Saccharose
| |
| |
| |
| Bezeichnungen | |
|---|---|
| IUPAC-Bezeichnung
β-D-Fructofuranosyl α-D-glucopyranosid
| |
| Bevorzugte IUPAC-Bezeichnung
(2R,3R,4S,5S,6R)-2-{[(2S,3S,4S,5R)-3,4-Dihydroxy-2,5-bis(hydroxymethyl)oxolan-2-yl]oxy}-6-(hydroxymethyl)oxane-3,4,5-triol | |
Andere Namen
| |
| Bezeichner | |
3D-Modell (JSmol)
|
|
| ChEBI | |
| ChEMBL | |
| ChemSpider | |
| Arzneimittelbank | |
| EC-Nummer |
|
IUPHAR/BPS
|
|
| KEGG | |
PubChem CID
|
|
| RTECS-Nummer |
|
| UNII | |
InChI
| |
SMILES
| |
| Eigenschaften | |
Chemische Formel
|
C 12H 22O 11 |
| Molare Masse | 342,30 g/mol |
| Erscheinungsbild | weißer Feststoff |
| Dichte | 1,587 g/cm3 (0,0573 lb/cu in), fest |
| Schmelzpunkt | Keiner; zersetzt sich bei 186°C (367°F; 459 K) |
Löslichkeit in Wasser
|
~200 g/dL (25 °C (77 °F)) (siehe Tabelle unten für andere Temperaturen) |
| log P | −3.76 |
| Struktur | |
Kristallstruktur
|
Monoklin |
Raumgruppe
|
P21 |
| Thermochemie | |
Standard-Verbrennungsenthalpie
Verbrennungsenthalpie (ΔcH⦵298) |
1.349,6 kcal/mol (5.647 kJ/mol) (Höherer Heizwert) |
| Gefahren | |
| NFPA 704 (Feuerdiamant) |  
0
1
0 |
| Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |
LD50 (Mittlere Dosis)
|
29700 mg/kg (oral, Ratte) |
| NIOSH (US-Grenzwerte für Gesundheitsgefährdung): | |
PEL (Zulässig)
|
TWA 15 mg/m3 (gesamt) TWA 5 mg/m3 (resp) |
REL (Empfohlen)
|
TWA 10 mg/m3 (gesamt) TWA 5 mg/m3 (resp.) |
IDLH (Unmittelbare Gefahr)
|
N.B.. |
| Sicherheitsdatenblatt (SDS) | ICSC 1507 |
| Verwandte Verbindungen | |
Verwandte Verbindungen
|
Laktose Maltose |
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
 verifizieren (was ist   ?)
Infobox Referenzen
| |
Saccharose, ein Disaccharid, ist ein Zucker, der aus den Untereinheiten Glucose und Fructose besteht. Er wird natürlich in Pflanzen produziert und ist der Hauptbestandteil von Weißzucker. Er hat die Summenformel C
12H
22O
11. ⓘ
Für den menschlichen Verzehr wird Saccharose entweder aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben gewonnen und raffiniert. Zuckerfabriken - in der Regel in tropischen Regionen in der Nähe des Zuckerrohranbaus - zerkleinern das Zuckerrohr und erzeugen Rohzucker, der zur Raffination in andere Fabriken transportiert wird. Zuckerrübenfabriken befinden sich in gemäßigten Klimazonen, wo die Rüben angebaut werden, und verarbeiten die Rüben direkt zu raffiniertem Zucker. Bei der Zuckerraffination werden die Rohzuckerkristalle gewaschen, bevor sie in einem Zuckersirup aufgelöst werden, der gefiltert und dann über Kohlenstoff geleitet wird, um eventuelle Farbreste zu entfernen. Der Zuckersirup wird dann durch Sieden unter Vakuum konzentriert und als letzter Reinigungsprozess kristallisiert, um Kristalle aus reiner Saccharose zu erhalten, die klar, geruchlos und süß sind. ⓘ
Zucker ist häufig eine Zutat bei der Herstellung von Lebensmitteln und Rezepten. Im Jahr 2017 wurden weltweit etwa 185 Millionen Tonnen Zucker produziert. ⓘ
Saccharose ist als Risikofaktor für Karies besonders gefährlich, weil Streptococcus mutans-Bakterien sie in ein klebriges, extrazelluläres Polysaccharid auf Dextranbasis umwandeln, das es ihnen ermöglicht, zusammenzuhalten und Plaque zu bilden. Saccharose ist der einzige Zucker, den die Bakterien zur Bildung dieses klebrigen Polysaccharids verwenden können. ⓘ
| Strukturformel ⓘ | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
| |||||||||||||||||||
| Kristallsystem |
monoklin-sphenoidisch | ||||||||||||||||||
| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Saccharose | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
| ||||||||||||||||||
| Summenformel | C12H22O11 | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
farb- und geruchloser kristalliner Feststoff mit süßem Geschmack | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 342,30 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Dichte |
1,57 g·cm−3 (30 °C) | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt |
185–186 °C (Zers. ab ca. 160 °C) | ||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
sehr leicht löslich in Wasser (4,87 g je g Wasser bei 100 °C) | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| Toxikologische Daten |
29,7 g·kg−1 (LD50, Ratte, oral) | ||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||||||||
Saccharose [zaxaˈroːzə] (zu lateinisch saccharum bzw. altgriechisch σάκχαρον sákcharon, „Zucker“), umgangssprachlich Haushaltszucker, Kristallzucker oder einfach Zucker genannt, ist ein Disaccharid und Kohlenhydrat. Andere Bezeichnungen für Saccharose sind Rohrzucker, Rübenzucker, Raffinadezucker oder raffinierter Zucker, brauner Zucker (im karamellisierten raffinierten Zustand), Rohzucker (im zwar auch oft braunen, aber nicht damit zu verwechselnden unraffinierten Zustand) und Sukrose oder Sucrose. ⓘ
Vor allem Zuckerrübe, Zuckerrohr und Zuckerpalme enthalten dieses Disaccharid in wirtschaftlich nutzbaren Mengen. In Saccharose sind je ein Molekül α-D-Glucose und β-D-Fructose über eine α,β-1,2-glycosidische Bindung verbunden. ⓘ
Die Konstitution wurde von Walter Norman Haworth aufgeklärt. ⓘ
Etymologie
Das Wort Saccharose wurde 1857 von dem englischen Chemiker William Miller aus dem französischen sucre ("Zucker") und dem allgemeinen chemischen Suffix für Zucker -ose gebildet. Die abgekürzte Bezeichnung Suc wird in der wissenschaftlichen Literatur häufig für Saccharose verwendet. ⓘ
Der Name Saccharose wurde 1860 von dem französischen Chemiker Marcellin Berthelot geprägt. Saccharose ist ein veralteter Name für Zucker im Allgemeinen, insbesondere für Saccharose. ⓘ
Physikalische und chemische Eigenschaften
Strukturelles O-α-D-Glucopyranosyl-(1→2)-β-D-fructofuranosid
