LXXXV. Die Zuckerbestimmung der Rüben; von Dr. A. Heintz.Vom Verfasser gefälligst eingesendeter Separatabdruck aus der „Zeitschrift für Zuckerindustrie des deutschen Reiches.“ Mit einer Abbildung. Heintz, über die Zuckerbestimmung der Rüben. Die Zuckerbestimmung der Rüben ist entweder eine directe, welche aus einer gewogenen Quantität Rüben allen Zucker zu gewinnen sucht und denselben in diesem Auszug feststellt, oder eine indirecte, nach welcher in einfach ausgepreßtem Safte der Zuckergehalt – und im Rübenbrei der „Saftgehalt“ bestimmt wird. In letzterem Falle bestimmt man z.B. durch vollkommenes Auswaschen einer gewogenen Menge Rübenbrei das in Wasser unlösliche: „Mark“ und setzt: Saft = Rübe minus Mark. – Oder aber (wie A. Müller, Grouven und Stammer vorgeschlagen haben) durch den Trockenverlust bestimmt man, wie viel Proc. Wasser 1) der ausgepreßte Saft = S, 2) die nicht ausgepreßte Rübe = s enthalten, und nennt 100 s/S den Saftgehalt. Beide indirecten Methoden beruhen auf der naturgemäßen Definition: Saft ist die Gesammtmenge des in den Rübenwurzeln enthaltenen Wassers plus allen darin gelösten oder löslichen Stoffen. Daß beide zu übereinstimmenden Resultaten führen können, bei hinlänglicher Sorgfalt, zeigen die Angaben von E. Schulze. Jener Definition werden beide Verfahren gerecht. Aber nun knüpft man daran sofort die Hypothese, daß dieser gesammte Saft in seiner procentischen Zusammensetzung, speciell also in seinem Zuckergehalt, genau übereinstimmt mit der Saftprobe, welche abgepreßt und polarisirt wird. Direct in den Rüben wurde der Zucker bereits von Marggraf, Bley, Pelouze und Peligot zu bestimmen gesucht; unter anderem analysirte man den alkoholischen Extract vorher getrockneter Rüben. Aber es stand jenen älteren Experimenten nicht das vervollkommnete Polarisationsverfahren unserer Zeit zur Seite. Dagegen ist es Usance geworden, den nach der indirecten, der Saftgehaltsmethode berechneten – oder auch schablonenhaft angenommenen – Zucker den Ausbeuteberechnungen zu Grunde zu legen. Da trat während der letzten Jahre Ferd. Jicinsky in seinen umfangreichen Arbeiten für directe, polarimetrische Zuckerbestimmung auf (vergl. dies Journal, 1872 Bd. CCVI S. 387 und 1873 Bd. CCVIII S. 452). Er nennt: p die Polarisation der Rübe, P jene des Saftes, 100 p/P den Saftgehalt der Rübe; mit Recht wird von ihm der Schwerpunkt in den Zuckergehalt gelegt; bei ihm ist jedoch Saft: der Theil der Rübe, welcher durchschnittlich ebenso viel Zucker enthält als der ausgepreßte Saft. Den Anforderungen dieser Definition entspricht die analytische Ausführung; dieser selben Definition und keiner anderen muß aber der Werth des Saftfactors entsprechen, welcher zur Berechnung des Zuckergehaltes der Rüben aus dem des abgepreßten Saftes benützt wird. Nun haben aber Jicinsky's zahlreiche Versuche bewiesen, daß 100 p/P stets kleiner ist als 100 s/S. Folglich hat die Gesammtmenge des in den Rüben enthaltenen Wassers plus allen darin gelösten Stoffen einen durchschnittlich geringeren Zuckergehalt als der ausgepreßte Saft, und ist der nach indirecter Methode berechnete Zuckergehalt der Rübe zu hoch. So elegant nun diese Resultate Jicinsky's übereinstimmen mit den Folgerungen, welche die endosmotischen und physiologischen Gesetze bei der Zuckerrübe verlangen, so vollkommen widersprachen und widerlegten sie einen Trugschluß, in welchem man