转化糖浆与果葡糖浆的比较研究

岳 帅，杨 钊,，徐光辉，张家智，姚宇晨，谢凌波，王 宝,3*

(1中粮营养健康研究院有限公司/老年营养食品研究北京市工程实验室/营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京102209；2中粮屯河崇左糖业有限公司，广西崇左532200；3中粮屯河糖业股份有限公司/农业农村部糖料与番茄质量安全控制重点实验室，新疆昌吉831100)

0 引言

转化糖浆与果葡糖浆作为重要的甜味剂，二者均有较长的发展历史。1951年，美国糖业研究基金会(The Sugar Research Foundation)申请了转化糖浆的相关专利；1957年，美国人MARSHALL R O和KOOL E P利用葡萄糖异构酶使葡萄糖异构成果糖，促进了果葡糖浆生产技术的发展[1]。近年来，随着我国经济社会的发展，食品饮料行业对于甜味剂的需求愈发旺盛，两者的产品种类日趋丰富，相关研究也愈发深入。由于两者的主要成分均包括果糖和葡萄糖，在相关研究中，存在概念混淆的情况：如在一些文章中存在“以原糖为原料制备果葡糖浆”的表述，或使用“蔗糖转化果葡糖浆”、“蔗糖源高果糖浆”等不规范的词汇。本文将从两者的产品定义、生产原料、制备原理及生产工艺、应用领域等方面进行对比分析，并结合主要成分的比较，以分析两者的异同，为更加准确地区分转化糖浆与果葡糖浆提供依据。

1 产品定义

GB/T 9289-2010《制糖工业术语》[2]中“转化糖浆”的定义是：转化糖浆，用酸或酶将蔗糖转化制得的浓糖液；蔗糖转化，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过程。转化糖浆通常译为“invert syrup”或“invert sugar syrup”[2-3]。

《食品化学》中“果葡糖浆”的定义是：果葡糖浆又称高果糖浆或异构糖浆，是以酶法水解淀粉所得的葡萄糖液经葡萄糖异构酶的异构化作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖而形成的由果糖和葡萄糖组成的一种混合糖浆[4]。果葡糖浆通常译为“High fructose corn syrup(HFCS)”或“High fructose syrup”[5-7]。

由两者的产品定义可知，转化糖浆是以蔗糖为原料，经过蔗糖水解过程得到的糖浆产品，而果葡糖浆则是以淀粉为原料，经糖化、异构等过程得到产品；两者的相似之处是主要成分都包括果糖和葡萄糖。

2 制备原理及生产工艺

2.1 制备原理

转化糖浆产品的制备原理基于蔗糖水解，蔗糖是由一分子葡萄糖的半缩醛羟基与一分子果糖的半缩醛羟基彼此缩合脱水而成的二糖，蔗糖在氢离子或酶的作用下，会水解生成葡萄糖和果糖(图1)[8-9]。

图1 蔗糖与α-D-六环葡萄糖和β-D-五环果糖的相互转化

果葡糖浆产品则是以淀粉为原料，经双酶法液化和糖化作用，将淀粉水解为葡萄糖，再由葡萄糖异构酶的异构作用，将一部分α-葡萄糖异构化为α-果糖，得到α-葡萄糖与α-果糖的混合液[10](图2)。

图2 α-D-葡萄糖转化为α-D-果糖

2.2 生产工艺

转化糖浆的生产工艺可分为2类，酸催化水解和酶催化水解，常用的生产工艺有3种(如图3所示)[11-15]。

图3 转化糖浆产品的主要生产工艺

酸催化水解法是在蔗糖糖浆中加酸(以盐酸、柠檬酸为主)，使蔗糖在较低pH区间，并在一定温度下发生水解；当还原糖含量(即果糖和葡萄糖含量)达到要求后，则降低糖浆温度，并对转化糖浆进行加碱(以碳酸钠、碳酸氢钠为主)中和。通过调节pH、反应温度及反应时间等参数，可得到不同还原糖含量的转化糖浆。该方法具有流程简单、成本较低的优点，但产品的色值较高。酶催化水解法则是在蔗糖糖浆中加入蔗糖酶催化水解蔗糖，需要调节糖浆的pH和温度，从而使蔗糖酶具有最适的催化效果[16]。该方法制备的转化糖浆产品的色值较低，但生产成本相对较高。离子交换树脂催化水解法在反应机理上仍属于酸催化，该方法是将蔗糖溶液通过强酸性阳离子树脂，通过控制流速和温度，从而得到不同还原糖含量的转化糖浆产品。该方法流程简单，切换灵活，但生产成本相对较高，且存在树脂再生废水的处理问题。