In Saccharose sind die Monomere Glucose und Fructose über eine Etherbindung zwischen C1 an der Glucosyl-Untereinheit und C2 an der Fructosyl-Einheit verbunden. Diese Bindung wird als glykosidische Bindung bezeichnet. Glukose liegt überwiegend als Gemisch von α- und β-"Pyranose"-Anomeren vor, während Saccharose nur die α-Form aufweist. Fructose liegt als Gemisch von fünf Tautomeren vor, Saccharose dagegen nur in der β-D-Fructofuranose-Form. Im Gegensatz zu den meisten Disacchariden wird die glykosidische Bindung in Saccharose zwischen den reduzierenden Enden sowohl der Glucose als auch der Fructose gebildet und nicht zwischen dem reduzierenden Ende der einen und dem nicht reduzierenden Ende der anderen. Diese Bindung hemmt eine weitere Bindung an andere Saccharideinheiten und verhindert, dass Saccharose spontan mit zellulären und zirkulierenden Makromolekülen reagiert, wie dies bei Glukose und anderen reduzierenden Zuckern der Fall ist. Da Saccharose keine anomeren Hydroxylgruppen enthält, wird sie als nicht-reduzierender Zucker eingestuft. ⓘ
Saccharose kristallisiert in der monoklinen Raumgruppe P21 mit den Raumtemperatur-Gitterparametern a = 1,08631 nm, b = 0,87044 nm, c = 0,77624 nm, β = 102,938°. ⓘ
Die Reinheit von Saccharose wird mit Hilfe der Polarimetrie gemessen, und zwar durch die Rotation von planar polarisiertem Licht durch eine Zuckerlösung. Die spezifische Drehung bei 20 °C (68 °F) mit gelbem "Natrium-D"-Licht (589 nm) beträgt +66,47°. Handelsübliche Zuckerproben werden anhand dieses Parameters untersucht. Saccharose wird bei Umgebungsbedingungen nicht abgebaut. ⓘ
Saccharose ist chiral und daher optisch aktiv: In wässriger Lösung dreht Saccharose polarisiertes Licht im Uhrzeigersinn (spezifischer Drehwinkel α = +66,5°·ml·dm−1·g−1). Durch Spaltung von Saccharose entsteht ein Gemisch (Invertzucker), das halb aus Glucose und halb aus Fructose besteht. Diese Mischung dreht polarisiertes Licht gegen den Uhrzeigersinn (spezifischer Drehwinkel α = −20°·ml·dm−1·g−1), man beobachtet also eine Umkehrung der Drehungsrichtung („Inversion“); das 1:1-Gemisch aus Fructose und Glucose wird daher auch als Invertzucker bezeichnet. ⓘ
Saccharose zeigt daher bei der Fehling-Probe eine negative Nachweisreaktion. ⓘ
Thermische und oxidative Zersetzung
| T (°C) | S (g/dL) ⓘ |
|---|---|
| 50 | 259 |
| 55 | 273 |
| 60 | 289 |
| 65 | 306 |
| 70 | 325 |
| 75 | 346 |
| 80 | 369 |
| 85 | 394 |
| 90 | 420 |
Saccharose schmilzt nicht bei hohen Temperaturen. Stattdessen zersetzt sie sich bei 186 °C (367 °F) und bildet Karamell. Wie andere Kohlenhydrate auch, verbrennt sie zu Kohlendioxid und Wasser. Mischt man Saccharose mit dem Oxidationsmittel Kaliumnitrat, erhält man den als Raketenbonbon bekannten Treibstoff, der für den Antrieb von Amateur-Raketenmotoren verwendet wird. ⓘ
C12H22O11 + 6 KNO3 → 9 CO + 3 N2 + 11 H2O + 3 K2CO3 ⓘ
Diese Reaktion ist allerdings etwas vereinfacht. Ein Teil des Kohlenstoffs wird vollständig zu Kohlendioxid oxidiert, und andere Reaktionen wie die Wasser-Gas-Verschiebungsreaktion finden ebenfalls statt. Eine genauere theoretische Gleichung lautet: C12H22O11 + 6,288 KNO3 → 3,796 CO2 + 5,205 CO + 7,794 H2O + 3,065 H2 + 3,143 N2 + 2,988 K2CO3 + 0,274 KOH ⓘ
Saccharose verbrennt mit Chlorsäure, die bei der Reaktion von Salzsäure und Kaliumchlorat entsteht: 8 HClO3 + C12H22O11 → 11 H2O + 12 CO2 + 8 HCl ⓘ
Saccharose kann mit Schwefelsäure dehydriert werden, wobei ein schwarzer, kohlenstoffreicher Feststoff entsteht, wie in der folgenden idealisierten Gleichung angegeben: H2SO4 (Katalysator) + C12H22O11 → 12 C + 11 H2O + Wärme (und etwas H2O + SO3 als Ergebnis der Wärme). ⓘ
Die Formel für die Zersetzung von Saccharose kann als zweistufige Reaktion dargestellt werden: Die erste vereinfachte Reaktion ist die Dehydratisierung von Saccharose zu reinem Kohlenstoff und Wasser, und dann oxidiert der Kohlenstoff mit O2 aus der Luft zu CO2. ⓘ
C12H22O11 + Wärme → 12 C + 11 H2O ⓘ
12C + 12 O2 → 12 CO2 ⓘ
Hydrolyse
Bei der Hydrolyse wird die glykosidische Bindung gespalten und Saccharose in Glucose und Fructose umgewandelt. Die Hydrolyse verläuft jedoch so langsam, dass Saccharoselösungen jahrelang stehen können, ohne sich nennenswert zu verändern. Wird jedoch das Enzym Sucrase hinzugefügt, verläuft die Reaktion schnell. Die Hydrolyse kann auch durch Säuren beschleunigt werden, z. B. durch Weinstein oder Zitronensaft, beides schwache Säuren. Ebenso wandelt die Magensäure Saccharose während der Verdauung in Glucose und Fructose um, wobei die Bindung zwischen ihnen eine Acetalbindung ist, die durch eine Säure gebrochen werden kann. ⓘ
Bei (höheren) Verbrennungswärmegraden von 1349,6 kcal/mol für Saccharose, 673,0 für Glucose und 675,6 für Fructose werden bei der Hydrolyse etwa 1,0 kcal (4,2 kJ) pro Mol Saccharose freigesetzt, also etwa 3 kleine Kalorien pro Gramm Produkt. ⓘ
Synthese und Biosynthese von Saccharose
Die Biosynthese von Saccharose erfolgt im Cytoplasma von Pflanzenzellen aus den Hexose-Intermediaten UDP-Glucose und Fructose-6-phosphat. Die beiden Monosaccharide werden aus Triosephosphaten gebildet, die als Nettogewinn bei der Kohlenstoffassimilation der Photosynthese (Calvin-Zyklus) im Chloroplasten entstehen. Die beiden Triosephosphate Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat werden entweder im Chloroplasten zur Synthese von Stärke (Speicherstärke) verwendet oder aus dem Chloroplasten ins Cytosol exportiert, wo daraus Hexosen entstehen, die der Synthese von Saccharose (oder weiteren Kohlenhydraten oder Aminosäuren) dienen. ⓘ
Dazu wird zuerst Fructose-1,6-Bisphosphat durch eine Kondensationsreaktion zwischen Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gebildet, das dann durch Dephosphorylierung zu Fructose-6-P umgesetzt wird. Aus Fructose-6-P wird durch Isomerisierung auch Glucose-6-P gebildet, das durch anschließende Reaktion (nach voriger Umisomerisierung zu Glucose-1-phosphat) mit Uridintriphosphat (UTP) zu Uridindiphosphat-Glucose (UDP-Glucose) aktiviert wird. ⓘ
Die folgende Kondensation von UDP-Glucose und Fructose-6-P zu Saccharose-6-phosphat wird von dem Enzym Saccharose-phosphat-Synthase katalysiert. Die dafür nötige Energie bringt die Abspaltung von Uridindiphosphat (UDP). Zuletzt wird der Phosphatrest in einer irreversiblen Reaktion durch das Enzym Saccharose-phosphat-Phosphatase abgespalten, sodass Saccharose entsteht. ⓘ