eben jene Gesetze nicht berücksichtigte, denen doch Organismen wie die Zuckerrübe unleugbar zu gehorchen haben. Zudem liefert die directe Zuckerbestimmung Zahlen, welche sich dem praktischen Ergebniß mehr nähern, als die aus den indirecten Methoden abgeleiteten; die unfindbaren Verluste werden durchschnittlich geringer. Hinsichtlich der physiologischen Erklärung ist es nach einer brieflichen Mittheilung von Sachs gewiß, daß die Rübenwurzel nicht von einem überall homogenen Saft durchtränkt sein kann. Nicht nur die Zellwände enthalten gewiß als Durchtränkungsflüssigkeit einen weniger zuckerhaltigen Saft, sondern auch die eiweißreichen Zellen der Gefäßbündel werden gewiß weniger Zucker enthalten als das Parenchym. Dazu kommt, daß wir alle Ursache haben zu der Annahme, daß der das Protoplasma der Parenchymzellen durchtränkende Saft weniger Zucker enthält, als der eigentlich sogenannte Zellsaft, der die Zellräume in Masse ausfüllt. Betreffs der hierher gehörigen endosmotischen Versuche sei nur folgendes erwähnt. J. v. Liebig constatirte in den vierziger Jahren, daß trockene thierische Membran in derselben Zeit weniger Kochsalzsolution als Wasser in sich aufnimmt. Liebig tauchte Stücke trockener Blase in eine Lösung von Kochsalz oder Glaubersalz und ließ sie sich damit durchtränken; die von ihnen aufgenommene Lösung wurde weniger concentrirt als die ihnen angebotene. Dann preßte er die imbibirte Blase aus. Die ausgepreßte Flüssigkeit war concentrirter, d.h. salzreicher und wasserärmer, als der durchschnittliche Gehalt der von der Blase aufgenommenen Lösung. Hieraus folgt, daß 1) die Anziehung der von Ludwig untersuchten Membran zum reinen Wasser stärker ist als zu dem darin aufgelösten Salze;. 2) daß in Folge dieser Anziehung die Concentration der Lösung in einem molecularen Canal der Membran mit der Entfernung von den Wänden dieses Canales wächst. Da aber die imbibirte Flüssigkeit im centralen Theile eines solchen Canales auch überhaupt schwächer angezogen wird und sich darum leichter auspressen läßt, so besitzt die ausgepreßte Lösung eine höhere Concentration als die in der Blase zurückgehaltene.Siehe Baranetzky: Diosmotische Untersuchungen in Poggendorff's Annalen, Bd. 147 S. 206. In dieser trefflichen Abhandlung, welche eine lehrreiche Uebersicht der Literatur und eine Reihe geistreicher Experimente enthält, stellt Baranetzky auf S. 244 betreffs des Zuckers einige falsche Behauptungen auf. Schönbein fand 1861, daß mit wenigen Ausnahmen Wasser den in ihm gelösten Stoffen auf capillarem Wege voraneilt. – Im selben Jahre veröffentlichte Willibald Schmidt interessante Untersuchungen über die Filtration verschiedener Lösungen unter Druck durch Häute und zwar Herzbeutelmembran; im Allgemeinen eilte das Wasser auch hier dem gelösten Stoffe durch die Molecularporen voran – so zwar, daß bei Gummi arabicum unter Umständen das Filtrat nur den dreizehnten Theil des mittleren Gehaltes der aufgegebenen Lösung zeigte! Aber bei einigen Lösungen entschiedener Krystalloide blieb die Concentration vor und nach dem Filtriren nahezu gleich. Jamin, Jolly, Brücke, Graham, Hofmeister, Hoppe-Seyler, Traube und Baranetzky können hier nur genannt werden. Merkwürdig ist ferner der von Sachs (Lehrbuch der Botanik, 3. Auflage, 1873 S. 713) angeführte, mit dem Mark des Baldgreises (Senecio umbrosus) gemachte Versuch. Isolirte Marktheile