3.2　果葡糖浆

3.2.1　概述

果葡糖浆又称高果糖浆（high fructose corn syrups，HFCS）或异构糖浆，工业上通常以淀粉为原料先水解为葡萄糖，再利用葡萄糖的异构作用，将其中一部分葡萄糖转化为果糖所形成的混合糖浆。果葡糖浆的国家标准见GB/T 20882—2007。作为一种重要的甜味剂，果葡糖浆最早于20世纪60年代末期开始生产，主要应用于食品工业，在饮料、果酱、果脯、面包、糕点和饼干等产品中应用广泛，也有少量高纯果糖应用于医药工业。目前的果葡糖浆工业产品主要为F42、F55和F90，分别对应于第一、二、三代果葡糖浆，其中F代表果糖，其后的数字代表果糖含量占干物质的百分率。表3-5列举三代果葡糖浆糖分组成及特性。

我国对果葡糖浆的研究比日本、美国迟，虽然工业化基本同步进行，结果却相差甚远，现在总产量不及美国。我国果葡糖浆的研究工作始于20世纪60年代，工业化始于70年代中期，起初主要生产F42果葡糖浆，当时生产工艺落后，导致成本高，加上蔗糖工艺已经很成熟，限制了果葡糖浆的发展。与国外先进技术的差距主要体现在酶制剂和分离技术上。国产液化酶、糖化酶的质量较差，品系不纯，生产出来的葡萄糖液的质量也较低，直接影响到后段工序——异构化反应的进行；而异构化酶则几乎全部依赖进口，价格高，从而也增加了国产果葡糖浆的成本。此外，由于F42果葡糖浆在应用上存在局限性，市场的需求转向F55果葡糖浆，以F42果葡糖浆为原料生产F55果葡糖浆存在产品分离上的技术难题，我国尚未完全掌握该技术，因此我国F55果葡糖浆市场发展缓慢。蚌埠高果糖厂较早地进行了分离技术的研究，他们在模拟移动床分离果糖的理论指导下，自行研制了一套果糖分离设备，用以生产F55果葡糖浆，但该设备存在产量小、成本高等问题，难以推广应用。其原因可能是分离技术的核心问题——树脂性能不过关，附属于分离装置的监测设备和自动化控制设备落后也有一定关系。南宁化工设计院的金树人等采用了国产的分子筛与离子交换树脂，使用小型模拟移动床在实验室中进行了果糖与葡萄糖的分离，果糖纯度达到92%。这一技术被湛江某企业应用，但该企业现已关闭，无法验证该技术的实际可行性。杨瑞金等针对色谱分离在我国难以实现工业化的具体国情，尝试采用化学法分离果糖和葡萄糖，得到了可用于结晶果糖生产的果糖液。不过还没有这一技术实现工业化的报道。

3.2.2　果葡糖浆的生产工艺

工业上生产果葡糖浆的原料主要有淀粉、蔗糖及菊粉菊芋提取物。近年来，还有利用饮料废弃物生产果葡糖浆的报道。菊粉菊芋提取物中含有丰富的多聚果糖，通过控制菊粉多聚果糖的水解，使其中β-糖苷键断裂，释放出含量丰富的呋喃果糖，呋喃果糖随后转化成更为稳定的吡喃果糖。商业化制取果糖的早期研究尝试过以菊粉菊芋为原料，但由于没有菊粉酶的规模化生产，且现有技术中产酶菌株的菊粉酶产量低，工艺复杂且成本较高，因此该方法的大规模推广并未实现。淀粉主要经过双酶液化和糖化作用水解为葡萄糖，再通过异构酶法生产果葡糖浆，该方法是果葡糖浆生产的主要方法，原料以产量大且价格低廉的玉米淀粉居多，加工工艺也最成熟。国内外结合本地资源，也有利用木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉等作为原料生产果葡糖浆的报道，但产量较小。蔗糖通过水解亦可以生产果葡糖浆，其果糖含量约48%，目前采用的制备方法主要有酸法、酶法和阳离子树脂法等。淀粉和蔗糖分别加工的果葡糖浆其果糖含量有差异，因而风味也不同，且在原料价格上和地域优势上可以互补。

