Zuckerherstellung

Bei der Zuckerfabrikation wird aus Pflanzen mit hohem Zuckergehalt der Zucker extrahiert und in verschiedenen Formen und Reinheitsgraden verbrauchsfähig hergestellt.

Rübenzucker-Erzeugung

Reinigen und Zerkleinern

Die geernteten Zuckerrüben werden in der Zuckerfabrik zunächst gewaschen, von anhaftenden Bodenbestandteilen (Lehm, Sand, Steine) gereinigt und anschließend zu „Zuckerrübenschnitzeln“ zerteilt.

Auslaugen und Ausfällen von nichtlöslichen Begleitstoffen

Anschließend wird durch heißes Wasser im Extraktionsturm mithilfe des Gegenstromverfahrens unter Nutzung des Diffusionsprozesses der Rohsaft extrahiert. Dieser „Dünnsaft“ mit circa 14 % Rohzuckergehalt wird mittels der Kalk-Kohlensäure-Reinigung von Nicht-Zuckerstoffen getrennt, gefiltert und durch Verdampfen eingedickt. Dazu wird Kohlendioxid CO₂ und Calciumoxid CaO (Gebrannter Kalk) verwendet, welches mit Wasser zu Calciumhydroxid (Gelöschter Kalk, Kalkwasser) reagiert. Das eingeblasene Kohlendioxid reagiert mit den Calciumionen zu Calciumcarbonat (Kalk), der ausfällt und dabei viele Fremdstoffe mitreißt. Der Kalk wird in Kerzenfiltern und Filterpressen vom Dünnsaft getrennt. Da die Lösung stark basisch ist, fallen viele Metallionen als schwerlösliche Metallhydroxide aus. ^[1]

Beim Diffusionsprozess fallen als Nebenprodukt die ausgelaugten Schnitzel an, die in Schnitzelpressen mechanisch auf ca. 30–34 % Trockensubstanz abgepresst werden. Das Presswasser wird zurück in den Extraktionsturm gepumpt, die Schnitzel werden thermisch auf über 90% Trockensubstanz getrocknet und anschließend unter Zugabe von Melasse zu Pellets gepresst. Diese Pellets werden als Viehfutter verkauft.

Der bei der Saftreinigung entstehende Kalk wird meistens an die Landwirte abgegeben, die ihn als Carbokalk auf die Felder zur Einstellung des pH-Wertes des Bodens aufbringen^[2].

Kristallisation

Anschließend wird aus dem Dicksaft (Zuckergehalt 65 %) durch mehrmaliges Kristallisieren bei erhöhter Temperatur und Unterdruck der Zucker gewonnen.

Zur Verbesserung der Ausbeute bei der Kristallisation wird die Melasse – Restsaft nach der Kristallisation – noch weiter aufbereitet. Eines der wirtschaftlichsten Verfahren hierfür ist das Quentin-Verfahren. Hierbei wird die Melasse mit einem Kationenaustauscher, der mit Magnesiumionen beladen ist, behandelt. Die Natrium- und Kaliumsalze der Melasse werden durch Umsalzung in Magnesiumsalze umgewandelt. Die Kristallisationsrate und damit die Ausbeute an Saccharose wird hierdurch gesteigert.

Raffinieren

Bei der Kristallisation entsteht in den „Kochapparaten“ eine Kristallsuspension. Diese wird in speziellen Zentrifugen von der Mutterlauge getrennt, in der Zentrifuge gewaschen, umkristallisiert und anschließend getrocknet. Dabei kann die Korngröße der Kristalle beeinflusst werden. Nach der Trocknung wird der Raffinadezucker in den meisten Fällen in einem klimatisierten Silo bis zum Versand gelagert.

Früher wurde der Zucker direkt nach der Produktion in Säcke verpackt und in Lagerhäusern gelagert. In vielen Fabriken in der dritten Welt geschieht dies auch heute noch auf diese Weise.

Rohzucker stellt eine weniger reine Form des Zuckers dar, er ist durch die noch vorhandenen Nichtzuckerstoffe braun gefärbt.

