果葡糖浆生产技术的研究进展

2.2 果葡糖浆的制备
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%。如图 4 所示；2）以菊 芋[11]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”，如 5 所示。现今西欧和北欧刚 开始产业化，正处于起步阶段。
果糖/% 葡萄糖/% 低聚糖/% 固形物/%
表 1 果葡糖浆的分类
第Ⅰ代（F-42）
第Ⅱ代（F-55）
42
55
50代（F-90） 90 7 3 80
2 果葡糖浆的生产技术
2.1 果葡糖浆的历史发展
1965 年日本首先研制出果葡糖浆，1969 年美国成功引进 该生产技术并实现工业化，美国是最早将 F-42（1967 年）和 F-55（1977 年）推向市场的国家[7-8]。在我国起步较早，基本 与美日同步，但是经历了一个由热到冷、再由冷导热的过程， 主要是因为果葡糖浆是一种液体，很容易析出晶体，运输过 程不方便且保存周期不长，因此成本较高。
果葡糖浆的社会地位主要取决于混合液中果糖含量，因 F-42 糖甜度与蔗糖相近。其表现出缺点是葡萄糖的含量较高， 且容易结晶，不易贮存，不足以满足医疗和保健行业的需要。 因而提纯出较高浓度的果葡糖浆成品的呼声越来越高，早在 1960 年，人们就开始对第二、三代果葡糖浆的一系列研究, 且 1980 年左右已经开始了果葡糖浆大型工业化生产[6]。工业 上生产第二、三代果葡糖浆，主要是对 F-42 混合液进行组分 分离,以提高混合液中果糖的含量。其中果糖含量为 55%称为 第二代，即 F-55；果糖含量提高至 90%称为第三代，即 F-90。 因此第二、三代果葡糖浆是同时发展起来。
固定化酶的研究开始于 20 世纪 60 年代，Kkatchlski [27] 将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。
【收稿日期】2013-11-15 【作者简介】王犇（1985－），女，辽宁沈阳人，吉林化工学院化工与生物技术学院助教，硕士，研究方向化工过程开发。
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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[5]。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。
HOH2C
HO HO
O
OH HO
6-Hydroxymethyl-tetrahydro-pyran-2,3,4,5-tetraol 图 1 α-D-葡萄糖
O
HO
OH
C H 2O H
OH HO
2 - H y d ro x y m e th y l- te tra h y d r o -p y r a n -2 ,3 ,4 ,5 -te tra o l
总第 16 卷 173 期 2014 年 1 月
大众科技 Popular Science & Technology
Vol.16 No.1 January 2014
果葡糖浆生产技术的研究进展
王 犇 1 宁玉娟 2 李克贤 3 黄科林 3
（1.吉林化工学院化工与生物技术学院，吉林 132022 ； 2.广西民族大学化学化工学院，广西 南宁 530006； 3.中国科技开发院广西分院，广西 南宁 530022）
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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[24]。1957 年，Marshall 等[25]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 Tsumura[26]、 Takasaki [27]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 Clinton CornProcessingCo 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[26]。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。
图 2 α-D-果糖
图 3 α-D- 葡萄糖转化为 α-D -果糖
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[2]。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。由 于其“协同增效，冷甜爽口”且有着与蔗糖相近或略高于蔗 糖的甜度，在 40℃以下具有冷甜特性，甜度随温度降低而增 加[3]。是由于果糖有两种分子结构：α-果糖和 β-果糖，而 α-果糖的甜度是 β-果糖的 3 倍，在低温时，是 β-果糖转 化为 α-果糖的一个过程，故甜度增加。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。其最佳 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[4]。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
1978 年 6 月 30 日，COCO 公司在金融界杂志上发表了关 于 F-55 型高果葡糖浆代替蔗糖的比例由原来的 25%增至 75% 的文章，从而掀起了饮料界的新革命，果葡糖浆开始变得供 不应求，极大程度上推动了果葡糖浆的发展[9-10]。
近年来，由于能源短缺、国际糖价上扬，寻找糖类的替 代品的想法应运而生，果葡糖浆由于其独特的性能，在世界 范围内日益受到人们普遍认可，我国利用地域优势，逐渐利 用并开发成甘蔗糖和甜菜糖之外的第三类糖源。
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。
【摘 要】文章主要论述了果葡糖浆的生产技术、分离技术、应用以及发展前景。
【关键词】果葡糖浆；生产技术；分离技术；应用
【中图分类号】TS202.3
【文献标识码】A
【文章编号】1008-1151(2014)01-0038-04
Fructose syrup production technology research
2.2.3 以菊粉为原料制备果葡糖浆 菊芋或菊苣源的菊粉系列产品高甜度、低热值、低脂肪,
是理想的功能性糖源, 具有广阔的市场空间。果葡糖浆在取 得进步与发展的同时，行业存在的一系列问题和所面临的的 形势也不容乐观，我国面临着产品原料单一、供应紧张的局 势。
以淀粉源生产果葡糖浆出现了某些弊端，因而寻找新糖 源替代方案具有积极意义。菊芋作为首选的新糖料作物，主 要成分为 70%～80%的多聚果糖，其种植成本低，是较为理想 的新糖源。菊粉是菊芋的提取物,广泛应用在食品工业，已获 准进入美国市场，作为一种食品和营养品的增补剂，而不是 食品添加剂。对菊粉的研究掀起一股新的热潮，推动了果糖、 菊粉寡糖和多聚果糖的发展,其深度和广度都达到前所未有 的程度[28]。几乎年年都有关菊粉研发学术性会议，如：1995 年，荷兰的第 5 届国际菊粉研讨会；1995 年，比利时的第 2 届国际菊粉- 果寡糖营养与健康效应研讨会；1997 年，荷兰 的国际肠道健康食品- 消化寡糖(NDOS) 研讨会，值得注意的 是本届会议有 200 名代表分别来自 21 个国家。1999 年法国举 办的第 8 届欧洲菊粉研讨会；2002 年匈牙利的第 9 届欧州菊 粉研讨会；2000 年瑞士的第 4 届国际多聚果糖学术会议；04 年古巴召开第 5 届国际多聚果糖学术会议；以及 2012 年的全 国果葡糖浆市场与发展高峰论坛。
2.2.1 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 Payer 等[12]人提取出淀粉酶，最多可以分解 2000 倍的淀粉。1892 年 Calmette[13]分离出根酶糖化酶。1896 年， 日本高峰让吉[14]首先用米曲霉固体培养法生产“他卡”淀粉 酶。1917 年，Boidin 与 Effront 等[15]α- 淀粉酶[17]，1926 年 开始在德国投入生产[18]，直至 1949 年日本开始采用深层培养 法生产细菌 α- 淀粉酶后[19]，微生物酶制剂的生产才进入大 规模工业化的阶段。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[20]。1959 年酶法生产葡萄 糖获得成功[21]，这不仅是葡萄糖工业的重大革新，也是果葡 糖浆生产史上的第一次大飞跃。