大米果葡糖浆的生产与应用进展

李文钊，臧传刚，潘忠，许克家，佟毅



大米果葡糖浆的生产与应用进展

李文钊1,3,4，臧传刚1，潘忠1，许克家1，佟毅2*

（1. 中粮营养健康研究院，北京 昌平102209; 2. 吉林中粮生化有限公司（玉米深加工国家工程研究中心）， 吉林 长春130033; 3. 营养健康与食品安全北京市重点实验室， 北京 昌平 102209; 4. 老年营养食品研究北京市工程实验室, 北京 昌平 102209）

果葡糖浆是一种重要的甜味剂，随着应用范围的扩大，国内市场需求量逐年增加。稻米是主要的粮食作物，淀粉含量高，利用稻米或碎米为原料继续加工制备果葡糖浆具有重要的前景。探讨了果葡糖浆的性能，稻米原料的特性，生产果葡糖浆的工艺，以及果葡糖浆的应用进展等。

果葡糖浆；淀粉酶；生产工艺；应用

果葡糖浆是一种重要的甜味剂，广泛应用于食品、饮料行业，用于部分或者全部替代蔗糖。在工业生产中，来自玉米、大米等原料的淀粉经过液化酶、糖化酶水解生成葡萄糖，葡萄糖在异构化酶的作用下转化为果糖，获得的果糖和葡萄糖混合的产品被称为果葡糖浆［1,2］。

根据果葡糖浆中果糖的干重含量，将果葡糖浆分为3种，分别是F42、F55和F90。F42是指糖浆中果糖含量为42%［3］。在甜味衡量时，规定蔗糖的甜度为100，F42产品的甜度与蔗糖相近，是蔗糖的替代品。F42果葡糖浆中葡萄糖含量较高，不易储存，容易结晶。在生产中，将果葡糖浆进行蒸发，进而进行色谱分离，可以得到果糖含量90%以上的F90产品，其相对蔗糖的甜度为120~160，F90与F42混配，可以得到F55果葡糖浆，F55的相对甜度为100~110［4］。

天然的果糖在水果中含量最多，在成熟的苹果、葡萄、蓝莓中大约有质量分数5%~10%的果糖，大多数传统的干果中，果糖含量可以占到50%。1847年，法国科学家Dubrunfaut首次发现了果糖，果糖的分子可以以多种存在形式，目前发现的有四种同分异构体，包括α-D-六环果糖、α-D-五环果糖、β-D-六环果糖、β-D-五环果糖［5］。果葡糖浆兼具葡萄糖和果糖的的功能，甜味很独特，这是因为甜味的不同与甜味剂的分子手性特征有关，且随着粘度和组分的变换而不同。果糖的一个重要特性是具有冷甜性，当温度低于40 ℃，随着温度降低，其甜味增强，所以果葡糖浆广泛应用于冷饮的生产［6］。

果糖在人体的消化和吸收与蔗糖不同，有证据表明是通过果糖的吸收是依靠主动运输逆浓度梯度进行的，肠上皮细胞的转运蛋白GLUT2/GLUT5起主要作用［7-9］。如果果糖没有被小肠全部吸收，则会进入大肠，在菌群的作用下会产生短链脂肪酸、有机酸、二氧化碳等，从而引起肠胃胀气、疼痛、腹泻等问题。作为一种能量供应的物质，过量食用果糖会引起胰岛素抵抗，高血压等代谢综合征，以及肥胖和尿酸增高等［10-11］。早在1976年果葡糖浆被美国食品药品管理总局认为是安全的（GRAS），来自玉米的果葡糖浆作为替代蔗糖的甜味剂在世界范围内得到广泛应用［12］。

工业制备果葡糖浆的主要原料是淀粉，在世界范围内来看，淀粉的主要来源是玉米、大米、小麦等。在国内市场应用方面，尤其近些年，随着果葡糖浆的应用范围拓宽，消耗量的增加，以及农产品深加工的深入，稻谷加工过程中产生15%~30%的碎米，碎米中含有含量较高的淀粉，利用碎米制备果葡糖浆是大米深加工综合利用的重要进步 。利用大米制备果葡糖浆与玉米果葡糖浆工艺基本一致，但大米淀粉颗粒更小，蛋白残留较多，需要在液化结束后即进行初步过滤分离，这对品质影响很关键［13-15］。分离出来的蛋白是重要的饲料来源。

