Die süßen Weihnachtstage sind vorbei. Mancher fragt sich: Was ist aus dem vielen Zucker, den wir verputzt haben, geworden? Die Antwort ist: Aus dem Zucker wurden Zucker. Um das zu verstehen, müssen wir schon etwas genauer sein: Aus dem Haushaltszucker (Saccharose), dem „Zucker“ schlechthin, werden die Zuckerformen (Kohlenhydrate) Traubenzucker (Glucose) und Fruchtzucker (Fructose):

(1)       Saccharose + Wasser ———> Glucose + Fructose

Diese Produkt-Mischung nennt man auch Invertzucker. Die Bezeichnung kommt daher, dass sich nach der Hydrolyse das Vorzeichen des Drehwinkels von polarisiertem Licht umkehrt. Klicke hier.

Zur Spaltung ist pro Molekül Saccharose ein Molekül Wasser notwendig. Deshalb sprechen wir bei dieser Reaktion von Hydrolyse (griech. hydor, Wasser; lysis, Spaltung).

Wir können die Hydrolyse in einem einfachen Versuch zeigen:

Versuch 1: Hydrolyse von Saccharose Wir geben 5 g Haushaltszucker in ein kleines Becherglas mit 10 ml Wasser. Wir lösen den Zucker auf. Dann tropfen wir einige Tropfen halbkonzentrierte Salzsäure (C) hinzu. Wir erhitzen zum Sieden und lassen dann abkühlen. Wir neutralisieren die Lösung mit Natronlauge (C). Indikatorpapier verwenden! a) Untersuchung auf Glucose In eine abgekühlte Probe der Lösung tauchen wir den Glucose-Teststreifen ein. Der Teststreifen färbt sich intensiv blau. b) Untersuchung auf Fructose Zu einer anderen Probe geben wir die gleiche Menge an Fructose-Reagenz und stellen die Mischung in ein siedendes Wasserbad. Nach wenigen Sekunden fällt rotes Selen aus.

Wir wissen aus dem Alltag: Kochen allein führt nicht zur Spaltung der Saccharose. Nun sehen wir, dass beim Kochen eine Hydrolyse erfolgt, wenn Säure zugegen ist. Säure spielt offenbar die Rolle eines Katalysators. Wirken alle Säuren katalytisch?

Versuch 2: Säurekatalyse bei der Zuckerhydrolyse Wir wiederholen den Hydrolyse-Versuch 1 unter Verwendung verschiedener Säuren. Dazu nehmen wir Salzsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure. Wir nehmen auch Citronensäure und Essigsäure. Ergebnis: Die Hydrolyse erfolgt in allen Fällen. Der Effekt ist bei der Essigsäure allerdings sehr gering.

Allen Säuren ist gemeinsam, dass sie Protonen freisetzen. Folglich sind bei der Hydrolyse der Saccharose nur die Protonen katalytisch wirksam. Den genauen Reaktionsmechanismus erläutern wir auf einer speziellen Webseite.

Bei der Hydrolyse mit Säuren gibt es das Problem von Nebenreaktionen (erkennbar an der Gelbfärbung der Reaktionslösungen) und das Problem der Entsorgung von Abfallsäuren. Da letztlich nur die Protonen als Katalysator wirken, bietet sich zum Hydrolysieren von Saccharose die Verwendung Saurer Kationenaustauscher als schonende Alternative an (-> Versuch).

Wie läuft die Hydrolyse in unserem Körper ab?
Wir können die Verhältnisse von Versuch 1 kaum auf unseren Körper übertragen. Zwar haben wir genügend Salzsäure in unserem Magen, und die ist mit ca. 0,1 mol/l ausreichend konzentriert! Jedoch ist die Reaktionstemperatur in Magen und Darm mit ca. 38-39 °C viel zu gering.

Gibt es noch effektivere Katalysatoren als die Protonen spendenden Säuren? Solche, die auch bei normaler Körpertemperatur arbeiten? Solche Katalysatoren haben wir: Es sind die Enzyme. In unserem Spezialfall handelt es sich um die Saccharase. Dieses Enzym ist im Dünndarmsekret enthalten.

Die resultierenden Zuckerformen (Kohlenhydrate) Glucose und Fructose werden über die Darmwand in den Stoffwechsel eingeschleust. Einerseits dienen sie zum Aufbau neuer Verbindungen, worunter sich leider auch Fette befinden. Ein großer Teil dient aber zur Bereitstellung von Energie für unsere Lebensaktivitäten. Dazu kommt es auch noch zur Zwischenspeicherung von Poly-α-glucose, Glykogen. Letztere nennt man auch tierische Stärke.

Rüdiger Blume

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