3.2　果葡糖漿

3.2.1　概述

果葡糖漿又稱高果糖漿（high fructose corn syrups，HFCS）或異構糖漿，工業上通常以淀粉為原料先水解為葡萄糖，再利用葡萄糖的異構作用，將其中一部分葡萄糖轉化為果糖所形成的混合糖漿。果葡糖漿的國家標準見GB/T 20882—2007。作為一種重要的甜味劑，果葡糖漿最早于20世紀60年代末期開始生產，主要應用于食品工業，在飲料、果醬、果脯、面包、糕點和餅干等產品中應用廣泛，也有少量高純果糖應用于醫藥工業。目前的果葡糖漿工業產品主要為F42、F55和F90，分別對應于第一、二、三代果葡糖漿，其中F代表果糖，其后的數字代表果糖含量占干物質的百分率。表3-5列舉三代果葡糖漿糖分組成及特性。

我國對果葡糖漿的研究比日本、美國遲，雖然工業化基本同步進行，結果卻相差甚遠，現在總產量不及美國。我國果葡糖漿的研究工作始于20世紀60年代，工業化始于70年代中期，起初主要生產F42果葡糖漿，當時生產工藝落后，導致成本高，加上蔗糖工藝已經很成熟，限制了果葡糖漿的發展。與國外先進技術的差距主要體現在酶制劑和分離技術上。國產液化酶、糖化酶的質量較差，品系不純，生產出來的葡萄糖液的質量也較低，直接影響到后段工序——異構化反應的進行；而異構化酶則幾乎全部依賴進口，價格高，從而也增加了國產果葡糖漿的成本。此外，由于F42果葡糖漿在應用上存在局限性，市場的需求轉向F55果葡糖漿，以F42果葡糖漿為原料生產F55果葡糖漿存在產品分離上的技術難題，我國尚未完全掌握該技術，因此我國F55果葡糖漿市場發展緩慢。蚌埠高果糖廠較早地進行了分離技術的研究，他們在模擬移動床分離果糖的理論指導下，自行研制了一套果糖分離設備，用以生產F55果葡糖漿，但該設備存在產量小、成本高等問題，難以推廣應用。其原因可能是分離技術的核心問題——樹脂性能不過關，附屬于分離裝置的監測設備和自動化控制設備落后也有一定關系。南寧化工設計院的金樹人等采用了國產的分子篩與離子交換樹脂，使用小型模擬移動床在實驗室中進行了果糖與葡萄糖的分離，果糖純度達到92%。這一技術被湛江某企業應用，但該企業現已關閉，無法驗證該技術的實際可行性。楊瑞金等針對色譜分離在我國難以實現工業化的具體國情，嘗試采用化學法分離果糖和葡萄糖，得到了可用于結晶果糖生產的果糖液。不過還沒有這一技術實現工業化的報道。

3.2.2　果葡糖漿的生產工藝

工業上生產果葡糖漿的原料主要有淀粉、蔗糖及菊粉菊芋提取物。近年來，還有利用飲料廢棄物生產果葡糖漿的報道。菊粉菊芋提取物中含有豐富的多聚果糖，通過控制菊粉多聚果糖的水解，使其中β-糖苷鍵斷裂，釋放出含量豐富的呋喃果糖，呋喃果糖隨后轉化成更為穩定的吡喃果糖。商業化制取果糖的早期研究嘗試過以菊粉菊芋為原料，但由于沒有菊粉酶的規模化生產，且現有技術中產酶菌株的菊粉酶產量低，工藝復雜且成本較高，因此該方法的大規模推廣并未實現。淀粉主要經過雙酶液化和糖化作用水解為葡萄糖，再通過異構酶法生產果葡糖漿，該方法是果葡糖漿生產的主要方法，原料以產量大且價格低廉的玉米淀粉居多，加工工藝也最成熟。國內外結合本地資源，也有利用木薯淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉等作為原料生產果葡糖漿的報道，但產量較小。蔗糖通過水解亦可以生產果葡糖漿，其果糖含量約48%，目前采用的制備方法主要有酸法、酶法和陽離子樹脂法等。淀粉和蔗糖分別加工的果葡糖漿其果糖含量有差異，因而風味也不同，且在原料價格上和地域優勢上可以互補。

現在市場上的玉米高果糖漿，是由固定化異構酶轉化葡萄糖成42%果糖的果葡糖漿（F42），然后利用色譜分離技術，由42%的果葡糖漿獲得果糖含量為90%的果葡糖漿（F90）。再用F90果葡糖漿和F42果葡糖漿復配，獲得F55果葡糖漿。