1 大米淀粉的结构和特性

1.1 大米淀粉的制备

水稻（）是世界上主要的粮食作物。收获后的稻谷籽粒由稻壳、糠麸和含淀粉的胚乳组成。稻谷去壳后成为糙米，经过碾磨去除糠麸层，得到部分抛光的大米，再继续进行抛光直到完全去除表面少量的糠麸，就得到了精米。最后的大米经过筛分分离出整精米（未遭破坏的完整米粒和至少有3/4米粒未遭破坏）、大碎米（遭破坏米粒中的最大粒径部分，占完整米粒的1/2~3/4）以及酿酒米（完整米粒的1/4）［16］。由于经济原因，大米淀粉一般是从碎米中提取的，目前商业中常用的制备大米淀粉的方法有两种：传统方法和机械方法。

1.1.1 传统方法

传统的淀粉生产主要使用碱法工艺，碎米在0.3%~0.5%的氢氧化钠溶液中浸泡24小时，温度30~50 ℃，浸泡可以软化大米并且可以溶解80%的大米蛋白，浸泡之后的大米进行研磨，淀粉和蛋白进行分离，形成淀粉乳，保持10~24 h使蛋白充分溶解，最后过滤除去杂质，用水洗淀粉乳除去蛋白质，调整溶液pH，对淀粉乳干燥。碱法工艺一个特点是淀粉在碱性溶液中容易改性，其次是使用碱液带来了废水处理和环境污染的问题。所以碱法目前已经基本不再使用［17］。目前全球的大米淀粉的产量约25 000 t，大约75%是来自美国的Remy Industries公司。

1.1.2 机械方法

机械法就是直接进行湿法研磨的工艺，在机械法中蛋白质不是通过溶解分离出来，而是机械作用使淀粉和蛋白从碎米中破碎出来，进而用物理方法进行分离。机械方法的优势在于，其分离出的蛋白液是有价值的副产品，可以用于食品工业，而碱法生产的蛋白质则不能。此外机械法可以通过控制研磨和分离的工艺，制备富含不同蛋白质和脂肪含量的大米淀粉产品，不同产品具有各自独特的性能。而且机械研磨工艺对环境的污染更小。

1.2 大米淀粉的独特性能

大米淀粉相比其他淀粉有很多优点。大米具有低过敏性，因为大米淀粉中没有醇溶蛋白等引起过敏反应的蛋白，而小麦、大麦或黑麦中这种蛋白较丰富。大米更容易消化，适合作为婴幼儿和老年人食品，医学建议中也推荐大米作为老年人或婴幼儿维持健康的谷物产品。大米淀粉味道平淡、颜色白、颗粒小（2~10 μm），使得其在制作具有丰富口感和味道的、质地顺滑的肉汁、调味酱及布丁中具有独特的优势。大米淀粉的非食品用途，也是基于其比较小的颗粒，包括在纺织浆料、化妆品和印刷油墨中的应用。此外大米淀粉具有更高的淀粉糊凝固-溶解稳定性、更高的耐酸性以及较宽泛的直链淀粉和支链淀粉比例范围［18］。

大米有很多广泛的用途。除此之外，大米品种、蛋白质含量、淀粉生产和改性方法等因素都会影响大米淀粉的性能。

1.3 直链/支链淀粉

大米根据直链淀粉含量可以分为两个基本类型：普通水稻和糯水稻。糯米淀粉中含有0%~2%的直链淀粉，普通大米淀粉中直链淀粉的含量约占20%。此外，普通大米制备的淀粉脂肪含量有0.3%~0.4%,糯米淀粉中脂肪含量仅为0.03%。因为直链淀粉和支链淀粉的比例不同，其应用性能不同。普通大米淀粉有更高的峰值黏度、蒸煮黏度和冷却黏度，并且成糊和糊化的同时，可以产生一种成膏状类似固体奶油的质构［19,20］。糯米淀粉应用于油炸食品时可以降低油的摄入。

2 大米果葡糖浆的生产

2.1 果葡糖浆的生产历史

人类制糖的历史很悠久，在中国古代人们把糖称为“饴”，主要是通过对富含淀粉或蔗糖的谷物、果品进行破碎、蒸煮和浓缩，从获得具有更甜口味的食物。1811年化学家Kirchoff在探索淀粉制备胶粘剂时，发现用硫酸处理马铃薯淀粉后产生了具有甜味的液体，从此开启了人们利用酸法水解淀粉制备淀粉糖的历史。后来日本在酶制剂技术上取得了巨大进步，使得淀粉糖的生产有了新的突破。1960年，日本人首先开始利用α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶生产葡萄糖，双酶法生产淀粉糖的优势明显，与传统的生产技术相比，酶法制糖，反应条件温和，对设备和操作环境要求不高，转化效率高，对环境污染少，具有很多的优势。美国首先将双酶法用于工业化生产，也最早推出了F42和F55果葡糖浆产品。后来，日本科学家又从霉菌中分离得到了异构化酶，将葡萄糖转化为果糖，后来新的固定化技术发展和分离技术的进步，使得制备果葡糖浆的技术有了巨大的进步［21］。

