Zucker als Heilmittel: medizinische Verwendung und Geschichte
Für die meisten Menschen ist Zucker ein Süßstoff, der bei zu viel Genuss nicht nur dick, sondern auch krank machen kann. Für Chemiker dagegen ist der Naturstoff viel mehr als nur zum Würfel zusammengepresste weiße Kristalle für den Morgenkaffee. Der Grund dafür ist die Vielfalt dieser Kohlenhydrate in der Natur: als Energiespeicher Stärke in der Kartoffel, als Gerüstmolekül Zellulose in den Pflanzen oder auch als Signalmolekül in unseren Zellen.
Hellenismus (nach Alexander d. Gr.): Zucker wird in der griechischen Welt und später in Rom bekannt, bleibt jedoch ein seltenes Importgut, das v. a. medizinisch genutzt wird. Bis ins Spätmittelalter war er in Apotheken auch unter dem Begriff Sal indicum bzw. Seit dem späten 10. Jahrhundert ist Venedig das Drehkreuz des Zuckerhandels im Mittelmeerraum.
»Damit sich Zellen untereinander erkennen können, tragen sie auf ihrer Oberfläche jeweils ein für sie maßgeschneiderte Garderobe, wobei der Stoff aus Zuckermolekülen besteht«, erklärt der Naturstoff-Experte Christian Vogel von der Universität Rostock. Auch die menschlichen Blutgruppen unterscheiden sich nur durch einen Zuckerbaustein.
Wortursprung, frühe Nutzung und Verbreitung
Die Herkunft des deutschen Wortes Zucker führt, wie auch die ersten Belege der Nutzung des Zuckerrohrs zum Süßen, nach Indien. Wortursprung ist das altindische śárkarā, das zunächst einmal alles Zerriebene oder Körnige bezeichnete und dann auf die trockene, körnige Masse des Zuckers übertragen wurde. Mit dem Indienfeldzug Alexanders des Großen gelangte das altindische Wort ins Griechische und wurde zu sakcharon, wovon sich der lateinische Begriff saccharum ableitete. Daraus entstand der heute verwendete Fachbegriff Saccharose, der die pflanzlichen Zuckerarten bezeichnet.
Ebenfalls aus dem Altindischen entlehnt wurde das arabische Wort sukkar, das mit der arabischen Herrschaft im Mittelalter nach Spanien und Sizilien kam und so Eingang in die romanischen Sprachen, wie Spanisch (azúcar), Französisch (sucre und davon abgeleitet das englische sugar) und Italienisch (zucchero) fand. Seit dem späten 10. Jahrhundert ist Venedig das Drehkreuz des Zuckerhandels im Mittelmeerraum. Im 12. Jahrhundert ist die erste Präsenz von Zucker in England dokumentiert worden.
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Unter der Herrschaft Alexanders des Grossen gelangte das Zuckerrohr im 4. Jh. v.u.Z. in den Mittleren Osten. Im 6. Jh. v.u.Z. siedelten die Perser in Indien und bestaunten dieses „Rohr, das ohne den Einsatz von Bienen Honig gab.“
Vom Heil- und Luxusgut zum Massenprodukt
Mit den Kreuzrittern, die im 11. Jahrhundert aus dem Nahen Osten zurückkehrten, wurde Zucker auch in Mittel- und Nordeuropa bekannt, wo er sich bei Königen und Fürsten schnell großer Beliebtheit erfreute. Im 13. Jh. war der Hafen von Venedig wichtiges Handelszentrum für Zucker aus dem Nahen Osten. Es ist daher nicht verwunderlich, dass der erste Zuckerhut bereits im 15. Jh. in dieser Stadt hergestellt wurde.
Der Zuckerhut, auch „Venezianischer Kegel“ genannt, ist ein kegelförmiger kristallisierter Zuckerblock. Er entsteht beim letzten Schritt (Kristallisierung) der Raffination. Bei der Kristallisierung wird ein Zuckersirup hergestellt, der anschliessend in eine umgekehrte Kegelform gegossen wird, in der Zuckerkristalle entstehen. Die Perser entwickelten um 600 n.Chr. eine Methode der Zuckergewinnung: Sie gaben den heißen Zuckerrohrsaft in ein umgedrehtes, kegelförmiges Gefäß mit einem Loch in der Spitze. Durch diese Spitze lief der Sirup ab, während im Kegel der Zucker auskristallisierte. Nun drehte man den Kegel um, aus dem ein Zuckerhut herausfiel.