F42果葡糖漿生產工藝流程如圖3-4所示。

雖然酶種類或異構化工藝有所差別，但果葡糖漿生產要求基本相同，即葡萄糖含量達到93%～96%糖液，經除雜、脫色、交換凈化，再蒸發至濃度為40%～50%。除雜通常用預涂真空回轉過濾機，也有報道用絮凝法除去不溶性物質。高質量的葡萄糖液，對異構化酶十分重要，否則不溶性顆粒物會污染固定化酶，降低異構化效率。

工藝要點：葡萄糖液中通常添加鎂離子如MgSO₄，以提高異構酶的活性和穩定性，并消除殘留鈣對異構酶活性的抑制。通常認為，0.0004mol/L的鎂能克服1mg/kg鈣的影響，如果加入鎂使鎂鈣物質的量的比達到20∶1，那么就能耐受葡萄糖液中大于15mg/kg的鈣。進料時加入亞硫酸鹽或酸性亞硫酸鹽，也能提高異構酶的活力和穩定性，并能減少色素的產生。鈷是另一種異構化酶的活性劑，最初用于保持低pH單批生產，以便使副反應控制到最低的水平，但在高pH連續異構化系統中鈷是不需要的。另一個潛在的問題是葡萄糖液中的溶解氧，必要時可用脫氣的方法，以防止副產物的形成和異構化酶的鈍化。

反應溫度和pH主要取決于所使用的酶，異構酶異構化條件一般推薦為溫度55～61℃，pH 7.5～8.2。因為異構酶在pH小于7或高于9的時候，其活性會降低，因此pH應控制在一定范圍內以使反應過程中的副反應最少、異構酶的活性最佳。

異構化反應在裝有固定化異構酶的固定床轉化罐中進行，控制果糖達到42%～45%，異構化參數一般為溫度52～58℃，進料濃度41%～54%，果糖1.5%～3%，Mg²⁺含量20～50mg/kg，出料果糖濃度43%～46.5%。雖然異構化反應溫度提高到60℃，并延長時間，可以使果糖濃度到51%，但這沒有任何商業價值，因為異構化反應要求高純度的葡萄糖，溫度提高和反應時間增加會使糖液純度下降，產生麥芽糖、異麥芽糖和非葡萄糖類，從而使異構化效率下降。異構化過程的酶活性會因為熱而鈍化或料液中的不純物而鈍化。

異構化柱通常酶層高2m，床層只占30%～40%，上層空間不少于40%，以利潤脹。裝柱自下而上反沖，析出微細顆粒并使床層分布均勻，自上而下進料。異構化過程必須保持各項參數穩定，任何一個參數的變化均能導致異構酶的活力下降，不利反應。還應注意防止頻繁停車、開車，并經常保持清潔生產，防止染菌。異構酶運行周期最長可達200d。而出料糖漿標準為：pH 7.4～7.6；果糖含量不小于42%。可以使用2～3個月。

果葡糖漿精制：異構化產物必須經過精制以達到可接受的質量水平，精制包括調整pH為4～5，用活性炭脫色脫臭，進一步用陽離子交換樹脂和弱堿陰離子樹脂凈化，以除去鹽類和色素，最后低溫濃縮至濃度71%。

果葡糖漿的儲運：果葡糖漿的最適貯存溫度為25～35℃，低溫和高溫均會對果葡糖漿的色度、感官指標等產生影響，同時還會改變產品中各組分含量，影響產品穩定性。一般而言，果葡糖漿用槽罐卡車或火車運輸，必須在30～32℃下貯存，以防止結晶，如發生結晶，必須在卸罐前加熱溶解結晶。

3.2.3　果葡糖漿的特性

3.2.3.1　甜味特性及冷甜性質

甜味包括甜度和風味兩個方面，前者是指甜味強度的高低，后者是指甜味的可口性。作為甜味劑，甜度是最根本的性質。甜味的評價是接受過專門訓練的人員通過感覺器官的感覺評價而確定的，一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20℃時的甜度為100，其他糖的甜度則與之相比較得到。常見糖類甜度見表3-6。