Chemische Synthese
Nach zahlreichen erfolglosen Versuchen anderer gelang Raymond Lemieux und George Huber 1953 die Synthese von Saccharose aus acetylierter Glucose und Fructose. ⓘ
Erhitzung und Verbrennung
Beim Erhitzen von Saccharose auf 185 °C schmilzt sie und bildet unter Zersetzung eine braun werdende Schmelze (Karamell). ⓘ
Die spezifische Wärmekapazität von Saccharose beträgt etwa 1,24 kJ / (kg K). ⓘ
Wasserlöslichkeit
Saccharose ist in Wasser sehr gut löslich. Die Löslichkeit ist, wie bei den meisten Feststoffen, temperaturabhängig:
| Temperatur in °C | ω Saccharose / % | g Saccharose / kg Wasser | Dichte in g / cm³ |
|---|---|---|---|
| 0 | 64,18 | 1792 | 1,31490 |
| 5 | 64,87 | 1847 | 1,31920 |
| 10 | 65,58 | 1905 | 1,32353 |
| 15 | 66,30 | 1970 | 1,32804 |
| 20 | 67,09 | 2039 | 1,33272 |
| 25 | 67,89 | 2114 | 1,33768 |
| 30 | 68,70 | 2195 | 1,34273 |
| 35 | 69,55 | 2284 | 1,34805 |
| 40 | 70,42 | 2381 | 1,35353 |
| 45 | 71,32 | 2487 | 1,35923 |
| 50 | 72,25 | 2604 | 1,36515 |
| 55 | 73,20 | 2731 | 1,37124 |
| 60 | 74,18 | 2873 | 1,37755 |
| 65 | 75,18 | 3029 | 1,38404 |
| 70 | 76,22 | 3205 | 1,39083 |
| 75 | 77,27 | 3399 | 1,39772 |
| 80 | 78,36 | 3621 | 1,40493 |
| 85 | 79,46 | 3868 | 1,41225 |
| 90 | 80,61 | 4157 | 1,41996 |
| 95 | 81,77 | 4486 | 1,42778 |
| 100 | 82,87 | 4872 | 1,43594 |
Bei 20 °C erhält man eine Lösung mit 67 % Massenanteil (ω) (Dichte 1,33 kg/l), bei 100 °C dagegen eine 83 Gew.-%ige gesättigte Lösung mit 83 % Massenanteil (ω) (Dichte 1,44 kg/l), die beim Abkühlen jedoch keine Kristalle mehr ausscheidet („gehinderte Kristallisation“). Anzumerken sei noch, dass eine Lösung mit 60 % Massenanteil (ω) bei 105 °C, eine Lösung mit 80 % Massenanteil (ω) bei 113 °C und eine Lösung mit 90 % Massenanteil (ω) bei 132 °C siedet. (Letztere Werte entnommen aus dem Phasendiagramm von Saccharose und Wasser bei 100 kPa). ⓘ
Quellen
In der Natur kommt Saccharose in vielen Pflanzen vor, vor allem in ihren Wurzeln, Früchten und Nektaren, da sie als Energiespeicher dient, der hauptsächlich aus der Photosynthese stammt. Viele Säugetiere, Vögel, Insekten und Bakterien reichern die Saccharose in den Pflanzen an und ernähren sich von ihr; für einige ist sie die Hauptnahrungsquelle. Obwohl Honigbienen Saccharose verzehren, besteht der von ihnen produzierte Honig hauptsächlich aus Fruktose und Glukose und enthält nur Spuren von Saccharose. ⓘ
Wenn Früchte reifen, steigt ihr Saccharosegehalt in der Regel stark an, aber manche Früchte enthalten fast gar keine Saccharose. Dazu gehören Trauben, Kirschen, Heidelbeeren, Brombeeren, Feigen, Granatäpfel, Tomaten, Avocados, Zitronen und Limetten. ⓘ
Saccharose ist ein natürlich vorkommender Zucker, der jedoch mit dem Aufkommen der Industrialisierung zunehmend raffiniert und in allen Arten von verarbeiteten Lebensmitteln verwendet wird. ⓘ
Herstellung
Geschichte der Saccharoseveredelung
Die Herstellung von Tafelzucker hat eine lange Geschichte. Einige Wissenschaftler behaupten, dass die Inder während der Gupta-Dynastie um 350 n. Chr. entdeckten, wie Zucker kristallisiert werden kann. ⓘ
Andere Wissenschaftler verweisen auf alte chinesische Manuskripte aus dem 8. Jahrhundert v. Chr., in denen eine der frühesten historischen Erwähnungen des Zuckerrohrs zu finden ist, sowie auf die Tatsache, dass das Wissen über Zuckerrohr aus Indien stammte. Etwa 500 v. Chr. begannen die Bewohner des heutigen Indiens mit der Herstellung von Zuckersirup, den sie in großen flachen Schalen kühlten, um Rohzuckerkristalle zu gewinnen, die leichter zu lagern und zu transportieren waren. In der lokalen indischen Sprache wurden diese Kristalle khanda (खण्ड) genannt, woraus sich das Wort Süßigkeiten ableitet. ⓘ
Das Heer Alexanders des Großen wurde an den Ufern des Indus aufgehalten, weil sich seine Truppen weigerten, weiter nach Osten vorzudringen. Sie sahen, dass die Menschen auf dem indischen Subkontinent Zuckerrohr anbauten und "körniges, salzähnliches süßes Pulver" herstellten, das lokal sākhar (साखर) genannt wurde, was auf Griechisch als sakcharon (ζακχαρον) ausgesprochen wird (Neugriechisch, zachari, ζάχαρη). Auf ihrer Rückreise nahmen die griechischen Soldaten einige der "honigtragenden Schilfrohre" mit. Zuckerrohr blieb über ein Jahrtausend lang eine begrenzte Kulturpflanze. Zucker war eine seltene Ware, und die Zuckerhändler wurden wohlhabend. Auf dem Höhepunkt seiner finanziellen Macht war Venedig das wichtigste Zuckervertriebszentrum Europas. Die Araber begannen in Sizilien und Spanien mit der Zuckerproduktion. Erst nach den Kreuzzügen begann er, dem Honig als Süßungsmittel in Europa den Rang abzulaufen. Die Spanier begannen 1506 mit dem Anbau von Zuckerrohr auf den Westindischen Inseln (1523 auf Kuba). Die Portugiesen bauten 1532 erstmals Zuckerrohr in Brasilien an. ⓘ
Bis zum 18. Jahrhundert blieb Zucker in weiten Teilen der Welt ein Luxusgut. Nur die Wohlhabenden konnten ihn sich leisten. Im 18. Jahrhundert stieg die Nachfrage nach Tafelzucker in Europa sprunghaft an, und im 19. Jahrhundert wurde er zu einer menschlichen Notwendigkeit. Die Verwendung von Zucker reichte von der Verwendung in Tee bis hin zu Kuchen, Süßwaren und Schokolade. Die Anbieter brachten Zucker in neuartigen Formen auf den Markt, z. B. in Form von festen Hütchen, bei denen die Verbraucher eine Zuckerspitze, ein zangenähnliches Werkzeug, verwenden mussten, um Stücke abzubrechen. ⓘ
Die Nachfrage nach billigerem Haushaltszucker führte zum Teil zur Kolonisierung tropischer Inseln und Länder, in denen arbeitsintensive Zuckerrohrplantagen und die Herstellung von Haushaltszucker gedeihen konnten. Der Anbau von Zuckerrohr in heißem, feuchtem Klima und die Herstellung von Tafelzucker in Zuckermühlen mit hohen Temperaturen waren harte, unmenschliche Arbeit. Die Nachfrage nach billigen Arbeitskräften für diese Arbeit trieb zunächst den Sklavenhandel aus Afrika (vor allem Westafrika) an, gefolgt vom Handel mit Zwangsarbeitern aus Südasien (vor allem Indien). Millionen von Sklaven, gefolgt von Millionen von Vertragsarbeitern, wurden in die Karibik, den Indischen Ozean, die Pazifischen Inseln, nach Ostafrika, Natal, in die nördlichen und östlichen Teile Südamerikas und nach Südostasien gebracht. Der moderne ethnische Mix vieler Nationen, die in den letzten zwei Jahrhunderten angesiedelt wurden, wurde durch den Tafelzucker beeinflusst. ⓘ
