Zucker

Korngrößenanalyse von Zucker im Labor oder direkt im Kristallisationsreaktor

Zucker gehören zur Gruppe der Kohlenhydrate und stellen einen gewichtigen Bestandteil der menschlichen Ernährung dar. Der wirtschaftlich bedeutsamste Zucker ist die hauptsächlich aus Zuckerrohr oder Zuckerrübe industriell gewonnene Saccharose (Haushaltszucker), die als Süßungsmittel und schneller Energielieferant dient. Saccharose ist ein Disaccharid (Zweifachzucker), bestehend aus den gebundenen Monosacchariden (Einfachzuckern) Glucose (Traubenzucker, Dextrose) und Fructose (Fruchtzucker). Für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie ist neben Saccharose, Glucose und Fructose weiterhin das aus der Molke gewonnene Disaccharid Lactose (Milchzucker) ein wichtiger Zusatz- oder Hilfsstoffe. Di- und Monosaccharide weisen einen süßlichen Geschmack auf, sind im Allgemeinen gut wasserlöslich und werden meist als weiße Kristalle oder kristallines Pulver mit unterschiedlichen Körnungen für die industrielle Weiterverarbeitung oder den direkten Konsum vermarktet. Je kleiner die Korngröße, desto schneller findet eine Auflösung in wässrigen Medien statt. Zucker mit feinen Kristallen eignen sich insbesondere für Mischungen mit anderen Pulvern, wobei eine enge Korngrößenverteilung gleichzeitig einer Entmischung entgegenwirkt.

Die Korngrößenanalyse ist ein wichtiges Kriterium für die Endproduktqualität und damit gleichzeitig eine Ziel- und Steuerungsgröße in der Zuckerherstellung. Die Gewinnung kristallinen Zuckers erfolgt im Rahmen einer Kristallisationsreaktion. Durch Zugabe von Impfkristallen wird eine gleichmäßige Kristallbildung angeregt. Rührwerke halten die breiige Masse ständig in Bewegung, und die Zuckerkristalle wachsen in der konzentrierten Lösung auf die gewünschte Größe heran. Die Kristalle werden anschließend ausgefiltert oder zentrifugiert, gewaschen und getrocknet.

Das Diagramm zeigt die Ergebnisse einer in-situ-Messung mit Ultraschallsensor OPUS von vier nacheinander ablaufenden Batch-Kristallisationen pharmazeutischer Glucose. Deutlich erkennbar ist das Kristallgrößenwachstum von im Mittel ca. 50 µm bis auf knapp 350 µm (x50-Wert) bei den Batches #1, #3 und #4. Die Volumenkonzentration des kristallinen Feststoffes wächst dabei von wenigen Prozent auf ca. 50 Volumenprozent an. Batch #2 zeigt bei signifikant längerer Betriebsdauer eine im Mittel erheblich gröbere finale Korngröße der Zuckerkristalle von über 450 µm.

Die gebräuchlichste Form des Haushaltszuckers ist der der durch Raffination gereinigte, weiße Kristallzucker – typisch sind feine Kristalle um die 400 µm. Durch Mahlen von raffiniertem weißem Zucker entsteht der Puderzucker oder Staubzucker mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 50 µm. Seine feinen Kristalle sind sensorisch nicht mehr wahrnehmbar und dienen als Grundlage für feine Süßspeisen oder für den Zuckerguss.