verlängerten sich, in einem Glasrohr verschlossen, um mehrere Procente. Die inneren Markzellen schienen hierbei den äußeren energisch Wasser zu entziehen und eine kräftige Gewebespannung zu erzeugen. Nach alledem wird nur noch der einzige Einwand gemacht werden können: Das mag bei all den verschiedenen Membranen ganz richtig sein, zwingt aber noch nicht zu der Ueberzeugung, daß dem entsprechend zwischen den Zellhäuten und dem Zellsaft der Rübenwurzeln ein analoger Unterschied im Zuckergehalt stattfindet! Diesem Einwurf begegne ich mit folgenden Experimenten. Aus lufttrockenem Rübenmark und einer reinen Zuckerlösung von bekanntem Gehalt denke man sich künstlichen Rübenbrei hergestellt. Gesetzt nun, derselbe enthielte Wasser und Zucker proportional vertheilt, so muß der unter allen nöthigen Vorsichtsmaßregeln wieder abgegossene oder ausgepreßte Saft denselben Zuckergehalt wie vorher haben. Werden hingegen die oben angedeuteten Sätze von quellungsfähigen Zellwänden des Rübenmarks befolgt, so wird dem zugesetzten Saft mehr Wasser als Zucker entzogen, folglich muß wieder abgezogener Saft nachher zuckerreicher sein. Es wurde möglichst fein geriebener Rübenbrei wiederholt abwechselnd mit Wasser ausgekocht und ausgepreßt, zuletzt abgesüßt und getrocknet, enthielt noch 12,5 Proc. hygroskopische Feuchtigkeit; in einer Flasche mit eingeschliffenem Stöpsel wurde dies Mark mit einer (Halbnormal-)Lösung, von 130,24 Grm. Raffinade (0,3 Proc. Wasser; 0,1 Proc. Nichtzucker; 99,6 Proc. Zucker) im Liter, getränkt in dem Verhältniß, daß auf 1 Grm. Mark 20 K. C. Lösung kamen. Dann wurde die verschlossene Flasche 16 Stunden sich selbst überlassen, das Ganze nochmals geschüttelt, der abgegossene Saft bei möglichstem Luftabschluß rasch filtrirt und polarisirt, ergab 53,9° gegen 49,8° vorher. Eine Portion gleichen Rübenmarks von 11,4 Proc. Feuchtigkeit mit Normalzuckerlösung im Verhältniß von 1 Grm. zu 20 K. C. gemischt und ohne Verzug weiter behandelt wie oben, ergab 104,6° gegen 99,8° vorher. Ferner wusch ich in beschriebener Weise gereinigtes Rübenmark mit Alkohol und Aether, trocknete auf dem Wasserbade und verwendete das Mark mit 11,0 Proc. Feuchtigkeit, jedoch nun in dem Verhältniß, daß auf 1 Grm. Mark 40 K. C. Saft kamen. Bei einem Versuch mit Halbnormalsolution und 16stündiger Einwirkung wurde der zuerst freiwillig ablaufende Saft (ca. 1/4 des ganzen), und dann die abgepreßte Hauptmenge untersucht; jener polarisirte 50,4°, diese 51,0° gegen 49,8° vorher. Ein Versuch mit 40 K. C. Normalsolution auf 1 Grm. Mark und nur 1/4stündiger Dauer ergab für den freiwillig ablaufenden Saft (ca. 1/4 des ganzen) eine Polarisation von 100,7°; für das ausgepreßte Hauptquantum eine solche von 101,6° gegen 99,8° vorher. Die beobachtete geringere Concentration des freiwillig abgelaufenen Saftes im Vergleich zum ausgepreßten ließe sich wohl durch gewöhnliche Capillarität erklären; da sie aber mit der Quellung der Zellmembran, mit der Imbibition nichts zu thun hat, gehe ich jetzt nicht weiter darauf ein und bemerkte es nur nebenbei. Ferner wurde gemischt 2,1 Grm. Mark mit 7,0 Proc. Feuchtigkeit und 56,7 Grm. Halbnormallösung und in gut verschlossener Flasche an einem dunkeln, kühlen Ort 8 Tage aufbewahrt; daneben noch eine Probe des verwendeten Saftes, wie ich überhaupt die angewendete Lösung erst mit der verarbeiteten polarisirt habe, so daß beide