Wie wird Zucker hergestellt? Ein detaillierter Einblick in die Zuckerproduktion
Zucker ist ein süß schmeckendes, kristallines Lebensmittel, das hauptsächlich aus Saccharose besteht und aus Pflanzen gewonnen wird. Die beiden Hauptquellen für die Zuckergewinnung sind Zuckerrohr, das etwa 80 % der weltweiten Zuckerproduktion liefert, und die Zuckerrübe, die rund 20 % beiträgt und vor allem in gemäßigten Klimazonen wie Europa, den USA, China und Japan angebaut wird. In Österreich beispielsweise basiert die Zuckerherstellung fast ausschließlich auf der Verarbeitung von Zuckerrüben.
Der Ursprung von Zucker und seine Geschichte
Die Gewinnung von Zucker hat eine lange Geschichte: Schon 8000 v. Chr. wurde Zuckerrohr in Neuguinea kultiviert. Der Raffinierungsprozess wurde erstmals um 100 n. Chr. in Indien dokumentiert und verbreitete sich bis 650 n. Chr. in die arabische Welt, die Zucker kulinarisch nutzte. Mit den Arabern gelangte Zucker nach Europa, blieb jedoch jahrhundertelang ein Luxusgut, das hauptsächlich von Wohlhabenden verwendet wurde. Erst im 18. Jahrhundert entdeckte der Berliner Chemiker Andreas Sigismund Marggraf, dass in der Runkelrübe ebenfalls Zucker enthalten ist, was die Grundlage für die industrielle Zuckerproduktion aus Zuckerrüben legte.
Die Zuckerrübe: Von der Pflanze zum Rohstoff
Die Zuckerrübe (Beta vulgaris subsp. vulgaris) ist eine kegelförmige, weiße Wurzelpflanze, die in gemäßigten Klimazonen wächst. Sie wird von Mitte März bis Mitte April ausgesät und benötigt rund sieben Monate zum Wachsen. Die Rübe entsteht durch Fotosynthese, bei der Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid in Zucker umgewandelt und in der Wurzel gespeichert wird. Im Herbst, zur Erntezeit, wiegt eine durchschnittliche Zuckerrübe etwa 700 bis 1000 Gramm und enthält rund 17 bis 20 Prozent Zuckeranteil. Dieser Nährstoffreichtum macht die Zuckerrübe zum kostbaren Rohstoff für die Zuckerherstellung.
Von der Ernte zur Fabrik: Der Weg der Zuckerrübe
Geerntet werden die Zuckerrüben in Österreich von Mitte September bis Mitte Dezember. Die Ernte erfolgt heute maschinell durch Rübenvollernter, die die Blätter abschneiden und die Rüben aus der Erde heben. Nach der Ernte werden die Rüben per LKW oder Bahn zu den Zuckerfabriken transportiert - in Österreich gibt es zwei große Standorte in Tulln und Leopoldsdorf. Dort beginnt die Verarbeitung mit dem sauberen Waschen der Rüben, wobei Steine ausgesondert und abgetragene Erde zurück auf die Felder gebracht wird.
Zerkleinern und Extraktion des Zuckers
Nach dem Waschen werden die Rüben in dünne Rübenschnitzel zerschnitten. Diese werden anschließend in großen Extraktionstürmen mit etwa 70 Grad Celsius heißem Wasser durchströmt. Das heiße Wasser öffnet die Zellwände der Schnitzel, sodass die darin enthaltenen Zuckermoleküle ins Wasser übergehen. Dieses Verfahren heißt Gegenstromextraktion und führt dazu, dass der Zucker aus den Pflanzenzellen des Rübenschnitzels herausgelöst wird. Am unteren Ende der Extraktionstürme wird der sogenannte Rohsaft abgepumpt - eine zuckerhaltige Flüssigkeit, die noch zahlreiche organische und anorganische Rübenbestandteile enthält.