Ab dem späten 18. Jahrhundert wurde die Zuckerproduktion zunehmend mechanisiert. Die Dampfmaschine trieb 1768 erstmals eine Zuckermühle in Jamaika an, und bald darauf ersetzte der Dampf die direkte Befeuerung als Quelle der Prozesswärme. Im selben Jahrhundert begannen die Europäer mit der Zuckerproduktion aus anderen Pflanzen zu experimentieren. Andreas Marggraf entdeckte Saccharose in der Rübenwurzel, und sein Schüler Franz Achard baute in Schlesien (Preußen) eine Fabrik zur Verarbeitung von Zuckerrüben. Der Aufschwung der Rübenzuckerindustrie fiel in die Zeit der Napoleonischen Kriege, als Frankreich und der Kontinent vom karibischen Zucker abgeschnitten waren. Im Jahr 2009 wurden etwa 20 Prozent des weltweiten Zuckers aus Rüben hergestellt. ⓘ
Heute benötigt eine große Rübenraffinerie, die täglich rund 1 500 Tonnen Zucker produziert, etwa 150 ständige Mitarbeiter für eine 24-Stunden-Produktion. ⓘ
Trends
Tafelzucker (Saccharose) wird aus pflanzlichen Quellen gewonnen. Zwei wichtige Zuckerarten sind vorherrschend: Zuckerrohr (Saccharum spp.) und Zuckerrüben (Beta vulgaris), bei denen der Zucker 12 % bis 20 % des Trockengewichts der Pflanze ausmachen kann. Zu den kleineren kommerziellen Zuckerpflanzen gehören die Dattelpalme (Phoenix dactylifera), Sorghum (Sorghum vulgare) und der Zuckerahorn (Acer saccharum). Saccharose wird durch Extraktion dieser Pflanzen mit heißem Wasser gewonnen; die Konzentration des Extrakts ergibt Sirupe, aus denen feste Saccharose auskristallisiert werden kann. Im Jahr 2017 belief sich die weltweite Produktion von Tafelzucker auf 185 Millionen Tonnen. ⓘ
Der meiste Rohrzucker stammt aus Ländern mit warmem Klima, da Zuckerrohr keinen Frost verträgt. Zuckerrüben hingegen wachsen nur in kühleren, gemäßigten Regionen und vertragen keine extreme Hitze. Etwa 80 Prozent der Saccharose wird aus Zuckerrohr gewonnen, der Rest fast ausschließlich aus Zuckerrüben. ⓘ
Mitte 2018 hatten Indien und Brasilien mit 34 Millionen Tonnen etwa die gleiche Zuckerproduktion, gefolgt von der Europäischen Union, Thailand und China als den wichtigsten Erzeugern. Indien, die Europäische Union und China waren 2018 die größten Binnenverbraucher von Zucker. ⓘ
Rübenzucker stammt aus Regionen mit kühlerem Klima: Nordwest- und Osteuropa, Nordjapan sowie einige Gebiete in den Vereinigten Staaten (einschließlich Kalifornien). In der nördlichen Hemisphäre endet die Anbausaison für Rüben mit dem Beginn der Ernte im September. Die Ernte und Verarbeitung dauert in einigen Fällen bis März. Die Verfügbarkeit von Kapazitäten in den Verarbeitungsbetrieben und die Witterungsbedingungen beeinflussen die Dauer der Ernte und der Verarbeitung - die Industrie kann geerntete Rüben bis zur Verarbeitung lagern, aber eine frostgeschädigte Rübe ist praktisch unverarbeitbar. ⓘ
Die Vereinigten Staaten setzen hohe Zuckerpreise fest, um ihre Erzeuger zu unterstützen, was zur Folge hat, dass viele frühere Abnehmer von Zucker auf Maissirup umgestiegen sind (Getränkehersteller) oder das Land verlassen haben (Süßwarenhersteller). ⓘ
Die niedrigen Preise für Glukosesirupe, die aus Weizen und Mais hergestellt werden, bedrohen den traditionellen Zuckermarkt. In Kombination mit künstlichen Süßungsmitteln können Getränkehersteller damit sehr preisgünstige Produkte herstellen. ⓘ
Maissirup mit hohem Fructosegehalt
Maissirup mit hohem Fructosegehalt (HFCS) ist als Süßungsmittel für die Lebensmittel- und Getränkeherstellung wesentlich billiger als raffinierte Saccharose. Dies hat dazu geführt, dass Saccharose in der industriellen Lebensmittelproduktion der USA teilweise durch HFCS und andere natürliche Süßungsmittel ohne Saccharose verdrängt wurde. ⓘ
Berichte in den öffentlichen Medien haben HFCS als weniger sicher als Saccharose angesehen. Die gebräuchlichsten Formen von HFCS enthalten jedoch entweder 42 Prozent Fruktose, die hauptsächlich in verarbeiteten Lebensmitteln verwendet wird, oder 55 Prozent Fruktose, die hauptsächlich in Erfrischungsgetränken verwendet wird, im Vergleich zu Saccharose, die 50 Prozent Fruktose enthält. Bei annähernd gleichem Glukose- und Fruktosegehalt scheint es keinen signifikanten Unterschied in der Sicherheit zu geben. Dennoch sind sich klinische Ernährungsberater, Mediziner und die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) einig, dass Zucker eine Quelle leerer Kalorien ist, die mit bestimmten Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht werden, und empfehlen, den Gesamtkonsum von Süßungsmitteln auf Zuckerbasis zu begrenzen. ⓘ
Arten
Zuckerrohr
Seit dem 6. Jahrhundert v. Chr. zerkleinern die Rohrzuckerhersteller das geerntete Pflanzenmaterial des Zuckerrohrs, um den Saft aufzufangen und zu filtern. Anschließend behandeln sie die Flüssigkeit, oft mit Kalk (Kalziumoxid), um Verunreinigungen zu entfernen und sie anschließend zu neutralisieren. Beim Kochen des Saftes setzt sich das Sediment am Boden ab und kann abgeschöpft werden, während der Schaum an die Oberfläche steigt und abgeschöpft wird. Beim Abkühlen kristallisiert die Flüssigkeit, meist unter Rühren, und es entstehen Zuckerkristalle. Der nicht kristallisierte Sirup wird normalerweise durch Zentrifugen entfernt. Die Hersteller können das Zuckererzeugnis dann entweder für den Eigenbedarf verkaufen oder es weiterverarbeiten, um leichtere Qualitäten herzustellen. Die Weiterverarbeitung kann in einer anderen Fabrik in einem anderen Land erfolgen. ⓘ
Zuckerrohr ist ein wichtiger Bestandteil der brasilianischen Landwirtschaft; das Land ist der weltweit größte Erzeuger von Zuckerrohr und dessen Folgeprodukten wie Kristallzucker und Ethanol (Ethanolkraftstoff). ⓘ
Rüben