Als Nebenprodukt entsteht die Melasse mit einem Zuckeranteil von etwa 50 Prozent, aus der kein Zucker mehr kristallisiert werden kann, da keine Übersättigung mehr vorliegt. Die Melasse findet Verwendung bei der Hefeproduktion, in der Lebensmittelindustrie, in der pharmazeutischen Industrie und bei der Rumherstellung^[3]. Außerdem wird Melasse als „Presshilfsstoff mit Nährstoffgehalt“ bei der Futtermittelherstellung verwendet. Die bei der Zuckerherstellung anfallenden, ausgelaugten Zuckerrübenschnitzel werden pelletiert und als Futtermittel verwendet.

Rohrzucker-Erzeugung

Das geerntete Zuckerrohr wird in der Fabrik oder bereits bei der Ernte geschnitten. In den meisten Fabriken wird das Rohr in Zuckerrohrmühlen verarbeitet. In den Mühlen wird der Saft aus dem Zuckerrohr herausgepresst „Pressextraktion“, als Restmaterial entsteht die Bagasse. In einigen Fabriken sind jedoch schon Diffuseuren im Einsatz, die den Zucker mittels des Diffusionsprozesses extrahieren. Der gewonnene Saft wird in Absetzer geleitet. Dort werden durch Schwerkraft Schwebestoffe aus dem Saft entfernt. Diese einfache Art der Saftreinigung ist dafür verantwortlich, dass Rohrzucker oft braun ist. ^[4]

Die Herstellung aus Zuckerrohr verläuft nach der Saftreinigung im Wesentlichen gleich wie in der Rübenzucker-Erzeugung.

Energiewirtschaft in der Zuckerfabrikation

In Dampfkesseln wird Wasser verdampft. Der erzeugte Wasserdampf wird über eine Turbine geleitet, an die ein Generator angeschlossen ist. Der erzeugte Strom wird für die in der Fabrik vorhandenen Elektromotoren verwendet, z.B. an den Pumpen, den Zentrifugen usw.

Nachdem der Dampf die Turbine passiert hat, wird er in der Verdampfstation genutzt, um den Saft einzudicken. Dabei wird der Dampf mehrfach genutzt: In der ersten Stufe der Verdampfstation entsteht durch die Verdampfung Brüden. Dieser Brüden der ersten Stufe wird als Heizdampf für die zweite Stufe der Verdampfstation genutzt und so weiter. In modernen Rübenzuckerfabriken sind bis zu achtstufige Verdampfstationen im Einsatz. So wird der Dampf sehr effizient genutzt.

Der Heizdampf wird auch für die Kristallisation und zur Anwärmung von Säften benutzt. In modernen Rübenzuckerfabriken ist die Einsparung von thermischer Energie in den vergangenen 20 Jahren stark vorangetrieben worden, denn als Brennstoff sind Kohle, Gas oder Öl im Einsatz. In Rohrzuckerfabriken dagegen wird die Bagasse, d.h. der faserige Anteil des Zuckerrohrs, als Brennstoff genutzt. Da die sonstigen Möglichkeiten des Einsatzes der Bagasse begrenzt sind (z.B. zur Erzeugung von Spanplatten), ist der Zwang zum Energiesparen in den meisten Rohrzuckerländern nur gering ausgeprägt.

Vielfach nutzen die Fabriken aber überschüssige Bagasse, um Strom für das öffentliche Netz zu erzeugen.

Historische Zuckerfabrikation

In Schwellenstaaten wird Zucker vielfach noch mit der Dampfantriebstechnik des frühen 20. Jahrhunderts gewonnen. Auf der Hauptinsel Indonesiens, Java, in den Regionen Mittel-Java, Zentral-Java und Ost-Java sind noch etwa 50 Zuckerfabriken in Betrieb, die teilweise schon über 100 Jahre alt sind. Auch auf der Karibikinsel Kuba sind teilweise noch solche alte Zuckerfabriken in Betrieb, dort allerdings in etwas größeren Dimensionen.

Quellen

1. ↑ Hans-Albert Kurzhals: Römpp Lexikon Lebensmitteltechnik, Seite 1260
2. ↑ Agrarnet
3. ↑ "Über den Zucker"
4. ↑ Hans-Albert Kurzhals: Römpp Lexikon Lebensmitteltechnik, Seite 1259

Siehe auch

• Zuckerindustrie
• Zuckerindustrie in Brasilien

Weblinks

• Zuckerherstellung auf der Website des Unternehmens „Pfeifer und Langen“
• Zuckerfabrik Olean in Ost-Java