果葡糖浆的应用与制备

2020/3/13 16:50:48

背景及概述[1-3]

果葡糖浆也称高果葡糖浆(FructoseComSyrups)或者异构糖浆,工业上主要采用淀粉为原料,经双酶液化和糖化作用,水解为葡萄糖,再由葡萄糖酶的异构作用,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。我国著名淀粉专家张力田教授将这种混合产品命名为“果葡糖浆”。异构转化率为42%的异构糖,其甜度和蔗糖相等,但是比果葡糖浆在面包生产中全部代替蔗糖,尤其在低糖主食面包中使用效果更佳。因为酵母在发酵中可以直接利用葡萄糖,故发酵速度快,但果葡糖浆在面包中使用量过多时,即超过相当于蔗糖量15%时,面团发酵速度降低,面包内部组织较黏,咀嚼性较差。

应用[3]

果葡糖浆是一种新发展起来的淀粉糖产品,广泛应用在食品工业,尤其是软饮料工业。软饮料即不含酒精的饮料,主要是指碳酸饮料、果酒、葡萄酒等。在常温时,果葡糖浆是一种无色无味、流动性良好的液体,表现出良好的甜味性和代谢特性。人们对它越了解,其应用范围也越来越广。近年来,在国际糖价高居不下环境中,果葡糖浆深受软饮料厂家的青睐。其保存温度为25~35℃。作为软冷饮料和食品加工行业的基料,果葡糖浆可以代替蔗糖甚至能完全替代,果葡糖浆的使用不仅没有破坏口感,且具有更为醇厚的风味,保证了果汁的原汁原味。当甜度一定时,饮料中代替蔗糖的比例达到30%~40%时,其口感与单独使用的差别不明显,对产品的影响的也最小。果糖不易被小肠吸收,而肝脏内的代谢是一个却较快吸收的过程,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,果葡糖浆是一种较理想的甜味剂。果葡糖浆还能抑制人体内蛋白质的消耗,对运动员和体力劳动者来说,是一种很好的营养剂。随着对果葡糖浆的深入了解,其应用领域也越来越广,市场的需求量也随之增加,对它的质量也越来越高。

制备[3]

目前,国内外工业化生产果葡糖浆主要有两种途径:1)以淀粉为原料经过3步酶催化多步生物化学反应,称为“多步法途径”,其果糖的含量不高于50%。2以菊芋为原料,依靠菊粉酶一步催化反应生产高纯度的果葡糖浆,称其为“一步法途径”。现今西欧和北欧刚开始产业化,正处于起步阶段。

1)以淀粉为原料制备果葡糖浆

果葡糖浆的生产主要以淀粉为原料,经过液化、糖化转化成葡萄糖,再由葡萄糖异构化酶异构为果糖的过程。产率在很大程度上受异构化酶质量的影响,果葡糖浆的高速发展的今天,追根到底是酶技术的完善。毫不夸张的说,无论是过去、现在还是将来,酶技术决定果葡糖浆的发展方向。酶法制糖,最早开始在我国古代,已有2000多年的历史,《说文》记载:“饴,米蘖煮也”,意在解释饴糖的制作方法。尚未对“酶”作出具体定义,19世纪才开始将“酶”单独使用。1833年提取出淀粉酶,最多可以分解2000倍的淀粉。1892年分离出根酶糖化酶。1896年首先用米曲霉固体培养法生产“他卡”淀粉酶。随着酶工业技术的进步,1955年德氏根酶与黑曲霉糖化酶首先被做成结晶。1959年酶法生产葡萄糖获得成功,这不仅是葡萄糖工业的重大革新,也是果葡糖浆生产史上的次大飞跃。

与传统酸法制果葡糖浆相比,酶法有自身的优势:来源广泛,可以回收,循环使用。在常温、常压、弱酸条件下,反应对设备要求不高,改善了工人的工作环境,使成本大大降低;酶催化反应需要的活化能不高,且催化效率远高于无机酸,在α-淀粉酶与糖化酶共同作用下,水解淀粉得到DE值达98%以上的葡萄糖液,因为酶具有专一性,故能够制得高纯度的产品,酶是一种蛋白质,无毒作用,但是酶对反应的酸碱度极为敏感,反应的影响因素主要是:酸碱值,温度等。

2)葡萄糖异构法

所谓葡萄糖异构,即α-葡萄糖在葡萄糖异构化酶的作用下异构成α-果糖。早在1897年就能在碱性条件下,利用葡萄糖异构化酶催化α-葡萄糖异构化为α-果糖,先后报道过许多类似的研究成果,但反应过程中葡萄糖的降解损失达到1%~3%,且转化率较低,产物中含有许多副产品。如:α-阿洛酮糖、α-甘露糖、α-核酮糖等,产品的风味差,颜色较深,不利于精制糖,故碱法制果糖仍没有被工业所采用。此外化学法也可以将α-葡萄糖还原为α-山梨醇,由微生物脱氢酶氧化α-山梨醇,制得α-果糖,同样是因为自身条件的限制,不适用工业化。

1933年在微生物或动物的糖化代谢中,发现葡萄糖-6-磷酸酯在异构酶的作用下,可转变为果糖-6-磷酸酯。1957年发现木糖异构酶可以将葡萄糖转化为果糖,并在1960年申请到该项发明的专利。1965年发现了暗色链霉菌和白色链霉菌,分别在日本、美国等申请了专利。1966年日本参松公司首次工业制得酶法异构糖浆。1967年美国ClintonCornProcessingCo公司引进日本该项技术专利,最终发展成日产400t糖浆的生产规模,主要生产含果糖成分为15%的果葡糖浆。后1969年该公司成功研制出42%的果葡糖浆。并逐渐推广到世界范围。葡萄糖异构法,是近代微生物工业的一项重大成就,更是果葡糖浆工业生产史上的第二次大飞跃。固定化酶的研究开始于20世纪60年代固定化酶技术推至迅速发展的阶段。1974年,美国首先才用固定化异构酶技术,使果葡糖浆的生产成本得到大幅度的减少。目前,发达国家均采用三酶法制果葡糖浆。葡萄糖异构酶固定化技术的应用,被称为果葡糖浆生产史上的第三次飞跃。不仅实现了葡萄糖的连续异构化,提高生产效率及产品的质量,在极大程度上推动了果葡糖浆工业的发展。

主要参考资料

[1] 中华烘焙食品大辞典·原辅料及食品添加剂分册

[2] 中国百科大辞典

[3] 果葡糖浆生产技术的研究进展

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