果葡糖浆产品的生产则是以淀粉为原料，其生产工艺包括淀粉的液化、糖化和异构化，先后经过 3种酶(淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶)催化的多步生物化学反应而得到(如图4所示)。

根据果葡糖浆产品的发展历程及果糖质量分数的不同，果葡糖浆产品可分为F42、F55、F903种类型，其果糖含量(干重计)分别为42%(F42型)、55%(F55型)、90%(F90型)[10]。以F42型果葡糖浆为基础，经脱盐后，在固形物含量为36%～60%时用泵输送到分离器，利用钙型强酸性阳离子交换树脂对葡萄糖、果糖亲和力不同的特点，将糖浆分成2股不同的物料，分离后的葡萄糖、果糖的物料纯度在85%～90%之间。将富含果糖的物料与F42型果葡糖浆混合，可生产F55型果葡糖浆；被富集的果糖物料也可用来生产F90型果葡糖浆，或生产结晶果糖[17]。

由上可知，转化糖浆和果葡糖浆的制备原理及生产工艺有明显差异。转化糖浆主要是通过酸解或酶解的原理使蔗糖转化，蔗糖转化后理论上能够获得等量的果糖和葡萄糖，通过技术参数的调整，可调节转化糖的含量。果葡糖浆则主要是将淀粉水解为葡萄糖，再将部分葡萄糖异构化为果糖；在F42型果葡糖浆的基础上，结合色谱分离、结晶分离、硼酸盐分离等相关技术，可提高果糖含量[18]。

2.3 主要物质构成特点

由上述制备原理及主要工艺可知，2种产品的主要物质含量存在差异，相关标准也对两者的主要物质含量等方面进行了要求(见表1)。

根据轻工行业标准QB/T 4093-2010《液体糖》[19]，液体糖按成分可分为全蔗糖糖浆和转化糖浆2个类型；根据该标准，转化糖浆的干物质(固形物)含量≥70ºBx，干物质中的总糖分≥99.5%，转化糖浆干物质中的还原糖含量≥60%(则蔗糖≤39.5%)，pH区间为4.5～5.5，灰分≤0.20%。在国家标准GB/T 20882-2007《果葡糖浆》[7]中，对F42型和F55型果葡糖浆的理化指标进行了要求，干物质(固形物)含量，F42型应≥71.0%或63.0%，F55型应≥77.0%；果糖(占干物质)含量，F42型应≥42%～44%，F55型应≥55%～57%；葡萄糖和果糖占干物质比例，F42型应≥92%，F55型应≥95%；2个类型的果葡糖浆，pH区间为3.3～4.5，灰分≤0.05%。

此外，国际上一般对F42、F55、F90型果葡糖浆的相关指标有所要求[20]，具体指标如表2所示。

从表2可知，F42型是第一代果葡糖浆，其糖 分组成中果糖含量为42%，葡萄糖含量50%，低聚糖含量为5%(均为干基，下同)；F55型是第二代果葡糖浆，其糖分组成中果糖含量为55%，葡萄糖含量42%，低聚糖含量为3%；F90型是第三代果葡糖浆，其糖分组成中果糖含量为90%，葡萄糖含量7%，低聚糖含量为3%。此外，3种果葡糖浆的浓度、黏度也有所差异。

表2 3种果葡糖浆的主要成分及相关指标

根据制备原理，在主要物质构成方面，转化糖浆中的果糖、葡萄糖含量理论上应相等；但由于蔗糖的水解是连串反应，蔗糖首先水解生成葡萄糖、果糖，然后葡萄糖、果糖分解为羟甲基糠醛、甘油醛、醋酸等有机酸，其中果糖比葡萄糖的分解速度更快，所以实际产品中果糖的含量略低[8,21]。同时，根据蔗糖转化程度的不同，其中亦含有一定比例的蔗糖。果葡糖浆则根据型号的不同，果糖、葡萄糖含量有明显差异；除果糖、葡萄糖外，果葡糖浆产品中亦含有一定量的低聚糖。

果糖与葡萄糖含量的不同将影响产品的甜度。果糖的甜度是蔗糖的1.4～1.8倍，葡萄糖的甜度为蔗糖的0.7倍；与此对应，转化糖(果糖∶葡萄糖=1∶1)的甜度是蔗糖的1.2倍[9,22]，F42、F55、F90型果葡糖浆的甜度则分别为蔗糖甜度的95%～100%、105%～110%、150%～160%[23]。

