XIV. Ueber die Structur und chemische Zusammensetzung des Zuckerrohrs, ferner über die Zuckergewinnung daraus; von Payen. Aus den Comptes rendus, Mai 1849, Nr. 21. Payen, über die Structur und chemische Zusammensetzung des Zuckerrohrs. Bei meinen Untersuchungen über das Zuckerrohr beabsichtigte ich hauptsächlich zu bestimmen: 1) die Formen und die Zusammensetzung der Gewebe dieser Pflanze; 2) den Sitz der Zucker-Absonderung; 3) die durch das Alter in den Formen und der Beschaffenheit der verschiedenen Theile des Gewebes stattfindenden Veränderungen; 4) die Veränderungen, welche gleichzeitig die nähern Bestandtheile erfahren. In letzterer Hinsicht berücksichtigte ich hauptsächlich die Stengeltheile, welche bei der Zuckerfabrication ausgebeutet werden. Die Lösung dieser Fragen zu welcher ich gelangt bin, dürfte, abgesehen von den wichtigen Arbeiten welche wir über das Zuckerrohr von Proust, Derosne, Plagne, Avequin, Peligot, Dupny, Hervy und Casaçoeca besitzen, Interesse gewähren. Wenn man eine perpendiculär zur Achse des reifen Stengels geschnittene Scheibe, nachdem sie gelblich geworden ist und die Blätter abgefallen sind, von der Oberfläche nach dem Mittelpunkt hin untersucht, so bemerkt man: 1) eine der Epidermis (dem Oberhäutchen) anhangende oberflächliche Schicht, welche aus einer Art Wachs (dem Cerosin) besteht; sie wurde von Plagne und Avequin zuerst beobachtet, dann von Dumas analysirt;Nach Avequin enthält jeder vollkommen entwickelte Zuckerrohrstengel im Mittel 2 Gramme Cerosin (polytechn. Journal Bd. LXXIX S. 441). 2) das Oberhäutchen mit eckigen Vorsprüngen, welche den Fugen zwischen den Zellen entsprechen; 3) die dicken Wände der epidermischen Zellen; zwischen den äußern Wanden dieser Zellen befinden sich Gränzlinien und ihre Höhlungen communiciren frei oder durch eine dünne Membran vermittelst zahlreicher in den Wänden befindlicher Canälchen; 4) das Zellgewebe mit dünnern Wänden, unter der Epidermis; 5) ein Zellgewebe mit dicken Wänden, durch welche Canälchen gehen; 6) zwei concentrische kreisförmige Reihen von Holzfaserbündeln; jede umgibt einen von den verschiedenen unten beschriebenen Gefäßen erfüllten Raum. Diese Bündel stoßen in der ersten Reihe beinahe an einander, befinden sich aber in der zweiten weniger nahe. Aehnliche Gefäße findet man, jedoch an Holzfasern allmählich abnehmend und in stets größeren Abständen, bis zur Achse des Stengels. Keines dieser Gewebe enthält Zucker, während sie andere, unten angegebene Substanzen in mehr oder weniger großer Menge enthalten. Ich ermittelte den Sitz des krystallisirbaren Zuckers, indem ich dünne Schnitte der verschiedenen Gewebe des trockenen Rohres unter dem Mikroskop beobachtete. Ich gebrauchte die Vorsicht, die losen Theilchen vorher durch Umherbewegen der Scheiben in wasserfreiem Alkohol zu entfernen; da dieser nämlich den krystallisirten Zucker nicht auflöst, kann er zwischen den Objectträger und die die Schnitte bedeckende Lamelle gebracht, die Beobachtung erleichtern. Auf diese Weise lassen sich mehr oder weniger große, dem Kandiszucker ähnliche Krystalle in allen dünnwandigen, cylinderähnlichen Zellen wahrnehmen, welche die zahlreichen Holzfaserbündel und Gefäße von der Achse an bis zur zweiten Reihe der holzigsten Fasern umgeben.Die zu diesem Versuche angewandten Proben verschaffte sich im J. 1843 Hr. Derosne in den Colonien, indem er das vorher in 1 Centimeter dicke Scheiben zerschnittene Zuckerrohr an der Sonne rasch trocknen ließ. Man bemerkt, daß alle diese Zellen in