Wie wird raffinierter Zucker hergestellt
Zucker (besonders Haushaltszucker) ist die gebräuchliche Bezeichnung für die organische Verbindung Saccharose. Saccharose ist der wissenschaftliche Name für Haushaltszucker. Es handelt sich bei Saccharose um ein Disaccharid, das aus zwei Einfachzuckern (Monosacchariden) zu gleichen Teilen (50/50) besteht: Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker). Man kann Zucker aus verschiedenen pflanzlichen Quellen gewinnen; meistens sind das Zuckerrohr (Saccharum officinarum) und die Zuckerrübe (Beta vulgaris subsp. vulgaris).
Raffinierter Zucker findet sich in zahlreichen verarbeiteten Lebensmitteln und ist sehr beliebt. Beim Raffinieren wird der Zucker aus Pflanzenbestandteilen extrahiert, bzw. isoliert und weiterverarbeitet. Wenn der Zucker jedoch raffiniert wird, werden alle Nährstoffe der Pflanze entfernt. Raffinierter Zucker begünstigt Übergewicht. Raffinierter Zucker beeinflusst das Essverhalten. Die Herstellung von raffiniertem Zucker ist sehr günstig. Daher wird er für zahlreiche verarbeitete Lebensmittel wie Süßigkeiten, Getränke oder Fertigprodukte verwendet. Lebensmittel werden durch die Zuführung von raffiniertem Zucker jedoch sehr kalorien- und energiereich.
Rohstoffe: Zuckerrohr und Zuckerrübe
Hauptquellen sind Zuckerrohr (ca. 80 % der weltweiten Zuckerproduktion, Anbau in den Tropen und Subtropen) und Zuckerrübe (ca. 20 % der Zuckerproduktion weltweit, Anbau in den gemäßigten Zonen). Die Zuckerrübe wird erst seit Mitte des 19. Jahrhunderts verwendet, Rohrzucker wird allerdings schon seit Jahrtausenden zur Zuckergewinnung benutzt.
Das Zuckerrohr ist ein ausdauerndes Gras, das 3-4 Meter hoch wachsen kann. Ein reifer Stamm enthält 11-16% Ballaststoffe, 12-16% löslichen Zucker und der Rest ist hauptsächlich Wasser. Im Durchschnitt produziert ein Hektar Land 60-70 Tonnen Zuckerrohr. Nach der Ernte wird das Zuckerrohr zum Entsaften in die Fabriken transportiert.
Die Zuckerrübe ist eine ausdauernde krautartige Pflanze mit einer kegelförmigen, weißen Wurzel, die unter der Erde wächst. Durch die Photosynthese in den Blättern produzieren die Pflanzen Zucker, der in der Wurzel gespeichert wird. Die Zuckerrübe ist dann im Schnitt 700-1000 Gramm schwer und enthält rund 17-19 Prozent Zucker. In Ländern mit gemäßigtem Klima - vor allem in Europa, den Vereinigten Staaten aber auch in China und Japan - wird Zucker aus Zuckerrüben gewonnen.
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Grundlegende Schritte der Zuckerherstellung aus Zuckerrüben
Bei der Gewinnung von Zucker handelt es sich um einen Vorgang, in dessen Verlauf der in den Pflanzenzellen der Rübe vorhandene Zucker von den übrigen Pflanzenbestandteilen durch Extraktion getrennt und anschließend auskristallisiert wird. Die Zuckerrüben werden nach der Ernte gereinigt und zerkleinert. Wenn die Rüben nach der Ernte in der Fabrik ankommen, werden sie im ersten Schritt gewaschen - die abgewaschene Erde wird wieder zurück auf das Feld gebracht. Die gereinigten Rüben werden in Schneidemaschinen von rotierenden Messern zu dünnen Rübenschnitzeln zerkleinert (Schnitzelmaische).