2.2 大米制备果葡糖浆工艺

生产大米果葡糖浆的典型流程图如图1所示。

图1 大米生产果葡糖浆典型工艺流程

（1）大米浸泡。原料大米首先进行水洗和浸泡，要反复冲洗多次，除去灰尘、米糠等杂质。浸泡可以使大米充分吸水膨胀，对于室外露天放置的浸泡罐，浸泡的时间根据季节而定，夏天需要浸泡的时间稍短1~3 h，冬季略长4~6 h。如果浸泡罐可以蒸汽调温，则可以控制温度40~50 ℃，可缩短浸泡时间。

（2）研磨。浸泡好的大米利用研磨设备进行磨浆，磨至20~100目（根据工艺不同），经过筛网过滤，加水调浆，温度提高至50~60 ℃，使淀粉糊化，获得18~22°Bé的大米淀粉乳。

（3）液化。调浆后的淀粉浆浓度在25%~32%（淀粉绝干物比重），加入耐高温α-淀粉酶，进行高温蒸汽喷射（110~118 ℃）。在高温剪切力下，淀粉团粒充分打开，喷射液化后第二次加入耐高温淀粉酶，淀粉浆泵入液化柱停留约2 h。这个过程是利用α-淀粉酶对淀粉的直链α-1，4糖苷键进行切割，α-淀粉酶对淀粉的水解是随机的，这个过程能够迅速降低淀粉乳的粘度，产生大分子的糊精和少量葡萄糖。液化结束后，在实际工业生产中，要对DE值（糖液中还原糖总量）进行测量，在保证碘试合格的情况下，要控制糖液DE值在14%~16%，一是保证体系粘度降低，长链淀粉水解为短链糊精；二是控制DE值，避免短链淀粉水解过度，以使糖化阶段的酶能发挥更好的作用。在液化结束后需要进行简单的过滤除渣，滤渣烘干后可做饲料。

（4）糖化。液化结束后，进入糖化阶段，温度控制在60~62 ℃，pH值为4.3，糖化时间30~40 h，根据酶制剂和液化程度不同而不同。目前工业应用中一般使用复配糖化酶，主要成分是葡糖淀粉酶和普鲁兰酶，这两种酶有很好的协同作用，联合对淀粉直链和支链进行切割，糖化结束后糖化液DE值可以达95%~98%。

（5）过滤脱色。糖化结束的糖液，继续经过过滤除去大米残渣和糖化水解析出的蛋白，比较简便和经济的设备是板框过滤，过滤液随后经过活性炭柱进行脱色，脱色将除去肉眼可见的杂质，以及吸附一些蛋白和有色物质。最终滤渣干物质含量达到45%~47%。

（6）离交。利用强酸阳离子树脂配合弱碱阴离子树脂对糖液中的无机盐离子进行交换，离交也会吸附糖液中的蛋白质、有机物等。离交结束后会利用真空蒸发对糖液水分进行脱除，糖液得到一定程度浓缩。

（7）异构。将异构酶固定化后装填入柱子中，在异构酶的作用下，葡萄糖将转化成为果糖。在果糖制备工艺中，固定化异构酶的开发利用是果糖制备的重要进步，异构酶主要来自微生物，有链霉菌、芽孢杆菌、游动放线菌和节杆菌等。

经过以上步骤用此方法可以制备出果糖含量42%的F42果葡糖浆。再经过色谱分离、离交、精制、混配、浓缩制备成F55果葡糖浆。

2.3 国内外生产现状和前景

果葡糖浆与蔗糖的甜度基本一样，而且价格比蔗糖低廉很多，利用玉米深加工制备果糖也促进了玉米行业的进步，果葡糖浆的应用范围越来越广泛，果葡糖浆的发展得到了极大的推动。

在西方国家，果葡糖浆的应用范围更宽泛，尤其是大型的饮料公司，比如可口可乐等已经大量使用果葡糖浆替代蔗糖作为甜味剂，不仅仅是成本降低的问题，其冷藏口味更佳的优点也使消费者更青睐。美国消耗果葡糖浆的量最大，占了世界总产量的3/4。在中国国内市场，对果葡糖浆的需求量也不断增加，尤其饮料市场的迅速发展，近年来奶茶应用尤其广泛，以及更多食品企业增加了对果葡糖浆的需要，使国内形成了更大的消费市场［22］。

3 大米果葡糖浆的应用

相比蔗糖等甜味剂，果葡糖浆具有很多优良特性，广泛应用于食品工业的制造中（见表1）。来源于大米制备的果葡糖浆还兼具独特的大米风味，具有更广的应用范围。

表1 果葡糖浆在食品工业中的应用

3.1 在软饮料中的应用

3.1.1 不含酒精的饮料

果葡糖浆在低温下具有冷甜性，口感清爽，无异味，与蔗糖或其他甜味剂互补性好，使得很多饮料厂都选择果葡糖浆替代部分或全部蔗糖，尤其是在炎热季节，冷饮生产的旺季，是需求果葡糖浆最多的时候。作为软饮料的添加剂，还用于碳酸饮料，果汁饮料，运动型饮料，茶饮料等［23］。