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Bereits Ende des 15. Jhs., kurz nach der Entdeckung Amerikas durch Christoph Kolumbus, entstanden zunächst auf den Antillen und anschliessend in Südamerika (Brasilien) Zuckerrohrplantagen. Zwischen 1600 und 1700 verstärkte sich der berüchtigte transatlantische Dreieckshandel. Europäische Schiffseigner tauschten Talmi gegen Menschen aus afrikanischen Ländern, die sie anschliessend als Sklaven in Amerika verkauften.
Kolonialzeit, Sklavenarbeit und „White Gold“
Rohrzucker wird zunehmend von den Westindischen Inseln nach Mitteleuropa eingeführt und von den kolonialen Händlern ab dem 17. Jahrhundert häufiger auch als „white gold“ bezeichnet. In Europa entstehen immer mehr Zuckersiedereien. Hier wurde der angelieferte Rohrohrzucker gereinigt (raffiniert). Die Schiffe kehrten mit gefragten Produkten aus den dortigen Kolonien nach Europa zurück, wozu auch der kostbare Rohrzucker zählte.
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Manuelle Herstellung aus Zuckerrohr in der Karibik im 17. Nach einer Wachstumszeit von 15 Monaten wurden die bis zu vier Meter hohen Pflanzen geerntet, indem die Stängel wenige Zentimeter über dem Boden gekappt und von den Blättern befreit wurden. Anschließend wurden 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.
Da dieser Herstellungsprozess viel manuelle Arbeit erforderte, waren Sklaven, die unter brutalen Bedingungen auf den Plantagen zwölf Stunden täglich arbeiteten, für den Produktionsprozess essentiell. Der Sklavenaufstand auf Santo Domingo führt zum Kollaps der dortigen Zuckerindustrie.
Die Rübenzucker-Alternative und Industrialisierung
Andreas Sigismund Marggraf hatte 1747 nachgewiesen, dass im Rübensaft Zucker enthalten ist. Anfang des 19. Jh. ordnete Napoleon als Antwort auf die englische Blockade der Zuckerhandelswege von den Antillen den Anbau von Zuckerrüben auf französischen Feldern an - nachdem der süssende Bestandteil der Zuckerrübe vom deutschen Chemiker Marggraf 1757 entdeckt worden war. 1811 wurde die erste profitable Anlage in Frankreich gebaut, die Zuckerrüben zu Zucker verarbeitete.
Franz Carl Achard, ein Schüler Marggrafs, setzt die Arbeiten seines Lehrers mit Zuckerrüben fort und bemüht sich weiter um die praktische Umsetzung. Achard lässt in Cunern/Schlesien die erste Rübenzuckerfabrik der Welt errichten und veröffentlicht in der Folgezeit mehrere Schriften zur Zuckerfabrikation aus Runkelrüben, die sich in ganz Europa verbreiten. Neben den produktionstechnischen Aspekten beschäftigt sich Achard auch mit der Rübenzucht.
Chemiker und Techniker sorgten durch Rationalisierungen und Automatisierungen dafür, trotz der saisonbedingten geringen Auslastung der Fabriken (der sogenannten Kampagne), dass die Rübenzuckerindustrie rentabel wurde. Ab etwa 1850: Der Zuckerpreis fällt durch die beginnende industrielle Herstellung. Damit entwickelt sich Zucker zum Gegenstand des täglichen Bedarfs.
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Vom Pflanzenstoff zum Heilmittel: Zucker in der Medizin
Die kettenartigen, oft verzweigten Moleküle spielen aber auch eine Rolle bei der Entstehung oder Bekämpfung von Krankheiten, wie etwa Krebs oder Virus-Infektionen. So sind brusternährte Kinder in der Regel deutlich weniger anfällig gegenüber Infekten. Als Grund vermutet man Zuckermoleküle in der Muttermilch, sagt der Chemiker Vogel. Und manche Krebszellen sind dermaßen stark vom Zucker abhängig, dass durch Entzug der Kohlenhydrate die wuchernden Zellen absterben.
Weltweit versuchen deshalb Chemiker, diese facettenreichen Verbindungen als Wirkstoff für Medikamente zu gewinnen. Weshalb man sich bisher in der Medizin eher am Rande mit dem Einsatz von Kohlenhydraten beschäftigte, hat einen einfachen Grund: die sehr unterschiedlichen Gestaltungsmöglichkeiten der Zuckermoleküle. Während die Verknüpfung zweier gleicher Aminosäuren, den Bausteinen der Eiweiße, nur eine Verbindung ergibt, bringen es zwei Zuckermoleküle auf bereits elf Varianten.
