Zucker

Zucker (Zuckerstoffe; hierzu Tafel »Zuckerfabrikation I u. II« mit Text), eine Gruppe von Kohlehydraten, süß schmeckende, in Wasser leicht, meist auch in wässerigem Alkohol, nicht in Äther lösliche, meist feste und kristallinische, zum Teil nur in dickflüssigem Zustande bekannte, direkt oder nach leichter Wandlung gärungsfähige Körper, finden sich im Pflanzenreich, einige zugleich auch, andre nur in tierischen Organismen; manche können künstlich aus andern Kohlehydraten (Zellulose, Stärkemehl, Dextrin) dargestellt werden, auch lassen sich einige leicht in andre Zuckerarten überführen. Mehrere entstehen als Spaltungsprodukte bei der Zersetzung kompliziert zusammengesetzter Stoffe des Pflanzen- und Tierreiches, z. B. bei der Spaltung der Glykoside, auch ist die Synthese mehrerer Zuckerarten gelungen. Formaldehyd oder Glyzerose (s. Glyzerin) geben mit Ätzkalk Akrose C₆H₁₂O₆, die mit Natriumamalgam in aktiven Mannit C₆H₁₄O⁶, liefert. Dieser wird zu Mannonsäure C₆H₁₂O₇ oxydiert, und die aus letzterer abgeschiedene Rechtsmannonsäure bildet den Ausgangspunkt für die Darstellung von Fruchtzucker und Traubenzucker. Die Herstellung von Rohrzucker aus letzterm ist schwieriger. Man unterscheidet 1) einfache Zuckerarten (Monosacchoride, Monosen), die Fehlingsche Lösung reduzieren und mit Phenylhydrazin Osazone bilden, und zwar je nach der Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Heptosen, Oktosen und Nonosen. Von diesen sind weitaus am wichtigsten die Hexosen (Glykosen), zu denen Trauben- und Fruchtzucker gehören. 2) Disaccharide (Biosen, Saccharosen, Disaccharate), zu denen Rohrzucker, Milchzucker, Maltose und Isomaltose gehören, dieser Gruppe schließt sich ein Trisacchorid, die Raffinose, an (vgl. Kohlehydrate).

Von allen Zuckerarten hat der Rohrzucker (Saccharose, Saccharobiose) C₁₂H₂₂O₁₁ den größten praktischen Wert. Er findet sich weitverbreitet im Pflanzenreich, wird aber sehr häufig bei fortschreitender Vegetation durch organische Säuren oder Fermente in Trauben- und Fruchtzucker umgewandelt. Umgekehrt verschwinden im reisenden Zuckerrohr ursprünglich vorhandener Trauben- und Fruchtzucker. Besonders reich an Rohrzucker sind manche Gräser, wie Zuckerrohr, Zuckerhirse (Sorghum saecharatum), Mais, dann der Saft einiger Bäume, wie des Zukkerahorns, des Ölnußbaums (Juglans cinerea), der Birke, mancher Palmen etc., ferner der Saft mancher Rüben, wie der Runkelrübe, der Zichorie, Mohrrübe, der weißen Rübe, Pastinak etc. Rohrzucker findet sich ferner neben andern Zuckerarten im Obst, in Wal- und Haselnüssen, Mandeln, Johannisbrot, im Nektar vieler Blüten, im frischen Bienenhonig etc. Er bildet große. farblose, wasserfreie, monokline, häufig hemiedrische Kristalle vom spez. Gew. 1,606, leuchtet beim Zerschlagen im Dunkeln, löst sich in 0,3 Teilen kaltem, in allen Verhältnissen in heißem Wasser, schwerer in Weingeist, nicht in Äther. Den Gehalt der Zuckerlösungen von verschiedenem spezifischen Gewicht bei 71,5° zeigt folgende Tabelle.

Der Siedepunkt der Lösungen steigt mit deren Zuckergehalt, und zwar siedet eine Lösung von

Die wässerige Rohrzuckerlösung dreht die Polarisationsebene des Lichtes nach rechts.