den sich berührenden Flächen mit einander durch eine große Anzahl kleiner in ihren Seitenwänden befindlicher Oeffnungen in Verbindung stehen; die Grund- oder Endflächen, die beiden Grundflächen des hohlen Cylinders, welchen jede Zelle bildet, sind nicht mit solchen Oeffnungen versehen. Alle angeführten Gewebe des reifen Rohrs werden, wenn man sie mit reinem Wasser auswascht und dann mit Jod zusammenbringt, gelb gefärbt; Schwefelsäure, obwohl sie den Zusammenhang der Zellensubstanz aufhebt, beseitigt diese Färbung nicht, sondern macht sie noch intensiver. Wenn man aber einen Theil der in den kleinen dünnwandigen Gefäßchen enthaltenen stickstoffhaltigen Substanz, sowie einen Theil der in den zuckerführenden Zellen enthaltenen stickstoffhaltigen und holzigen Substanzen mit Aetznatronlösung von 1/10 Gehalt auszieht, so beobachtet man bei jener Doppelreaction (des Jods und der Säure) mehrere auffallende Erscheinungen; die kleinen punktirten Gefäße nehmen, indem sie anfangen ihren Zusammenhang zu verlieren, eine schwach indigblaue Färbung an. Der innere Theil der Zuckerzellen, schnell aufschwellend, geht in den Zustand der aus ihrem Zusammenhang getretenen Theilchen der Zellensubstanz über, sowie sie sich im Stärkmehlhydrat finden. Natürlich müssen sich diese Theile nunmehr dunkelblau färben. Die dieser innern Schicht anhangenden stickstoffhaltigen Körperchen trennen sich davon und offenbaren ihre Gegenwart durch die specielle orangegelbe Färbung des leichten körnigen Gebildes, welches sie parallel mit den Umrissen der innern aufgeschwollenen Wände bilden. Die fester zusammenhängenden und vollern äußern Membranen widerstehen hingegen der speciellen Aufhebung ihres Zusammenhangs; sie schwellen jedoch auf, bilden krumme Falten und trennen sich an verschiedenen Punkten von den ihnen anhangenden Zellen, behalten aber die durch die doppelte chemische Reaction erzeugte orangegelbe Färbung bei. Wenn man auf eine dünne Schnitte, nachdem man sie mit reinem Wasser ausgewaschen hat, eine Aetzkali- oder Natronlösung einwirken läßt, so sieht man, daß alle mit Holzsubstanz erfüllten Theile des Gewebes sich gelb färben, während die kleinen punktirten Gefäße und das Oberhäutchen durchscheinender und farblos werden. Dieses verschiedene Verhalten gegen das Reagens liefert noch ein Unterscheidungsmerkmal zwischen diesen kleinen Gefäßen und dem übrigen Gewebe des Rohrs; es scheint die Abwesenheit von Holzsubstanz in denjenigen Theilen anzuzeigen, welche unter dem Einfluß des kaustischen Alkalis keine bleibende gelbe Färbung annehmen. Diese gelbe Färbung verschwindet jedoch überall, wenn man nach der Einwirkung des Alkalis ein Auswaschen mit reinem Wasser, und dann Berührung mit überschüssiger Essigsäure folgen läßt. Diese Säure erleichtert durch die eintretende Klarheit die mikroskopischen Beobachtungen bedeutend. Behandelt man solche dünne Schnitte mit ätzendem Natron oder Kali und erhöht deren Wirkung durch Abdampfen bis zur Trockne, so bemerkt man nach vollständigem Auswaschen, daß die Scheiben ihren Zusammenhang ganz verloren haben; deßgleichen die kleinen punktirten Gefäße, welche man dann nicht mehr auf der Stelle findet die sie einnahmen. Alle anderen Theile des Gewebes nehmen, indem sie in Gegenwart von Jod und concentrirter Schwefelsäure ihren Zusammenhang verlieren, die den reinen Zellenstoff charakterisirende indigblaue Färbung an. Beim minder entwickelten Zuckerrohr erfolgt die theilweise oder gänzliche Befreiung des Zellenstoffs von allen Geweben viel