DE3573C - Verfahren der Auslaugung von Zucker und Apparat zur Auslaugung von Stoffen überhaupt - Google Patents

Description

1878.

CARL SCHEIBLER in BERLIN.
Verfahren der Auslaugung von Zucker und Apparat zur Auslaugung von Stoffen überhaupt.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 2. Mai 1878 ab.

Die genaue Ermittelung des Zuckergehalts derjenigen zuckerführenden Pflanzen, welche in den Zuckerfabriken zur Verarbeitung gelangen, bildet bei einem rationellen Fabrikbetriebe eine unerläfsliche und höchst wichtige Aufgabe. Zur Zeit wird diese Aufgabe in den Rübenzuckerfabriken z. B. in indirecter Weise zu lösen gesucht, nämlich derart, dafs man nicht den Zuckergehalt der Rüben selbst, sondern denjenigen ihres Saftes ermittelt und diesen, unter der hypothetischen Annahme einer bestimmten procentischen Saftmenge in den Rüben, durch Rechnung feststellt. Gewöhnlich setzt man dabei in den Rüben eine Saftmenge von etwa 94 oder 95 pCt. voraus und verkleinert dann den für den Saft gefundenen Zuckergehalt in dem Verhältnifs von 100 : 94 oder 100 : 95, um den Zuckergehalt der Rüben selbst zu erfahren. Dafs diese Methode einzig und allein nur in dem Falle, dafs der Saftgehalt der Rüben wirklich 94 oder 95 pCt. beträgt, richtig sein kann, liegt auf der Hand; in allen anderen Fällen wird man aber zu einem mehr oder weniger unrichtigen Resultat gelangen und die daraus für den praktischen Betrieb gezogenen Schlüsse wirken alsdann mehr schädlich als nützlich.

Da, wie man aus verschiedenen praktischen Erfahrungen zu folgern gezwungen ist, der Saftgehalt der Rüben oft innerhalb weiter Grenzen schwanken kann, so würde man behufs Erzielung zutreffender Resultate neben der Bestimmung des Zuckergehalts der Rüben gleichzeitig eine genaue Bestimmung der wirklichen Saftmenge in den Rüben vornehmen müssen, wofür es aber zur Zeit noch an zuverlässigen oder brauchbaren Methoden überhaupt fehlt.

In richtiger Würdigung dieser Sachlage hat der Verein für die Rübenzucker-Industrie des Deutschen Reichs wiederholt eine Preisaufgabe unter Aussetzung eines Preises von 3000 Mark ausgeschrieben für die Lösung der Aufgabe:

»Wie wird auf chemischem oder physikalischem Wege rasch und sicher der in der Zuckerrübe enthaltene Rohrzucker seiner Menge nach ermittelt?«

In den Motiven zu dieser Preisaufgabe heifst es u. a.:

»Da ferner die bekannten übrigen Methoden der Rohrzuckerbestimmung ebenfalls theils fehlerhaft, theils infolge ihrer nicht genügend raschen Ausführbarkeit unbrauchbar sind, so soll im Hinblick auf die grofse Bedeutung, welche die Bestimmung des in der Zuckerrübe enthaltenen Rohrzuckers für die Beurtheilung des Fabrikbetriebes zweifellos in Anspruch nimmt, durch Ausschreibung eines Preises fördernd auf die Lösung dieser Frage gewirkt werden.« (Zeitschr. dieses Vereins, Jahrg. 1876, S. 261.)

Die Lösung dieser bis jetzt noch bestehenden Aufgabe habe ich bewirkt durch die Extraction der in der einen oder anderen Weise zweckmäfsig zerkleinerten zuckerhaltigen Pflanzentheile mittelst eines nur kleinen Quantums eines Zuckerauflösungsmittels (verdünnten Alkohols, Holzgeistes oder eines beliebigen anderen flüchtigen Lösungsmittels für Zucker).

Schon Marggraf, der Entdecker des Zuckers in den Runkelrüben, bediente sich des Alkohols zur Zuckerbestimmung in den Rüben, jedoch in einer wesentlich anderen Form als es von mir geschieht.

Nach Marggraf's Methode wurde ein Mittelstück der Rübe, nachdem es gewogen, in dünne Scheiben zerschnitten, diese auf einem Teller vorsichtig getrocknet, die Trockensubstanz durch Zermalmen oder Zerstofsen zerkleinert und das Pulver wiederholt bis zur Erschöpfung mit Spiritus (von 7opCt. Tralles = o,89oo spec. Gew.) ausgezogen. Die vereinigten, dem Volumen nach sehr beträchtlichen Auszüge wurden dann zur Trockne verdampft und der Rückstand, den man als Zucker ansah, gewogen. Als man später erkannte, dafs dieser Rückstand auch Asche (neben anderen Nichtzuckerstoffen) enthielt, ermittelte man diese Aschenmengen durch Verbrennen, um sie in Abzug zu bringen und so wenigstens eine kleine Correctur zu bewirken. Dies Verfahren, welches bis zur Zeit der Einführung der Polarisationsinstrumente in die Praxis der Zuckerindustrie, also bis in den 40er Jahren, in Ausübung blieb, erforderte eine grofse Menge von Spiritus, war langwierig und keineswegs genau.