Rohrzucker schmilzt bei 160°, erstarrt beim Abkühlen zu einer amorphen Masse (Bonbon), ist in diesem Zustande hygroskopisch, leichter schmelzbar, leichter löslich in Alkohol und wird beim Liegen kristallinisch (Absterben der Bonbons). Beim Erhitzen auf 190–200° verwandelt sich Rohrzucker in braunen bittern Karamel. Bei starkem Erhitzen an der Luft bläht sich der Rohrzucker auf, entwickelt stechenden Geruch und verbrennt. Wässerige Zuckerlösung bleibt bei Luftabschluß lange unverändert, an der Luft veranlassen hineinfallende Pilzkeime die Umwandlung des Rohrzuckers in ein Gemisch gleicher Moleküle von Trauben- und Fruchtzucker (Invertzucker). Diese Umwandlung erfolgt viel schneller auf Zusatz von Hefe und beim Kochen mit verdünnten Mineralsäuren. Erst nach dieser Hydrolyse reduziert die Zuckerlösung Fehlingsche Lösung. Invertzucker ist gärungsfähig, nicht aber der Rohrzucker; er zerfällt unter Einwirkung der Hefe in Alkohol und Kohlensäure, bei Gegenwart von Käse, Lab, eiweißartigen Körpern und Kreide unterliegt der Rohrzucker der Milchsäure-, bisweilen auch der schleimigen Gärung. Bei anhaltendem Kochen mit verdünnten Mineralsäuren bräunen sich Zuckerlösungen; mit Essigsäure bildet Rohrzucker bei 160° Oktoacetylester C₁₂H₁₄O₃(OCOCH₃)₃; konzentrierte Schwefelsäure verkohlt Rohrzucker und entwickelt Kohlenoxyd, Kohlensäure und Schweflige Säure; Salpetersäure verwandelt Rohrzucker in Zuckersäure, Weinsäure, Oxalsäure; ein Gemisch von konzentrierter Salpeter- und Schwefelsäure erzeugt explosive Nitrosaccharose (Nitrorohrzucker, Knallzucker, Vixorit) C₁₂H₁₈(NO₂)₄O₁₁. Auch durch kochende ätzende und kohlensaure Alkalien wird Rohrzucker invertiert und unter starker Bräunung zersetzt. Wird die Bräunung vermieden, so entstehen nur Acetaldehyd und Ameisensäure. C₆H, ₂O₆ = 2(C₂H₄O+CH₂O₂). Mit Hilfe von Rhodium als Katalysator spaltet sich die Ameisensäure in Kohlensäure und Wasserstoff, und letzterer reduziert den Aldehyd zu Alkohol. Der Z. gibt also wie bei der Gärung Alkohol und Kohlensäure. Zuckerlösung löst reichlich Ätzkalk, Baryt, Magnesia, Bleioxyd; die Lösungen enthalten Verbindungen des Zuckers mit den Basen (Saccharate), reagieren alkalisch und werden durch Kohlensäure zersetzt. Die Verbindungen mit den alkalischen Erden, wie Zuckerkalk, sind zum Teil in heißem Wasser weniger löslich als in kaltem; die mit schweren Metalloxyden sind unlöslich, geben aber mit Alkalien lösliche Doppelverbindungen. Zuckerkalk C₁₂H₂₂O₁₁3CaO ist in Wasser sehr schwer löslich, C₁₂H₂₂O₁₁CaO kristallisiert beim Abkühlen der Lösung, aus der Alkohol eine leicht lösliche Verbindung C_{4 2}H₂₂O, ₂Ca O fällt. Diese gibt mit Kohlensäure kohlensauren Kalk und eine reine Zuckerlösung. Ähnliche Saccharate bilden Baryt und Strontian. Zuckerkalk schmeckt bitter, Zuckerkali schmeckt nicht süß, Zuckerbaryt schmeckt ätzend alkalisch. Eisen und Kupfer lösen sich bei Luftzutritt in Zuckerlösung. Gips ist bei Gegenwart von Rohrzucker leichter löslich in Wasser. Mit Kochsalz bildet Rohrzucker eine kristallisierbare Verbindung. Z. besitzt großen Nährwert und kann als Hauptquelle der Muskelkraft angesehen werden. Versuche beim Militär zeigten, daß eine Beigabe von 50–60 g Z. zur gewöhnlichen Soldatenkost auf Muskeln und Herz und namentlich auf dem Marsch bei Hunger, Schwäche und Erschöpfung günstig wirken. Über die Darstellung des Zuckers s. beifolgende Tafel »Zuckerfabrikation I u. II«.