schneller und es bedarf dazu keiner so kräftigen Agentien. Wenn man nämlich sehr dünne Schnitte des Stengels (zwischen den Knoten des mittleren Theils) eines noch grünen ZuckerrohrsIch habe durch die Gefälligkeit der Professoren und Vorstände des naturgeschichtlichen Museums Zuckerrohrproben aus den verschiedenen Epochen seiner Entwickelung erhalten., welches erst ein Drittheil seiner Entwickelung erreicht hat, unter dem Mikroskop 1) mit reinem Wasser, 2) mit wässeriger, mit Alkohol versetzter Jodlösung, 3) mit concentrirter Schwefelsäure behandelt, so bemerkt man, daß die Epidermis und das unter ihr befindliche Zellgewebe widerstehen und sich intensiv orangegelb färben; die Holzfaser, welche ihren Zusammenhang verliert, und die breiten punktirten Gefäße (deren zwei in jedem Gefäßbündel sind) nehmen eine orangegelbe Färbung an und behalten sie; die kleinen punktirten Gefäße erscheinen grünlichblau gefärbt und verlieren schnell ihren Zusammenhang; die Zuckerzellen endlich gehen vom Gelblichen ins Grüne, dann ins Indig-Violette über, wobei sie aufschwellen, sich verrücken und allmählich ihren Zusammenhang verlieren. Mit denselben Reagentien behandelte ich den untern, weißlichen (ganz von scheibenförmigen Blättern umhüllten) Theil eines Rohrstengels im frühesten Alter; dieser Antheil hatte 3 Centimeter Höhe vom Knopfe an (diesen inbegriffen) bis zum nächsten Knopfe, und eine Schnitte zeigte unter dem Mikroskop die noch wenig dicken Holzfasern. Eine wässerige Jodlösung färbte die Gewebe gelb, mit Ausnahme der kleinen punktirten Gefäße; durch Zusatz eines Tropfens Schwefelsäure entstand auf allen diesen Geweben eines der schönsten mikroskopischen Bilder; die äußern Haare, auf ihrem äußern Oberhäutchen und ihrer innern körnigen Membran gelb gefärbt, wurden in der ganzen Dicke ihrer angeschwollenen Wände violett; das Häutchen und die Epidermis des Stengels hatten eine dunkel orangegelbe Färbung angenommen; das darunter liegende Zellgewebe war in der Dicke aller Zellen gebläut; dieselbe Farbe hatten die kleinen punktirten Gefäße, welche auf diese Weise einen cylindrischen blauen Büschel bildeten, der ganz von orangegelben Geweben umringt war, nämlich 1) den breiten, punktirten Gefäßen und den 14 bis 18 jedem derselben anhangenden Röhren; 2) den Röhren von aufeinander liegenden Scheibchen; 3) den schwachholzigen Fasern. In der Mitte der gelbgefärbten Wände dieser letztern sah man die innere Schicht neugebildeter Zellensubstanz, sich als einen unregelmäßigen, angeschwollenen, gebläuten Ring ablösend. Im jüngern Gewebe oberhalb dieses Knotens zeigten die Zellen alle eine Art abgerundeten oder elliptischen Kern von feinem, stickstoffhaltigem Gewebe; zahlreiche Körnchen stickstoffhaltiger Substanz hingen allen innern Wänden an. Man sah viele Stärkmehlkörner, welche bis 5/1000 Millimeter maßen; Jod und Schwefelsäure nach einander zugesetzt, färbten die Epidermis, die Scheibchen und alle stickstoffhaltigen Körper bleibend dunkelgelb; alle Röhren, Gefäße und Zellen schwollen an, färbten sich dunkel violett und trennten sich von einander; bald wurde die Auflösung eine vollständigere, die gebläuten Wände verschwanden und ließen die isolirte braungelbe Epidermis und die orangegelben stickstoffhaltigen Körperchen sehen, welche dem Innern der zerstörten zelligen Membranen anhingen. Dieselben aufeinanderfolgenden Behandlungen, bei dünnen Schnitten eines Seitenschößlings angewandt, dessen Blätter erst 30 Centimeter lang waren, zeigen die Epidermis der Blätter und des