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Reinigung und Verdampfung
Der Rohsaft wird mit Kalkmilch (Wassergelöschter Kalk) und Kohlensäure behandelt, um Nichtzuckerstoffe zu binden und auszufällen. Diese Flocken werden als Carbokalk abgetrennt und als hochwertiger Kalkdünger in der Landwirtschaft verwendet. Als Ergebnis dieser Reinigung bleibt ein klarer, hellgelber Dünnsaft zurück, der einen Saccharosegehalt von etwa 16-19 % besitzt.
Anschließend kommt der Dünnsaft in mehrstufige Verdampfungsapparate, in denen langsam Wasser entzogen wird. Diese Apparaturen sind so konstruiert, dass der bei der Verdampfung entstehende Dampf jeweils die nächste Stufe erhitzt. Auf diese Weise wird der Dünnsaft bis zu einem Zuckergehalt von etwa 65 bis 70 % eingedickt und zum dickflüssigen Sirup, auch Dicksaft genannt, verarbeitet. Das weitere Eindicken erfolgt unter vermindertem Druck, wodurch das Wasser bei niedrigen Temperaturen (zwischen 65 und 80 °C) verdampft. Dadurch karamellisiert der Zucker nicht, was eine schonende Weiterverarbeitung gewährleistet.
Kristallisation und Zentrifugation
Für die Kristallisation wird dem dickflüssigen Sirup sogenannter Impfkristallzucker beigegeben. Diese feinsten Zuckerkristalle fördern die Bildung größerer Kristalle. Der Zucker-Sirup-Mix verwandelt sich langsam in eine Mischung aus festen Kristallen und flüssigem Sirup. Diese Masse wird in Zentrifugen gefüllt, wo durch hohe Drehzahlen der dickflüssige Sirup (auch Melasse genannt) von den kristallinen Zuckerkörnern getrennt wird. Die Kristalle bleiben im Sieb zurück, während die Melasse abfließt.
Die abgeschleuderte Melasse enthält noch etwa 6 bis 9 % des Zuckers und kann mit konventionellen Methoden nicht weiter auskristallisiert werden. Sie wird in der Folge meist für die Herstellung von Alkohol, Hefen oder als Viehfutter verwendet. Die gewonnenen Zuckerkristalle werden anschließend getrocknet, gekühlt und in großen Silos gelagert, bevor sie für den Handel oder die weitere Verarbeitung verpackt werden.
Vollständige Nutzung der Zuckerrübe und Nachhaltigkeit
Bei der Zuckerherstellung wird fast die gesamte Rübenmasse verwertet:
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- Rübenschnitzel: Nach dem Auslaugen der Zuckerschnitzel werden die Fasern getrocknet und in Pelletform als hochwertiges Viehfutter verwendet.
- Carbokalk: Dieses Kalkgemisch, das bei der Reinigung des Rohsafts entsteht, ist ein natürlicher, schnell wirkender Dünger, reich an Phosphor und Stickstoff, auch geeignet für die biologische Landwirtschaft.
- Wasser: Aus der Rübe austretendes Wasser wird mehrfach im Produktionsprozess genutzt, etwa zur Reinigung neuer Rüben oder als Kühlwasser.
Zuckerarten und ihre Verwendung
Zucker gibt es in vielen Formen, abhängig vom Rohstoff, der Verarbeitung und der Kristallstruktur:
- Kristallzucker (Raffinade): Der am häufigsten verwendete weiße Haushaltszucker, mit einem Reinheitsgrad von mindestens 99,96 % Saccharose.
- Weißzucker: Etwas weniger gereinigter Zucker, leicht dunkler gefärbt (Weißzucker EG Kat II).
- Würfelzucker: Gepresster Kristallzucker in kleinen, praktischen Würfeln.
- Puderzucker: Fein vermahlener Zucker zum Bestäuben und für Feinbackwaren.
- Bastardzucker: Feuchter, feinkörniger Zucker, der oft bei Backwaren verwendet wird, enthält 1-4 % Invertzucker.
- Gelierzucker: Zucker mit Zusatz von Pektin und Säuerungsmitteln für die Marmeladenherstellung.
- Melasse: Zäher Sirup, der als Nebenprodukt nach der Kristallisation zurückbleibt und für die Ethanolproduktion oder als Futtermittel dient.