Der im Handel vorkommende Z. enthält 99,5–99,9 Proz. Z., 0,5 Proz. Wasser und 0,05–0,45 Proz. Mineralstoff oder Nichtzucker. Zur quantitativen Untersuchung des Zuckers benutzt man Fehlingsche Lösung nach der Inversion oder einen Polarisationsapparat (Soleil-Ventzke-Scheibler, Halbschattenapparat, Polaristrobometer). Weniger genaue Resultate ergibt die Ermittelung des spezifischen Gewichts der Lösung mit dem Aräometer (Saccharimeter), Pyknometer oder der Westphalschen Wage. Da die Angaben des Polarisationsinstruments durch andre optisch aktive Bestandteile des Zuckers beeinflußt werden und die im Rohrzucker enthaltenen Nichtzuckerstoffe bei der Raffination mehr oder minder ungünstig auf die Ausbeute wirken, so pflegt man im Rohzuckerhandel aus den Angaben über die Menge der einzelnen Bestandteile eine der praktischen Erfahrung möglichst entsprechende theoretische Ausbeutezahl, den Raffinationswert oder das Rendement, zu berechnen und dieses den Preisen zugrunde zu legen. Diese Zahl wird erhalten durch Verminderung der am Polarisationsapparat gefundenen Zahl (»Polarisation«) um das Fünffache der gefundenen Salzmenge (Aschengehalt der Zuckerlösung) und das Doppelte der Invertzuckermenge. Handelsusance ist es, eine bestimmte Zahl für Polarisation oder Rendement als Basis zu nehmen und einen größern oder geringern Gehalt pro Zehntelprozent und Zentner zu vergüten; in Deutschland pflegt diese Basis für reinere Produkte 96 und 95 Proz. Polarisation, für unreinere 82 oder 75 Proz. Rendement zu sein.

Hygienisches. Die Arbeit in den Zuckerfabriken bietet keine sehr erheblichen besondern Schädlichkeiten. Am bedenklichsten ist die dauernde Einwirkung niedriger (Rübenwäsche etc.), noch mehr diejenige hoher Temperaturen (Bodenarbeit), der die Arbeiter sich nicht entziehen können. Über die Abwässer der Zuckerfabriken s. Abwässer, S. 66.

[Produktion und Verbrauch.] Die Rohzuckerproduktion betrug in 1000 Tonnen in

Von Sorghumzucker werden nur etwa 400, von Ahornzucker höchstens 15,000 Ton. erzeugt. Die Rübenzuckerproduktion betrug in Tonnen:

Die bedeutendsten Ausfuhrländer für den Weltmarkt sind Deutschland, Cuba, Österreich-Ungarn, Frankreich, Niederländisch-Ostindien und die Philippinen. 1902 führten aus in Millionen Mark: Deutschland 178,8, Österreich-Ungarn 113,1, Frankreich 75,2, Belgien 35,6; Holland 132,004 Ton., Rußland 228,143 T. Dagegen führten 1902 ein Großbritannien 1,710,905, Vereinigte Staaten 1,900,142, Schweiz 66,368, Frankreich 185,289 T. Der Zuckerverbrauch im Jahr und auf den Kopf der Bevölkerung betrug in Kilogrammen:

[Geschichtliches.] Das Zuckerrohr war ursprünglich Nahrungspflanze, wie noch jetzt in manchen Gegenden Asiens, auf den Philippinen und Südseeinseln. In Indien und China wird es seit uralter Zeit kultiviert, und aus dem Sanskritnamen sarkura entstanden das arabische su khar und die europäischen Namen Z., sucre etc. Theophrast und Dioskorides erwähnen den Z., der damals nur medizinisch benutzt wurde. Die Juden kannten den Z. nicht, ebensowenig die alten Babylonier. Der Anbau des Zuckerrohrs rückte zuerst nach Südpersien und Arabien, dann nach Ägypten, Sizilien und Südspanien vor. Im 9. Jahrh. raffinierten die Araber schon Z. aus dem im ehemaligen Susiana gedeihenden Zuckerrohr. 996 kam aus Alexandria Z. nach Venedig und dort soll derselbe zuerst in die noch jetzt gebräuchliche Brotform (die nach andern aus China stammt) gebracht worden sein. Arabische Ärzte benutzten den Z. als Arzneimittel, und erst durch die Kreuzzüge wurde er allgemeiner bekannt. Die Mexikaner scheinen ursprünglich aus Mais Z. dargestellt zu haben; das Zuckerrohr brachte Kolumbus 1490 von den Kanarischen Inseln nach Domingo, wo es zuerst im großen gebaut wurde. Cuba hatte 1760 noch unbedeutende Ausfuhr. Nach Mexiko kam das Zuckerrohr zu Cortez' Zeiten, und 1553 wurde von dort Z. nach Spanien gebracht. 1531 erhielt Brasilien das Zuckerrohr, und von hier gelangte es in die englischen und französischen Kolonien. Vor dem letzten Aufstand befand sich Cuba an der Spitze aller Zuckerrohr produzierenden Länder, dann folgen Java, Manila, Brasilien und Mauritius. In Nordamerika hat besonders Louisiana, in Südamerika Brasilien und Peru, in Asien Java, China, Japan, Ostindien, in Australien die Sandwichinseln, in Afrika Ägypten und der Süden bedeutende Produktion. In Europa war die früher bedeutende Kultur völlig verschwunden, und erst in der Neuzeit ist sie in Spanien wieder aufgenommen worden. Seit dem 16. Jahrh. entstanden in fast allen europäischen Staaten Raffinerien (1797 in Dresden) zur Reinigung des Kolonialzuckers; aber noch im 17. Jahrh. war der Z. in Deutschland so teuer, daß alle weniger Bemittelten nur Sirup oder Honig gebrauchten. 1747 entdeckte Marggraf den bedeutenden Zuckergehalt der Runkelrübe. Achard (s. d.) gründete 1801 auf dem Gute Kunern in Niederschlesien die erste Rübenzuckerfabrik, der bald andre folgten. Die Ausbeute betrug damals nur 2–3 Proz., obschon bereits Nöldechen 1799 die Scheidung mittels Kalkes eingeführt und Lampadius und Schaup den günstigen Einfluß der Holzkohle nachgewiesen hatten. In Frankreich erblühte die Zuckerfabrikation seit 1811 und erhielt sich in einigen Fabriken auch nach dem Aufhören der Kontinentalsperre infolge mannigfacher Verbesserungen, wie die Einführung der Reibmaschine und der hydraulischen Presse, der Dampfheizung und der Benutzung wiederbelebungsfähiger Knochenkohle. In Deutschland waren hingegen nach Napoleons Sturz die Fabriken wieder eingegangen, und erst in den 1820er Jahren begann die Industrie bei uns von neuem Fuß zu fassen und sich namentlich in der Provinz Sachsen, wo durch den Zichorienbau der Boden für die Rübenkultur aufs beste vorbereitet war, dann auch in Anhalt, Schlesien und Braunschweig glücklich zu entwickeln. Österreich, Rußland und Belgien haben nächst Deutschland und Frankreich die am höchsten entwickelte Zuckerindustrie. Deutschland produzierte:

Die Rübenzuckerindustrie hat sich seit 1850 um das Dreißigfache vermehrt, die Rohrzuckerindustrie um das Dreifache. 1900 betrug der Anteil der Rübe an der Weltproduktion 65 Proz., 1906 infolge des großen Aufschwunges der Rohrzuckerindustrie nur noch etwa 50 Proz. Dabei ist eine bedeutende Entwickelung der Rohrzuckerländer, namentlich Cubas, auch fernerhin zu erwarten. In Cuba liefert das Hektar 40–45, Java 90–100, Hawaï über 300 dz Z., Rußland aber nur 18,5, Österreich, Frankreich, Holland etwa 34, Deutschland 43 (die Versuchswirtschaft in Halle 87) dz.

