Biologie und Chemie
Man könnte es auch verkürzt sagen: Biochemie. Da bei Zucker, wie bei vielen anderen Lebensmitteln auch, Biologie und Chemie eng verzahnt sind, kann (sollte) man es auch zusammen behandeln.
Die Photosynthese
.png/picture-200?_=18dca7d2680)
Photosynthese kommt aus dem griechischen und heißt soviel wie "Mit Licht zusammengesetzt", damit ist gemeint das mit Hilfe von Lichtenergie anorganische Stoffe (Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff usw.) in organische Stoffe wie Zucker (Kohlenhydrate) zusammengefügt werden.
In den grünen Teilen (In der Regel: Blätter) der Pflanze wird durch die Photosynthese, mithilfe von Sonnenlicht, Wasser und Kohlenstoffdioxid,
Zucker und Sauerstoff produziert. Den Sauerstoff gibt die Pflanze an die Umwelt ab, der Zucker wird in der Pflanze gespeichert und/oder wird zum Aufbau des Stammes, Blätter und Blüten verwendet. Menschen und Tiere brauchen den Sauerstoff zum Atmen und nehmen über die Ernährung den Zucker zur Energieerzeugung zu sich. Dabei geben sie Wasser und Kohlenstoffdioxid an die Umwelt ab. Dadurch entsteht ein grundlegender Kreislauf des Lebens. Allerdings können z.B. auch Bakterien (Cyanobakterien) aus Wasser und Kohlendioxid Kohlenhydrate produzieren.
Was ist Zucker eigentlich?
Chemisch gesehen: Ein anderes Wort für Kohlenhydrate. Alle Kohlenhydrate sind Zucker. Als Lebensmittel ist damit der
Haushaltszucker, auch Saccharose genannt, gemeint. Das Wort Kohlenhydrat leitet sich von 2 Worten ab: Kohlenstoff (C) und Hydros
(Wasser, H2O). Alle Kohlenhydrate sind so aufgebaut das durch Raus kürzen C-H2O entsteht. Beispiel: Saccharose C12H22O11 oder Fruchtzucker: C6H12O6. Wenn man so will gehört Zucker zu den grundlegenden Dingen, die das Leben auf unseren Planeten erst ermöglichen.
Wir unterscheiden die Kohlenhydrate grob in 3 Gruppen:
• Einfachzucker (Monosaccharide), z.B.: Fruchtzucker (Fruktose),
Traubenzucker (Glukose), Schleimzucker (Galaktose)
• Zweifachzucker (Disaccharide), z.B.: Haushaltszucker (Saccharose),
Milchzucker (Laktose), Malzzucker (Maltose)
• Mehrfachzucker (Polysaccharide bzw. Oligosaccharide), z. B.: Stärke
(Amylose), Zellulose (Cellulose)
Einfachzucker sind die Grundbausteine der Kohlenhydrate. Die Zweifach- und Mehrfachzucker setzen sich aus Einfachzuckern
zusammen. Haushaltszucker besteht aus einem Traubenzucker- und einem Fruchtzuckermolekül. Stärke besteht aus vielen
Traubenzuckermolekülen. Alle Zucker (Kohlenhydrate) sind organische Verbindungen die aus
Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff bestehen. Einige sind von kristalliner Struktur und wasserlöslich (z.B. Traubenzucker, Haushaltszucker). Andere sind eher Festkörper und lösen sich nur schwer oder gar nicht in Wasser (z.B. Stärke, Galaktose). Ein Kandis ist
also nichts weiter als ein groß gewachsenes Saccharosekristall.
Der Lebensmittelchemiker unterscheidet allerdings etwas anders:
• Kohlenhydrate: damit sind alle für den Menschen verwertbaren Zucker gemeint (z.B. Stärke).
• Zucker: Darunter versteht der Lebensmittelchemiker die Einfach- und Zweifachzucker (z.B. Traubenzucker, Haushaltszucker).
• Ballaststoffe: Alle Kohlenhydrate, die vom Menschen nicht oder nur eingeschränkt verwertet werden können (z.B. Zellulose).
• Mehrwertige Alkohole: Auch Zuckeralkohole (Alditole). Hierbei handelt es sich um Kohlenhydrate die wie Trinkalkohol (Ethylalkohol)
aufgebaut sind, aber nicht die Eigenschaften von Alkohol, sondern von Zuckern aufweisen. Zuckeralkohole sind z.B.: Mannit, Xylit,
Sorbit, Isomaltose.
Und damit es jetzt richtig Fachchinesisch wird: • Mono-, Di- und Polysaccharid gibt die Kettenlänge des
Kohlenhydrats an.
• Dann gibt es noch Triosen, Tetrosen, Hexosen und Pentosen, also die Anzahl der Kohlenstoffatome einer Kohlenhydratverbindung. Von 3
Kohlenstoffatomen (Tri-) bis 6 Kohlenstoffatomen (Penta).
• Selbstverständlich sollen auch noch die Aldosen und Ketosen Erwähnung finden. Hierbei wird der Innere Aufbau der
Monosaccharide beschrieben.