Der Zuckerrohranbau und seine Verarbeitung
Während in gemäßigten Zonen hauptsächlich die Zuckerrübe als Zuckerquelle dient, liefern tropische und subtropische Regionen wie Brasilien und Indien den Großteil des Zuckerrohrs. Zuckerrohr ist ein ausdauerndes Gras, das 3 bis 4 Meter hoch wächst und 11 bis 16 % löslichen Zucker im Stamm enthält. Nach der Ernte werden die Stängel gepresst, der Saft aufgekocht und mit Zentrifugen von Verunreinigungen befreit, bevor der Rohrzucker getrocknet und verpackt wird.
Die Produktion in der Zuckerfabrik - Arbeit rund um die Uhr
Die Zuckerfabriken verarbeiten Zuckerrüben ausschließlich im Herbst und Winter - eine Phase, die als „Kampagne“ bezeichnet wird. Diese erstreckt sich auf 120 bis 140 Tage, in denen 24 Stunden täglich und sieben Tage die Woche gearbeitet wird, um die Ernte schnell zu verarbeiten. In Österreich wird in den beiden Fabriken in Tulln und Leopoldsdorf mehr Zucker produziert, als das Land innerhalb eines Jahres konsumiert.
Zwischen der Kampagne wird die Fabrik gewartet und für die kommende Saison vorbereitet. Dabei fließen kontinuierlich neue technische Verbesserungen in den Prozess ein, wie etwa moderne Maschinen, die Antriebe elektrifizieren und Automatisierungen vorantreiben.
Gesundheitliche Aspekte und der Konsum von Zucker
Der weltweite Zuckerkonsum hat sich über die letzten Jahrzehnte stark erhöht. So lag der Pro-Kopf-Verbrauch 1997 in Österreich bei ca. 40,4 kg jährlich, in Deutschland etwa bei 33,58 kg. Der Konsum von Zucker wird in Verbindung mit Zivilisationskrankheiten wie Übergewicht, Diabetes, Herzerkrankungen und Karies gebracht. Besonders problematisch sind zuckerhaltige Getränke, die häufig zu einer übermäßigen Energiezufuhr führen.
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Zucker besteht chemisch betrachtet aus Saccharose, einem Disaccharid aus Glucose und Fructose. Die Reinheit von Haushaltszucker beträgt meist mindestens 99,96 %. Trotz seiner weiten Verbreitung hat Zucker keine nennenswerten Vitamine oder Mineralstoffe, insbesondere nach der intensiven Verarbeitung.
Zucker und seine Wirkungen auf die Gesundheit
Die Entstehung von Zahnkaries durch Zucker ist gut belegt. Bakterien wie Streptococcus mutans bauen Zucker zu Säuren ab, die den Zahnschmelz angreifen. Außerdem wird diskutiert, ob Zucker zu Übergewicht oder sogar Krebserkrankungen beitragen kann. Dennoch bleibt Zucker ein wichtiger Bestandteil vieler Lebensmittel und ein bedeutender Energielieferant.
Zusammenfassung der wichtigsten Produktionsschritte der Zuckerherstellung aus Zuckerrüben
| Produktionsschritt | Beschreibung |
|---|---|
| Ernte | Zuckerrüben werden ausgegraben, von Blättern befreit und transportiert. |
| Waschen | Entfernung von Erde, Steinen und Verunreinigungen. |
| Zerkleinern | Rüben werden in Schnitzel geschnitten. |
| Extraktion | Schnitzel werden mit heißem Wasser behandelt, Zucker gelangt in Rohsaft. |
| Saftreinigung | Kalkmilch und Kohlensäure binden Nichtzuckerstoffe, Carbokalk fällt aus. |
| Verdampfung | Wasser wird entzogen, Dicksaft entsteht. |
| Kristallisation | Impfkristalle regen die Zuckerkristallbildung an. |
| Zentrifugation | Trennung von Zuckerkristallen und Melasse. |
| Trocknung & Lagerung | Zucker wird getrocknet, gekühlt und gelagert. |
| Verpackung | Abfüllung in verschiedene Verpackungseinheiten für Handel und Industrie. |
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