Das von mir ausgebildete Verfahren unterscheidet sich von diesem älteren in allen Punkten; es hat mit demselben nur die Benutzung von Alkohol gemein. Es erfordert z. B.

keine vorher getrockneten Rübenschnitte (bezw. Pflanzensubstanz), verlangt zum Zwecke vollkommenster Extraction nur eine sehr kleine Quantität von verdünntem Alkohol; an Stelle der Verdampfung des Auszuges zur Trockne und Wägung des Trockenrückstandes tritt die optische Zuckerbestimmung; es ist das ganze Verfahren in der Zeit von etwa einer Stunde ausführbar, während das Marggraf'sche mehrere Tage Zeit beanspruchte.

Zur Ausführung meines Verfahrens bediene ich mich des auf beiliegender Zeichnung Fig. i, 2 und 3 abgebildeten einfachen Apparats.

Fig. 2 zeigt den Apparat in voller Zusammenstellung, Fig. ι und 3 die Theile A und B in yergröfsertem Maafsstabe. Der Apparat besteht in seinem wesentlich neuen Theile ans dem Extractionsapparat A-B, welcher nach unten mit einem Mefskölbchen C, nach oben aber mit dem bekannten Hofmann'schen Rückflufskühler D mit Hülfe gut schliefsender Stöpsel verbunden ist.

Der Extractionsapparat ist aus zwei im oberen Theile luftdicht und passend in einander geschliffenen Glasröhren A und B gebildet. Die innere Röhre A, welche unten zu einer schräg abgeschliffenen Spitze verjüngt und daselbst lose mit. einem filtrirenden Stoffe α (Filzscheibchen, Asbest, Glaswolle, Baumwolle, Drahtnetz oder dergl.) verschlossen ist, dient zur Aufnahme der zu extrahirenden Substanz. Diese Röhre hat im oberen Theile, etwas unterhalb der Stelle, wo sie in B eingeschliffen ist, seitlich zwei oder mehrere kleine 5 bis 6 mm weite OefF-nungen O. Sie wird nahezu bis zu diesen Oeffnungen mit der zu extrahirenden Substanz angefüllt.

Als Beispiel für die Benutzung des Apparates sei hier nur die Zuckerbestimmung in den Rüben beschrieben, weil die Benutzung zu anderen Extractionszwecken eine durchaus ähnliche ist.

Diese Zuckerbestimmung geschieht nun in der Art, dafs man fein zerriebene oder sonstwie zerkleinerte Rüben in genügender Menge auf einen weithalsigen, auf A aufgesetzten, passenden Trichter T aus Blech wirft und mit Hülfe eines Glasstabes so viel davon locker in das Rohr A hinunterschiebt, als dieses bis zu den Oeffnungen O O zu fassen vermag. Das mit dem Filter α vorher genau tarirte Rohr A wird alsdann wieder gewogen und dadurch die Menge der angewendeten Substanz festgestellt. Demnächst wird der Apparat, wie Fig. 2 zeigt, zusammengestellt, nachdem man vorher das Kölbchen C etwa zur Hälfte mit verdünntem Alkohol angefüllt hat. Man kann auch, was besser ist, den verdünnten Alkohol (bezw. ein anderes Lösungsmittel) in abgemessener Menge mit Hülfe einer Pipette von oben durch das mittlere Rohr des Rückflufskühlers D einfliefseii lassen, wobei der Alkohol die Substanz in A zunächst durchtränkt und dann erst nach C hineintropft.