3.1.2 含酒精的饮料

果葡糖浆用于酒精饮料的添加，可以避免产品出现沉淀。在实际应用中，不同于蔗糖，果葡糖浆可以直接添加，从而简化生产工艺。含酒精的饮料除了果酒，也包括葡萄酒、黄酒、香槟酒、啤酒等。果葡糖浆透明度高，溶解度高，易溶于水，使用便捷。

3.2 在乳制品中的应用

在乳品中的一种应用是作为甜味剂，应用于乳饮料，果葡糖浆与蔗糖或其他甜味剂配合使得甜味更丰富，更具有清爽口感。同时也节约了成本。此外还可以在酸奶中使用，除了丰富甜味，提升口感，果糖也更利于乳酸菌利用，使发酵效率更高。果糖还能避免添加蔗糖随储存时间变长风味出现的变化，果葡糖浆具有更好的渗透压，可以抑制酸奶中微生物的过快繁殖，延长货架期。此外果葡糖浆还可用于替代蔗糖制备雪糕、冰淇淋等冷饮，由于其冷甜性，使冷饮具有清凉爽口的感觉，果葡糖浆的抗结晶性能，也使得雪糕、冰激凌的结构更细腻、柔软，产品性能更好［24］。

3.3 在烘焙食品中的应用

在面包、蛋糕等产品的加工过程中，果葡糖浆具有发酵性较好，酵母利用果糖和葡萄糖发酵时间优于蔗糖，在制作过程中，利用果葡糖浆替代蔗糖发酵快，产气多，使面包松软。果葡糖浆在加热情况下的美拉德反应让面包表面呈现焦黄色，使外观更加好看，此外，果葡糖浆的保湿性能较好，有利于长时间保持松软，延长货架期［25］。

3.4 在水果罐头和蜜饯中的应用

果葡糖浆的组成是单糖，渗透压高于蔗糖，在罐头的加工、贮存中，果糖与水果有亲和作用，能防止果味逆出，有利于保持水果的风味，有利于稳定罐头加工性能。用于加工蜜饯时，高浓度果葡糖浆具有极高渗透压，可以缩短加工时间，与蔗糖一起使用时，使产品具有良好的色泽，使果酱防腐性好，延长储存时间［24］。

3.5 在医疗保健品中的应用

果糖和葡萄糖可以直接被人体吸收，常用作药用糖浆，果葡糖浆被人饮食之后，很快被吸收，增加能量，比如止咳糖浆里大量使用果葡糖浆作为辅料。此外，果葡糖浆溶解度高，可以用于药酒中，也使得药酒的风味更好。果葡糖浆也用于加工儿童食品和甜味剂，能够有效降低儿童患龋齿的风险。

4 结束语

我国是大米生产和消费的大国，随着产业转型，消费升级，环境监管升级，对淀粉制原料深加工的要求变得越来越高，体现在清洁生产和高品质的产品要求上。随着果葡糖浆的应用领域越来越广泛，开发更多来源的淀粉糖成为一个新的趋势。优化大米淀粉提取的工艺，提高大米果葡糖浆的转化效率，尤其是推进大米糖浆在食品加工和领域的应用，将进一步提高大米深加工的技术进步。

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Production and Application of Rice Fructose Syrup

11112*

（1. COFCO Nutrition and Health Institute, Beijing 102209, China; 2. Jilin COFCO Biochemical Co., Ltd., Corn Deep Processing National Engineering Research Center, Jilin Changchun 130033, China; 3. Beijing Key Laboratory of Nutrition &Health and Food Safety,Beijing 102209, China; 4. Beijing Engineering Laboratory for Geriatric Nutrition Food Research, Beijing 102209, China）

Fructose syrup is a widely used sweetener; China's market demand for fructose syrup rises year by year. Rice is an important food crop, it contains high level of starch, application of expired rice or broken rice in production of fructose syrup has great prospect. In this paper, the characteristics of fructose syrup were discussed as well as the features of rice as a raw material, the process of producing fructose syrup was analyzed, and application progress of rice fructose syrup was introduced.

Rice fructose syrup; Amylase; Production; Application

O 636

A

1671-0460（2017）12-2591-05

2017-09-11

李文钊（1984-），男，理学博士，2013年毕业于吉林大学，研究方向：酶工程。E-mail：liwenzhao@cofco.com。

佟毅（1963-），男，博士，教授级高工，研究方向：玉米深加工。E-mail：tongyi@cofco.com。