果葡糖浆生产工艺综述

果葡糖浆生产工艺综述

宋俊梅徐京凯

（山东轻工业学院济南250353）

摘要：：主要介绍了果葡糖浆及其用途和生产工艺过程、异构化条件、系统及生产运行要点等，通过分析认为，正确的工艺设计、精准的工艺控制、熟练的系统操作和科学的工艺管理是保证高效生产果葡糖浆的关键，并就这些关键因素做了相关阐述。

关键词：果糖，果葡糖浆，异构酶，异构化，工艺控制，生产工艺

1 果葡糖浆的物理特性和甜味特性

果葡糖浆( Fructose corn syrups) 也称高果糖浆或异构糖浆, 它是以酶法糖化淀粉所得的糖化液经葡萄糖异构酶的异构作用, 将其中的一部分葡萄糖异构成果糖。

果葡糖浆按其生产发展和产品组分质量分数( w ) 的不同划分为3 代, 第1 代果葡糖浆称为葡果糖浆, 简称42 糖, 其糖分组成中w ( 果糖) 为42% ( 以干基计) , w ( 葡萄糖) 为50% , w ( 低聚

糖) 为5% , 其质量分数为71%, 甜度约等于蔗糖; 第2 代果葡糖浆称为果葡糖浆, 简称55 糖, 其糖分组成为w ( 果糖) 为55% , w ( 葡萄糖) 为40% , w ( 低聚糖) 为5% , 其质量分数为77%, 甜度约为蔗糖的1. 1 倍; 第3 代果葡糖浆称为高果糖浆, 简称90 糖, 其糖分组成为w ( 果糖) 为90%, w( 葡萄糖) 为7% , w ( 低聚糖) 为3% , 其质量分数为80% , 甜度为蔗糖的1. 4 倍。

果葡糖浆无色无嗅, 常温下流动性好, 使用方便, 在饮料生产和食品加工中可以部分甚至全部取代蔗糖, 而且, 较其更具有淳厚的风味, 应用于饮料中可以保持果汁饮料的原果香味。果葡糖浆的优点, 主要来自于其成分组成中的果糖, 并随果糖含量的增加更为明显。果糖服用后, 在人体小肠内吸收速度慢, 而在肝脏中代谢快, 代谢中对胰岛素依赖小, 故不会引起血糖升高, 这对糖尿病患者有利。在医药上, 吡喃果糖可加快乙醇的代谢作用, 可用于治疗乙醇中毒。静脉注射500mL 质量分数为40%的果糖溶液可达效果。美国果糖液也有取代葡萄糖大输液的迹象。此外它在食品工业中还有以下优点:

1) 甜度高。果糖的甜度为蔗糖的1. 5 倍, 并且具有两种分子构型: 型和型, 型果糖的甜度是型果糖的3 倍, 低温时部分型果糖转化为型果糖, 而使甜度增加。根据这一特性, 果葡糖浆最适合于清凉饮料和冷饮食品的生产。

2) 风味好。果葡糖浆的主要成分和性质接近于天然果汁和蜜蜂, 具有蜂蜜和水果清香。味感方面, 味觉甜度比蔗糖浓, 且有清凉感, 用于果汁饮料生产时, 可以突出原果香味。此外, 果葡糖浆和蔗糖混合使用可使甜味丰满, 风味更好。3) 保湿性好。果糖为无定形单糖, 吸湿性大, 具有良好的保水分能力和耐干燥能力, 这一特性可使面点保持新鲜松软, 从而延长了产品货架期。

4) 渗透压大。果葡糖浆的主要成分是单糖, 其渗透压高于双糖( 如蔗糖) , 用于蜜饯、果脯生产时可以缩短糖渍时间。高渗透压还可以抑制微生物生长, 从而具有防腐保鲜作用。

5) 热量低。果糖的甜度高, 发热量低, 食用后增加脂肪少, 适于怕热及肥胖的人饮用。

6) 营养丰富。单糖可直接进入血液为人体吸收, 因而较快参与新陈代谢。在生产以加快恢复肌体功能、消除疲劳为特点的食品中已成为难以取代的糖源。虽然

有以上诸多优点, 但42 糖在低温贮运时会出现结晶, 不利于使用。建议贮运温度: 42 糖在21～32 ℃( 普通型) , 41～46 ℃( 高浓度) ; 55 糖为24～30 ℃( 普通型) , 18～30 ℃( 高浓度) 。另外, 国内生产的果葡糖浆价格较高, 此外还有一些其他方面的原因, 也抑制了果葡糖浆的生产和应用, 但相信随着人们健康观念的进步和生产水平的提高, 果葡糖浆会日益为人们所接受。

2 果葡糖浆的生产工艺

2.1 生产工艺

淀粉是制造果葡糖浆的原料。果葡糖浆的生产工艺包括淀粉的液化、糖化和异构化等步骤流程如下:

σ-淀粉酶糖化酶

︱︱

淀粉乳→液化→糖化→淀粉糖

活性炭

︱

化液→脱色→高子交换→一次蒸发→

异物酶活性炭

↓↓

→配糖一异构化一脱色一高子交换→成品蒸发→F42果葡糖浆

首先, 淀粉乳在a 一淀粉酶的作用下被液化成D E 值为15 % 一20 % 的液化液, 液化液经调整p H 和温度, 并加入糖化酶进行糖化, 糖化完成后D E 值是96 % ~ 98 % ,然后把一些不溶物, 如脂类, 蛋白质等滤除, 最后再用活性炭和离子交换树脂处理二成为净化的葡萄糖液。被净化后葡萄糖液通过装有固定化异构酶反应器即可被异构化, 得到果糖含量在42 %左右的果葡糖浆。将此糖浆再经过活性炭过滤离交处理,最后调整pH并浓缩至71%的浓度, 即得到42%果葡糖浆。

2.2 主要工艺参数

2.2.1 液化

淀粉乳浓度 32 % 一36 % ;

Ca Z + 浓度 5 0 ×1 0一6 m o l/ L ;

a 一淀粉酶 8 ~ 10 μ/ g 绝干淀粉;

p H 值 6.2 一6.5 ;

温度 88 一9 0 ℃ ;

液化液DE值 15 % 一20%

2.2.2 糖化

糖化酶 80 一1 0 0 μ/ g 绝干物;

C a 浓度 50 x l o 6 m o l/ IJ ;

p H 值 5.5 ;

温度 60C 士I C ;

时间 3 6 一4 Oh ;

糖化液DE值96 % 一98 %

2.2.3 脱色

活性炭用量 10 % ~ 1. 5 %DS ;

加热温度 7 5 一8 0 ℃ ;

p H 值4.1 ~ 4.3 ;

搅拌时间 3 o m in ;

色泽＜＝0.5 。

2.2.4 离子交换

糖液温度＜＝50 C ;

阳离子树脂再生点 pH 2.2 ;

阴离子树脂再生点p H 4.5 ;

冲洗水温度48C ;

再生酸浓度10 % ;

再生碱浓度15 % ;

2.2.5异构化

葡萄糖浓度 42 % ~ 4 % ;

Mg S O 7H Z o 0. O 2 5 m o l/ L ;

N a 0.0 2 5m o l/ L

p H 值7.0 一7.5 ;

温度 60 ~ 63 C ;

转化率 4 2 %。

2.2.6蒸发浓缩(双效降膜式蒸发器)

温度60 ℃ ;

真空度0.o 8 5M Pa ;

配糖浓度( 一次蒸发) 42 % 一4 % ;

成品浓度(成品蒸发) (7 1 士l) %

2.2.7 感官指标

色泽无色或淡黄色;

形态透明液体, 无可见杂质;

风味纯正, 具果糖香味。

3 55 型和90 型果葡糖浆生产工艺简介

以4 2 型糖为基础生产5 型搪和90 型糖较经济、方便。在生产中只需在后道工序增加结晶装置或色层分离装置及精制系统即可。生产5 型糖的工艺路线主要有两条: 一条是由结晶法制得; 另一条是应用离子交换树脂色层分离技术, 通过将高纯度果糖和42型糖按比例混合制得。

1 、结晶法: 把4

2 型糖加入梯形结晶槽中, 每个结晶槽都装有冷却水盘装置, 在40一50 小时内将温度从4 5 OC逐步降到10OC。葡萄糖在低温下结晶, 果糖不变, 同离心机甩出果糖, 然后用冷水洗出残留在结晶葡萄糖中的果糖。最后将分离出来的葡萄糖结晶再用符合工艺要求的水溶解, 重新回到异构化反应工序。用此工艺生产5 型糖一般仅适用于小型厂一家。

2 、色层分离法: 该工艺分离效率高成本低, 适合于大规模生产。例如, 把42 型糖自上而下通入用强酸性钙离子交换树脂装成的固定床分离柱, 将果糖和葡萄糖分离。再用解析剂去离子水洗脱, 开始流出的糖液葡萄糖含量高, 接着是葡萄糖和相当量的果糖, 然后才是相当纯的果糖。操作方法与一般色层分离相同。将经上述分离系统制出的高纯度果糖液再进行精制和浓缩处埋, 使其浓度达到

80 %(干物质), 可制得含果糖90 % 的果葡糖浆。如果将此90 型高果糖浆与42 型糖按一定的比例混合, 可制得5 5 型糖。

4酶法生产果葡糖浆

4.1葡萄糖酶法异构化为果糖

果糖是自然界中存在的最甜的糖品, 是水果、蜂蜜的主要糖分。果糖具有以下突

出的优点[ 8] : 甜度高, 低温时更甜, 如与蔗糖混合使用, 两者具有互补作用, 效果更佳; 风味好; 发热量低, 适合怕热及肥胖人群食用; 1933 年发现微生物或动物的糖化代谢中, 葡萄糖在转变为葡萄糖- 6- 磷酸酯后, 经异构酶的作用可转变为果糖- 6- 磷酸酯[ 10] 。1957 年, Marshall 等[ 11] 发现嗜水假单孢杆菌的木糖异构酶可以转化葡萄糖为果糖, 并于1960 年得到用木糖异构酶可以转化葡萄糖为果糖的专利。1965 年Tsumura( 津村) [ 12] 、T akasaki( 高