Die entstehenden Zuckerrübenschnitzel werden in Extraktionstürmen mit heißem Wasser versetzt. Diese Stücke werden in Wasser eingeweicht, was den Zucker rauslöst. Dabei entsteht dann eine Zuckerlösung. Durch die Hitze des Wassers öffnen sich die Zellwände der Schnitzel und die enthaltenen Zuckermoleküle treten ins Wasser über. Dieses Verfahren wird auch Gegenstromextraktion genannt. Am unteren Ende des Extraktionsturmes wird der sogenannte Rohsaft abgepumpt.
Der Rohsaft enthält neben dem Zucker auch verschiedene organische und anorganische Bestandteile der Rübe. Diese Nichtzuckerstoffe werden mit Hilfe von zugesetzter Kalkmilch und Kohlensäure gebunden und ausgeschieden. Zurück bleibt eine klare, hellgelbe Flüssigkeit - der Dünnsaft. Mit Kalkmilch werden Nichtzuckerstoffe im Saft gebunden. Der so geklärte Dünnsaft enthält etwa 16 % Saccharose und ist hellgelb.
In der Verdampfstation wird dem Dünnsaft in mehreren hintereinander geschalteten Verdampfungsapparaturen solange Wasser entzogen, bis er als dickflüssiger Sirup einen Zuckergehalt von 65-70 % hat. Durch Verdampfungsapparate wird so lange Wasser entzogen, bis der Zuckergehalt im nun goldbraunen zähflüssigen Dicksaft ungefähr 75 % beträgt. Die Verdampfungsapparate sind so miteinander verbunden, dass der dabei entstehende Dampf stets die nächste Stufe heizt.
Die weitere Eindickung geschieht mit so viel Unterdruck, dass das Wasser bereits bei 65-80 °C verdampft und der Zucker noch nicht karamellisiert. Durch diesen zusätzlichen Prozess des Karamellisierens wird nicht nur die Farbe beeinflusst, sondern es kommt dadurch auch zu dem bei diesen Produkten gewünschten, speziellen Geschmackserlebnis. Bei einem bestimmten Verhältnis von Wasser zu Zucker wird die Kristallbildung häufig durch Zugabe von so genannten Impfkristallen in Form feinsten Zuckers angeregt. Nach Zusatz von Impfkristallen beginnt die Kristallisation, die bis zur gewünschten Kristallgröße läuft.
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Der Kristallbrei wird zum Abkühlen in Maischen abgelassen. In hochtourigen Zentrifugen werden die Zuckerkristalle vom zähflüssigen Sirup durch Abschleudern getrennt. In Zentrifugen wird der anhaftende Sirup (Melasse) von den Kristallen getrennt. Dabei bleiben die Zuckerkristalle in einem Sieb hängen, während der Zuckersirup abfließt. Der abgeschleuderte Sirup kommt wieder in die Kochstation zum Auskristallisieren.
Raffination: Weißer, reiner Zucker (Raffinade)
Der weiße Zucker wird nun nochmals in Wasser gelöst und danach kristallisiert. Dadurch erhält man einen besonders reinen und weißen Zucker (Raffinade). Raffinade wird aus dem Zellsaft der Zuckerrübe gewonnen, der Kristallzucker wird durch schonende Extraktion, Saftreinigung und Kristallisation in den Reinheitsstufen Weißzucker EG Kat I („Raffinade“) gewonnen und ist der kristallisierte schneeweiße Zucker mit dem höchsten Reinheitsgrad (99,96 % Saccharose, 0,04 % Invertzucker).
Weißzucker wird ebenfalls wie die Raffinade aus dem Zellsaft der Zuckerrübe produziert. Hier wird der Kristallzucker durch schonende Extraktion, Saftreinigung und Kristallisation gewonnen und spiegelt nur eine andere Reinheitsstufe (weniger Reinigung des Zuckers und dadurch leicht dunklere Färbung) wider. Rohzucker ist nicht ganz so stark raffiniert wie der hier üblicherweise im Geschäft erhältliche Zucker. Daher sind die festen Kristallkerne des Rohzuckers noch mit einer Schicht von anhaftendem Sirup aus natürlichen Bestandteilen der Zuckerrübe oder des Zuckerrohrs bedeckt.
