轉(zhuǎn)化糖漿與果葡糖漿的比較研究

岳 帥，楊 釗,，徐光輝，張家智，姚宇晨，謝凌波，王 寶,3*

(1中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司/老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室/營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102209；2中糧屯河崇左糖業(yè)有限公司，廣西崇左532200；3中糧屯河糖業(yè)股份有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糖料與番茄質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆昌吉831100)

0 引言

轉(zhuǎn)化糖漿與果葡糖漿作為重要的甜味劑，二者均有較長的發(fā)展歷史。1951年，美國糖業(yè)研究基金會(The Sugar Research Foundation)申請了轉(zhuǎn)化糖漿的相關(guān)專利；1957年，美國人MARSHALL R O和KOOL E P利用葡萄糖異構(gòu)酶使葡萄糖異構(gòu)成果糖，促進(jìn)了果葡糖漿生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展[1]。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，食品飲料行業(yè)對于甜味劑的需求愈發(fā)旺盛，兩者的產(chǎn)品種類日趨豐富，相關(guān)研究也愈發(fā)深入。由于兩者的主要成分均包括果糖和葡萄糖，在相關(guān)研究中，存在概念混淆的情況：如在一些文章中存在“以原糖為原料制備果葡糖漿”的表述，或使用“蔗糖轉(zhuǎn)化果葡糖漿”、“蔗糖源高果糖漿”等不規(guī)范的詞匯。本文將從兩者的產(chǎn)品定義、生產(chǎn)原料、制備原理及生產(chǎn)工藝、應(yīng)用領(lǐng)域等方面進(jìn)行對比分析，并結(jié)合主要成分的比較，以分析兩者的異同，為更加準(zhǔn)確地區(qū)分轉(zhuǎn)化糖漿與果葡糖漿提供依據(jù)。

1 產(chǎn)品定義

GB/T 9289-2010《制糖工業(yè)術(shù)語》[2]中“轉(zhuǎn)化糖漿”的定義是：轉(zhuǎn)化糖漿，用酸或酶將蔗糖轉(zhuǎn)化制得的濃糖液；蔗糖轉(zhuǎn)化，蔗糖溶液在酸或酶的作用下，水解生成葡萄糖和果糖等分子混合物的過程。轉(zhuǎn)化糖漿通常譯為“invert syrup”或“invert sugar syrup”[2-3]。

《食品化學(xué)》中“果葡糖漿”的定義是：果葡糖漿又稱高果糖漿或異構(gòu)糖漿，是以酶法水解淀粉所得的葡萄糖液經(jīng)葡萄糖異構(gòu)酶的異構(gòu)化作用，將其中一部分葡萄糖異構(gòu)成果糖而形成的由果糖和葡萄糖組成的一種混合糖漿[4]。果葡糖漿通常譯為“High fructose corn syrup(HFCS)”或“High fructose syrup”[5-7]。

由兩者的產(chǎn)品定義可知，轉(zhuǎn)化糖漿是以蔗糖為原料，經(jīng)過蔗糖水解過程得到的糖漿產(chǎn)品，而果葡糖漿則是以淀粉為原料，經(jīng)糖化、異構(gòu)等過程得到產(chǎn)品；兩者的相似之處是主要成分都包括果糖和葡萄糖。

2 制備原理及生產(chǎn)工藝

2.1 制備原理

轉(zhuǎn)化糖漿產(chǎn)品的制備原理基于蔗糖水解，蔗糖是由一分子葡萄糖的半縮醛羥基與一分子果糖的半縮醛羥基彼此縮合脫水而成的二糖，蔗糖在氫離子或酶的作用下，會水解生成葡萄糖和果糖(圖1)[8-9]。

圖1 蔗糖與α-D-六環(huán)葡萄糖和β-D-五環(huán)果糖的相互轉(zhuǎn)化

果葡糖漿產(chǎn)品則是以淀粉為原料，經(jīng)雙酶法液化和糖化作用，將淀粉水解為葡萄糖，再由葡萄糖異構(gòu)酶的異構(gòu)作用，將一部分α-葡萄糖異構(gòu)化為α-果糖，得到α-葡萄糖與α-果糖的混合液[10](圖2)。

