Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 05.04.19


Zucker aus chemischer Sicht

Vortrag von Timo Seltmann im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - OC", WS 18/19


Gliederung:

1 Produktion_von_"Haushaltszucker"

2 Zucker aus chemischer_Sicht
    
2.1 Von der Fischerprojektion zur Haworth-Schreibweise
    2.2 Disaccharide in der Haworth-Schreibweise


Einführung. Jeder der in einer WG wohnt kennt folgende Situation: man sitzt mit den Mitbewohnern zusammen und trinkt ein paar Bier. Irgendwann kommt einer auf die Idee man könnte doch Cocktails trinken und spontan wird die WG nach passenden Zutaten abgesucht. Der Klassiker unter den Cocktails ist der Caipirinha, für den man lediglich Eis, Pitu, Limetten und Rohrzucker benötigt. Wie in jeder guten WG ist eine Flasche Pitu immer vorrätig und auch die anderen Zutaten können schnell gefunden werden. Lediglich der Rohrzucker ist nicht aufzufinden und scheint das Vorhaben einen leckeren Cocktail zu mixen scheitern zu lassen, wäre da nicht die schlaue Mitbewohnerin, die vorschlägt einfach Haushaltszucker zu verwenden. Ihr Argument, der Haushaltszucker und der Rohrzucker unterscheiden sich nicht sollen im Folgenden untersucht werden.


1 Produktion von "Haushaltszucker"

Zucker kann aus unterschiedlichen Quellen gewonnen werden. Bei der Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben ( Beta vulgaris subsp. vulgaris) beginnt die Ernte der Zuckerrüben im Herbst. Nach der Ernte werden die Rüben gereinigt und in Fabriken gebracht, wo sie zu Schnitzeln zerkleinert werden. Im Anschluss wird der Zucker durch Wasserzugabe herausgelöst und man erhält den sogenannten Rohsaft mit einem Zuckergehalt von 13-15%. Durch Zugabe von Kalkmilch und Kohlensäure werden die organischen Bestandteile entfernt. Das entstehende Produkt wird Dünnsaft genannt, welchem im folgenden Schritt Wasser entzogen wird, wodurch Sirup mit einem Zuckergehalt von ungefähr 70% entsteht. Durch weiteres Eindampfen und Zugabe von Kristallisationskeimen wird die Kristallbildung eingeleitet. Durch Zentrifugation und mit Hilfe von Wasserdampf werden die Zuckerkristalle vom Sirup getrennt und weißer Zucker wird erhalten.

Der zweite industriell genutzte Rohstoff für die Zuckergewinnung ist das Zuckerrohr (Saccharum officinarum). Für die Erzeugung von Zucker aus Zuckerrohr müssen die gleichen Schritte durchlaufen werden wie bei der Produktion von Zucker aus Zuckerrüben.

Vom Dicksaft zum Dünnsaft
Abb. 1: Veränderungen vom Rohsaft zum Dicksaft [1]


2 Zucker aus chemischer Sicht

Da es keine Unterschiede bei der Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben und Zuckerrohr gibt, werden im Folgenden die Moleküle betrachtet, aus denen sich Zucker auf Teilchenebene zusammensetzt .

Spricht man umgangssprachlich von "Zucker", ist der Haushaltszucker (Saccharose) gemeint. In der Chemie ist der Begriff "Zucker" weiter gefasst und beschränkt sich nicht nur auf Saccharose. Saccharose  besteht chemisch gesehen als Disaccharid (Zweifachzucker) aus den zwei Monosacchariden (Einfachzuckern) Glucose und  Fructose. Glucose und Fructose haben beide die gleiche Summenformel. Da beide 6 Kohlenstoffatome besitzen spricht man bei beiden von Hexosen. Glucose besitzt allerdings eine Aldehydgruppe und wird deshalb als Aldose bezeichnet, wohingegen Fructose eine Ketogruppe besitzt  und deshalb als Ketose bezeichnet wird.

glucose_fischer                  fructose_fischer
Abb. 2: Glucose (links) und Fructose (rechts) sind Strukturisomere (Konstitutionsisomere).

2.1 Von der Fischerprojektion zur Haworth-Schreibweise

Möchte man ein Disaccharid als Fischerprojektion angeben, stößt man an die Grenzen dieser Darstellungsform. Aus diesem Grund ist es besser die Haworth-Schreibweise zu verwenden, die den cyklischen Charakter von Glucose und Fructose angibt. Um von der linearen Form (Fischerprojektion) zur cyklischen Form (Haworth-Schreibweise) zu kommen, sind verschiedene Schritte notwendig. die im Folgenden gezeigt werden.

fischer_zu_haworth
Abb. 3: Umwandlung der Schreibweisen: Fischerprojektion in Haworth-Schreibweise

Die Änderung der Fischerprojektion zur Haworth-Schreibweise von Fructose erfolgt analog zu der Vorgehensweise von Glucose.

2.2 Disaccharide in der Haworth-Schreibweise

Aus den beiden Monosacchariden Glucose und Fructose erhält man durch Wasserabspaltung das Disaccharid Saccharose.


Abb. 4: Haworth-Schreibweise von Saccharose


Zusammenfassung:

  1. Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben und Zuckerrohr unterscheidet sich nicht in den Produktionsschritten.
  2. Glucose und Fructose sind Strukturisomere.
  3. Zucker aus Zuckerrüben und Zuckerrohr unterscheidet sich nicht auf Teilchenebene.
  4. Zucker bezeichnet umgangssprachlich Haushaltszucker. Zucker aus chemischer Sicht ist ein weiter gefasster Begriff und beschränkt sich nicht nur auf Haushaltszucker.

Abschluss: Zucker aus Zuckerrüben oder aus Zuckerrohr unterscheidet sich weder in der Verarbeitung noch in der chemischen Zusammensetzung. Aus diesem Grund kann sowohl Zucker aus Zuckerrohr, als auch Zucker aus Zuckerrüben für den Caipirinha verwendet werden. Dennoch lohnt es sich aus Sicht des Autors, immer alle Zutaten für einen Caipirinha zuhause zu haben, damit einem schönen Abend mit den Mitbewohnern nichts mehr im Wege steht.


Literatur:

  1. https://www.rwb-essen.de/wp/wp-content/uploads/2016/12/rwb-essen-besuch-der-zuckerfabrik-euskirchen-5.jpg (27.02.2019)
  2. https://www.nordzucker.com/verbraucher/ueber-zucker/zuckerherstellung-schritt-fuer-schritt.html  (27.02.2019)
  3. https://hs-flensburg.de/ct/born/intern/Zuckertechnologie/%DCber%20den%20Zucker.pdf (27.02.2019)
  4. https://www.diamant-zucker.de/wissen/zuckerherstellung/ (27.02.2019)
  5. https://www.klett.de/alias/1010396 (12.03.2019)
  6. https://www.rwb-essen.de/wp/index.php/besuch-der-diamant-zuckerfabrik/ (27.02.2019)

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de