Wie es doch gehen könnte, zeigte der Amerikaner Chi-Huey Wong in seinem Vortrag am Mittwoch. Mittels eines eigens entwickelten Computerprogramms soll es möglich sein, den Syntheseprozess zu automatisieren. Der Chemieprofessor berichtete, dass man gezielt bestimmte Zucker herstellen könne, und zwar "in Tagen, was bisher Jahre gedauert hätte". Allerdings ist man noch lange nicht soweit, auch ausreichende Mengen zu produzieren.
Glykane, Mimetika und therapeutische Ansätze
Der gebürtige Taiwanese arbeitet deshalb auf zwei Wegen daran, die Natur zu überlisten und die Ausgangssubstanzen biotechnologisch herzustellen. Zum einen nimmt Wong Glykoproteine. Das sind Zucker, die mit einem Eiweißkörper verbunden sind. Der zweite Weg besteht darin, Zucker herzustellen, die den Naturstoffen äußerlich sehr ähneln und dann auch von den Empfängern (Rezeptoren) mit den Originalen verwechselt werden.
Diese Moleküle, die Kohlenhydratmimetika genannt werden, sind im Idealfall erheblich stabiler, und, so das Ziel des Chemikers Chi-Huey Wong, auch wirksamer als das Original. Manchmal muss man dafür gar nicht viel verändern, lediglich ein paar Atome im Zucker austauschen, wie Wong in seinem Vortrag zeigte. Diese Mimikry-Moleküle können dann dafür eingesetzt werden, Bindungsstellen an den Zellen zu blockieren, und auf diese Weise chronische Entzündungen hemmen, wie sie bei Rheuma oder Asthma auftreten.
Die Mimikry-Moleküle könnten aber durchaus auch eine Rolle bei der erfolgreichen Transplantation von Organen spielen. Normalerweise wird das fremde Gewebe nämlich automatisch von der körpereigenen Abwehr bekämpft. Mit den neuen Wirkstoffen könnte man auch dieses bei Gesunden erwünschte Abwehrverhalten des Körpers gegen fremdes Gewebe abschwächen.
Zuckerarten, Gewinnung und pharmazeutische Qualität
Als Zucker wird neben verschiedenen anderen Zuckerarten ein süß schmeckendes, kristallines Lebensmittel bezeichnet, das aus Pflanzen gewonnen wird und hauptsächlich aus Saccharose besteht. 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).
Der Prozess der Zuckergewinnung aus Zuckerrohr und Zuckerrübe ist etwa derselbe, nur dass das Zuckerrohr vorab geschrotet, wohingegen die Zuckerrübe geschnitzelt wird. Das Zerkleinern und anschliessende Auspressen des Zuckerrohrs erfolgt in leistungsstarken Mühlen. Aus den Zuckerrüben wird der Zucker mit Hilfe von Osmose und heissem Wasser in Diffusionszylindern gelöst.
Bei der Zuckergewinnung aus Zuckerrohr und Zuckerrüben entsteht am Ende ein konzentrierter Saft, in dem beim Abkühlen Kristalle aus reinem Zucker entstehen: Dieser Vorgang wird Kristallisierung genannt. Da die Kristalle des Roh-Rüben- und Roh-Rohrzuckers noch unrein sind, müssen sie bei der Raffination gereinigt werden, um weissen Zucker zu erhalten. Der weisse Zucker wird nun nochmals in Wasser gelöst und danach kristallisiert. Dadurch erhält man einen besonders reinen und weißen Zucker (Raffinade).
Formen und Anwendungen (Auswahl)
- Kristallzucker (Raffinade): besteht zu mind. 99,96 % aus Saccharose, hoher Reinheitsgrad.
- Puderzucker (Staubzucker): fein vermahlener Weißzucker, für Glasuren und Bestäubung.
- Kandiszucker: durch langsame Kristallisation gezüchteter Zucker, große Kristalle.
- Flüssigzucker: wässrige Lösung von Saccharose, Halbfabrikat der Nahrungsmittelindustrie.
- Melasse: sirupartiger Rest der Kristallisation, dient u. a. der Alkohol- oder Hefenherstellung.
Therapeutische Nutzung und Grenzen im klinischen Kontext
Für Chemiker dagegen ist der Naturstoff viel mehr als nur zum Würfel zusammengepresste weiße Kristalle für den Morgenkaffee. Die kettenartigen, oft verzweigten Moleküle spielen aber auch eine Rolle bei der Entstehung oder Bekämpfung von Krankheiten, wie etwa Krebs oder Virus-Infektionen. Weltweit versuchen deshalb Chemiker, diese facettenreichen Verbindungen als Wirkstoff für Medikamente zu gewinnen.