圖2 α-D-葡萄糖轉(zhuǎn)化為α-D-果糖

2.2 生產(chǎn)工藝

轉(zhuǎn)化糖漿的生產(chǎn)工藝可分為2類，酸催化水解和酶催化水解，常用的生產(chǎn)工藝有3種(如圖3所示)[11-15]。

圖3 轉(zhuǎn)化糖漿產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝

酸催化水解法是在蔗糖糖漿中加酸(以鹽酸、檸檬酸為主)，使蔗糖在較低pH區(qū)間，并在一定溫度下發(fā)生水解；當(dāng)還原糖含量(即果糖和葡萄糖含量)達(dá)到要求后，則降低糖漿溫度，并對轉(zhuǎn)化糖漿進(jìn)行加堿(以碳酸鈉、碳酸氫鈉為主)中和。通過調(diào)節(jié)pH、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間等參數(shù)，可得到不同還原糖含量的轉(zhuǎn)化糖漿。該方法具有流程簡單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但產(chǎn)品的色值較高。酶催化水解法則是在蔗糖糖漿中加入蔗糖酶催化水解蔗糖，需要調(diào)節(jié)糖漿的pH和溫度，從而使蔗糖酶具有最適的催化效果[16]。該方法制備的轉(zhuǎn)化糖漿產(chǎn)品的色值較低，但生產(chǎn)成本相對較高。離子交換樹脂催化水解法在反應(yīng)機(jī)理上仍屬于酸催化，該方法是將蔗糖溶液通過強(qiáng)酸性陽離子樹脂，通過控制流速和溫度，從而得到不同還原糖含量的轉(zhuǎn)化糖漿產(chǎn)品。該方法流程簡單，切換靈活，但生產(chǎn)成本相對較高，且存在樹脂再生廢水的處理問題。

果葡糖漿產(chǎn)品的生產(chǎn)則是以淀粉為原料，其生產(chǎn)工藝包括淀粉的液化、糖化和異構(gòu)化，先后經(jīng)過 3種酶(淀粉酶、糖化酶、葡萄糖異構(gòu)酶)催化的多步生物化學(xué)反應(yīng)而得到(如圖4所示)。

根據(jù)果葡糖漿產(chǎn)品的發(fā)展歷程及果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同，果葡糖漿產(chǎn)品可分為F42、F55、F903種類型，其果糖含量(干重計)分別為42%(F42型)、55%(F55型)、90%(F90型)[10]。以F42型果葡糖漿為基礎(chǔ)，經(jīng)脫鹽后，在固形物含量為36%～60%時用泵輸送到分離器，利用鈣型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂對葡萄糖、果糖親和力不同的特點(diǎn)，將糖漿分成2股不同的物料，分離后的葡萄糖、果糖的物料純度在85%～90%之間。將富含果糖的物料與F42型果葡糖漿混合，可生產(chǎn)F55型果葡糖漿；被富集的果糖物料也可用來生產(chǎn)F90型果葡糖漿，或生產(chǎn)結(jié)晶果糖[17]。

由上可知，轉(zhuǎn)化糖漿和果葡糖漿的制備原理及生產(chǎn)工藝有明顯差異。轉(zhuǎn)化糖漿主要是通過酸解或酶解的原理使蔗糖轉(zhuǎn)化，蔗糖轉(zhuǎn)化后理論上能夠獲得等量的果糖和葡萄糖，通過技術(shù)參數(shù)的調(diào)整，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化糖的含量。果葡糖漿則主要是將淀粉水解為葡萄糖，再將部分葡萄糖異構(gòu)化為果糖；在F42型果葡糖漿的基礎(chǔ)上，結(jié)合色譜分離、結(jié)晶分離、硼酸鹽分離等相關(guān)技術(shù)，可提高果糖含量[18]。

2.3 主要物質(zhì)構(gòu)成特點(diǎn)

由上述制備原理及主要工藝可知，2種產(chǎn)品的主要物質(zhì)含量存在差異，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也對兩者的主要物質(zhì)含量等方面進(jìn)行了要求(見表1)。

根據(jù)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 4093-2010《液體糖》[19]，液體糖按成分可分為全蔗糖糖漿和轉(zhuǎn)化糖漿2個類型；根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)化糖漿的干物質(zhì)(固形物)含量≥70oBx，干物質(zhì)中的總糖分≥99.5%，轉(zhuǎn)化糖漿干物質(zhì)中的還原糖含量≥60%(則蔗糖≤39.5%)，pH區(qū)間為4.5～5.5，灰分≤0.20%。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20882-2007《果葡糖漿》[7]中，對F42型和F55型果葡糖漿的理化指標(biāo)進(jìn)行了要求，干物質(zhì)(固形物)含量，F(xiàn)42型應(yīng)≥71.0%或63.0%，F(xiàn)55型應(yīng)≥77.0%；果糖(占干物質(zhì))含量，F(xiàn)42型應(yīng)≥42%～44%，F(xiàn)55型應(yīng)≥55%～57%；葡萄糖和果糖占干物質(zhì)比例，F(xiàn)42型應(yīng)≥92%，F(xiàn)55型應(yīng)≥95%；2個類型的果葡糖漿，pH區(qū)間為3.3～4.5，灰分≤0.05%。