Man bringt nun den Alkohol (bezw. das andere Lösungsmittel) in C zum Kochen, indem man das Kölbchen ,in ein Bad (Wasser-, Salzlauge-, OeI- oder Sandbad) stellt, während man durch den Rückflufskühler D kaltes Wasser strömen lafst. Die Alkoholdämpfe (oder Dämpfe eines- anderen Lösungsmittels) steigen aus dem Kölbchen C in den ringförmig - cylindrischen Raum zwischen A und B empor, wobei die Substanz in A auf die Siedetemperatur des Lösungsmittels erhitzt wird, und gelangen von da weiter durch die Oeffnungen O O in den Rückflufskühler D, um hier verdichtet zu werden und auf die Substanz in A zurückzutropfen, diese von neuem zu durchdringen und durch a in das Kölbchen C zurückzukehren. Hat man durch richtige Stellung der Flamme unter dem Bade das Sieden der Flüssigkeit in C ein für alle mal regulirt, so kann man den Apparat sich selbst überlassen; es tropft dann durch a so lange Zuckerlösung (bezw. die Lösung einer anderen Substanz) in das Kölbchen C hinein, bis der Rübenbrei (oder ein anderes Material) in A vollkommen erschöpft ist. Die völlige Erschöpfung- des angewendeten Materials, welche für Rübenbrei erfahrungsgemäfs etwa ¹J₂ bis ³/₄ stündiges Kochen erfordert, läfst sich leicht dadurch constatiren, dafs man zuletzt das Kölbchen C durch ein anderes mit frischem Alkohol (bezw. Lösungsmittel) gefülltes ersetzt, von neuem eine Zeit lang das Sieden vor sich gehen läfst und untersucht, ob eine neue Menge von Zucker (oder einem anderen Stoff) extrahirt worden ist.

Nach Beendigung der Extraction der Rübensubstanz stellt man das Kochen durch Entfernung der Flamme und des Bades ein und überläfst den Apparat kurze Zeit sich selbst, bis alle in A noch vorhandene Flüssigkeit in das Kölbchen C abgetropft ist und die sich condensirenden Alkoholdämpfe die nach oben etwa gegen den Pfropfen gespritzten Tröpfchen der Zuckerlösung in das Kölbchen zurückgespült haben. (Um einem möglichen Verluste vorzubeugen, verwendet man bei Zuckerbestimmungen zur Verbindung des Kölbchens C mit der Röhre B einen guten Kautschukpfropfen, der keine Zuckerlösung durch Einsaugung zurückzuhalten vermag.) Nach dem völligen Erkalten des Kölbchens, was durch Eintauchen in kaltes Wasser beschleunigt werden kann, versetzt man die extrahirte Flüssigkeit mit einigen Tropfen Bleiessig oder einem anderen Klärmittel, verdünnt mit Wasser bis zur Marke m und polarisirt in bekannter Weise, wodurch man den procentischen Zuckergehalt der in Untersuchung genommenen Rüben erfährt.

Für Zuckerbestimmungen in den Rüben wähle ich die Dimensionen des Apparats so, dafs die Röhre A 20 bis 25 g Rübenbrei fafst und verwende dabei ein Mefskölbchen C von 50 ecm

Inhalt bis zur Marke m. Man kann jedoch dem Apparat begreiflich gröfsere Dimensionen geben und Kölbchen von ioo ecm etc. Inhalt nehmen, wenn man glaubt, zur Erzielung zutreffender Durchschnittsresultate gröfsere Mengen Rübenbrei nehmen zu müssen.

Die zu wählende Stärke des Alkohols richtet sich nach der Menge des in Arbeit genommenen Rübenbreies. Für 20 bis 25 g Rübenbrei rechne ich ca. 2 5 ecm Alkohol von 90 bis 94 pCt. Tralles (0,8339 bis 0,8201 spec. Gew.), so dafs zuletzt der vorhandene Zucker in C, nach der Auffüllung des Kölbchens mit Wasser bis zur Marke m, in einem verdünnten Alkohol von etwa 40 und einigen Procenten Tralles gelöst ist. Man kann aber auch die Hauptmenge des Alkohols aus dem offenen Kölbchen auf einem Wasserbade erst verdunsten lassen, ehe man mit Wasser zur Marke verdünnt, falls man fürchten sollte, dafs die Anwesenheit des Alkohols von Einflufs auf das Polarisationsergebnifs ist. Für manche Rübensorten kann man übrigens innerhalb gewisser Grenzen einen verdünnteren Alkohol, als oben angegeben, verwenden, nur zeigt, wenn man ihn zu verdünnt wählt, die Flüssigkeit in dem Kölbchen C dann meist ein sehr lästiges Schäumen.

Der aus den bekanntlich schwach sauer reagirenden Rüben extrahirte Zucker wird in seiner alkoholischen Lösung durch das Kochen derselben nicht verändert (invertirt), wie besondere Versuche gezeigt haben; eine Beigabe von Bleiessig, Kalkwasser, Barytwasser oder anderer alkalischer Stoffe zu dem Alkohol im Kölbchen, hat sich als zwecklos erwiesen. Die in den Rüben frei vorkommenden organischen Säuren sind offenbar zu schwach, um während der kurzen Zeit des Kochens eine bemerkenswerthe Inversion des Zuckers bewirken zu können. Die alkoholischen Auszüge geben zwar, namentlich bei Rüben gegen Ende der Campagne, mit Fehling'scher Kupferlösung eine schwache Ausscheidung von Kupferoxydul, aber die aus dem Brei derselben Rüben durch Auspressung gewonnenen wässerigen Säfte zeigen dann dieselbe Ausscheidung, welche, wie mir scheint, nicht von Invertzucker, sondern von einem anderen Körper herrührt.