Die Hersteller von Rübenzucker schneiden die gewaschenen Rüben in Scheiben und extrahieren dann den Zucker mit heißem Wasser in einem "Diffusor". Eine alkalische Lösung ("Kalkmilch" und Kohlendioxid aus dem Kalkofen) dient dann zur Ausfällung von Verunreinigungen (siehe Karbonatisierung). Nach der Filtration wird der Saft durch Eindampfen auf einen Feststoffgehalt von etwa 70 % eingedampft, und durch kontrollierte Kristallisation wird der Zucker extrahiert. Mit einer Zentrifuge werden die Zuckerkristalle aus der Flüssigkeit entfernt, die in den Kristallisationsstufen wiederverwendet wird. Wenn aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr Zucker entnommen werden kann, verwirft der Hersteller die verbleibende Flüssigkeit, die nun als Melasse bezeichnet wird, oder verkauft sie an Futtermittelhersteller weiter. ⓘ
Bei der Siebung des entstandenen Weißzuckers werden verschiedene Qualitäten für den Verkauf erzeugt. ⓘ
Rohr- versus Rübenzucker
Es ist schwierig, zwischen vollständig raffiniertem Zucker aus Rüben und Rohr zu unterscheiden. Eine Möglichkeit ist die Isotopenanalyse des Kohlenstoffs. Bei Rohr wird C4-Kohlenstoff fixiert, während bei Rüben C3-Kohlenstoff fixiert wird, was zu einem unterschiedlichen Verhältnis von 13C- und 12C-Isotopen in der Saccharose führt. Die Tests werden eingesetzt, um betrügerischen Missbrauch von EU-Subventionen aufzudecken oder gepanschten Fruchtsaft zu erkennen. ⓘ
Zuckerrohr verträgt heißes Klima besser, aber für die Produktion von Zuckerrohr wird etwa viermal so viel Wasser benötigt wie für die Produktion von Zuckerrüben. Aus diesem Grund haben einige Länder, die traditionell Rohrzucker produzieren (wie Ägypten), seit etwa 2008 neue Rübenzuckerfabriken gebaut. Einige Zuckerfabriken verarbeiten sowohl Zuckerrohr als auch Zuckerrüben und verlängern auf diese Weise ihre Verarbeitungszeit. ⓘ
Bei der Herstellung von Zucker fallen Rückstände an, die sich je nach den verwendeten Rohstoffen und dem Ort der Herstellung erheblich unterscheiden. Während Rohrmelasse häufig für die Zubereitung von Lebensmitteln verwendet wird, ist Melasse aus Zuckerrüben für den Menschen ungenießbar und wird daher meist als industrielles Fermentationsmaterial (zum Beispiel in Alkoholbrennereien) oder als Tierfutter verwendet. Nach dem Trocknen können beide Arten von Melasse als Brennstoff verwendet werden. ⓘ
Reiner Rübenzucker ist auf dem Markt nur schwer zu finden und entsprechend gekennzeichnet. Obwohl einige Hersteller ihr Produkt eindeutig als "reinen Rohrzucker" bezeichnen, wird Rübenzucker fast immer einfach als Zucker oder reiner Zucker bezeichnet. Aus Gesprächen mit den 5 größten Rübenzuckerproduzenten ging hervor, dass viele Handelsmarken oder "Private Label"-Zuckerprodukte reiner Rübenzucker sind. Anhand des Chargencodes können das Unternehmen und die Pflanze, aus der der Zucker stammt, identifiziert werden, so dass Rübenzucker identifiziert werden kann, wenn die Codes bekannt sind. ⓘ
Kulinarische Zuckerarten
Mühlenweiß
Mühlenweiß, auch Plantagenweiß, Kristallzucker oder Superior-Zucker genannt, wird aus Rohzucker hergestellt. Während der Herstellung wird er Schwefeldioxid ausgesetzt, um die Konzentration der Farbstoffe zu verringern und eine weitere Farbentwicklung während des Kristallisationsprozesses zu verhindern. Obwohl dieses Produkt in den Zuckerrohranbaugebieten weit verbreitet ist, lässt es sich nicht gut lagern oder versenden. Nach einigen Wochen neigen die Verunreinigungen zu Verfärbungen und Verklumpungen, weshalb diese Zuckerart im Allgemeinen auf den lokalen Verbrauch beschränkt ist. ⓘ
Blanco directo
Blanco directo, ein in Indien und anderen südasiatischen Ländern verbreiteter Weißzucker, wird durch Ausfällen vieler Verunreinigungen aus dem Zuckerrohrsaft mit Hilfe von Phosphorsäure und Kalziumhydroxid hergestellt, ähnlich der Karbonatisierungstechnik, die bei der Raffination von Rübenzucker verwendet wird. Blanco directo ist reiner als Weißzucker aus der Mühle, aber weniger rein als Weißraffinade. ⓘ
Weiß raffiniert
Weißer raffinierter Zucker ist die in Nordamerika und Europa am weitesten verbreitete Form von Zucker. Raffinierter Zucker wird durch Auflösen und Reinigen des Rohzuckers mit Phosphorsäure, ähnlich wie beim blanco directo, durch Karbonatisierung mit Kalziumhydroxid und Kohlendioxid oder durch verschiedene Filtrationsverfahren hergestellt. Anschließend wird er durch Filtration über ein Bett aus Aktivkohle oder Knochenkohle weiter gereinigt. Rübenzuckerraffinerien stellen raffinierten Weißzucker direkt und ohne Zwischenstufe her. ⓘ
Raffinierter Weißzucker wird in der Regel als Kristallzucker verkauft, der getrocknet wurde, um ein Verklumpen zu verhindern, und in verschiedenen Kristallgrößen für den privaten und industriellen Gebrauch erhältlich ist:
- Grobkörniger Zucker, wie z. B. Sandzucker (auch "Perlzucker", "Dekorationszucker", "Nibbed Sugar" oder "Sugar Nibs" genannt) ist ein grobkörniger Zucker, der verwendet wird, um Backwaren und Süßigkeiten Glanz und Geschmack zu verleihen. Seine großen, reflektierenden Kristalle lösen sich nicht auf, wenn sie erhitzt werden.
- Granulierter Zucker, bekannt als Haushaltszucker, mit einer Korngröße von etwa 0,5 mm Durchmesser. "Würfelzucker" ist ein Würfelzucker, der durch Mischen von Kristallzucker mit Zuckersirup hergestellt wird.
- Streuzucker (0,35 mm), ein sehr feiner Zucker in Großbritannien und anderen Commonwealth-Ländern, der so genannt wird, weil die Körner klein genug sind, um durch einen Zuckerstreuer zu passen, der ein kleines Gefäß mit einem perforierten Deckel ist, aus dem der Zucker bei Tisch gestreut wird. Er wird häufig zum Backen und für Mischgetränke verwendet und in den Vereinigten Staaten als "superfine" Zucker verkauft. Aufgrund seiner Feinheit löst er sich schneller auf als normaler weißer Zucker und eignet sich besonders für Baisers und kalte Flüssigkeiten. Streuzucker kann zu Hause zubereitet werden, indem man Kristallzucker ein paar Minuten lang in einem Mörser oder einer Küchenmaschine mahlt.