immer gleich lange standen. Nach der Polarisation hatte der ursprüngliche Saft 12,35 Proc. Zucker, der vom Mark wieder ausgepreßte 12,65 Proc. Zucker. Nach der indirecten Methode hätte sich nun (aus der Formel 100 s/S = 97,05) der Zucker auf 12,28 Proc. der Gesamtmenge oder 7,221 Grm. berechnen müssen. Wirklich vorhanden sind aber nur 7,002 Grm. Hätte ich also in anderem Sinne experimentirt und nicht direct die vorhandene Zuckermenge gekannt, so mußte ein unfindbarer, aber ungeschehener Verlust von 3,03 Proc. der angeblich theoretischen, aber falsch berechneten Zuckermenge notirt werden. Man wird wohl einsehen, zu welchen Irrthümern es führen kann, wenn der Imbibition keine Rechnung getragen wird. Daß wir es in den beschriebenen Fällen etwa mit einem neben dem Zucker noch rechts polarisirenden Körper zu thun hätten, läßt sich nicht annehmen; wie sollte derselbe, nachdem er einem 12stündigen Auswaschen und Auskochen mit etwa der 1000fachen Menge Wassers, die mindestens 10mal erneuert war, widerstanden, nun auf einmal innerhalb einiger Minuten von so wenig Zuckerflüssigkeit gelöst werden; Invertzucker oder ähnlich auf Fehling'sche Lösung reagirende Stoffe waren auch in keinem Falle nachzuweisen; nur der letztbeschriebene Versuch von 8tägiger Dauer lieferte einen schwach opalisirenden Saft und dieser mit Fehling'scher Lösung einen so geringen Niederschlag, daß demselben 1/100 bis 2/100 Proc. Invertzucker entsprechen konnten. Dann habe ich noch Rübenmark nicht nur mit Wasser, sondern danach mit Ammoniak, dann Wasser, dann verdünnter Schwefelsäure, wieder Wasser, verdünntem Ammoniak und Wasser ausgewaschen; für das Ungelöste konnte ich keine Quellungsfähigkeit mehr nachweisen, wie auch zu erwarten stand. Den in der Natur gegebenen Verhältnissen sind die positiven Versuche, so viel wie möglich und erforderlich, nachgebildet; eine lebendige Zelle hat noch kein Mensch fabricirt. Die mikrochemisch quantitative Analyse ist aber noch weit entfernt, bei so subtilen Fragen zuverlässig dienen zu können. Immerhin mögen die beschriebenen Erscheinungen Berücksichtigung finden in der Kritik der sogen, unfindbaren Verluste des Fabrikbetriebes. Jicinsky hat es nicht unterlassen, einen heiklen Punkt zu erwähnen, der sich bei Berechnung seines Saftgehaltes aus der directen Zuckerbestimmung einstellt; bekanntlich erzielt er aus der halben Normalmenge 100 K. C., und Polarisations-Irrungen von 0,1 Proc. wachsen zu Differenzen von beiläufig 1 Proc. Saftgehalt. Daher versuchte ich eine Verbesserung im Dampfpreßfilter (vergl. dies Journal, 1873 Bd. CCIX S. 256.) Textabbildung Bd. 214, S. 322 Dieses kleine Instrument combinirt die Wirkung des Filtrirens mittels der Luftpumpe, des Pressens, und des Auslaugens durch Dämpfe, und liefert ein verhältnißmäßig recht concentrirtes Filtrat. In der aus leichtem Messingguß gefertigten Extractionskapsel A liegt eine starke, feingelochte Siebscheibe (Centrifugenblech) hohl über dem zur Mitte sich senkenden Boden. Das Ausflußrohr des letzteren ist so bemessen, daß die Kapsel auf die Waagschale schräg gestellt und bequem mit möglichst fein zerriebenem Rübenbrei beschickt und gewogen werden kann. Ist dies geschehen, so fügt man die Rohrverbindung an, welche zum graduirten Kölbchen führt. Das (engere) Filtratrohr innerhalb des (weiteren) zur Pumpe führenden Röhrenstückes wird mit Gummischlauch gedichtet; diese