Das nach der Extraction in der tarirten Röhre A zurückbleibende, noch mit Alkohol durchtränkte Rübenmark (Rohmark) kann, wenn dies von Werth erscheint, zuletzt in der Röhre unter Durchsaugung eines trocknen Luftstromes leicht getrocknet und dann gewogen werden. Für normale Rüben fand ich durchschnittlich 4,5 bis 5 pCt. vom Gewicht derselben, woraus man schliefsen könnte, dafs 95,5 bis 95 pCt. Saft in den Rüben vorhanden sein müfsten. Wenn man aber den Brei von Rüben in der hier beschriebenen Weise durch Extraction auf Zucker untersucht und gleichzeitig aus dem gleichen Brei den Saft durch Auspressung mit einer starken Spindelpresse darstellt und dessen Zuckergehalt bestimmt, so läfst sich bekanntlich die procentische Saftmenge der in Untersuchung genommenen Rüben auch nach der Gleichung:

100-1=5

ermitteln, worin ζ der durch Extraction des Rübenbreies gefundene, Z der durch Polarisation des Rübensaftes sich ergebende Zuckergehalt und S die Saftmenge in Procenten bedeutet. Eine sehr grofse Zahl hiernach ausgeführter Bestimmungen führte zu Saftmengen in den Rüben, welche etwa zwischen 88 und 92 pCt. schwankten, während nach den Rohmark-Bestimmungen 95,s bis 95 pCt. Saft hätten erhalten werden müssen. Es folgt hieraus, dafs aufser zuckerhaltigem Saft noch gebundenes zuckerfreies Wasser in den Rüben vorhanden sein mufs und die natürlichste Erklärung für diese Erscheinung ist wohl die, dafs das Rohmark, welches seiner Menge nach im trocknen Zustande, also als Anhydrid, bestimmt wird, als ein sein Wasser durch Trocknen leicht verlierendes Hydrat in den Rüben vorhanden ist. Uebrigens darf hier nicht verschwiegen werden, dafs die Bestimmung der Saftmenge nach obiger Formel leicht nicht unerhebliche Fehler einschliefst, denn geringe Polarisationsdifferenzen bei Ermittelung der Gröfsen ζ und Z sind, wie leicht einzusehen, von bedeutendem Einflufs auf die Gröfse von S. Nichtsdestoweniger kann auf Grund der Erfahrungen, die ich an der Hand meines Verfahrens der Zuckerbestimmung in den Rüben mittelst alkoholischer Extraction sammelte, als bewiesen angesehen werden, dafs die bisher in der Technik gemachte Voraussetzung, wonach die Rüben durchschnittlich 94 bis 95 pCt Saft enthalten sollen, falsch ist, und dafs die Rüben vielmehr durchschnittlich nur etwa 90 pCt. Saft besitzen. Diese Thatsache allein schon beweist, wie wichtig mein Verfahren für die Praxis der Zuckerfabrikation sein wird.

Meine Methode der Zuckerbestimmung in den Rüben kann begreiflich in gleicher Weise auch benutzt werden, um den Zuckergehalt in frischen Presslingen, ausgelaugten Schnitzeln, Knochenkohle u. s. w. festzustellen.

Auch kann mein Verfahren in grofsem Maafsstabe ausgeführt werden, um den Zucker der Rüben und anderer Pflanzen technisch und zwar in einem sehr hohen Reinheitsgrade zu gewinnen, worauf einzugehen ich hier aber unterlasse, weil dies der Gegenstand eines besonderen Patentgesuches sein wird.

Der von mir benutzte Extractionsapparat unterscheidet sich von ähnlichen, wie solche z. B. zur Oelbestimmung in Samen u. dergl. benutzt werden, wesentlich dadurch, dafs die zu extrahirende Substanz von den Dämpfen des Lösungsmittels dauernd umspült und erhitzt bleibt, wodurch die Auslaugung viel rascher und weit vollkommener bewirkt wird. Er kann be-

greiflich in- allgemeinster Weise zur Auslaugung der verschiedenartigsten Materialien, unter Anwendung beliebiger flüchtiger Lösungsmittel benutzt werden.'

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Das hier», beschriebene Verfahren der Auslaugung von Zucker aus Rüben und anderen Pflanzenstoffeh, sowie aus festen Körpern überhaupt, mittelst flüchtiger Flüssigkeiten, welche Zucker zu lösen vermögen, zum Zwecke der Bestimmung oder Gewinnung des Zuckers, der in jenen Substanzen enthalten.

   Der beschriebene Apparat zur Trennung löslicher Körper von unlöslichen, mit Hülfe flüchtiger Flüssigkeiten.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.