果葡糖浆

果葡糖浆（High fructose corn syrups），又称高果糖浆或异构糖浆，是由植物淀粉经水解和异构化制成的淀粉糖晶，是一种重要的甜味剂。生产果葡糖浆不受地区和季节限制，设备比较简单，投资费用较低。^[4] 其具体生产过程是：以酶法水解淀粉所得的葡萄糖液，再经葡萄糖异构酶的异构化作用，将其中一部分葡萄糖转化（异构化）成果糖，最终形成由果糖和葡萄糖组成的混合糖浆。^[5]

1957年，发现了一种异构化酶能将葡萄糖转化为果糖，后日本于1966年首先进行工业化生产。^[6]20世纪60年代末期和70年代初期，异构酶的工业化生产为果葡糖浆的生产拉开序幕，世界于1968年投入果葡糖浆的工业化生产。^[6]1980至1985年间，果葡糖浆产量由183.7万吨增加到453.6万吨，增加2.47倍。^[7]截至2000年，世界果葡糖浆产量已达1334万吨，每年增长速度为12.5%，其中美国生产和消费占首位，约占70%，其次是日本、韩国。^[1]2015至2019年，中国果葡糖浆产量从286万吨增长到495万吨。^[5]

果葡糖浆的主要成分是果糖和葡萄糖，按果糖含量可分为第一代（含果糖42%，葡萄糖52%，高碳糖6%）、第二代（含果糖55%，葡萄糖40%，高碳糖5%）和第三代（含果糖90%，葡萄糖7%，高碳糖3%）。果葡糖浆的甜度与果糖含量成正相关，第三代果葡糖浆在食品中使用少量即可达到一定的甜度。果葡糖浆完全替代蔗糖，其甜度约相当于同浓度蔗糖的90%，部分替代蔗糖时，由于果糖、葡萄糖与蔗糖甜味的协同增效，总甜度仍与同浓度的蔗糖相同。^[2][8]果葡糖浆的生产是以高纯度葡萄糖浆为底物经异构酶异构化成果糖。^[9]它具有味纯、清爽、甜度大、渗透压高、不易结晶等特点，可广泛应用于糖果、糕点、饮料、罐头、焙烤等食品中，提高制品的品质。^[10][2]然而，它也存在容易引发胰岛素抵抗，以及脂肪肝、Ⅱ型糖尿病、痛风发病风险的危害。^[11]

20世纪初，曾用不同碱和碱性盐使葡萄糖发生异构化反应，但是因为转化率低，产生的色度和酸性物质多，味道差，工业上未采用。1957年，发现了一种异构化酶能将葡萄糖转化为果糖，它没有碱催化的缺点。之后，经过数年研究，日本于1966年首先进行了工业化生产，当时称为异构糖。中国的研究单位也相继开始了工业性试验。^[6]20世纪60年代末期和70年代初期，异构酶的工业化生产为果葡糖浆的生产拉开了序幕，也为新糖源的开发竖起了划时代的里程碑。1968年，世界投入果葡糖浆的工业化生产，在之后的二三十年中得到快速发展。^[9]期间，固定化葡萄糖异构酶获得了成功，降低了果葡糖浆生产成本，提高了质量，促进了果葡糖浆的工业化生产。^[6]

20世纪80年代以来，生产葡萄糖异构酶的菌种已采用新一代菌株，如Gistbrocades公司的米苏里游动放线菌，Miles公司的乔木黄杆菌，Noco Nordisk公司的鼠灰链霉菌（S.murinus）变异株以及诱赤链霉菌（S.rubginosus）等。^[12]1980至1985年间，果葡糖浆产量由183.7万吨增加到453.6万吨，增加2.47倍，果葡糖浆在甜味剂中所占的份额由17.6%上升到41.2%。^[7]由于果葡糖浆具有良好的甜味，可取代蔗糖而应用于食品工业。在美国，其产量不断增加。1980至1983年间，全世界的碳酸饮料约有一半的蔗糖用量被55型果葡糖浆所取代。自1984年起，在可口可乐、百事可乐及皇冠可乐等公司，55型果葡糖浆已完全取代蔗糖来使用。^[9]

世界果葡糖浆发展速度很快，截至2000年已达1334万吨，每年增长速度为12.5%，其中美国生产和消费占首位，约占70%，其次是日本、韩国。中国果葡糖浆发展缓慢，到2000年不足万吨，仅占淀粉糖总产量的1%，其主要原因是价格比蔗糖高，因此工厂和一般平民都不可能大量采用。2001年以来，随着果葡糖浆成本下降，品种结构调整，再加上酶制剂的发展能提供转化量更高的转苷gān酶，使果葡糖浆具有很大发展潜力。^[1]中国果葡糖浆产量从2015年的286万吨增长到2019年的495万吨。^[5]