Stiels lebhaft orangegelb gefärbt, während alle andern Bestandtheile der Gewebe mit Verlust ihres Zusammenhangs sich rasch violett färben. Endlich sind in allen Stengeln und Blättern der neuen Triebe Stärkekörnchen in großer Menge zu sehen. Namentlich enthalten solche die Stengel in ihren Geweben unter der Epidermis und in den Zuckerzellgeweben rings um die Gefäßbündel herum. Auch die Blätter zeigen reichliche Stärkeabsonderung um die Nervengefäße herum, in den diese Nervchen umhüllenden Zellgeweben, welche sich von einer Seite des Blatts bis zur andern erstrecken. Diese Verschiedenheiten in der Beschaffenheit und Vertheilung der näheren Bestandtheile, die viel geringere Dicke der Zellenwände, Fasern etc. und der viel kärglichere Inhalt der Holzfasern in den jüngeren Geweben, schienen anzudeuten, daß man bei Vergleichung der Zusammensetzung der unvollkommen entwickelten Stengel mit jener der sich der Reife nähernden Stengel, ähnliche Verschiedenheiten finden würde. Die Resultate der vergleichenden Analysen ergaben solche wirklich; sie erklären die in den Zuckersiedereien wohlbekannten Schwierigkeiten bei der Behandlung des vor der Reife geernteten Zuckerrohrs. Sie zeigen ferner, daß man immer gut thut die Schößlinge abzusondern, welche den nutzbaren Stengeln anhangend bleiben, vielleicht sogar die jüngsten Enden dieser Stengel. Uebrigens ersieht man aus den vergleichenden Analysen, daß die Zusammensetzung des Zuckerrohrs complicirter ist als man bisher glaubte. Nähere Bestandtheile des Zuckerrohrs. Textabbildung Bd. 113, S. 50 Otaheiti'sches Rohr im Zustand der Reife; Zu einem Drittheil entwickeltes Rohr; Wasser; Zucker 1); Zucker; Zellensubstanz und Holzstoff 2); Eiweißstoff und drei andere stickstoffhaltige Substanzen 3); Zellensubstanz und sie bekrustende Holzfaser; Cerosin, grüne Materie, gelber Farbstoff. sich braun und karminroth färbende Substanzen, Fettsubstanzen, ätherisches Oel, aromatische Substanz, zerfließliche Substanz 4); Unauflösliche Salze 0,12; auflösliche 0,16; phosphorsaurer Kalk und phosphorsaure Talkerde 5); Eiweißstoff und drei andere stickstoffhaltige Substanzen 6); Stärkmehl, Cerosin, grüne Materie, gelber Farbstoff, sich braun und karminroth färbende Substanzen; Thonerde; schwefelsaurer und oxalsaurer Kalk; essigsaure und äpfelsaure Salze von Kalk, Kali und Natron; schwefelsaures Kali; Chlorkalium und Chlornatrium; fette und aromatische Substanzen, hygroskopische Substanz, ätherisches Oel, auflösliche und unauflösliche Salze, Kieselerde, Thonerde; Kieselerde 1) Wenn man annimmt, daß der Traubenzucker und flüssige Zucker nicht präexistiren, so erklärt sich ihr gewöhnliches Vorkommen in sehr kleiner Menge, als eine Folge der eintretenden Veränderungen an allen denjenigen Stellen, wo die Gewebe zur Zeit der Zuckerrohrernte zerrissen oder zerschnitten wurden. 2) Das Mengenverhältniß der Gewebe ist verschieden, je nachdem die (dichtere und festere Gewebe enthaltenden) Knoten einander mehr oder weniger nahe stehen. 3) Diese Menge stimmt mit der Elementar-Analyse überein, welche für 2297 Milligr. trockener Substanz, 7 Kubikcentimeter Stickstoff = 0,02145 Milligr. stickstoffhaltiger Substanz im trockenen Rohr, oder 0,0055 im normalbeschaffenen Rohr ergab. 