现在市场上的玉米高果糖浆，是由固定化异构酶转化葡萄糖成42%果糖的果葡糖浆（F42），然后利用色谱分离技术，由42%的果葡糖浆获得果糖含量为90%的果葡糖浆（F90）。再用F90果葡糖浆和F42果葡糖浆复配，获得F55果葡糖浆。

F42果葡糖浆生产工艺流程如图3-4所示。

虽然酶种类或异构化工艺有所差别，但果葡糖浆生产要求基本相同，即葡萄糖含量达到93%～96%糖液，经除杂、脱色、交换净化，再蒸发至浓度为40%～50%。除杂通常用预涂真空回转过滤机，也有报道用絮凝法除去不溶性物质。高质量的葡萄糖液，对异构化酶十分重要，否则不溶性颗粒物会污染固定化酶，降低异构化效率。

工艺要点：葡萄糖液中通常添加镁离子如MgSO₄，以提高异构酶的活性和稳定性，并消除残留钙对异构酶活性的抑制。通常认为，0.0004mol/L的镁能克服1mg/kg钙的影响，如果加入镁使镁钙物质的量的比达到20∶1，那么就能耐受葡萄糖液中大于15mg/kg的钙。进料时加入亚硫酸盐或酸性亚硫酸盐，也能提高异构酶的活力和稳定性，并能减少色素的产生。钴是另一种异构化酶的活性剂，最初用于保持低pH单批生产，以便使副反应控制到最低的水平，但在高pH连续异构化系统中钴是不需要的。另一个潜在的问题是葡萄糖液中的溶解氧，必要时可用脱气的方法，以防止副产物的形成和异构化酶的钝化。

反应温度和pH主要取决于所使用的酶，异构酶异构化条件一般推荐为温度55～61℃，pH 7.5～8.2。因为异构酶在pH小于7或高于9的时候，其活性会降低，因此pH应控制在一定范围内以使反应过程中的副反应最少、异构酶的活性最佳。

异构化反应在装有固定化异构酶的固定床转化罐中进行，控制果糖达到42%～45%，异构化参数一般为温度52～58℃，进料浓度41%～54%，果糖1.5%～3%，Mg²⁺含量20～50mg/kg，出料果糖浓度43%～46.5%。虽然异构化反应温度提高到60℃，并延长时间，可以使果糖浓度到51%，但这没有任何商业价值，因为异构化反应要求高纯度的葡萄糖，温度提高和反应时间增加会使糖液纯度下降，产生麦芽糖、异麦芽糖和非葡萄糖类，从而使异构化效率下降。异构化过程的酶活性会因为热而钝化或料液中的不纯物而钝化。

异构化柱通常酶层高2m，床层只占30%～40%，上层空间不少于40%，以利润胀。装柱自下而上反冲，析出微细颗粒并使床层分布均匀，自上而下进料。异构化过程必须保持各项参数稳定，任何一个参数的变化均能导致异构酶的活力下降，不利反应。还应注意防止频繁停车、开车，并经常保持清洁生产，防止染菌。异构酶运行周期最长可达200d。而出料糖浆标准为：pH 7.4～7.6；果糖含量不小于42%。可以使用2～3个月。

果葡糖浆精制：异构化产物必须经过精制以达到可接受的质量水平，精制包括调整pH为4～5，用活性炭脱色脱臭，进一步用阳离子交换树脂和弱碱阴离子树脂净化，以除去盐类和色素，最后低温浓缩至浓度71%。

果葡糖浆的储运：果葡糖浆的最适贮存温度为25～35℃，低温和高温均会对果葡糖浆的色度、感官指标等产生影响，同时还会改变产品中各组分含量，影响产品稳定性。一般而言，果葡糖浆用槽罐卡车或火车运输，必须在30～32℃下贮存，以防止结晶，如发生结晶，必须在卸罐前加热溶解结晶。

3.2.3　果葡糖浆的特性

3.2.3.1　甜味特性及冷甜性质

甜味包括甜度和风味两个方面，前者是指甜味强度的高低，后者是指甜味的可口性。作为甜味剂，甜度是最根本的性质。甜味的评价是接受过专门训练的人员通过感觉器官的感觉评价而确定的，一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为100，其他糖的甜度则与之相比较得到。常见糖类甜度见表3-6。