果葡糖浆的甜味成分主要是果糖和葡萄糖，故称为果葡糖浆。又因生成果葡糖浆是以葡萄糖为原料，在异构酶的作用下，使一部分葡萄糖异构转变成果糖，因而有时又称之为“异构糖浆”。^[3]

果糖、葡萄糖^[2]

按果糖含量，果葡糖浆分为三类。第一代果葡糖浆（F42型）含果糖42%，葡萄糖52%，高碳糖6%，总固体物约为71%；第二代果葡糖浆（F55型）含果糖55%，葡萄糖40%，高碳糖5%，总固体物约为77%；第三代果葡糖浆（F90型）含果糖90%，葡萄糖7%，高碳糖3%，总固体物约为80%。果糖的甜度为140%~170%。第三代果葡糖浆在食品中使用少量即可达到一定的甜度。^[8]

参考资料：^[9]

果葡糖浆的糖分组成决定于所用原料淀粉糖化液的糖分组成和异构化反应的程度。主要为葡萄糖和果糖，相对分子质量较低，具有较高的渗透压力，不利于微生物生长，具有较高的防腐能力，有较好的食品保藏效果。果葡糖浆的主要成分是单糖，分子量小，其渗透压高于双糖（如蔗糖），用于蜜饯、果脯生产时可以缩短糖渍时间。^[13]这种性质有利于蜜饯、果酱类食品的应用，保藏性质好，不易发霉；且由于具有较高的渗透压，能较快速地透过水果细胞组织内部，加快渗糖过程。^[10]

果葡糖浆的甜度与异构化转化率、浓度和温度有关。一般随异构化转化率的升高而增加，在浓度为15%，温度为20℃时，42%的果葡糖浆甜度与蔗糖相同，55%的果葡糖浆甜度为蔗糖的1.1倍，90%的果葡糖浆甜度为蔗糖的1.4倍。一般果葡糖浆的甜度随浓度的增加而提高。此外，果葡糖浆在40℃以下时具有冷甜特性，甜度随温度的降低而升高；^[14]反之，在40℃以上，温度越高，果糖的甜度越低。^[10]

果葡糖浆吸湿性较强，利用果葡糖浆作为甜味剂的糕点，质地松软，储存不易变干，保鲜性能较好。果葡糖浆的发酵性高热稳定性低，尤其适合于面包、蛋糕等发酵和焙烤类食品。发酵性好，产品多孔，松软可口。果糖的热稳定性较低，受热易分解，易与氨基酸起反应，生成有色物质具有特殊的风味，因此，使产品易获得金黄色外表并具有浓郁的焦香风味。^[10]

美国FDA将果葡糖浆列为GRAS物质。^[8]

葡糖糖和果糖都是单糖，分子式为C6H12O6，但葡萄糖为己醛糖，果糖为己酮糖，二者为同分异构体，通过异构化反应能相互转化。葡萄糖和果糖分子结构差别二在C1、C2碳原子上，葡萄糖的C1碳原子为醛基，果糖的C2碳原子为酮基，异构化反应是葡萄糖分子C2碳原子上的氢原子转移到C1碳原子上转化为果糖。这种反应是可逆的，在一定条件下，果糖分子C1的氢原子也能转移到C2的碳原子上成为葡萄糖。在碱性条件下，其反应是可逆的，而葡萄糖异构酶为专一性酶，仅能使葡萄糖转化为果糖。^[10]

果葡糖浆的生产是以高纯度葡萄糖浆为底物经异构酶异构化成果糖。首先将待转化的糖浆过滤除去凝聚的蛋白质、油脂以及颗粒状杂质，然后进行脱色和离子交换，除去色素和盐分，真空浓缩至40~50%浓度，加入一定浓度的镁离子，调pH，将葡萄糖浆以一定的空间速度和线速度流经固定化异构酶反应柱。要保证糖化液在反应柱内有充分的停留时间，确保最大限度地发生异构化反应。^[9]

由于异构酶受转化极限地限制以及底物地抑制作用，葡萄糖转化成果糖只达42%，即产物中果糖占总糖量地42%，这种产物便称为42型果葡糖浆或第一代果葡糖浆。42型果葡糖浆可用大孔径树脂填充柱进行分离。由于葡萄糖、果糖、寡糖在所选吸附剂上吸附能力不同，各组分保留时间也不同，从而达到各种糖分离的目的。如选择钙活性数值分离柱时，一般果糖留在柱上，而葡萄糖和寡糖则流出分离柱，重新回到葡萄糖制备工序。若用水将果糖洗脱，洗脱液中果糖可达80%~90%（浓缩制成品，称第三代果葡糖浆），它与42%果葡糖浆按一定比例混合，可制备55%果葡糖浆，称55型果葡糖浆或第二代果葡糖浆。^[9]