Die dunkelbraune, zähflüssige Restlösung, die nach der letzten Kristallisation zurückbleibt, wird Melasse genannt. Melasse enthält noch ca. 48-50 % Zucker, der aber mit herkömmlichen Methoden nicht mehr auskristallisiert werden kann. Melasse haftet nach der Kristallisation zunächst an den Zuckerkristallen und wird durch das Schleudern in Zentrifugen als einer der letzten Schritte der Zuckergewinnung gelöst. Aufgrund des Zucker- und Proteingehaltes ist Melasse ein nützliches Nebenprodukt bei der Zuckergewinnung, das als Futtermittel für die Tierzucht verwendet wird.
Herstellung von Rohrzucker: traditionelle und industrielle Schritte
Nach der Ernte werden die Stängel sofort gepresst, um den hohen Zuckergehalt zu erhalten. Der Saft wurde in großen Kupferkesseln gekocht, wodurch eine Masse aus braunem Rohzucker und Melasse entstand. Aus dieser Masse musste die Melasse über Wochen abtropfen, bevor der Zucker in der Sonne trocknete und in Fässern verschifft wurde. Anschließend passieren die Kristalle Zentrifugenmaschinen, um Verunreinigungen zu entfernen. Das Endprodukt wird dann getrocknet und verpackt und ist damit bereit zum Verzehr.
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In der modernen industriellen Rohrzuckerherstellung erfolgt das Verdampfen und Kristallisieren ähnlich wie bei der Rübenverarbeitung; zur Erzeugung weißer Raffinade werden Rohzuckerkristalle oft zusätzlich gereinigt und mehrfach aufgelöst und rekristallisiert.
Varianten und Qualitätsstufen von Zucker
Zucker wird in vielen verschiedenen Darreichungsformen angeboten. Diese unterscheiden sich je nach verwendetem Rohstoff, äußerer Form, Zusammensetzung und Art der Verarbeitung. Kristallzucker (auch Raffinade): meistgebrauchter weißer Haushaltszucker, aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben hergestellt und durch Raffination gereinigt. Puderzucker (auch Staubzucker): fein vermahlener Weißzucker. Einzelne Kristalle sind nicht mehr fühlbar. Kandiszucker ist ein durch langsame Kristallisation einer im Vakuum eingedickten Zuckerlösung gezüchteter Zucker.
Bastardzucker (auch: Basterdzucker): feuchter, feinkörniger Mischzucker, der vor allem zur Herstellung von Backwaren verwendet wird. Farin (auch: Farinzucker; von franz. Roh- oder Gelbzucker): aus Zuckerrohr oder -rüben gewonnener, nicht gereinigter Zucker, der durch Melassereste gelbbraun bis braun gefärbt und oft klebrig ist. Vollzucker wird direkt aus dem frischen Pflanzensaft der Zuckerrübe oder des Zuckerrohrs gewonnen. Der Pflanzensaft wird eingedickt und schonend getrocknet, ohne raffiniert zu werden.
Technische und betriebliche Aspekte der Zuckerfabrikation
Die Zuckerfabriken verarbeiten Zuckerrüben ausschließlich im Herbst und Winter. Denn die Rübe ist eine Sommerfrucht, sie wird im Frühjahr gepflanzt und braucht ungefähr 7 Monate zum Wachsen. Die Zeit der Rübenverarbeitung und Zuckergewinnung wird „Kampagne“ genannt. In dieser Zeit wird 24 Stunden täglich und an sieben Tagen in der Woche in der Zuckerfabrik gearbeitet.