崎)[ 13] 等先后发现了适合于工业生产的葡萄糖异构酶产生菌种 暗色产

色链霉菌和白色链霉菌, 并在日本、美国和其他国家申请了专利。1966 年日本参松公司生产出酶法异构糖浆。1967 年美国Clinton CornProcessing Co 引进日本技术, 形成日产400 t 糖浆的规模, 生产含果糖15% 的果葡糖浆。1969 年该公司研制出含42%果糖的果葡糖浆。此后, 其他一些工厂也相继进行了生产[ 9] 。用葡萄糖异构酶将葡萄糖转化为果糖, 不仅是近代微生物工业的一项重大成就, 而且也是果葡糖浆生产史上的第二次大飞跃。

4.2 酶固定化技术

葡萄糖异构酶为内酶, 存在于菌体细胞内部, 作用前必须进行提取和纯化, 作用后须通过过滤或离心回收菌体再利用, 这种游离酶间歇生产方法具有许多缺点:酶的提取和纯化必须采用十分精巧甚至是繁琐的方法,代价昂贵; 酶由细胞内分离出来后, 稳定性显著降低; 这些溶于水的酶必须采用分批反应, 在催化结束后极难回收, 使酶的浪费很大, 产品的成本较高; 间歇式的操作，使产品质量较差等。因此, 这些因素阻碍了酶法制取果葡糖浆的进一步发展。20 世纪60 年代, 酶学研究领域新兴了固定化酶技术, 它是人们模拟体内酶的作用方式( 体内酶大多数是结合在膜类物质上进行催化反应的) , 将酶进行一定的改造( 固定化) , 使之更符合人类需要的新型酶制剂。酶的固定化过程是通过化学或物理学的手段, 将酶束缚在一定区间内, 限制酶分子在此区间内进行活跃的催化作用。工业上使用固定化酶进行催化反应具有许多优点:由于酶不溶于水, 产物的提纯分离大为简化; 用于食品加工, 不影响产品风味; 酶在固定化后, 稳定性增加, 可长期使用和连续反应, 从而提高产品质量, 工厂的规模减小, 自动化程度增加。

5食品行业中的应用

5.1用于不含酒精的饮料

此类饮料又称为软饮料, 主要是指可口可乐、汽水、果汁饮料、果露等。应用果葡糖浆的产品, 透明度高, 无浑浊、风味温和,刺激性少, 无异味。

2 用于含酒精的饮料

此类指使用果葡糖浆加工的果酒、果露酒、葡萄酒、汽酒、香槟酒等。经过预处理可以避免产品出现沉淀, 透明度好, 使用高糖度配制时, 蜜味显著。因果葡糖浆易溶解、溶化, 故使用方便, 对于要求有还原糖的产品、可以简化生产工序(因使用蔗糖须加酸转化)

5.2用于冷饮食品

由于果葡糖浆的低温甜度特性, 用于冷食品尤为适宜。如可以用5 0 09 果葡糖浆(非干物)代替5 0 09 蔗糖, 而不会影响产品甜度。用果葡糖浆生产冰棒、冰淇淋等可使其具有清香味道。

5.3用于软糕点和夹心糕点

果葡糖浆用于蛋糕, 蓬松性好, 存放30 d 以后仍柔软, 而砂糖蛋糕, 在数

天后即干硬、表层松碎。

5.4用于软糖

高梁怡、淀粉软糖、琼脂糖等一类软札成品中, 还原糖含量高, 水分较多, 过去生产中需采用蔗糖添加有机酸, 将其中一部分转化成果糖和葡萄糖。而用果葡糖浆则不需转化, 且产品质量也较理想。

5.5用于水果罐头

果葡糖浆有较高的渗透压, 能快而均衡地渗透水果细胞膜壁, 能防止果汁逆出水果外, 利于保持水果风味。

5.6用于蜜饯(果脯) 、果酱

由于果葡糖浆渗透压高, 所以用它来加工蜜饯, 可缩短生产周期; 与蔗糖混合使用, 成品色泽鲜明; 用于果酱、防腐性好, 利于贮存。

5.7在医疗保健上的应用

用于药用糖浆用于果糖和葡萄糖可直接被人体吸收, 所以用果葡糖浆来加工药用糖浆更利于病人, 产品透明度好, 无杂质沉淀。

6参考文献

1 徐定邦. 制备果糖和蔗糖的发酵和生化方法. 食品与发酵工业, 1984( 1) : 55～61

2 金泽龙. 国内外果葡糖浆生产现状与前景分析. 食品工业, 1996( 6) : 10～12

3张延东. 简析果葡糖浆的生产、发展、性质及其应用前景. 山东食品发酵, 1990( 2) : 31～34

4 张力田. 果糖产品的发展[ J] . 食品与发酵工业, 1997, 23( 2) : 57~ 69.