参考资料：^[8]

果葡糖浆是淀粉糖中甜度最高的糖品，作为营养型甜味剂，除可代替蔗糖用于各种食品加工外，还具有许多优良特性，如味纯、清爽、甜度大、渗透压高、不易结晶等，可广泛应用于糖果、糕点、饮料、罐头、焙烤等食品中，提高制品的品质。^[10][2]90%的果葡糖浆还可用于果酒、低热量食品及冷冻食品等。^[2]

果糖在低温时甜度增加，用果葡糖浆生产的冰棒、冰淇淋有倾向味道，用于其他清凉饮料，低温下饮用，风味尤佳。^[15]使用果葡糖浆加工的果酒，如葡萄酒、苹果酒、果露酒、黄酒，其他配置酒如汽酒、香槟酒等，经过预处理可避免产品出现沉淀，透明度好，使用高糖度配制时（如20度以上），其蜂蜜风味显著。^[15]果糖的吸湿性好，用果葡糖浆生产软糖，可减少加酸转化，产品质量理想。但代替砂糖的比例不可过大，否则成品中还原糖过高而超过产品质量标准。^[15]酵母利用果糖和葡萄糖发酵最快，把果葡糖浆用于面包生产中，果糖的发酵性、焦化性及保湿性都作为优点发挥出来。由于产气多，面包松软，咀嚼柔软，略有湿润感，面包有好的强度和结构。在烘烤中果糖和葡萄糖与含氮物质发生美拉德反应，面包易于着色，表层产生一层焦黄色，美观且风味好。^[15]由于果糖的保湿性好，果葡糖浆用于蛋糕生产效果很好，果糖蛋糕存放30天后仍然松软，而蔗糖蛋糕在数天后即干硬，再长一些时间，表层破碎，在贮存中果糖蛋糕重量减轻情况比蔗糖蛋糕少。^[15]把果葡糖浆用于碳酸饮料、果汁饮料、茶饮料、运动饮料、乳饮料等软饮料，其产品口感爽口，风味好，且温和无异味，透明度好，没有浑浊现象。^[15]果葡糖浆有较高的渗透压力，能防止果汁溢出水果外，利于保持水果风味。果糖透过细胞壁较快地达到均衡，提高了加工过程的稳定性，而且不受pH值得影响。^[15]果葡糖浆得渗透压高，对于加工果脯、果酱等糖渍食品十分有利，果葡糖浆不仅能保留果品得风味本色，还可防止其表面干涸翻砂，具有较好的保藏效果。^[15]果葡糖浆在酸性环境中较稳定，葡萄糖和果糖都是单糖，pH值较稳定，所以果葡糖浆在某些酸性食品中较稳定。^[16]果葡糖浆与蔗糖相比更难结晶，应用于冷饮制品可以抑制因单用蔗糖而引起表面结晶造成的产品表面硬壳现象；此外，由于果葡糖浆含有大量的果糖和葡萄糖，而果糖与葡萄糖相对于蔗糖而言分子量小，所以降低冰点的能力强于白砂糖。^[16]果葡糖浆用来加工药用糖浆更有利于病人，如咳必清、枇杷露等均可，还可用于药用糖浆、药酒和保健食品。^[17]

含有果葡糖浆的新品数量总体呈先增后降的趋势，从2016年的1033种增加到2018年的1116种，再下降到2020年的862种，这种下降趋势，可能与全球减糖趋势有一定关系。^[5]

参考资料：^[5]

果葡糖浆容易引发胰岛素抵抗，以及脂肪肝、Ⅱ型糖尿病、痛风的发病风险，它对人体健康的危害主要体现在以下方面：^[11][18]

人体对果葡糖浆的消化方式不同于蔗糖，摄入的果葡糖浆直接进入肝脏，十分迅速地被人体吸收，肝脏无法代谢过多糖分，所以其易转换成脂肪储存起来，给肝脏带来巨大地代谢负担；^[18]果葡糖浆还会抑制胰岛素和瘦素的分泌，提高饥饿素水平，降低饱腹感，过量摄入果葡糖浆会产生“开胃”的感觉，进餐时饮用含有果葡糖浆的饮料，往往会出现越吃胃口越好、食量越大的情况；^[18]此外，果葡糖浆中的果糖成分还可在体内代谢产生尿酸合成旁路途径的底物——单磷酸腺苷，促进尿酸合成，同时增加胰岛素抵抗，减少尿酸排泄，长此以往极易诱发痛风的发作。^[18]