Allerdings ist man noch lange nicht soweit, auch ausreichende Mengen zu produzieren. »Sie sind schlecht künstlich herzustellen, binden mittelmäßig und werden nur zögerlich in die Zellen aufgenommen.« Hinzu kommt, dass sie bei der Einnahme, etwa in Tablettenform, meist schon im Mund von Enzymen zersetzt werden, bevor sie den Wirkungsort erreichen.
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Der gebürtige Taiwanese arbeitet deshalb auf zwei Wegen daran, die Natur zu überlisten und die Ausgangssubstanzen biotechnologisch herzustellen. Diese Moleküle, die Kohlenhydratmimetika genannt werden, sind im Idealfall erheblich stabiler, und, so das Ziel des Chemikers Chi-Huey Wong, auch wirksamer als das Original.
Zucker zwischen Heilmittel und Gesundheitsrisiko
Für die meisten Menschen ist Zucker ein Süßstoff, der bei zu viel Genuss nicht nur dick, sondern auch krank machen kann. Zu den mit übermäßigem Zuckerkonsum in Zusammenhang stehenden ernährungsbedingten Zivilisationskrankheiten zählen unter anderem Zahnkaries, Adipositas (Fettleibigkeit), Typ-2 Diabetes, Bluthochdruck, nicht-alkoholische Fettleber und Krebs. Der Konsum von Zucker gilt als eine der Ursachen vieler Zivilisationskrankheiten wie Adipositas, Diabetes, Krebs, Karies sowie Darm-, Herz- und Gefäßkrankheiten.
»Es geht […] nicht an, eine Tatsache zu verschweigen, nur weil man fürchtet, dass sie nicht gerne gehört wird.« Argumente für einen gesundheitspolitischen Auftrag zur Regulierung des Zuckerkonsums sind im Kontext von Ethik und öffentlicher Gesundheit unter anderem die Prävention bzw. das Vorsorgeprinzip und die Gesundheitsförderung, die Verringerung von Krankheit und Leid, die Verringerung von Kosten und Lasten für das Gesundheitssystem, das Kindeswohl und der Verbraucherschutz.
Zu (1): Zucker ist schätzungsweise in 75 bis 80 Prozent aller industriell verarbeiteten Nahrungsmittel enthalten. In den letzten 50 Jahren hat sich der weltweite Zuckerkonsum verdreifacht. Es gibt über 50 verschiedene Bezeichnungen für »versteckten« Zucker. Zu (2): Die krankmachende Wirkung von übermäßigem Zuckerkonsum ist durch zahlreiche Studien belegt. Zu (3): Zucker ist ein lusterzeugender Stoff, ein Genussmittel, das imstande ist, Abhängigkeiten zu schaffen.
Politische Maßnahmen und ethische Abwägung
»Mehr Forschung ist nötig«, lautet der strategische Slogan der Zuckerlobby, damit die politischen Entscheidungsträger nicht sagen können: »Zucker macht krank«, denn solange geforscht wird und Dinge unklar sind, muss nicht gehandelt werden. »Um einen Wandel zu bewirken, dürften staatliche Eingriffe unumgänglich sein.« Lustig, Schmidt und Brindis argumentieren, dass eine öffentliche Regulierung des Zuckerkonsums gerechtfertigt ist.
- Zu (1): Eine Zuckersteuer schlägt im September 2013 der Leiter der Amsterdamer Gesundheitsbehörde Paul van der Velpen vor. Die Einnahmen aus der Zuckersteuer könnten zur Finanzierung der steigenden Gesundheitskosten durch Zivilisationskrankheiten verwendet werden.
- Zu (2): Warnhinweise, dass »Zucker süchtig macht und schlecht für die Gesundheit ist«, wie van der Velpen sie fordert, lösen das Problem des »versteckten« Zuckers und schaffen Transparenz.
- Zu (3): Auffällige, farblich unterlegte, prozentuale Angaben zum Zuckergehalt (Ampelkodierung) schaffen Transparenz.
- Zu (4): Das »Limonadenersterwerbsalter« könnte beispielsweise bei 14 Jahren liegen.
- Zu (5): Ein Verkaufsverbot von zuckerhaltigen Produkten an Schulen wird vorgeschlagen.
- Zu (6): Einschränkungen für irreführende Werbung, insbesondere gegenüber Kindern.
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Ein als Einschränkung der persönlichen Freiheit oder als staatliche Bevormundung wahrgenommener Eingriff scheint gerechtfertigt, solange Zucker nicht verboten, sondern lediglich der Zuckerkonsum im öffentlichen Interesse reduziert und eingeschränkt wird. Diese Balance aus öffentlichen und privaten Interessen gilt es bei jeder vorgeschlagenen Maßnahme sorgfältig abzuwägen.