此外，國際上一般對F42、F55、F90型果葡糖漿的相關(guān)指標(biāo)有所要求[20]，具體指標(biāo)如表2所示。

從表2可知，F(xiàn)42型是第一代果葡糖漿，其糖 分組成中果糖含量為42%，葡萄糖含量50%，低聚糖含量為5%(均為干基，下同)；F55型是第二代果葡糖漿，其糖分組成中果糖含量為55%，葡萄糖含量42%，低聚糖含量為3%；F90型是第三代果葡糖漿，其糖分組成中果糖含量為90%，葡萄糖含量7%，低聚糖含量為3%。此外，3種果葡糖漿的濃度、黏度也有所差異。

表2 3種果葡糖漿的主要成分及相關(guān)指標(biāo)

根據(jù)制備原理，在主要物質(zhì)構(gòu)成方面，轉(zhuǎn)化糖漿中的果糖、葡萄糖含量理論上應(yīng)相等；但由于蔗糖的水解是連串反應(yīng)，蔗糖首先水解生成葡萄糖、果糖，然后葡萄糖、果糖分解為羥甲基糠醛、甘油醛、醋酸等有機(jī)酸，其中果糖比葡萄糖的分解速度更快，所以實(shí)際產(chǎn)品中果糖的含量略低[8,21]。同時，根據(jù)蔗糖轉(zhuǎn)化程度的不同，其中亦含有一定比例的蔗糖。果葡糖漿則根據(jù)型號的不同，果糖、葡萄糖含量有明顯差異；除果糖、葡萄糖外，果葡糖漿產(chǎn)品中亦含有一定量的低聚糖。

果糖與葡萄糖含量的不同將影響產(chǎn)品的甜度。果糖的甜度是蔗糖的1.4～1.8倍，葡萄糖的甜度為蔗糖的0.7倍；與此對應(yīng)，轉(zhuǎn)化糖(果糖∶葡萄糖=1∶1)的甜度是蔗糖的1.2倍[9,22]，F(xiàn)42、F55、F90型果葡糖漿的甜度則分別為蔗糖甜度的95%～100%、105%～110%、150%～160%[23]。

3 應(yīng)用領(lǐng)域

轉(zhuǎn)化糖漿主要應(yīng)用于綿白糖、月餅的生產(chǎn)制作。在綿白糖的生產(chǎn)過程中，在白砂糖表面噴上少量轉(zhuǎn)化糖漿，再經(jīng)混合、干燥等工藝制成綿白糖，其還原糖含量為1.5%～2.5%[24]。在月餅的制作過程中使用轉(zhuǎn)化糖漿，不僅能夠改善月餅的硬度、粘聚性、咀嚼性，也能夠提升其回軟、回油等特性[25]。果葡糖漿則主要應(yīng)用于飲料和食品行業(yè)[26]，其使用成本通常較食糖更低，是重要的食糖替代品[27-30]。如美國的可口可樂和百事可樂2家公司，在20世紀(jì)80年代后就在美國本土使用果葡糖漿部分替代食糖[28]；基于成本因素，近年來國內(nèi)很多食品飲料企業(yè)傾向于使用果葡糖漿替代原料中的食糖。我國果葡糖漿產(chǎn)量從2015年的286萬t增長到2019年的495萬t，轉(zhuǎn)化糖漿的產(chǎn)量尚無統(tǒng)計數(shù)據(jù)[31]。

另外，轉(zhuǎn)化糖漿和果葡糖漿均廣泛應(yīng)用于焙烤食品糖制品行業(yè)(含糕點(diǎn)、面包、餅干、糖果巧克力、蜜餞等)[9,27,32-35]，據(jù)《中國輕工業(yè)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2019年，該行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)共2708家，主要產(chǎn)品產(chǎn)量合計2573.36萬t，主營業(yè)務(wù)收入為5568.58億元，利潤總額為465.09億元[31]。

