Physik marcus meisel , 8c
PHYSIK REFERAT Marcus Meisel , 8C
Von der Zuckerrübe zum Zucker
ZUCKER, (arabisch: Italien), ist eine Gruppe von Kohlehydraten mit der Form : Cm H2n On ; und kann aus verschiedenen Ausgangsstoffen gewonnen werden : Zuckerrohr, Zuckerrübe, Früchten, Kokospalme, Zuckerahorn,.... das waren ein paar Vertreter aus dem Pflanzenreich, aber auch im Tierreich gäbe es Möglichkeiten. Zum Beispiel aus dem Blut, Harn oder Honig.
Am rentabelsten ist aber nur die Gewinnung aus dem Zuckerrohr oder aus der Zuckerrübe.
Es gibt verschiedene Arten von Zucker. Man unterscheidet Mono-, Di- und Trisacharid, welche man unter der Bezeichnung "Sacharose" zusammenfaßt.
Die meisten Zucker sind kristallisierbar, schmecken süß, sind direkt oder auch nach chemischer Umwandlung gärungsfähig und leicht löslich in Wasser. "Fast alle " leicht löslich, weil zum Beispiel Kalziumtrisacharat C12H22O11-3CaO unlöslich ist. Die Löslichkeit in Wasser allgemein, wird durch Kalisalze so gesteigert, daß auch bei starkem Eindampfen beim Zucker auskristallisiert, war eine Melassebildung als Folge hat.
Außerdem brechen die meisten Zucker die Ebene des polarisierten Lichtes. Und zwar brechen sie die Polarisationsebene nach rechts. Zucker schmelzen auch noch bei 100° C zu einer glasartigen Masse, die beim Stehen undurchsichtig wird. Bei 200° C entsteht Karamel. Das war etwas über den Zucker allgemein, jetzt zur Gewinnung und Zuckerfabrikation durch die Zuckerrübe.
Die Zuckerrübe besteht aus 12 - 21% Zucker, 75 - 80% Wasser und 2 - 2,5% Nichtzuckerstoffe wie:
Fruchtsäure, Gummistoffe, Galactan, Arban, organischen Säuren (wie Oxalsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Apfelsäure),dann andere Zuckerarten ( wie Invertzucker, Raffinose, Kestose, Aldose), dann Farbstoffe , Fette, Harze, Eiweiße, Polypeptide, Glutamin und Glutaminsäure, Aspargin und andere Aminosäuren, Betain und andere Pflanzenbasen sowie Salze (wie Phosphate, Chloride, Sulfate und Nitrate).
All diese Stoffe erschweren die Gewinnung, behindern die spätere Kristallisation und vermindern auch die Zuckerqualität, müssen deshalb entfernt werden. Dies geschieht bei einem Verarbeitungsschritt, den ich später noch ansprechen werde, der " Saturation".
Die Rüben werden frisch verarbeitet, zu Zeit der Kampagne (von Okt.- Dez.), da längeres Lagern den Zuckergehalt vermindert. Die Rüben gelangen in Rinnen, die heißen "Rübenschwemmen", in denen sie durch fließendes Wasser zu einer Hebevorrichtung (einem Hubrad, Bagger, Schnecke oder Förderband) und durch diese in die Rübenwäschen ( das sind entweder Trommel -oder Quirlwäschen) gebracht werden.
Dort gewaschen, werden sie automatisch gewogen und in der Schnitzelmaschine in feine Streifen zerlegt. Nach dem Zerschneiden fallen die Schnitzel auf eine Schurre, die die Schnitzel einer Fördereinrichtung, und damit den Diffusionsverfahren) behandelt, wobei der Zucker ( und andere Saftanteile) durch die Zellwand der Rübenzellen in das Wasser und dieses in die Zellen eindringt (dieser Vorgang heißt Osmose). Da Zucker und Nichtzuckerstoffe ungleich diffundieren, ist Diffusions -oder Rohsaft reiner als Zellsaft. Die Diffuseure, schmiedeeiserne Behälter ( um 60 - 100 hl ) haben verschließbare Ein-u.Ausfüllöffnungen und je ein Sieb zum Zurückhalten der Schnitzel.
Drei Ventile aber ermöglichen Verbindung des Diffuseurs mit: der Druckwasserleitung (für die Gegenstromextraktion), dem Übersteigerrohr (zum benachbarten Diffuseur) und der Scheidesaftleitung.
In die Übersteigerrohre wird zur Safterwärmung Dampf eingeleitet oder ein Heizapparat (ein Kolorisator) dazugeschaltet. Etwa zwölf Diffuseure bilden eine Diffusationsbatterie (damit ist gemeint: 10 im Betrieb, einer wird mit Schnitzeln gefüllt, einer entleert).