果葡糖漿與蔗糖甜度相近或略高，果葡糖漿的主要成分和性質接近于天然果汁，具有水果清香且有清涼感。事實上，水果汁中的糖分主要是果糖和葡萄糖，例如葡萄汁的濃度為19.13%，干物質中的96.86%為糖，糖分組成中果糖為40.98%，葡萄糖為35.86%，另有蔗糖和麥芽糖。果葡糖漿含有42%～90%的果糖，與其他甜味劑共同使用，具有優越的協同增效作用，可改善食品與飲料的口感，減少苦味和怪味。果葡糖漿與蔗糖結合使用，可使其甜度增加20%～30%，而且甜味豐滿、風味更好。果葡糖漿對甜蜜素、糖精鈉等也有增效作用。果糖與糖精鈉以同等甜度比例混合時，甜味增效最為明顯，而且可以掩飾糖精鈉帶來的苦味。

由于異構化原因，果糖的甜度與溫度有很大關系，40℃以下時溫度越低，β型果糖含量越高，即甜度越高。因此，由于含有果糖，果葡糖漿也具有冷甜性質，因而常被應用于清涼飲料和其他冷飲食品中，如碳酸飲料、果汁飲料、運動飲料、冰棒、冰淇淋等。

3.2.3.2　溶解度、保濕性及結晶性

果葡糖漿具有較高的溶解度。果葡糖漿中葡萄糖溶解度比蔗糖低，但果糖具有極高的溶解度。此外，果糖及葡萄糖溶解度隨溫度上升的速度均比蔗糖快。果醬、蜜餞類食品是利用糖的高滲透性達到食品保藏的作用，而這種作用需要糖具有高的溶解度。一般認為，糖濃度在70%以上時才能抑制酵母、霉菌生長，蔗糖單獨使用濃度很難達到，而F42果葡糖漿濃度可達77%。

果糖吸濕保濕性強，不易結晶。與易結晶不易吸濕的蔗糖不同，果糖為無定形單糖，很容易從空氣中吸收水分，帶有半分子和一分子的結晶水，吸濕性大，具有良好的保水分能力和耐干燥能力，這一特性可使糕點保持新鮮松軟，從而延長了產品貨架期。果糖與其他幾種糖的吸濕性比較見表3-7。果糖較蔗糖難于結晶，應用在某些食品上可以表現出抗結晶性。

3.2.3.3　滲透壓

糖的滲透壓力與物質的分子大小有關，即與分子量有關，分子量小的物質滲透壓大于分子量大的物質。果葡糖漿的主要成分是果糖和葡萄糖等單糖，分子量小，其滲透壓高于雙糖（如蔗糖），用于蜜餞、果脯生產時可以縮短糖漬時間。高滲透壓還可以抑制微生物生長，從而具有防腐保鮮作用，所以果葡糖漿用于食品保藏比蔗糖更為有利。

3.2.3.4　化學穩定性

果糖和葡萄糖具有還原性（使某些物質的分子還原），化學穩定性較蔗糖差，果糖比葡萄糖更易受熱分解，發生美拉德反應。美拉德反應產生的有色物質具有特殊風味，生產面包、烘干食品時，可以獲得美觀的焦黃色表層和焦糖風味。蔗糖在酸性條件下會發生水解反應轉化成果糖和葡萄糖，工業上稱為轉化糖。碳酸飲料的酸度在pH2.5～5之間，加進去的蔗糖在25℃貯存條件下，2～3個月會全部轉化。葡萄糖和果糖都有一個最穩定的pH，葡萄糖在pH=3.0時最穩定，果糖在pH=3.3時最穩定。

3.2.3.5　其他性質

果葡糖漿的冰點溫度比蔗糖、麥芽糖漿低，應用于冰淇淋及雪糕夾心加工時，可克服經常出現冰晶的缺陷，使產品質地柔軟、細膩可口。果葡糖漿用于酵母發酵的食品加工方面優于蔗糖。酵母菌能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖發酵，但葡萄糖和果糖屬于單糖，能被酵母直接利用，發酵速度快，在面包和利用酵母的糕點生產中，產氣迅速，食品更加疏松。果葡糖漿具有一定的抗齲齒性。主要是由于果糖不是口腔微生物的合適底物，口腔中的細菌對果糖的發酵性差，這利于保護牙齒琺瑯質，不易造成齲齒。果糖不易被小腸吸收，而肝臟內的代謝是一個較快吸收的過程，新陳代謝對胰島素的依賴程度不高，故不會使人體內血糖濃度發生明顯變化，對老年人和糖尿病患者來說，果葡糖漿是很好的甜味劑，對運動員和體力勞動者來說，果葡糖漿是一種很好的營養劑。