Chemiker und Techniker sorgten durch Rationalisierungen und Automatisierungen dafür, trotz der saisonbedingten geringen Auslastung der Fabriken (der sogenannten Kampagne), dass die Rübenzuckerindustrie rentabel wurde. Wenn du am Prozess der Zuckergewinnung interessiert bist, kannst du das in allen Südzucker-Werken im Rahmen von Führungen während der sogenannten „Kampagne“ miterleben.
Historische und wirtschaftliche Hinweise
Als Zucker wird neben verschiedenen anderen Zuckerarten ein süß schmeckendes, kristallines Lebensmittel bezeichnet, das aus Pflanzen gewonnen wird und hauptsächlich aus Saccharose besteht. Die Herkunft des deutschen Wortes Zucker führt nach Indien. Das Wort „Zucker“ geht auf das Altindische zurück (Sanskrit śarkarā), aus dem es ins Griechische (sákcharon) und ins Lateinische (saccharum) gelangt ist. Die ersten schriftlichen Aufzeichnungen über den Raffinierungsprozess von Zucker kommen aus Indien und können auf 100 n. Chr. datiert werden.
Ab etwa 1500: Zuckerrohr wird weltweit durch Sklaven auf Plantagen angebaut, Zucker bleibt ein begehrtes Luxusgut für die Reichen. Im 16. Jahrhundert wurde Rohrzucker zunehmend von den Westindischen Inseln nach Mitteleuropa eingeführt. Andreas Sigismund Marggraf hatte 1747 nachgewiesen, dass im Rübensaft Zucker enthalten ist. Franz Carl Achard schafft die Grundlagen der industriellen Zuckerproduktion; er lässt in Cunern/Schlesien die erste Rübenzuckerfabrik der Welt errichten.
Umwelt, Gesundheit und Verbrauch
Der Konsum von Zucker gilt als eine der Ursachen vieler Zivilisationskrankheiten wie Adipositas, Diabetes, Krebs, Karies sowie Darm-, Herz- und Gefäßkrankheiten. Die ursächliche Mitwirkung von Zucker bei der Entstehung von Zahnkaries ist heute unumstritten. Die WHO und FAO empfehlen, dass, wer sich gesund ernähren wolle, weniger als 10 % der Energiemenge seiner Nährstoffe aus sogenannten freien Zuckern beziehen sollte.
Zucker ist mehr als nur eine süße Zutat. Er erfreut sich einer großen Bandbreite von Verwendungsmöglichkeiten, die weit über das bloße Süßen von Produkten hinausgeht. Zucker mildert zum Beispiel auch die Säure des Essigs bei den Gurken, denn Zucker kann bitteren, sauren oder salzigen Geschmack abschwächen. Beim Backen trägt Zucker zur Ausbildung des gewünschten Teiggefüges sowie zur Bildung von Bräunungs- und Aromastoffen bei. Er sorgt für stabile, elastische Teige, saftige, feinporige Krumen und rösche Krusten. Als Nahrung für die Hefe spielt er eine entsprechende Rolle bei der Teiglockerung.
Tabelle: Wesentliche Prozessschritte bei der Zuckergewinnung aus Zuckerrüben
| Schritt | Kurze Beschreibung |
|---|---|
| Reinigung | Waschen der Rüben, Entfernen von Erde |
| Zerkleinern | Schneiden zu Schnitzeln (Schnitzelmaische) |
| Gegenstromextraktion | Heißes Wasser löst Zucker aus Schnitzeln; Rohsaft entstehen |
| Saftklärung | Kalkmilch und CO2 binden Nichtzuckerstoffe; Dünnsaft entsteht |
| Verdampfung | Entzug von Wasser; Dicksaft entsteht |
| Kristallisation | Zusatz von Impfkristallen, Ausformung der Zuckerkristalle |
| Zentrifugation | Trennung der Kristalle von Melasse |
| Raffination | Auflösung, Reinigung und Rekristallisation zur Raffinade |
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