Technologie, Qualität und Hygiene: vom Zuckerhut zum Würfel
Das erste einzeln verpackte Stück Zucker wurde 1908 in Paris präsentiert. Da Hygiene zunehmend wichtig wurde, setzte es sich Anfang des 20. Jh. schnell durch. 1840: Jacob Christoph Rad (Direktor der Datschitzer Zuckerraffinerie in Böhmen), erfindet den ersten Würfelzucker, weil seine Frau Juliane sich beim Herausbrechen aus den vorher üblichen Zuckerhüten den Finger verletzt hatte und ihren Mann daraufhin bat, gleich kleinere Zucker-Portionen herzustellen.
In Europa entstehen immer mehr Zuckersiedereien. Hier wurde der angelieferte Rohrohrzucker gereinigt (raffiniert). Der weisse Zucker wird nun nochmals in Wasser gelöst und danach kristallisiert. Dadurch erhält man einen besonders reinen und weißen Zucker (Raffinade).
Zucker als Wirkstoffträger und Hilfsstoff
Flüssigzucker: wässrige Lösung von Saccharose. Trockensubstanz mind. 62 %. Gelierzucker für Konfitüren, Gelees und Marmeladen; aus Raffinade mit Pektin als Geliermittel sowie Citronensäure oder Weinsäure als Säuerungsmittel, teilweise auch mit Konservierungsstoffen. Melasse: als dunkelbrauner Sirup verbleibender „Produktionsrest“ der Zuckerherstellung; dient der Alkohol- oder Hefenherstellung, wird auch als Viehfutter verwertet.
Im pharmakologischen Kontext relevant ist die hohe Reinheit: Kristallzucker (Raffinade): besteht zu mind. 99,96 % aus Saccharose, hoher Reinheitsgrad. Diese Qualität ist Grundlage für standardisierte Rezepturen, Sirupe und Trägersubstanzen, die Wirkstoffe stabilisieren oder deren Geschmack maskieren.
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Medizinische Chancen und Risiken im Überblick
| Aspekt | Nutzen in Medizin/Forschung | Risiken bei Überkonsum |
|---|---|---|
| Glykane und Glykoproteine | Erkennung von Zellen; Ziel für Wirkstoffe; Impfstoff-Design | Komplexe Biosynthese erschwert Therapieentwicklung |
| Kohlenhydratmimetika | Blockade von Rezeptoren; Entzündungshemmung; Transplantationshilfe | Herstellung, Stabilität und Bioverfügbarkeit limitiert |
| Reiner Saccharose-Zucker | Hilfsstoff in Sirupen und Lösungen; Energiezufuhr in definierten Mengen | Karies, Adipositas, Typ-2-Diabetes, NAFLD, kardiometabolische Risiken |
Gesellschaftliche Wahrnehmung und Aufklärung
Hamsterrad zwischen Ethik und Profit. Die kritische Auseinandersetzung mit Zucker ist ein aktuelles, brisantes und heikles, weil emotionales Thema. Es geht um kulturelle Gewohnheiten, um Ernährungsgewohnheiten, um wirtschaftliche, öffentliche und private Interessen und um die Frage, wann genug wissenschaftliche Erkenntnisse vorliegen, um zu handeln und politisch einzugreifen.
Die öffentliche Wahrnehmung und der Umgang mit Zucker müssen sich ändern und gesellschaftlich stärker diskutiert werden. Gesellschaftliche Veränderungen brauchen Zeit, doch die Politik ist nach aktuellem Erkenntnisstand dazu aufgefordert, diese Veränderung mit Blick auf den Zucker zu beschleunigen. Geeignet, ethisch vertretbar und geboten erscheint ein Maßnahmenmix aus Zuckersteuer, Warnhinweisen, auffälligen, prozentualen Angaben auf allen Produkten und Aufklärungskampagnen.
Schlussbemerkung zur Heilkunde-Perspektive
Heilpflanzen und anderen Naturstoffen. In der Antike waren schon mehrere hundert Heilpflanzen bekannt. Hustensäften und ersten Kräuterbonbons. Anwendung schien unerschöpflich. Apotheker im 15. Pillen, Pulver und Pasten selbst hergestellt. In einer im Laboratorium eingerichteten „Zuckerkocherei“ erleben. seiner Hustenbonbons.
Für Chemiker dagegen ist der Naturstoff viel mehr als nur zum Würfel zusammengepresste weiße Kristalle für den Morgenkaffee. Weltweit versuchen deshalb Chemiker, diese facettenreichen Verbindungen als Wirkstoff für Medikamente zu gewinnen.
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