Bei der Diffusion, oder Gegenstromextraktion, durchfließt das Wasser, beziehungsweise der Saft unter Druck alle gefüllten Diffuseure von oben nach unten, so daß die am meisten erschöpften Schnitzel mit frischem Wasser, und die frischen Schnitzel mit konzentriertem Saft in Berührung kommen. Hierbei möchte ich noch erwähnen, daß 1. extrahieren auslaugen heißt, und daß 2. man dieses Verfahren schon seit 1869 kennt.
(Zurück in die Fabrik)
Der Diffuseur, der mit der Druckwasserleitung bei geöffnetem Wasserventil unmittelbar in Verbindung steht und schließlich die am meisten erschöpften Schnitzel enthält (nämlich 97 -99% ausgelaugt), wird nach Schließen des Ventils und Öffnen desselben am folgenden Diffuseur, aus der Batterie ausgeschaltet, unten entleert und darauf frisch mit Schnitzeln gefüllt.
Der fertige Rohsaft wird durch Öffnen des Einflußventils am Saftmeßkasten in diesem übergedrückt. Aus 100kg Rüben wurden jetzt 100-120l Rohsaft abgezogen. Der Zuckergehalt des Rohsaftes ist ca. 12 -14%, aber noch verunreinigt und wird deshalb noch weiterverarbeitet.
Die ausgelaugten Schnitzel werden mit Schnitzelpressen entwässert oder dienen nach Anreicherung mit Melasse nach dem Trocknen als Viehfutter.
Der Diffusionssaft wird von Schnitzelfasern und dergleichen abgesiebt und nach Anwärmen in der Scheidepfanne durch Kalk gereinigt (das nennt man die Scheidung). Der Scheidesaft, der Kalk als Zuckerkalk (Kalziummonosacharat C12H22O11 - CaO ) gelöst enthält, wird in der Saturationspfanne saturiert. Das heißt: durch Kohlensäure vom meisten Kalk befreit, der mit den anderen Stoffen (z.B.: Salze, Säuren, Eiweiße, Pektine: Farbstoffe) ausfällt (das gesamte nennt man den Saturationsschlamm). Der Saturationssaft wird abfiltriert, auf 100%C erhitzt und nochmals saturiert.
Oft wird nach diesem Filtrieren zum dritten Mal, mit schwefeliger Säure oder einem Gemisch dieser mit Kohlensäure, saturiert und dadurch entfärbt.
Diesen dritten Schritt entnahm ich aus einem älteren Lexikon. Auf den Zetteln, die wir bekamen, wird noch extra betont, daß derartige Entfärbungsschritte nicht stattfinden. Jeder soll jetzt für sich entscheiden.
Auf jeden Fall erhält man einen Dünnsaft (mit ca. 12- 14 % Zucker).
Dieser wird filtriert und im Verdampfungsapparat unter steigender Luftleer in verbundenen Apparaturen zu Dicksaft eingedampft. Dieser wird wiederum filtriert und in Vakuum-Kochappartate zu breiartiger Füllmasse verkocht (= Zuckerkristalle u. Sirup, wobei Sirup nichts anderes heißt als "unreine Lösung"). Die Füllmasse wird meist in Sud oder Kochmaschinen weiterverarbeitet (das nennt man Kristallisation in Bewegung), um Kristalle gleichmäßiger Körnung zu erhalten. Diese werden in Zentrifugen von der Zuckerlösung (sie heißt Ablauf-oder Grünsirup und enthält noch mindestens 51% Zucker), die durch Eindampfen, Kristallisieren und Abschleudern, ebenfalls auf Rohzucker verarbeitet wird. Der zurückbleibende, nicht mehr kristallisierende, noch 41 - 50% Zucker enthaltende Sirup heißt Melasse (genauer: Rübenmelasse).
Nach Abschleudern der Füllmasse verbleibt in der Zentrifuge der gelblich bis bräunliche Rohzucker, der als sogenanntes "erstes Produkt" an die Raffinerien verkauft wird, oder er wird in der Schleuder durch Decken,(das heißt: Abwaschen mit möglichst wenig Wasser, beziehungsweise mit konzentrierter reiner Zuckerlösung = Deckkläre) vom Sirup befreit und als Weißzucker (das heißt "granulated") benutzt. Gemahlen heißt er Melis -oder Farinzucker.
Der Rohzucker wird in Zuckerraffinerien in Auflösepfannen in Wasser gelöst, die Lösung mit Kalkmitteln alkalisch gemacht, filtriert, carboniert, und in Vakuumapparaten auf Füllmasse verkocht. Diese läßt man in Brot- ,Platten- ,oder Würfelformen erstarren, befreit sie in Brotzentrifugen (Brot = Hutzucker) von Sirup, reinigt sie mit Deckkläre, trocknet und bringt sie direkt oder verkleinert in den Handel.
Kandiszucker wird aus reinster Kochkläre durch langsames Verdampfen in erwärmten Räumen gewonnen (das Produkt heißt "Kandisstone").