4) Diese Substanz hat nach Plagne und Hervy die Eigenschaft, den Zucker im Saft in eine klebrige und geschmacklose Materie zu verwandeln und sich der geistigen Gährung zu widersetzen; ein Filtriren über Knochenkohle (ohne Wärme) scheidet diese zerfließliche organische Substanz ab. 5) Der Rohrsaft enthält doppelt-phosphorsauren Kalk und phosphorsaure Talkerde; denn durch Zusatz eines kleinen Ueberschusses von Ammoniak entsteht ein krystallinischer Niederschlag von phosphorsaurer Ammoniak-Talkerde und noch ein stockiger Niederschlag, welcher mit Schwefelsäure behandelt, schwefelsauren und doppeltphosphorsauren Kalk gibt. Unter dem doppelten Einfluß der Luft und des Ammoniaks färbt sich der Saft allmählich braun. 6) Das Gesammtgewicht dieser vier stickstoffhaltigen Substanzen ist aus der Stickstoffbestimmung mittelst der Elementar-Analyse abgeleitet. Hienach enthält das grüne Rohr um die Hälfte weniger Zucker, ungefähr um 30 Proc. weniger Gewebe und dreimal so viel organische Materie und Salze als das zur Reife gediehene Rohr.Noch weit mehr wich die chemische Zusammensetzung des oben beschriebenen Stengels vom zartesten Alter ab: vom ersten (mit inbegriffenen) Knoten bis zum zweiten betrug das Gewicht 4,825 Gramme, welche sich durch das Trocknen auf 0,435 Gr. reducirten; die fünf Knoten und Gewebe, welche 2 Centimeter hoch waren und den ganzen obern Theil dieses Stengels bildeten, wogen zusammen 3,760 Gramme; durch das Trocknen reducirten sie sich auf 0,312 Gr.; folglich enthielt der erste Theil dieses Stengels 9 Proc. trockener Substanz, der ganze übrige Stengel nur 0,0825, und das Ganze weniger als 1/2 Proc. Zucker (die gesummte trockene Substanz enthielt 3/100 wachsartiger und Fettsubstanzen). Diese Abweichungen in Verbindung mit der bekannten Thatsache, daß mehrere organische Substanzen und Salze die Krystallisation des Zuckers verhindern, erklären uns, warum in Gegenden, wo wegen Mangels hinlänglich hoher Temperatur das Zuckerrohr die gehörige Reife nicht erreichen kann, auch der Rohrzucker nicht mit Vortheil zu gewinnen ist. Die Knoten des Zuckerrohrs bestehen aus einem dichten Gewebe, worin die Holzfasern mit dicken Wänden vorherrschen; wo alle Zellen, im Verhältniß zu ihrer größern Dicke kleinere Höhlungen haben; übrigens die Zuckerzellen kleiner und weniger sind. Es folgt daraus, daß in den Knoten des Rohrs der Zuckergehalt sich fast auf die Hälfte oder von 18 auf 10 Procent reduciren muß, welches Resultat auch Peligot bei seiner Analyse des reifen Rohrs erhielt, und von dessen Richtigkeit ich mich überzeugte.Noch holziger werden die Knoten, wenn sich an der Seite, außen, ein Schößling und Würzelchen entwickeln; wirklich findet man dann in den entsprechenden innern Theilen des Knotens eine mit Holzsubstanz stark inkrustirte Masse Gewebes. Ueber eine andere Thatsache wird man sich kaum wundern, so sonderbar sie auch anfangs erscheinen mag; daß nämlich die Knoten so viel Wasser enthalten, als die Gewebe des ganzen Stengels zusammen. Dieß kömmt daher, daß das größere Mengenverhältniß von Zellensubstanz und bekrustender Holzsubstanz in gewissen Theilen dieser Knoten, wieder durch ein geringeres Verhältniß von Zucker in andern Theilen derselben ausgeglichen wird. Die aus den Zuckerrohr-Knoten gewonnenen Lösungen müssen nothwendig dem Zucker gegenüber mehr fremdartige Substanzen enthalten, als in dem aus den Zwischenräumen der Knoten gezogenen Saft zu finden ist; weil die wenig oder gar nicht zuckerhaltigen Flüssigkeiten, welche in den specieller Zuckerzellen ermangelnden Geweben eingeschlossen sind, größtentheils dem Zucker fremdartige Substanzen enthalten, deren Vorhandenseyn die Analyse nachweist. Schließlich will ich noch Einiges über die so wünschenswerthen Verbesserungen in der Zuckererzeugung auf den