3.2.4　果葡糖漿的應用

3.2.4.1　果葡糖漿在食品工業中的應用

（1）在飲料中的應用　果葡糖漿作為甜味劑應用于可樂、汽水、果汁飲料、果露等軟飲料中，產品具有透明度高、無混濁、風味溫和、刺激性小、無異味等特點。果葡糖漿還可以應用于果酒、果露酒、葡萄酒、汽酒、香檳酒等產品中，經過預處理可以避免產品出現沉淀。

（2）用于乳制品　乳飲料中添加果葡糖漿可使乳飲料風味純正、具有清涼感。用果葡糖漿替代一部分蔗糖和阿斯巴甜或安賽蜜組合使用，不僅具有很好的協同增效作用，而且大大改善了乳飲料的口感，入口后給人一種甜味豐滿、爽神醇厚的清涼感，且節約了成本。果葡糖漿的組分葡萄糖和果糖均屬單糖，與蔗糖相比能被乳酸菌直接利用，故果葡糖漿比蔗糖作為甜味劑用于酸奶中具有發酵速度快、發酵時間短等優勢。果葡糖漿的pH為3.5～5，應用于酸奶制品恰在其范圍之內。而蔗糖在酸性條件下易分解，這使貨架期較長的酸奶隨著蔗糖的分解，風味也會有所改變。因此，果葡糖漿應用在發酵型酸奶及調味型酸奶中比蔗糖在風味上更占優勢。

（3）在面包和糕點中的應用　果葡糖漿應用于面包中有以下優勢：首先，面包是發酵產品，而酵母利用葡萄糖和果糖等單糖發酵較快，產氣大，可縮短發酵時間；其次，果葡糖漿中的果糖和葡萄糖發生焦化反應，可使面包著色良好；最后，由于果葡糖漿中果糖保濕性良好，可使面包在存放中可較長時間保持新鮮和松軟。事實上，蛋糕中常添加果葡糖漿也能起到類似的作用。

（4）在軟糖中的應用　高粱飴、類淀粉軟糖、瓊脂軟糖等成品要求還原糖含量高，水分較多，過去生產中需采用蔗糖添加有機酸，將其中一部分轉化成果糖和葡萄糖。而用果葡糖漿則不需轉化，且產品質量也較理想。

（5）在水果罐頭中的應用　果葡糖漿組成成分是單糖，分子量小，其滲透壓高于雙糖（如蔗糖），能快而均衡地滲透水果細胞膜壁，能有效地防止果汁滲出水果外，且有利于保持水果的風味。

（6）在果脯蜜餞、果醬中的應用　由于果葡糖漿滲透壓高，所以用它來加工蜜餞，可縮短生產周期；果葡糖漿與蔗糖混合使用，可使成品色澤鮮明；用于果醬防腐性好，利于貯存。

3.2.4.2　果葡糖漿在其他工業中的應用

（1）在卷煙工業中的應用　果葡糖漿光澤油潤且略有香氣，無雜味，無揮發性，易溶于水，可以代替蔗糖應用于卷煙的生產。在卷煙的生產過程中添加果葡糖漿，無需轉化，簡化了工藝環節，使用果葡糖漿的煙葉保潤能力強，增加了煙葉的柔軟程度，減少制絲過程中的煙葉損耗；而且制成的煙絲色澤好，油潤程度高，能提高卷煙產品的內在質量。

（2）在醫藥、保健品上的應用

①可作藥用糖漿：因為果糖和葡萄糖可以直接被吸收，所以用來加工藥用糖漿更利于病人。

②可作藥酒：利用果葡糖漿溶解度高，操作方便，風味也好。

③可作保健食品：用果葡糖漿加工病弱孕嬰的保健食品。齲齒是兒童的常見牙病，用果葡糖漿加工兒童專用食品或是直接用作甜味劑，對兒童的牙齒健康會有好處。

④果葡糖漿還有特殊的解毒作用，可以大大減輕肝臟負擔，故可用作許多中毒癥的解毒劑。

⑤果糖能抑制體內蛋白質的消耗，可以做運動員和體力勞動者的營養補給；果糖能促進乙醇分解，有防醉作用；果糖對肝炎、肝硬化、冠心病、心血管病等有良好的療效；果糖對于外科手術補充蛋白質的流失，對于胃炎、胃潰瘍、皮膚病、小兒發育不良等都有一定的療效。