轉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中糧營養健康研究院有限公司/老年營養食品研究北京市工程實驗室/營養健康與食品安全北京市重點實驗室，北京102209；2中糧屯河崇左糖業有限公司，廣西崇左532200；3中糧屯河糖業股份有限公司/農業農村部糖料與番茄質量安全控制重點實驗室，新疆昌吉831100)

0 引言

轉化糖漿與果葡糖漿作為重要的甜味劑，二者均有較長的發展歷史。1951年，美國糖業研究基金會(The Sugar Research Foundation)申請了轉化糖漿的相關專利；1957年，美國人MARSHALL R O和KOOL E P利用葡萄糖異構酶使葡萄糖異構成果糖，促進了果葡糖漿生產技術的發展[1]。近年來，隨著我國經濟社會的發展，食品飲料行業對于甜味劑的需求愈發旺盛，兩者的產品種類日趨豐富，相關研究也愈發深入。由于兩者的主要成分均包括果糖和葡萄糖，在相關研究中，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“蔗糖轉化果葡糖漿”、“蔗糖源高果糖漿”等不規范的詞匯。本文將從兩者的產品定義、生產原料、制備原理及生產工藝、應用領域等方面進行對比分析，并結合主要成分的比較，以分析兩者的異同，為更加準確地區分轉化糖漿與果葡糖漿提供依據。

1 產品定義

GB/T 9289-2010《制糖工業術語》[2]中“轉化糖漿”的定義是：轉化糖漿，用酸或酶將蔗糖轉化制得的濃糖液；蔗糖轉化，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。轉化糖漿通常譯為“invert syrup”或“invert sugar syrup”[2-3]。

《食品化學》中“果葡糖漿”的定義是：果葡糖漿又稱高果糖漿或異構糖漿，是以酶法水解淀粉所得的葡萄糖液經葡萄糖異構酶的異構化作用，將其中一部分葡萄糖異構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]。

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

2 制備原理及生產工藝

2.1 制備原理

轉化糖漿產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-六環葡萄糖和β-D-五環果糖的相互轉化

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

圖2 α-D-葡萄糖轉化為α-D-果糖

2.2 生產工藝

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

圖3 轉化糖漿產品的主要生產工藝

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區間，并在一定溫度下發生水解；當還原糖含量(即果糖和葡萄糖含量)達到要求后，則降低糖漿溫度，并對轉化糖漿進行加堿(以碳酸鈉、碳酸氫鈉為主)中和。通過調節pH、反應溫度及反應時間等參數，可得到不同還原糖含量的轉化糖漿。該方法具有流程簡單、成本較低的優點，但產品的色值較高。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，需要調節糖漿的pH和溫度，從而使蔗糖酶具有最適的催化效果[16]。該方法制備的轉化糖漿產品的色值較低，但生產成本相對較高。離子交換樹脂催化水解法在反應機理上仍屬于酸催化，該方法是將蔗糖溶液通過強酸性陽離子樹脂，通過控制流速和溫度，從而得到不同還原糖含量的轉化糖漿產品。該方法流程簡單，切換靈活，但生產成本相對較高，且存在樹脂再生廢水的處理問題。

果葡糖漿產品的生產則是以淀粉為原料，其生產工藝包括淀粉的液化、糖化和異構化，先后經過 3種酶(淀粉酶、糖化酶、葡萄糖異構酶)催化的多步生物化學反應而得到(如圖4所示)。

根據果葡糖漿產品的發展歷程及果糖質量分數的不同，果葡糖漿產品可分為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，經脫鹽后，在固形物含量為36%～60%時用泵輸送到分離器，利用鈣型強酸性陽離子交換樹脂對葡萄糖、果糖親和力不同的特點，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F55型果葡糖漿；被富集的果糖物料也可用來生產F90型果葡糖漿，或生產結晶果糖[17]。

由上可知，轉化糖漿和果葡糖漿的制備原理及生產工藝有明顯差異。轉化糖漿主要是通過酸解或酶解的原理使蔗糖轉化，蔗糖轉化后理論上能夠獲得等量的果糖和葡萄糖，通過技術參數的調整，可調節轉化糖的含量。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化為果糖；在F42型果葡糖漿的基礎上，結合色譜分離、結晶分離、硼酸鹽分離等相關技術，可提高果糖含量[18]。