Kolonien bemerken. Vor Allem kommt es darauf an, daß die Arbeit nicht zu viel kostet und dennoch der freien Arbeit der bestmögliche Lohn gesichert wird. Dieser Zweck kann dadurch erreicht werden, daß man alle heutzutage von den landwirthschaftlichen, mechanischen und chemischen Fortschritten gebotenen Mittel benutzt. Hinsichtlich des Anbaues sollte man den in jeder Wohnung sich vorfindenden mineralischen Dünger, die Asche des ausgepreßten Rohrs, die Kruste der Kessel, sorgfältig sammeln und auf die Felder verbreiten, denselben überdieß Alkali- und Kalkverbindungen zusetzen, um deren Verminderung im Boden zu ersetzen. Man sollte ferner alle Fabrications-Rückstände, die Melasse, den Schaum, als Viehfutter verwenden, um dem Boden mit den thierischen Excrementen auch den größten Theil derjenigen Stoffe zurückzugeben, welche die Pflanzen aus ihm geschöpft haben. Die pulverigen Abfälle vom Wiederbeleben der Knochenkohle, dann Asche, Mergel und getrocknete Erde, sollte man zur Absorption, Austrocknung und Aufbewahrung der thierischen Excremente verwenden, um letztere in kleinerem Volum und Gewicht verbreiten zu können. Man sollte die organische Nahrung der Pflanzen durch stickstoffreichen Dünger, z.B. getrocknetes Blut und Fleisch, Rückstände aus Fischereien, verdorbene Stockfische etc. vermehren. Endlich muß man sich hüten solche Dünger anzuwenden, welche das Mengenverhältniß der verschiedenen Salze über das der Entwicklung des Zuckerrohrs förderliche erhöhen könnten. Die Wichtigkeit dieser Verbesserungen, welche die Fruchtbarkeit des Bodens unterhalten oder erhöhen, ist einleuchtend, wenn man bedenkt, daß der Ertrag eines fruchtbaren Bodens, welcher jährlich per Hektare 7000 Kilogr. Zucker beträgt, allmählich bis auf 2000 Kilogr. sinken kann, wo dann der Arbeitslohn im Verhältniß zum Product zu hoch steigt. Fabrication. Man kann die 50 bis 60 Proc. Saft, welche man zu erhalten pflegt, auf 70 bis 80 Proc. bringen durch Anwendung einer zweiten Presse, in welche man Strahlen siedenden Wassers eintreibt, was die von Derosne auf den Kolonien angestellten Versuche erwiesen haben. Bedingungen eines guten Erfolgs sind jedenfalls die Vermeidung einer zu langsamen Ausführung der Operationen, Beschleunigung selbst der Ausziehung des Safts, und Erhöhung seiner Temperatur über den Punkt bei welchem Gährung eintreten kann. Die sehr wünschenswerthe Beschleunigung des Abdampfens wäre durch Anwendung der in unseren Rübenzuckerfabriken gebräuchlichen Apparate (namentlich jener der HHrn. Derosne und Caïl, Pecqueur, Gaspard, Tamisier, Claës etc.) zu bewerkstelligen. Vielleicht dürfte es zweckmäßig seyn, um die Einführung solcher in den Colonien zu befördern, mit den einfachsten, wenigst kostspieligen den Anfang machen. Leider ist man an manchen Orten hinsichtlich des Brennmaterials auf das ausgepreßte Rohr (die Bagasse) beschränkt, weil man keine Steinkohlen einführen kann. Auch das Reinigen des krystallisirten Zuckers von Syrup und das Austrocknen desselben mittelst Centrifugalkraft, ließen sich auf den Colonien anwenden; jedenfalls sollte die Benutzung der Knochenkohle und das Wiederbeleben derselben zum Entfärben des Zuckers allgemein eingeführt werden. Auf diese Weise erhielte man eine größere Ausbeute an krystallisirtem Zucker und überdieß ein reineres Product; es würden durch ein solches auch die Verpackungs- und Versendungskosten vermindert und die Verluste vermieden, welche durch die Gährung des unreinen und feuchten Zuckers während des Transports entstehen.