果葡糖浆与蔗糖甜度相近或略高，果葡糖浆的主要成分和性质接近于天然果汁，具有水果清香且有清凉感。事实上，水果汁中的糖分主要是果糖和葡萄糖，例如葡萄汁的浓度为19.13%，干物质中的96.86%为糖，糖分组成中果糖为40.98%，葡萄糖为35.86%，另有蔗糖和麦芽糖。果葡糖浆含有42%～90%的果糖，与其他甜味剂共同使用，具有优越的协同增效作用，可改善食品与饮料的口感，减少苦味和怪味。果葡糖浆与蔗糖结合使用，可使其甜度增加20%～30%，而且甜味丰满、风味更好。果葡糖浆对甜蜜素、糖精钠等也有增效作用。果糖与糖精钠以同等甜度比例混合时，甜味增效最为明显，而且可以掩饰糖精钠带来的苦味。

由于异构化原因，果糖的甜度与温度有很大关系，40℃以下时温度越低，β型果糖含量越高，即甜度越高。因此，由于含有果糖，果葡糖浆也具有冷甜性质，因而常被应用于清凉饮料和其他冷饮食品中，如碳酸饮料、果汁饮料、运动饮料、冰棒、冰淇淋等。

3.2.3.2　溶解度、保湿性及结晶性

果葡糖浆具有较高的溶解度。果葡糖浆中葡萄糖溶解度比蔗糖低，但果糖具有极高的溶解度。此外，果糖及葡萄糖溶解度随温度上升的速度均比蔗糖快。果酱、蜜饯类食品是利用糖的高渗透性达到食品保藏的作用，而这种作用需要糖具有高的溶解度。一般认为，糖浓度在70%以上时才能抑制酵母、霉菌生长，蔗糖单独使用浓度很难达到，而F42果葡糖浆浓度可达77%。

果糖吸湿保湿性强，不易结晶。与易结晶不易吸湿的蔗糖不同，果糖为无定形单糖，很容易从空气中吸收水分，带有半分子和一分子的结晶水，吸湿性大，具有良好的保水分能力和耐干燥能力，这一特性可使糕点保持新鲜松软，从而延长了产品货架期。果糖与其他几种糖的吸湿性比较见表3-7。果糖较蔗糖难于结晶，应用在某些食品上可以表现出抗结晶性。

3.2.3.3　渗透压

糖的渗透压力与物质的分子大小有关，即与分子量有关，分子量小的物质渗透压大于分子量大的物质。果葡糖浆的主要成分是果糖和葡萄糖等单糖，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。高渗透压还可以抑制微生物生长，从而具有防腐保鲜作用，所以果葡糖浆用于食品保藏比蔗糖更为有利。

3.2.3.4　化学稳定性

果糖和葡萄糖具有还原性（使某些物质的分子还原），化学稳定性较蔗糖差，果糖比葡萄糖更易受热分解，发生美拉德反应。美拉德反应产生的有色物质具有特殊风味，生产面包、烘干食品时，可以获得美观的焦黄色表层和焦糖风味。蔗糖在酸性条件下会发生水解反应转化成果糖和葡萄糖，工业上称为转化糖。碳酸饮料的酸度在pH2.5～5之间，加进去的蔗糖在25℃贮存条件下，2～3个月会全部转化。葡萄糖和果糖都有一个最稳定的pH，葡萄糖在pH=3.0时最稳定，果糖在pH=3.3时最稳定。

3.2.3.5　其他性质

果葡糖浆的冰点温度比蔗糖、麦芽糖浆低，应用于冰淇淋及雪糕夹心加工时，可克服经常出现冰晶的缺陷，使产品质地柔软、细腻可口。果葡糖浆用于酵母发酵的食品加工方面优于蔗糖。酵母菌能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖发酵，但葡萄糖和果糖属于单糖，能被酵母直接利用，发酵速度快，在面包和利用酵母的糕点生产中，产气迅速，食品更加疏松。果葡糖浆具有一定的抗龋齿性。主要是由于果糖不是口腔微生物的合适底物，口腔中的细菌对果糖的发酵性差，这利于保护牙齿珐琅质，不易造成龋齿。果糖不易被小肠吸收，而肝脏内的代谢是一个较快吸收的过程，新陈代谢对胰岛素的依赖程度不高，故不会使人体内血糖浓度发生明显变化，对老年人和糖尿病患者来说，果葡糖浆是很好的甜味剂，对运动员和体力劳动者来说，果葡糖浆是一种很好的营养剂。