2.3 主要物質構成特點

由上述制備原理及主要工藝可知，2種產品的主要物質含量存在差異，相關標準也對兩者的主要物質含量等方面進行了要求(見表1)。

根據輕工行業標準QB/T 4093-2010《液體糖》[19]，液體糖按成分可分為全蔗糖糖漿和轉化糖漿2個類型；根據該標準，轉化糖漿的干物質(固形物)含量≥70oBx，干物質中的總糖分≥99.5%，轉化糖漿干物質中的還原糖含量≥60%(則蔗糖≤39.5%)，pH區間為4.5～5.5，灰分≤0.20%。在國家標準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進行了要求，干物質(固形物)含量，F42型應≥71.0%或63.0%，F55型應≥77.0%；果糖(占干物質)含量，F42型應≥42%～44%，F55型應≥55%～57%；葡萄糖和果糖占干物質比例，F42型應≥92%，F55型應≥95%；2個類型的果葡糖漿，pH區間為3.3～4.5，灰分≤0.05%。

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

從表2可知，F42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指標

根據制備原理，在主要物質構成方面，轉化糖漿中的果糖、葡萄糖含量理論上應相等；但由于蔗糖的水解是連串反應，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、醋酸等有機酸，其中果糖比葡萄糖的分解速度更快，所以實際產品中果糖的含量略低[8,21]。同時，根據蔗糖轉化程度的不同，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，轉化糖(果糖∶葡萄糖=1∶1)的甜度是蔗糖的1.2倍[9,22]，F42、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 應用領域

轉化糖漿主要應用于綿白糖、月餅的生產制作。在綿白糖的生產過程中，在白砂糖表面噴上少量轉化糖漿，再經混合、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]。果葡糖漿則主要應用于飲料和食品行業[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，近年來國內很多食品飲料企業傾向于使用果葡糖漿替代原料中的食糖。我國果葡糖漿產量從2015年的286萬t增長到2019年的495萬t，轉化糖漿的產量尚無統計數據[31]。

另外，轉化糖漿和果葡糖漿均廣泛應用于焙烤食品糖制品行業(含糕點、面包、餅干、糖果巧克力、蜜餞等)[9,27,32-35]，據《中國輕工業年鑒》數據顯示，2019年，該行業規模以上企業共2708家，主要產品產量合計2573.36萬t，主營業務收入為5568.58億元，利潤總額為465.09億元[31]。

通過英敏特數據庫檢索2016～2020年間，全球范圍內食品行業頭部公司發布的成分包含轉化糖漿或果葡糖漿的新品數量，結果如表3所示。

由表3可知，2016～2020年含有轉化糖漿的新品數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系。

表3 2016～2020年全球食品行業頭部公司含有轉化糖漿或果葡糖漿的新品數量

對上述新品的各品類占比進行統計，結果如表4所示。

由表4可知，含有轉化糖漿或果葡糖漿的新品，均涉及“烘焙”、“巧克力糖果”、“甜點和冰淇淋”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年相關新品的品類占比

這種差異和不同糖品的性質有關[36-38]：轉化糖漿和果葡糖漿中均含有果糖和葡萄糖，但轉化糖漿中亦含有一定量的蔗糖。果糖的焦化性較葡萄糖強，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酵時間優于蔗糖，在面包的制作過程中使用果葡糖漿，能夠發酵快、產氣多，使面包松軟；蔗糖可以調節面團中面筋的脹潤度，使面團具有可塑性，防止制品收縮變形。所以在烘焙領域，轉化糖漿和果葡糖漿均有廣泛的應用。生產硬糖果的熬糖過程中，需要控制糖漿色值的增加，而蔗糖的熱穩定性較高，所以采用轉化糖漿較多。在生產冰淇淋時，為了避免蔗糖在0℃以下產生晶體，需要使用轉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，還有促進冰粒細膩、粘稠性高、甜味溫和等效果，所以采用果葡糖漿較多。

此外，含轉化糖漿的產品包括“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，兩者的應用領域基本重疊，但主要應用領域有一定差異。

4 總結

本文從產品定義、生產原料、制備原理、生產工藝、主要物質構成、應用領域等方面對轉化糖漿產品與果葡糖漿產品進行了對比分析。在產品定義、生產原料、制備原理及生產工藝等方面，兩者存在根本區別；轉化糖漿的生產原料為蔗糖，基于蔗糖轉化原理，可通過3種生產工藝制備；果葡糖漿則以淀粉為原料，經3種酶催化的多步生化反應制得，涉及液化、糖化、異構、分離等關鍵工藝。兩者的主要成分都包括果糖和葡萄糖，但轉化糖漿中果糖、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。在應用方面，轉化糖漿與果葡糖漿作為重要的甜味劑，均廣泛應用于食品飲料行業；兩者應用領域基本重疊，但主要應用領域存在一定差異。