• Und bei Polysachariden gibt es noch Homoglykane (Mehrfachzucker aus nur einem Typ Monosaccharid) und Hetoroglykane (Mehrere
Typen von Monosacchariden).
Es ist schon erstaunlich was die Natur mit drei einfachen Grundbausteinen alles anstellen kann. Tatsächlich ist die Chemie der
Kohlenhydrate so komplex und vielfältig wie die Natur selbst. Oder sollte ich besser sagen: „Die Komplexität der Natur spiegelt sich in den Kohlenhydraten wieder“?
Die Einfachzucker sind da noch recht einfach. Allerdings kann man hier schon sehen , das zwar die Anzahl der Atome immer gleich aber die
Anordnung der Atome der ausschlaggebende Faktor ist.
Biologie, Ökologie und Landwirtschaft
Bodenart und Umweltbedingungen bestimmen den Anbau von Pflanzen. Optimale Ergebnisse erzielt man nur bei optimalen Bedingungen. Da diese nicht immer gegeben ist versucht man dann die Pflanze an die vorhandenen Bedingungen anzupassen. Selektion und Züchtung von Kulturpflanzen ist schon uralt. Die heute für den Anbau von Zuckerrohr und -Rübe verwendeten Sorten sind alle durch jahrhundertelange Auslese und Züchtung entstanden. Zum einen um Ihren Zuckergehalt zu erhöhen, aber auch um sie resistenter gegen Schädlinge zu machen und robuster gegen schädliche Umwelteinflüsse. Die Runkelrübe enthielt nur etwa 1 bis 3% Zucker, als Achard 1784 mit seinen Züchtungsversuchen begann. 1798 hatte er eine Zuckerrübe gezüchtet die bereits 5% Zucker enthielt. Heute liegt der Zuckeranteil bei ca. 25%.
Schon an dieser Karte ist klar erkennbar: Zuckerrohr und Zuckerrübe kommen sich als Kulturpflanzen kaum ins Gehege. Da aber die tropischen und subtropischen Zonen wesentlich größer sind als die gemäßigten Klimate, wird auch mehr Zucker aus dem Zuckerrohr als aus der Zuckerrübe erzeugt.
Zuckerrohr
Das Zuckerrohr (Saccharum officinarum) gehört zur Familie der Gräser, wie unserer Rasen oder der Bambus. Die Pflanze wird bis zu 7m hoch und benötigt ein warmes (ca. 28 Grad C), frostfreies Klima und viel Wasser. Der Boden soll nährstoffreich und durchlässig sein. Die Ernte erfolgt 9 bis 20 Monate nach der Pflanzung. Oft lässt man die Pflanze nach der Ernte wieder austreiben und kann so noch ein 2. Mal Ernten. Die Anpflanzung erfolgt mit Zuckerrohrstecklingen, die in Saatzuchtstationen aus den Samen des Zuckerrohrs gezüchtet werden. Das Zuckerrohr ist eine arbeitsintensive Monokultur, die auch heute noch vielfach von schlecht bezahlten Arbeitern erledigt wird.
Zuckerrübe
Die Zuckerrübe (Beta vulgaris) ist eine zweijährige Pflanze. Sie benötigt ein gemäßigtes Klima und einen tiefgründigen, Humus- und nährstoffreichen Boden, mit guter Wasserversorgung. Im 1.Jahr bildet sich die Rübenwurzel und im 2. Jahr dann auch die Samen. Die Rübe wird am Ende des 1. Jahres geerntet (September/Oktober), weil dann der Zuckeranteil am höchsten ist. Die Samen selbst beziehen die Landwirte aus Saatzuchtstationen. Die Magdeburger Börde, um Hannover und Regensburg sind klassische Rübenanbaugebiete in Deutschland. Die Zuckerrübe ist eine sogenannte Fruchtfolgepflanze. Um den Boden zu schonen werden nicht jedes Jahr auf demselben Stück Land Rüben angebaut. Im ständigen Wechsel mit Brache, Getreide, Kartoffeln oder anderen Feldfrüchten wird ca. alle 3 bis 4 Jahre, das Feld mit Rüben bestellt. Die Arbeit in den Rübenfeldern war früher ein Knochenjob, zu dem auch Kinder herangezogen wurden. Wanderarbeiter aus den ärmeren Teilen Europas kamen zur Erntezeit in die Rübenanbaugebiete, um dann im Akkord die Rüben zu ernten. Heute erledigt die Rübenernte ein sog.“ Vollernter“. Eine Maschine, die in einem Arbeitsgang 6 Reihen Rüben erntet und auch gleich grob von der Erde befreit. Wo früher Hunderte von Menschen schuften mussten, hat auch hier die Industrialisierung die Arbeitswelt humaner gestaltet.
Umwelt und Soziales
Im direkten Vergleich schneidet die Zuckerrübe in den Kategorien Umwelt und Soziales besser ab, allerdings begünstigt das Weltklima den Anbau des Zuckerrohrs.