Vgl. v. Lippmann, Die Chemie der Zuckerarten (3. Aufl., Braunschw. 1904); Stammer, Lehrbuch der Zuckerfabrikation (2. Aufl., das. 1887) und Der Dampf in der Zuckerfabrikation (Magdeb. 1891, Zusatzband 1894); Stohmann, Handbuch der Zuckerfabrikation (4. Aufl. von Rümpler, Berl. 1899); Possauner, Die Zuckerfabrikation (4. Aufl., Wien 1894); Schulz, Die Berechnungen der Abdampfapparate bei der Fabrikation des Zuckers (Berl. 1863); Preuß, Leitfaden für Zuckerfabrikchemiker (das. 1892); Gröger, Chemisch-technisches Vademekum für Zuckerfabriken, 1851–1900 (Leipz. 1902) und für 1901 bis 1905 (das. 1906); Stolle, Handbuch für Zuckerfabrikschemiker (Berl. 1904); Thielmann, Die Dampfkessel für die Zuckerindustrie (das. 1889); Schiffner, Die Maschineneinrichtungen für Rohzuckerfabriken etc. (Prag 1906); Claassen, Die Zuckerfabrikation mit besonderer Berücksichtigung des Betriebes (3. Aufl., Magdeb. 1908); Grotewold, Die Zuckerindustrie (Stuttg. 1907); Claassen, Bartz und Pilet, Die Zuckerindustrie (Leipz. 1905); Rümpler, Ausführliches Handbuch der Zuckerfabrikation (Braunschw. 1906); Frühling, Anleitung zur Untersuchung der für die Zuckerindustrie in Betracht kommenden Rohmaterialien (6. Aufl., das. 1903).

Volkswirtschaftliches, Geschichte etc.: R. v. Kaufmann, Die Zuckerindustrie in ihrer wirtschaftlichen und steuerfiskalischen Bedeutung (Berl. 1878); Görz, Handel und Statistik des Zuckers mit besonderer Berücksichtigung der Absatzgebiete für deutschen Z. (das. 1884, Ergänzungsband 1885); Paasche, Zuckerindustrie und Zuckerhandel der Welt (Jena 1891) und Die Zuckerproduktion der Welt (Leipz. 1905); W. Kaufmann, Welt-Zuckerindustrie und internationales und koloniales Recht (Berl. 1904); Zimmermann, Der Z. im Welthandel (das. 1895); Schuchart, Die volkswirtschaftliche Bedeutung der technischen Entwickelung der deutschen Zuckerindustrie (Leipz. 1908); Stein, Z., Erzeugung und Verbrauch der Welt (Prag 1902); Scheibler, Aktenstücke zur Geschichte der Rübenzuckerfabrikation (Berl. 1875); v. Lippmann, Geschichte des Zuckers (Leipz. 1890); G. F. Meyer, Zur Geschichte der Zuckerfabrikation (Braunschw. 1905); Rathkes »Bibliothek für Zuckerinteressenten« (Magdeb. 1894 ff.); Zabels »Jahr- und Adreßbuch der Zuckerfabriken Europas« (das.); Wensierskis »Karte der Zuckerfabriken etc. im deutschen Zollgebiet etc.« (das. 1895); »Jahresbericht über die Untersuchungen und Fortschritte auf dem Gesamtgebiete der Zuckerfabrikation« (Braunschw., seit 1860); »Stammers Taschenkalender für Zuckerfabrikanten« (Berl.); »Zeitschrift des Vereins der deutschen Zuckerindustrie« (das., seit 1851); »Wochenschrift des Zentralvereins für Rübenzuckerindustrie in der Österreichisch-Ungarischen Monarchie« (Wien, seit 1863); »Österreichisch-ungarische Zeitschrift für Zuckerindustrie und Landwirtschaft« (das., seit 1863); »Die deutsche Zuckerindustrie« (Berl., seit 1876); »Zentralblatt für die Zuckerindustrie« (Magdeb. 1892).