- Puderzucker, 10X-Zucker, Konditorzucker (0,060 mm) oder Puderzucker (0,024 mm), der durch Mahlen von Zucker zu einem feinen Pulver hergestellt wird. Der Hersteller kann eine kleine Menge Antibackmittel hinzufügen, um ein Verklumpen zu verhindern - entweder Maisstärke (1 % bis 3 %) oder Tri-Calciumphosphat. ⓘ
Brauner Zucker entsteht entweder in den späten Stadien der Rohrzuckerraffination, wenn der Zucker feine Kristalle mit einem hohen Melassegehalt bildet, oder durch Überziehen von weißem raffiniertem Zucker mit einem Sirup aus Rohrmelasse (Blackstrap-Melasse). Die Farbe und der Geschmack von braunem Zucker werden mit zunehmendem Melassegehalt stärker, ebenso wie seine feuchtigkeitsbindenden Eigenschaften. Brauner Zucker neigt auch dazu, sich zu verhärten, wenn er der Luft ausgesetzt wird, was sich jedoch durch eine sachgemäße Handhabung wieder rückgängig machen lässt. ⓘ
Messung
Gelöster Zuckergehalt
Wissenschaftler und die Zuckerindustrie verwenden die von Adolf Brix eingeführten Grad Brix (Symbol °Bx) als Maßeinheit für das Massenverhältnis von gelöstem Stoff zu Wasser in einer Flüssigkeit. Eine Saccharoselösung mit 25 °Bx hat 25 Gramm Saccharose pro 100 Gramm Flüssigkeit; oder anders ausgedrückt, in den 100 Gramm Lösung sind 25 Gramm Saccharosezucker und 75 Gramm Wasser enthalten. ⓘ
Die Brix-Grade werden mit einem Infrarotsensor gemessen. Diese Messung ist nicht gleichzusetzen mit den Brix-Graden einer Dichte- oder Brechungsindexmessung, da sie speziell die Konzentration des gelösten Zuckers und nicht die aller gelösten Feststoffe misst. Bei Verwendung eines Refraktometers sollte das Ergebnis als "refraktometrische Trockensubstanz" (RDS) angegeben werden. Man könnte sagen, dass eine Flüssigkeit 20 °Bx RDS hat. Dies bezieht sich auf die Messung des Gewichtsprozentsatzes der gesamten getrockneten Feststoffe und ist zwar technisch gesehen nicht dasselbe wie der mit der Infrarotmethode ermittelte Brix-Grad, ermöglicht aber eine genaue Messung des Saccharosegehalts, da Saccharose tatsächlich den Großteil der getrockneten Feststoffe ausmacht. Mit dem Aufkommen von Inline-Infrarot-Brix-Messsensoren ist die Messung der Menge an gelöstem Zucker in Produkten durch eine direkte Messung wirtschaftlich geworden. ⓘ
Verbrauch
Raffinierter Zucker war vor dem 18. Jahrhundert ein Luxusgut. Jahrhundert ein Luxusgut, wurde im 18. Jahrhundert weithin beliebt und entwickelte sich im 19. Jahrhundert zu einem notwendigen Lebensmittel. Diese Entwicklung des Geschmacks und der Nachfrage nach Zucker als unverzichtbarem Lebensmittel löste große wirtschaftliche und soziale Veränderungen aus. Schließlich wurde der Haushaltszucker so billig und weit verbreitet, dass er die Standardküche und aromatisierte Getränke beeinflusste. ⓘ
Saccharose ist ein wichtiger Bestandteil von Süßwaren und Desserts. Köche verwenden ihn zum Süßen. In ausreichender Konzentration kann sie auch als Konservierungsmittel für Lebensmittel verwendet werden. Saccharose ist wichtig für die Struktur vieler Lebensmittel, darunter Kekse und Plätzchen, Kuchen und Torten, Süßigkeiten, Eiscreme und Sorbets. Sie ist eine häufige Zutat in vielen verarbeiteten Lebensmitteln und so genannten "Junk Foods". ⓘ
Nährwertbezogene Informationen
| Nährwert pro 100 g (3,5 Unzen) | |
|---|---|
| Energie | 1.620 kJ (390 kcal) |
Kohlenhydrate | 100 g |
0 g | |
Eiweiß | 0 g |
| Vitamine | Menge %DV† |
| Thiamin (B1) | 0% 0 mg |
| Riboflavin (B2) | 0% 0 mg |
| Niacin (B3) | 0% 0 mg |
| Vitamin C | 0% 0 mg |
| Mineralstoffe | Menge %DV† |
| Eisen | 0% 0 mg |
| Phosphor | 0% 0 mg |
| Kalium | 0% 2,0 mg |
| Selen | 1% 0,6 μg |
| |
| †Die Prozentsätze wurden anhand der US-Empfehlungen für Erwachsene grob geschätzt. Quelle: USDA FoodData Central | |
Vollständig raffinierter Zucker besteht zu 99,9 % aus Saccharose und liefert somit nur Kohlenhydrate als Nährstoff und 390 Kilokalorien pro 100 g Portion (USDA-Daten, rechte Tabelle). Vollraffinierter Zucker enthält keine wichtigen Mikronährstoffe (rechte Tabelle). ⓘ
Stoffwechsel von Saccharose
Beim Menschen und anderen Säugetieren wird Saccharose durch Sucrase- oder Isomaltase-Glykosidhydrolasen, die sich in der Membran der Mikrovilli, die den Zwölffingerdarm auskleiden, befinden, in die Monosaccharide Glukose und Fruktose aufgespalten, aus denen sie besteht. Die entstehenden Glukose- und Fruktosemoleküle werden dann schnell in den Blutkreislauf aufgenommen. In Bakterien und einigen Tieren wird Saccharose durch das Enzym Invertase verdaut. Saccharose ist ein leicht assimilierbarer Makronährstoff, der eine schnelle Energiequelle darstellt und bei der Aufnahme einen raschen Anstieg des Blutzuckerspiegels hervorruft. Saccharose hat als reines Kohlenhydrat einen Energiegehalt von 3,94 Kilokalorien pro Gramm (oder 17 Kilojoule pro Gramm). ⓘ
Bei übermäßigem Verzehr kann Saccharose zur Entwicklung des metabolischen Syndroms beitragen, einschließlich eines erhöhten Risikos für Typ-2-Diabetes, Gewichtszunahme und Fettleibigkeit bei Erwachsenen und Kindern. ⓘ
Zahnverfall
Karies ist zu einem ausgeprägten Gesundheitsrisiko geworden, das mit dem Verzehr von Zucker, insbesondere Saccharose, in Verbindung gebracht wird. Mundbakterien wie Streptococcus mutans leben im Zahnbelag und verstoffwechseln alle freien Zucker (nicht nur Saccharose, sondern auch Glukose, Laktose, Fruktose und gekochte Stärke) in Milchsäure. Die entstehende Milchsäure senkt den pH-Wert der Zahnoberfläche und entzieht ihr Mineralien, was als Karies bezeichnet wird. ⓘ
Alle 6-Kohlenstoff-Zucker und Disaccharide, die auf 6-Kohlenstoff-Zuckern basieren, können von Zahnbelagbakterien in Säure umgewandelt werden, die die Zähne demineralisiert, aber Saccharose kann für Streptococcus sanguinis (früher Streptococcus sanguis) und Streptococcus mutans von besonderem Nutzen sein. Saccharose ist der einzige Nahrungszucker, der durch extrazelluläre Enzyme in klebrige Glucane (dextranähnliche Polysaccharide) umgewandelt werden kann. Diese Glucane ermöglichen es den Bakterien, an der Zahnoberfläche zu haften und dicke Plaqueschichten zu bilden. Die anaeroben Bedingungen tief in der Plaque fördern die Bildung von Säuren, die zu kariösen Läsionen führen. So könnte Saccharose es S. mutans, S. sanguinis und vielen anderen Bakterienarten ermöglichen, stark zu haften und sich der natürlichen Entfernung, z. B. durch den Speichelfluss, zu widersetzen, obwohl sie durch Zähneputzen leicht zu entfernen sind. Die von den Plaquebakterien produzierten Glucane und Levane (Fruktosepolysaccharide) dienen den Bakterien auch als Nahrungsreserve. Diese besondere Rolle der Saccharose bei der Kariesentstehung ist umso bedeutsamer, als Saccharose fast überall als das beliebteste Süßungsmittel verwendet wird. Die weit verbreitete Ersetzung von Saccharose durch Maissirup mit hohem Fructosegehalt (HFCS) hat die von Saccharose ausgehende Gefahr nicht verringert. Auch wenn geringere Mengen an Saccharose in der Nahrung vorhanden sind, reichen sie für die Entwicklung von dicker, anaerober Plaque aus, und die Plaquebakterien verstoffwechseln andere Zucker in der Nahrung, wie die Glukose und Fruktose in HFCS. ⓘ