通過英敏特數(shù)據(jù)庫檢索2016～2020年間，全球范圍內(nèi)食品行業(yè)頭部公司發(fā)布的成分包含轉(zhuǎn)化糖漿或果葡糖漿的新品數(shù)量，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，2016～2020年含有轉(zhuǎn)化糖漿的新品數(shù)量總體呈遞減的趨勢，從2016年的575種減少到2020年的417種；含有果葡糖漿的新品數(shù)量總體呈先增后降的趨勢，從2016年的1033種增加到2018年的1116種，再下降到2020年的862種，這種下降趨勢，可能與全球減糖趨勢有一定關(guān)系。

表3 2016～2020年全球食品行業(yè)頭部公司含有轉(zhuǎn)化糖漿或果葡糖漿的新品數(shù)量

對上述新品的各品類占比進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，含有轉(zhuǎn)化糖漿或果葡糖漿的新品，均涉及“烘焙”、“巧克力糖果”、“甜點(diǎn)和冰淇淋”等9個品類，累計占比分別為94.73%、91.59%；但各品類所占比例有差異，如在上述3個品類中，含有轉(zhuǎn)化糖漿的新品占比分別為47.14%、16.97%、 9.68%，而含有果葡糖漿的新品占比則為36.70%、9.28%、18.39%。

表4 2016～2020年相關(guān)新品的品類占比

這種差異和不同糖品的性質(zhì)有關(guān)[36-38]：轉(zhuǎn)化糖漿和果葡糖漿中均含有果糖和葡萄糖，但轉(zhuǎn)化糖漿中亦含有一定量的蔗糖。果糖的焦化性較葡萄糖強(qiáng)，在烘烤過程中可生成焦黃色的外殼；酵母利用果糖和葡萄糖發(fā)酵時間優(yōu)于蔗糖，在面包的制作過程中使用果葡糖漿，能夠發(fā)酵快、產(chǎn)氣多，使面包松軟；蔗糖可以調(diào)節(jié)面團(tuán)中面筋的脹潤度，使面團(tuán)具有可塑性，防止制品收縮變形。所以在烘焙領(lǐng)域，轉(zhuǎn)化糖漿和果葡糖漿均有廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)硬糖果的熬糖過程中，需要控制糖漿色值的增加，而蔗糖的熱穩(wěn)定性較高，所以采用轉(zhuǎn)化糖漿較多。在生產(chǎn)冰淇淋時，為了避免蔗糖在0℃以下產(chǎn)生晶體，需要使用轉(zhuǎn)化糖漿或果葡糖漿代替部分蔗糖。另外，果葡糖漿不僅具有冷甜性，還有促進(jìn)冰粒細(xì)膩、粘稠性高、甜味溫和等效果，所以采用果葡糖漿較多。

此外，含轉(zhuǎn)化糖漿的產(chǎn)品包括“早餐谷物食品”、“魚、肉和蛋類加工制品”、“酒精類飲料”等3個品類；含果葡糖漿的產(chǎn)品包括“果汁飲料(果汁含量25%～99%)”和“碳酸軟飲料”2個品類。綜合來看，兩者的應(yīng)用領(lǐng)域基本重疊，但主要應(yīng)用領(lǐng)域有一定差異。

4 總結(jié)

本文從產(chǎn)品定義、生產(chǎn)原料、制備原理、生產(chǎn)工藝、主要物質(zhì)構(gòu)成、應(yīng)用領(lǐng)域等方面對轉(zhuǎn)化糖漿產(chǎn)品與果葡糖漿產(chǎn)品進(jìn)行了對比分析。在產(chǎn)品定義、生產(chǎn)原料、制備原理及生產(chǎn)工藝等方面，兩者存在根本區(qū)別；轉(zhuǎn)化糖漿的生產(chǎn)原料為蔗糖，基于蔗糖轉(zhuǎn)化原理，可通過3種生產(chǎn)工藝制備；果葡糖漿則以淀粉為原料，經(jīng)3種酶催化的多步生化反應(yīng)制得，涉及液化、糖化、異構(gòu)、分離等關(guān)鍵工藝。兩者的主要成分都包括果糖和葡萄糖，但轉(zhuǎn)化糖漿中果糖、葡萄糖占比幾乎相等，且還有一定比例的蔗糖；而果葡糖漿中的果糖、葡萄糖含量有明顯差異，且含有一定量的低聚糖。在應(yīng)用方面，轉(zhuǎn)化糖漿與果葡糖漿作為重要的甜味劑，均廣泛應(yīng)用于食品飲料行業(yè)；兩者應(yīng)用領(lǐng)域基本重疊，但主要應(yīng)用領(lǐng)域存在一定差異。