3.2.4　果葡糖浆的应用

3.2.4.1　果葡糖浆在食品工业中的应用

（1）在饮料中的应用　果葡糖浆作为甜味剂应用于可乐、汽水、果汁饮料、果露等软饮料中，产品具有透明度高、无混浊、风味温和、刺激性小、无异味等特点。果葡糖浆还可以应用于果酒、果露酒、葡萄酒、汽酒、香槟酒等产品中，经过预处理可以避免产品出现沉淀。

（2）用于乳制品　乳饮料中添加果葡糖浆可使乳饮料风味纯正、具有清凉感。用果葡糖浆替代一部分蔗糖和阿斯巴甜或安赛蜜组合使用，不仅具有很好的协同增效作用，而且大大改善了乳饮料的口感，入口后给人一种甜味丰满、爽神醇厚的清凉感，且节约了成本。果葡糖浆的组分葡萄糖和果糖均属单糖，与蔗糖相比能被乳酸菌直接利用，故果葡糖浆比蔗糖作为甜味剂用于酸奶中具有发酵速度快、发酵时间短等优势。果葡糖浆的pH为3.5～5，应用于酸奶制品恰在其范围之内。而蔗糖在酸性条件下易分解，这使货架期较长的酸奶随着蔗糖的分解，风味也会有所改变。因此，果葡糖浆应用在发酵型酸奶及调味型酸奶中比蔗糖在风味上更占优势。

（3）在面包和糕点中的应用　果葡糖浆应用于面包中有以下优势：首先，面包是发酵产品，而酵母利用葡萄糖和果糖等单糖发酵较快，产气大，可缩短发酵时间；其次，果葡糖浆中的果糖和葡萄糖发生焦化反应，可使面包着色良好；最后，由于果葡糖浆中果糖保湿性良好，可使面包在存放中可较长时间保持新鲜和松软。事实上，蛋糕中常添加果葡糖浆也能起到类似的作用。

（4）在软糖中的应用　高粱饴、类淀粉软糖、琼脂软糖等成品要求还原糖含量高，水分较多，过去生产中需采用蔗糖添加有机酸，将其中一部分转化成果糖和葡萄糖。而用果葡糖浆则不需转化，且产品质量也较理想。

（5）在水果罐头中的应用　果葡糖浆组成成分是单糖，分子量小，其渗透压高于双糖（如蔗糖），能快而均衡地渗透水果细胞膜壁，能有效地防止果汁渗出水果外，且有利于保持水果的风味。

（6）在果脯蜜饯、果酱中的应用　由于果葡糖浆渗透压高，所以用它来加工蜜饯，可缩短生产周期；果葡糖浆与蔗糖混合使用，可使成品色泽鲜明；用于果酱防腐性好，利于贮存。

3.2.4.2　果葡糖浆在其他工业中的应用

（1）在卷烟工业中的应用　果葡糖浆光泽油润且略有香气，无杂味，无挥发性，易溶于水，可以代替蔗糖应用于卷烟的生产。在卷烟的生产过程中添加果葡糖浆，无需转化，简化了工艺环节，使用果葡糖浆的烟叶保润能力强，增加了烟叶的柔软程度，减少制丝过程中的烟叶损耗；而且制成的烟丝色泽好，油润程度高，能提高卷烟产品的内在质量。

（2）在医药、保健品上的应用

①可作药用糖浆：因为果糖和葡萄糖可以直接被吸收，所以用来加工药用糖浆更利于病人。

②可作药酒：利用果葡糖浆溶解度高，操作方便，风味也好。

③可作保健食品：用果葡糖浆加工病弱孕婴的保健食品。龋齿是儿童的常见牙病，用果葡糖浆加工儿童专用食品或是直接用作甜味剂，对儿童的牙齿健康会有好处。

④果葡糖浆还有特殊的解毒作用，可以大大减轻肝脏负担，故可用作许多中毒症的解毒剂。

⑤果糖能抑制体内蛋白质的消耗，可以做运动员和体力劳动者的营养补给；果糖能促进乙醇分解，有防醉作用；果糖对肝炎、肝硬化、冠心病、心血管病等有良好的疗效；果糖对于外科手术补充蛋白质的流失，对于胃炎、胃溃疡、皮肤病、小儿发育不良等都有一定的疗效。