Glykämischer Index
Saccharose ist ein Zweifachzucker, der zu 50 % aus Glukose und zu 50 % aus Fruktose besteht und einen glykämischen Index von 65 hat. Saccharose wird schnell verdaut, hat aber einen relativ niedrigen glykämischen Index, da der Fruchtzuckergehalt nur minimale Auswirkungen auf den Blutzuckerspiegel hat. ⓘ
Wie bei anderen Zuckern wird Saccharose durch das Enzym Sucrase in seine Bestandteile zerlegt und zu Glucose (Blutzucker) aufgespalten. Der Glukosebestandteil wird ins Blut transportiert, wo er dem unmittelbaren Stoffwechselbedarf dient, oder er wird umgewandelt und in der Leber als Glykogen gespeichert. ⓘ
Gicht
Das Auftreten von Gicht ist mit einer übermäßigen Produktion von Harnsäure verbunden. Eine Ernährung, die reich an Saccharose ist, kann zu Gicht führen, da sie den Insulinspiegel erhöht, was die Ausscheidung von Harnsäure aus dem Körper verhindert. Mit dem Anstieg der Harnsäurekonzentration im Körper erhöht sich auch die Konzentration der Harnsäure in der Gelenkflüssigkeit, und ab einer kritischen Konzentration beginnt die Harnsäure, sich in Form von Kristallen abzusetzen. Forscher haben zuckerhaltige Getränke mit hohem Fruchtzuckergehalt mit einem Anstieg der Gichtfälle in Verbindung gebracht. ⓘ
UN-Ernährungsempfehlung
Im Jahr 2015 veröffentlichte die Weltgesundheitsorganisation eine neue Leitlinie zur Zuckeraufnahme für Erwachsene und Kinder, die das Ergebnis einer umfassenden Überprüfung der verfügbaren wissenschaftlichen Erkenntnisse durch eine multidisziplinäre Expertengruppe ist. Die Leitlinie empfiehlt, dass sowohl Erwachsene als auch Kinder sicherstellen sollten, dass ihre Aufnahme von freien Zuckern (Monosaccharide und Disaccharide, die Lebensmitteln und Getränken vom Hersteller, Koch oder Verbraucher zugesetzt werden, sowie Zucker, der von Natur aus in Honig, Sirup, Fruchtsäften und Fruchtsaftkonzentraten enthalten ist) weniger als 10 % der Gesamtenergiezufuhr beträgt. Ein Anteil von weniger als 5 % an der Gesamtenergiezufuhr bringt zusätzliche gesundheitliche Vorteile mit sich, insbesondere im Hinblick auf die Zahnkaries. ⓘ
Religiöse Bedenken
In der Zuckerraffinerie wird häufig Knochenkohle (kalzinierte Tierknochen) zum Entfärben verwendet. Etwa 25 % des in den USA hergestellten Zuckers wird mit Knochenkohle als Filter verarbeitet, der Rest wird mit Aktivkohle verarbeitet. Da Knochenkohle offenbar nicht im fertigen Zucker verbleibt, betrachten die jüdischen Religionsführer den damit gefilterten Zucker als pareve, d. h. er enthält weder Fleisch noch Milchprodukte und kann mit beiden Arten von Lebensmitteln verwendet werden. Der Knochenkohle muss jedoch von einem koscheren Tier (z. B. einer Kuh oder einem Schaf) stammen, damit der Zucker koscher ist. ⓘ
Handel und Wirtschaft
Zucker ist seit jeher eine der am meisten gehandelten Waren der Welt und macht etwa 2 % des weltweiten Trockenfrachtmarktes aus. Die internationalen Zuckerpreise sind sehr unbeständig und schwankten in den letzten 50 Jahren zwischen etwa 3 Cent und über 60 Cent pro Pfund. Etwa 100 der 180 Länder der Welt produzieren Zucker aus Rüben oder Rohr, einige weitere raffinieren Rohzucker zu Weißzucker, und alle Länder verbrauchen Zucker. Der Zuckerkonsum reicht von etwa 3 Kilogramm pro Person und Jahr in Äthiopien bis zu etwa 40 kg/Person/Jahr in Belgien. Der Pro-Kopf-Verbrauch steigt mit dem Pro-Kopf-Einkommen an, bis er in Ländern mit mittlerem Einkommen ein Plateau von etwa 35 kg pro Person und Jahr erreicht. ⓘ
Viele Länder subventionieren die Zuckerproduktion stark. Die Europäische Union, die Vereinigten Staaten, Japan und viele Entwicklungsländer subventionieren die heimische Produktion und halten hohe Einfuhrzölle aufrecht. Die Zuckerpreise in diesen Ländern waren oft bis zum Dreifachen der Preise auf dem internationalen Markt; heute, bei den gegenwärtig hohen Terminkontraktpreisen für Zucker auf dem Weltmarkt, waren diese Preise in der Regel doppelt so hoch wie die Weltmarktpreise. ⓘ
In den internationalen Handelsgremien, insbesondere in der Welthandelsorganisation (WTO), argumentieren die G20-Länder unter der Führung Brasiliens seit langem, dass die Zuckerproduzenten der G20-Länder niedrigere Preise erhalten als im Freihandel, da diese Zuckermärkte im Wesentlichen Rohrzuckerimporte ausschließen. Während sowohl die Europäische Union als auch die Vereinigten Staaten Handelsabkommen unterhalten, nach denen bestimmte Entwicklungsländer und die am wenigsten entwickelten Länder (LDC) bestimmte Zuckermengen frei von den üblichen Einfuhrzöllen auf ihren Märkten verkaufen können, haben sich Länder außerhalb dieser bevorzugten Handelsregelungen darüber beschwert, dass diese Vereinbarungen gegen das Prinzip der "Meistbegünstigung" im internationalen Handel verstoßen. Dies hat in der Vergangenheit zu zahlreichen Zöllen und Abgaben geführt. ⓘ
Im Jahr 2004 stellte sich die WTO auf die Seite einer Gruppe von Rohrzucker exportierenden Ländern (angeführt von Brasilien und Australien) und entschied, dass die EU-Zuckerregelung und das begleitende AKP-EU-Zuckerprotokoll, das einer Gruppe von afrikanischen, karibischen und pazifischen Ländern einen präferenziellen Zugang zum europäischen Zuckermarkt gewährte, illegal sind. Als Reaktion auf diese und andere Entscheidungen der WTO und aufgrund des internen Drucks gegen die EU-Zuckerregelung schlug die Europäische Kommission am 22. Juni 2005 eine radikale Reform der EU-Zuckerregelung vor, die eine Preissenkung um 39 % und die Abschaffung aller EU-Zuckerexporte vorsah. Die Zuckerexporteure aus Afrika, der Karibik, dem Pazifik und den am wenigsten entwickelten Ländern reagierten mit Bestürzung auf die Vorschläge der EU-Zuckermarktordnung. Am 25. November 2005 stimmte die EG zu, die EU-Zuckerpreise ab 2009 um 36 % zu senken. ⓘ