Melasse wird: in Melasseentzuckerungsanstalten auf Zucker verarbeitet.
Z.B.: mittels des Ausscheidungs -oder Elutionsverfahrens (= Zusatz von gepulvertem, gebrannten Kalk zwecks Ausfällung des Zuckers als unlösliches Trikalziumsacharat) oder des ähnlichen Substitutionsverfahrens oder anderem Strontiumverfahren. Melasse kann auch, wie schon anfangs erwähnt, als Viehfutter mit extrahierten Schnitzeln für Milchtiere dienen. Oder für medizinische Zwecke für die Gewinnung von Antibiotika oder Glutaminsäure (welche in 4-5%iger Konzentration vorhanden ist). Glutaminsäure ist ein wertvoller Nährstoff und als Anregungsmittel für die Nervenzellen, insbesonders die des Gehirns, geeignet.
Heute wird aber nicht nur ordinärer Zucker als Süßungsmittel verwendet, sondern auch für Diabetiker eßbare Zuckeraustauschstoffe ,wie zum Beispiel: Fructose, Mannit, Sorbit, Xylit, sowie die künstlichen Süßstoffe.
Die Zuckerrübe (Beta vulgaris var.altissima) ist eine Kulturform der Gemeinen Runkelrübe. Sie ist eine zweijährige Pflanze, was soviel bedeutet, daß im ersten Jahr die Frucht ,(die Rübe), und im zweiten Jahr der etwa ein Meter lange Blütenstand mit Samen wächst. Dieser wird aber nur zur Samengewinnung (die heute schon genetisch optimiert wurde) auf einem Teil des Ackers (falls überhaupt nicht) kultiviert. Die Rübe gedeiht nur in der gemäßigten Zone, in Gebieten mit genügend warmen, aber nicht zu feuchtem Klima.
Wen jetzt endgültig das "Rübenfieber" gepackt hat und sofort anbauen beginnen will, weiß ja jetzt wo und wann. Aber ein Blumenbeet voll Zuckerrben ist noch nicht rentabel!
DIE ZUCKERSORTEN
Der Zucker, den wir kaufen können, wird in verschiedenen Sorten angeboten:
Kristallzucker: sind die häufigst verwendeten Zuckersorten. Es sind Zucker, deren Kristallkörner deutlich sichtbar sind. Dabei unterscheidet man je nach Korngröße die Sorten Normalkristall -und Feinzucker.
Staubzucker: ist Kristallzucker, der so fein gemahlen und gesiebt wird, daß keinerlei Kristallteilchen mehr fühlbar ist. Feinster Staubzucker wird auch Puderzucker genannt.
Streuzucker: ein besonders feiner Staubzucker, der nicht zusammenklumt.
Würfelzucker: ist feinster, ohne Bindemittel zu Würfel gepreßter Kristallzucker. 1 Stück hat ungefähr 4g. Das bedeutet einen Nährwert von 67kJ oder 16kcal.
Bridgezucker: zu Symbolen von Spielkarten(Herz, Karo, Pik und Treff) geformte Zuckerstücke.
Gelierzucker: ist ein Kristallzucker, dem Apfelpektin und Zitronensäure beigemengt sind.
Marmeladen und Konfitüren, die mit diesem Zucker hergestellt werden, sind wegen der kurzen Kochzeit besonders schmackhaft und vitaminreich. Gelierzucker ist auch zur Verarbeitung von Säften und Kompotten geeignet.
Weißer Kandiszucker: durch sehr langsame Kristallisation gewonnen, besonders große Zuckerkristalle.
Brauner Kandiszucker: durch Karamel gelblich bis bräunlich gefärbter Kandiszucker. Karamel entsteht durch Erhitzen von Zucker.
Hagelzucker: ist ein weißer, sehr grobkörniger Zucker, dessen Körner nicht aus einzelnen großen, sondern aus einer Vielzahl von kleinen, zusammengeballten Kristallen bestehen.
Mit Hagelzucker werden verschiedene Backwaren dekoriert und bestreut.
Braunzucker: ist Kristallzucker, dem Sirupreste vom Rohzucker anhaften, welche ihm den typischen aromatischen Geschmack und Geruch verleihen.
Rohzucker: ist unraffinierter Kristallzucker, ist durch anhaftenden Sirup gelbbraun gefärbt, klebrig feucht und hat einen eigenen Beigeschmack. Rohzucker muß noch gereinigt werden.
Bei der "Affination" wird der Rohzucker oberflächlich durch Waschen mit Zuckersirupen steigender Reinheit gereinigt.
Zuckerhüte: haben die traditionelle Form, in der früher Zucker gehandelt wurde.
Um Kristallzucker daraus zu machen, mußten ihn früher die Hausfrauen zerbrechen und zerschlagen. Sie verwendeten dazu Zuckerzangen und Mörser. Die heute erzeugten Zuckerhüte werden vornehmlich für Feuerzangenbowlen verwendet.
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