doppelte Rohrverbindung führt mit Leichtigkeit in den nur 9 Millim. weiten Hals des Kolbens von 50 oder 100 Kubikcentimeter. Hat man die zum Scheibler'schen Raffinationswerth dienenden Kölbchen zur Hand, so braucht man nur einen doppelt durchbohrten Kork mit zwei Glasröhren aufzusetzen. Das Sammelkölbchen wird nun in ein Kühlgefäß gestellt, und p mit der Luftpumpe (nach Bunsen, Finkener oder ähnlich) verbunden. Dann wird der Deckel fest aufgeschraubt und erforderlichenfalls mit einem geknoteten Faden verpackt; indem man nun auf den Holzknopf k langsam kräftig drückt, preßt man mit dem beweglichen Stempel s einen erheblichen Theil des Saftes aus, zieht den Stempel wieder in die Höhe und verbindet e mit einer Dampfleitung. Die Führung der Stempelstange durch b vertritt die Stopfbüchse. Man wende gespannten Dampf an und entferne das in der nächsten Rohrstrecke abgesetzte Wasser durch vorheriges volles Oeffnen des Hahnes, welcher hierauf nur sehr wenig offen gelassen wird. Durch d wird entweder abwechselnd mit der Dämpfung oder gleichzeitig Luft eingesaugt; im letzteren Falle erhält man eine Art von Nebeldecke. Von Zeit zu Zeit preßt man nach, übrigens hüte man sich auch vor zu gewaltsamem Drücken; dadurch kann der Siebboden verstopft werden oder etwas Preßling über die Stempelplatte emporquellen. Bei einiger Uebung wird man schon das richtige treffen und innerhalb einer Stunde mit Zucker- und Saftgehalt des Rübenbreies fertig werden können, während die Müller-Grouven-Stammer-Methode in der Regel eine Reihe von Tagen dauert. 13,024 Grm. können bei einem Filtrat von 48 K. C. vollkommen entzuckert, die ursprüngliche Fehlerquelle somit halbirt werden. Dasselbe ist mir sogar bei 26,048 Grm. gelungen, und wenn mir ein Polarisationsinstrument mit 40-Centimeterröhren zu Gebote stand, so war die Genauigkeit in dieser Hinsicht verachtfacht. Sollte es der Mühe werth scheinen, diese Methode zu versuchen, so empfehle ich, zunächst 13,024 auf 50 K. C. zu nehmen. Die Dampfpreßfilter fertigt Hr. Mechaniker Kuhlo in Stettin an. In einem Laboratorium ohne Dampfleitung verbinde man mit c das Mundstückrohr einer gewöhnlichen Spritzflasche, die zum Sieden erhitzt wird; auch kann man statt der Luftpumpe folgenden bekannten einfachen Aspirator nehmen: eine große Flasche mit doppelt durchbohrtem Kork, zwei Glasröhren, von denen eins unter Wasser endigt (wovon eine kleine Schicht in der Flasche) und das andere zum Ansaugen dient, beide mit Quetschhahn versehen. Mit gespanntem Dampf hatte ich freilich besseren Erfolg. Nachstehend die Resultate einiger Analysen. Feinst zerriebener Rübenbrei ergab einen aus dem Mark = 2,78 Proc. berechneten sogen. Saftgehalt von 97,22 Proc. 1) Nach 100 s/S = 97,17 Proc.; nach 100 p/P = 94,4 Proc. 2) 100 s/S = 100 82,65/86,48 = 95,57 Proc.; 100 p/P = 100 13,50/14,55 = 93,1 Proc. 3) 100 s/S = 96,46; 100 p/P = 93,33 Proc. (Der Brei mit Alkohol extrahirt.) 4) 100 s/S = 97,15; 100 p/P = 93,84 Proc. 5) 100 s/S = 96,61; 100 p/P = 92,55 Proc. Durch anderweitige Berufsgeschäfte seit längerer Zeit verhindert, diesen Gegenstand weiter zu bearbeiten, sollte es mich freuen, wenn von anderer Seite eine noch exactere Methode, den Zucker der Rüben zu bestimmen, gefunden wird; bei einer solchen würde es dann Wohl zunächst darauf ankommen, die selbst polarimetrisch störenden Nichtzuckerstoffe analytisch zu bewältigen.