3 应用领域

转化糖浆主要应用于绵白糖、月饼的生产制作。在绵白糖的生产过程中，在白砂糖表面喷上少量转化糖浆，再经混合、干燥等工艺制成绵白糖，其还原糖含量为1.5%～2.5%[24]。在月饼的制作过程中使用转化糖浆，不仅能够改善月饼的硬度、粘聚性、咀嚼性，也能够提升其回软、回油等特性[25]。果葡糖浆则主要应用于饮料和食品行业[26]，其使用成本通常较食糖更低，是重要的食糖替代品[27-30]。如美国的可口可乐和百事可乐2家公司，在20世纪80年代后就在美国本土使用果葡糖浆部分替代食糖[28]；基于成本因素，近年来国内很多食品饮料企业倾向于使用果葡糖浆替代原料中的食糖。我国果葡糖浆产量从2015年的286万t增长到2019年的495万t，转化糖浆的产量尚无统计数据[31]。

另外，转化糖浆和果葡糖浆均广泛应用于焙烤食品糖制品行业(含糕点、面包、饼干、糖果巧克力、蜜饯等)[9,27,32-35]，据《中国轻工业年鉴》数据显示，2019年，该行业规模以上企业共2708家，主要产品产量合计2573.36万t，主营业务收入为5568.58亿元，利润总额为465.09亿元[31]。

通过英敏特数据库检索2016～2020年间，全球范围内食品行业头部公司发布的成分包含转化糖浆或果葡糖浆的新品数量，结果如表3所示。

由表3可知，2016～2020年含有转化糖浆的新品数量总体呈递减的趋势，从2016年的575种减少到2020年的417种；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。

表3 2016～2020年全球食品行业头部公司含有转化糖浆或果葡糖浆的新品数量

对上述新品的各品类占比进行统计，结果如表4所示。

由表4可知，含有转化糖浆或果葡糖浆的新品，均涉及“烘焙”、“巧克力糖果”、“甜点和冰淇淋”等9个品类，累计占比分别为94.73%、91.59%；但各品类所占比例有差异，如在上述3个品类中，含有转化糖浆的新品占比分别为47.14%、16.97%、 9.68%，而含有果葡糖浆的新品占比则为36.70%、9.28%、18.39%。

表4 2016～2020年相关新品的品类占比

这种差异和不同糖品的性质有关[36-38]：转化糖浆和果葡糖浆中均含有果糖和葡萄糖，但转化糖浆中亦含有一定量的蔗糖。果糖的焦化性较葡萄糖强，在烘烤过程中可生成焦黄色的外壳；酵母利用果糖和葡萄糖发酵时间优于蔗糖，在面包的制作过程中使用果葡糖浆，能够发酵快、产气多，使面包松软；蔗糖可以调节面团中面筋的胀润度，使面团具有可塑性，防止制品收缩变形。所以在烘焙领域，转化糖浆和果葡糖浆均有广泛的应用。生产硬糖果的熬糖过程中，需要控制糖浆色值的增加，而蔗糖的热稳定性较高，所以采用转化糖浆较多。在生产冰淇淋时，为了避免蔗糖在0℃以下产生晶体，需要使用转化糖浆或果葡糖浆代替部分蔗糖。另外，果葡糖浆不仅具有冷甜性，还有促进冰粒细腻、粘稠性高、甜味温和等效果，所以采用果葡糖浆较多。

此外，含转化糖浆的产品包括“早餐谷物食品”、“鱼、肉和蛋类加工制品”、“酒精类饮料”等3个品类；含果葡糖浆的产品包括“果汁饮料(果汁含量25%～99%)”和“碳酸软饮料”2个品类。综合来看，两者的应用领域基本重叠，但主要应用领域有一定差异。

4 总结

本文从产品定义、生产原料、制备原理、生产工艺、主要物质构成、应用领域等方面对转化糖浆产品与果葡糖浆产品进行了对比分析。在产品定义、生产原料、制备原理及生产工艺等方面，两者存在根本区别；转化糖浆的生产原料为蔗糖，基于蔗糖转化原理，可通过3种生产工艺制备；果葡糖浆则以淀粉为原料，经3种酶催化的多步生化反应制得，涉及液化、糖化、异构、分离等关键工艺。两者的主要成分都包括果糖和葡萄糖，但转化糖浆中果糖、葡萄糖占比几乎相等，且还有一定比例的蔗糖；而果葡糖浆中的果糖、葡萄糖含量有明显差异，且含有一定量的低聚糖。在应用方面，转化糖浆与果葡糖浆作为重要的甜味剂，均广泛应用于食品饮料行业；两者应用领域基本重叠，但主要应用领域存在一定差异。