnung Schritt fr Schritt

Waschen und Zerkleinern: Rüben werden gereinigt und mit Schneidemaschinen zu Schnitzeln verarbeitet.
Extraktion: Heißes Wasser löst den Zucker aus den Schnitzeln; dabei entsteht Rohsaft.
Reinigung: Kalkmilch und Kohlensäure binden Nichtzuckerstoffe und filtern den Saft.
Verdampfung: Mehrstufige Verdampfungsapparaturen reduzieren den Wasseranteil, Dicksaft entsteht.
Kristallisation: Impfkristalle fördern die Kristallbildung, gefolgt von Trennung in Zentrifugen.
Trocknung und Lagerung: Die Zuckerkristalle werden getrocknet, abgepackt und je nach Bedarf weiterverarbeitet.

Zuckerherstellung aus Zuckerrüben: Produktionsvorgang im Werk

Produktarten und Nebenprodukte

Zucker wird in verschiedenen Formen angeboten, etwa als Kristallzucker (Raffinade), Puderzucker, Plattenzucker, Kandiszucker, Bastardzucker, Farin und Rohzucker. Außerdem entstehen bei der Herstellung Nebenprodukte:

Melasse (zähflüssiger Sirup, für Futtermittel und Fermentation nutzbar)
Bagasse (Pressrückstand des Zuckerrohrs, energetisch oder industriell genutzt)
Düngemittel und Viehfutter (aus ausgelaugten Rübenbestandteilen und Carbokalk)

Übersicht: Verschiedene Zuckerarten und ihre Eigenschaften

Chemische Eigenschaften von Zucker

Der Zucker, der in Handel und Haushalt verwendet wird, besteht fast ausschließlich aus Saccharose (mind. 99,96 %). Saccharose ist ein Disaccharid und besitzt die Summenformel C₁₂H₂₂O₁₁. Die Struktur von Saccharose besteht aus einem Glucose- und einem Fructosemolekül, die über eine glycosidische Bindung verbunden sind.

Saccharose ist ein wasserlöslicher, süß schmeckender Kohlenhydrat.
Der physiologische Brennwert beträgt 16,8 kJ (4,0 kcal) pro Gramm.
Saccharose ist schwerer als Wasser, ihre Dichte liegt bei 1,6 g/cm³.
Sie bietet keine Vorteile in der Ernährung gegenüber anderen Zuckern.
Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) sind die Hauptbestandteile nach der Verdauung.
Die Saccharose wird schnell im Verdauungstrakt hydrolysiert und resorbiert.

Tabelle: Chemische Eigenschaften verschiedener Zuckerarten

Zuckerart	Struktur	Süßkraft	Löslichkeit	Brennwert (kcal/g)
Saccharose	Disaccharid (Glucose + Fructose)	100%	Sehr gut	4,0
Glucose	Monosaccharid	74%	Gut	4,0
Fructose	Monosaccharid	130%	Sehr gut	4,0

Unterschiede zwischen Zuckerarten und deren Anwendung

Im Handel gibt es unterschiedliche Zuckersorten, zum Beispiel:

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Kandiszucker: durch langsame Kristallisation gezüchtet, besonders für Teestunden beliebt.
Puderzucker: fein vermahlen, oft zum Bestäuben und für Glasuren verwendet.
Bastardzucker: feuchter Mischzucker, ideal für Backwaren.
Rohzucker: weniger raffiniert, braun gefärbt, enthält Melasserückstände.
Gelierzucker: enthält Pektin als Geliermittel; für Marmeladen, Konfitüren, Gelees sowie Brotaufstriche.

Die Süßkraft ist in Wasser gelöst annähernd gleich, da die meisten Zuckersorten aus Saccharose bestehen. Unterschiede im Geschmack entstehen durch Oberflächenstruktur und Beimischungen wie Melasse.

Unterschiedliche Zuckerarten - Herstellung und Einsatz in der Küche

Zusätzliche Anwendungen und Eigenschaften

Neben dem Süßen beeinflusst Zucker das Aroma und mildert Säure, Bitterkeit und Salzigkeit. Beim Backen trägt er zur Bräunung, Stabilisierung des Eiweißgerüsts und Teiglockerung durch Hefe bei. Zucker wirkt zudem als natürliches Konservierungsmittel, beispielsweise bei der Herstellung von Marmelade oder Gelee.

Pektin, das aus Äpfeln oder Zitrusfrüchten gewonnen wird, ist ein pflanzliches Geliermittel und sorgt dafür, dass die Fruchtmasse fest wird. Die Haltbarkeit von Gelierzucker ist begrenzt, da er neben dem Zucker auch Pektine enthält. Reiner Haushaltszucker dagegen ist meist unbegrenzter haltbar, solange er trocken gelagert wird.

Zucker und Gesundheit

Ein erhöhter oder regelmäßiger Konsum von Zucker kann zu Zivilisationskrankheiten wie Adipositas, Diabetes, metabolischem Syndrom, Herz- und Gefäßkrankheiten sowie Zahnkaries führen. Der Zusammenhang zwischen Zucker und Zahnkaries ist klar belegt - Bakterien wie Streptococcus mutans bauen Zucker zu Säuren ab, die den Zahnschmelz schädigen.

Regelmäßiger Konsum zuckerhaltiger Getränke trägt zur Entwicklung von Übergewicht und Diabetes mellitus bei, insbesondere schon im Kindesalter. Die WHO empfiehlt, weniger als 10 % der täglichen Energie aus freien Zuckern zu beziehen, das entspricht ca. 40-50 g pro Tag bei 2000 kcal.

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Infografik: Zusammenhang zwischen Zuckerkonsum und gesundheitlichen Risiken

Spannende Fakten und Zusatzinformationen

Im Jahr 2023 wurden weltweit ca. 187 Millionen Tonnen Rohzucker hergestellt.
Der größte Silozucker in Tulln fasst 70.000 Tonnen - genug, um Österreich vier Monate zu versorgen.
Der Pro-Kopf-Verbrauch in Deutschland lag 2018 bei rund 33,58 kg.
Die Zuckerfabriken verwerten nicht nur Zucker, sondern setzen Nebenprodukte als Futtermittel und Dünger ein.

FAQ zur Zuckerherstellung:

Ist brauner Zucker gesünder? → Ernährungsphysiologisch gibt es keine Vorteile gegenüber weißem Zucker. Brauner Zucker enthält lediglich geringe Mengen Mineralstoffe durch Rückstände aus Melasse.
Gibt es einen Unterschied zwischen Rohr- und Rübenzucker? → Chemisch besteht kein Unterschied: Beide bestehen zu 100 % aus Saccharose.
Wie lange ist Zucker haltbar? → Reiner Haushaltszucker ist fast unbegrenzt haltbar, wenn er trocken gelagert wird.

Die Vielseitigkeit des Zuckers

Zucker ist Allroundtalent: Er ist nicht nur in Konfitüren, Getränken, Backwaren und Süßspeisen enthalten, sondern auch in Salatdressings, Essiggurken, Soßen und vielen weiteren Lebensmitteln. Zucker kann auch bitteren, sauren oder salzigen Geschmack abschwächen und sorgt für die Abrundung des Aromas.

Zucker - Anwendung in Küche und Haushalt

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