Im Jahr 2007 schien es, dass das US-Zuckerprogramm das nächste Ziel für eine Reform werden könnte. Einige Beobachter rechneten jedoch mit einer starken Lobbyarbeit der US-Zuckerindustrie, die bei den US-Wahlen 2006 2,7 Millionen Dollar an die Kandidaten des Repräsentantenhauses und des Senats spendete, mehr als jede andere Gruppe von US-Lebensmittelanbauern. Besonders prominent unter den Zuckerlobbyisten waren die Gebrüder Fanjul, die so genannten "Zuckerbarone", die die größten Einzelspenden an die Demokratische und die Republikanische Partei im politischen System der USA leisteten. ⓘ
Kleine Mengen Zucker, insbesondere Spezialzucker, gelangen als "Fairtrade"-Ware auf den Markt; im Rahmen des Fairtrade-Systems werden diese Produkte unter der Voraussetzung produziert und verkauft, dass ein größerer als der übliche Anteil der Einnahmen Kleinbauern in den Entwicklungsländern zugute kommt. Während jedoch die Fairtrade Foundation Kleinbauern eine Prämie von 60,00 $ pro Tonne für Zucker mit der Bezeichnung "Fairtrade" anbietet, bieten staatliche Programme wie das U.S. Sugar Program und das AKP-EU-Zuckerprotokoll Prämien von rund 400,00 $ pro Tonne über dem Weltmarktpreis. Am 14. September 2007 gab die EU jedoch bekannt, dass sie angeboten habe, "alle Zölle und Quoten für die Einfuhr von Zucker in die EU abzuschaffen". ⓘ
Die U.S. Sugar Association startete daraufhin eine Kampagne, um Zucker gegenüber künstlichen Ersatzstoffen zu fördern. Der Verband widerspricht nun aggressiv vielen weit verbreiteten Überzeugungen über die negativen Nebenwirkungen des Zuckerkonsums. Die Kampagne wurde während der Primetime-Emmy-Verleihung 2007 auf dem Fernsehsender FOX in einem viel beachteten Werbespot ausgestrahlt. ⓘ
Vorkommen, Gewinnung und Bedeutung in Pflanzen
Saccharose wird von vielen Pflanzen mittels Photosynthese gebildet, für die Gewinnung des Haushaltszuckers sind vor allem Zuckerrüben, Zuckerrohr und Zuckerpalme (vornehmlich in Indonesien) von Bedeutung. In kleineren Mengen wird Saccharose auch aus dem Saft des Zuckerahorns gewonnen. Zudem bildet der ausschließlich oder überwiegend Saccharose enthaltende Phloemsaft vieler Pflanzen die Grundlage der Honigproduktion – indem die Bienen entweder direkt pflanzliche Absonderungen wie Nektar oder aber die Honigtau genannten Ausscheidungen von Phloemsaft saugenden Insekten (v. a. Schnabelkerfen wie Blattläusen, Schildläusen, Blattflöhen, Mottenschildläusen sowie verschiedener Zikaden) sammeln. ⓘ
Bedeutung als Transportzucker
Saccharose ist der wichtigste Transportzucker in Pflanzen. Dazu eignet sie sich besser als freie Hexosen, da sie als nicht-reduzierendes Disaccharid chemisch inert ist. Die durch die Photosynthese in grünen Pflanzenzellen bei Licht entstehende Saccharose gelangt durch passiven Transport in den Apoplasten und anschließend durch aktiven Transport in das assimilatleitende Phloem der pflanzlichen Leitgewebe. Im Phloem wird sie zu anderen, nicht-photosynthetischen Geweben, wie z. B. Wachstumszonen oder Speichergeweben, transportiert. ⓘ
Andere Transportzucker sind in manchen Pflanzenfamilien (z. B. Kürbisgewächse, Walnussgewächse) Raffinosen. ⓘ
Abbau und Verwertung
Für den Saccharose-Abbau in den Zielgeweben gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. ⓘ
In Wachstumszonen wie Spross- und Wurzelspitze (Meristeme) wird Saccharose aus dem Phloem symplasmatisch durch Plasmodesmata transportiert. In den Zellen wird sie in Umkehr der Synthesereaktion durch das Enzym Saccharose-Synthase mit UDP zu UDP-Glucose und Fructose gespalten. Die beiden Hexosen können zu Glucose-6-P umgeformt und z. B. zur Energiegewinnung in die Glycolyse eingeführt werden. ⓘ
In Speichergeweben wird Saccharose apoplastisch aus dem Phloem zu den Zielzellen transportiert. Sie kann durch aktiven Transport in die Zelle aufgenommen werden und dort von der Saccharose-Synthase abgebaut werden. Der Großteil wird jedoch in der Zellwand von Invertasen in Glucose und Fructose gespalten. Die beiden Monosaccharide können durch Symporter von der Zelle aufgenommen werden, wo sie als Glucose-6-P in den Chloroplasten transportiert und zur Synthese von Speicherstärke verwendet werden. ⓘ
Analytik
Die zuverlässige qualitative und quantitative Bestimmung der Saccharose gelingt nach angemessener Probenvorbereitung in Urin und Blutplasma durch Kopplung der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie mit der Massenspektrometrie. Zur Bestimmung in pflanzlichem Material kann auch die Kopplung der Gaschromatographie mit der Massenspektrometrie eingesetzt werden. Dabei werden die zu bestimmenden Zucker in flüchtige Trimethylsilylderivate umgewandelt. ⓘ
Süßkraft
Die Süßkraft ist eine Größe der Dimension Zahl, welche die relative Süße eines Stoffes angibt. Die Werte der Süßkraft beziehen sich dabei auf Saccharose, welcher eine Süßkraft von 1 zugeordnet wird. Die Süßkraft dient einem halbquantitativen Vergleich insbesondere zu anderen natürlichen oder künstlichen Süßungsmitteln. Süßungsmittel können eine mehrere hundert- oder tausendfache Süßkraft gegenüber Saccharose aufweisen. Interessanterweise gehört ein Derivat der Saccharose, D-(+)-Saccharoseoctaacetat, zu den bittersten bekannten Verbindungen. ⓘ
Verwendung von Zucker als Lebensmittel
Saccharose wird traditionell in vielfältiger Form als Lebensmittel und Lebensmittelzusatz verwendet. ⓘ
| Nahrungsmittel | Gesamtkohlenhydrate inkl. Ballaststoffe |
Gesamtzucker | Fructose | Glucose | Saccharose | Fructose/ Glucose Verhältnis |
Saccharose in % des Gesamtzuckers |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Früchte | |||||||
| Apfel | 13,8 | 10,4 | 5,9 | 2,4 | 2,1 | 2,0 | 19,9 |
| Aprikose | 11,1 | 9,2 | 0,9 | 2,4 | 5,9 | 0,7 | 63,5 |
| Banane | 22,8 | 12,2 | 4,9 | 5,0 | 2,4 | 1,0 | 20,0 |
| Feige, getrocknet | 63,9 | 47,9 | 22,9 | 24,8 | 0,9 | 0,93 | 0,15 |
| Trauben | 18,1 | 15,5 | 8,1 | 7,2 | 0,2 | 1,1 | 1 |
| Orange | 12,5 | 8,5 | 2,25 | 2,0 | 4,3 | 1,1 | 50,4 |
| Pfirsich | 9,5 | 8,4 | 1,5 | 2,0 | 4,8 | 0,9 | 56,7 |
| Birne | 15,5 | 9,8 | 6,2 | 2,8 | 0,8 | 2,1 | 8,0 |
| Ananas | 13,1 | 9,9 | 2,1 | 1,7 | 6,0 | 1,1 | 60,8 |
| Pflaume | 11,4 | 9,9 | 3,1 | 5,1 | 1,6 | 0,66 | 16,2 |
| Gemüse | |||||||
| Rote Beete | 9,6 | 6,8 | 0,1 | 0,1 | 6,5 | 1,0 | 96,2 |
| Karotte | 9,6 | 4,7 | 0,6 | 0,6 | 3,6 | 1,0 | 77 |
| Paprika | 6,0 | 4,2 | 2,3 | 1,9 | 0,0 | 1,2 | 0,0 |
| Zwiebel | 7,6 | 5,0 | 2,0 | 2,3 | 0,7 | 0,9 | 14,3 |
| Süßkartoffel | 20,1 | 4,2 | 0,7 | 1,0 | 2,5 | 0,9 | 60,3 |
| Yamswurzel | 27,9 | 0,5 | Spuren | Spuren | Spuren | – | Spuren |
| Zuckerrohr | 13–18 | 0,2 – 1,0 | 0,2 – 1,0 | 11–16 | 1,0 | hoch | |
| Zuckerrübe | 17–18 | 0,1 – 0,5 | 0,1 – 0,5 | 16–17 | 1,0 | hoch | |
| Getreide | |||||||
| Mais | 19,0 | 6,2 | 1,9 | 3,4 | 0,9 | 0,61 | 15,0 |