大米果葡糖漿的生產與應用進展

李文釗，臧傳剛，潘忠，許克家，佟毅

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大米果葡糖漿的生產與應用進展

李文釗1,3,4，臧傳剛1，潘忠1，許克家1，佟毅2*

（1. 中糧營養健康研究院，北京 昌平102209; 2. 吉林中糧生化有限公司（玉米深加工國家工程研究中心）， 吉林 長春130033; 3. 營養健康與食品安全北京市重點實驗室， 北京 昌平 102209; 4. 老年營養食品研究北京市工程實驗室, 北京 昌平 102209）

果葡糖漿是一種重要的甜味劑，隨著應用范圍的擴大，國內市場需求量逐年增加。稻米是主要的糧食作物，淀粉含量高，利用稻米或碎米為原料繼續加工制備果葡糖漿具有重要的前景。探討了果葡糖漿的性能，稻米原料的特性，生產果葡糖漿的工藝，以及果葡糖漿的應用進展等。

果葡糖漿；淀粉酶；生產工藝；應用

果葡糖漿是一種重要的甜味劑，廣泛應用于食品、飲料行業，用于部分或者全部替代蔗糖。在工業生產中，來自玉米、大米等原料的淀粉經過液化酶、糖化酶水解生成葡萄糖，葡萄糖在異構化酶的作用下轉化為果糖，獲得的果糖和葡萄糖混合的產品被稱為果葡糖漿［1,2］。

根據果葡糖漿中果糖的干重含量，將果葡糖漿分為3種，分別是F42、F55和F90。F42是指糖漿中果糖含量為42%［3］。在甜味衡量時，規定蔗糖的甜度為100，F42產品的甜度與蔗糖相近，是蔗糖的替代品。F42果葡糖漿中葡萄糖含量較高，不易儲存，容易結晶。在生產中，將果葡糖漿進行蒸發，進而進行色譜分離，可以得到果糖含量90%以上的F90產品，其相對蔗糖的甜度為120~160，F90與F42混配，可以得到F55果葡糖漿，F55的相對甜度為100~110［4］。

天然的果糖在水果中含量最多，在成熟的蘋果、葡萄、藍莓中大約有質量分數5%~10%的果糖，大多數傳統的干果中，果糖含量可以占到50%。1847年，法國科學家Dubrunfaut首次發現了果糖，果糖的分子可以以多種存在形式，目前發現的有四種同分異構體，包括α-D-六環果糖、α-D-五環果糖、β-D-六環果糖、β-D-五環果糖［5］。果葡糖漿兼具葡萄糖和果糖的的功能，甜味很獨特，這是因為甜味的不同與甜味劑的分子手性特征有關，且隨著粘度和組分的變換而不同。果糖的一個重要特性是具有冷甜性，當溫度低于40 ℃，隨著溫度降低，其甜味增強，所以果葡糖漿廣泛應用于冷飲的生產［6］。

果糖在人體的消化和吸收與蔗糖不同，有證據表明是通過果糖的吸收是依靠主動運輸逆濃度梯度進行的，腸上皮細胞的轉運蛋白GLUT2/GLUT5起主要作用［7-9］。如果果糖沒有被小腸全部吸收，則會進入大腸，在菌群的作用下會產生短鏈脂肪酸、有機酸、二氧化碳等，從而引起腸胃脹氣、疼痛、腹瀉等問題。作為一種能量供應的物質，過量食用果糖會引起胰島素抵抗，高血壓等代謝綜合征，以及肥胖和尿酸增高等［10-11］。早在1976年果葡糖漿被美國食品藥品管理總局認為是安全的（GRAS），來自玉米的果葡糖漿作為替代蔗糖的甜味劑在世界范圍內得到廣泛應用［12］。

工業制備果葡糖漿的主要原料是淀粉，在世界范圍內來看，淀粉的主要來源是玉米、大米、小麥等。在國內市場應用方面，尤其近些年，隨著果葡糖漿的應用范圍拓寬，消耗量的增加，以及農產品深加工的深入，稻谷加工過程中產生15%~30%的碎米，碎米中含有含量較高的淀粉，利用碎米制備果葡糖漿是大米深加工綜合利用的重要進步 。利用大米制備果葡糖漿與玉米果葡糖漿工藝基本一致，但大米淀粉顆粒更小，蛋白殘留較多，需要在液化結束后即進行初步過濾分離，這對品質影響很關鍵［13-15］。分離出來的蛋白是重要的飼料來源。

1 大米淀粉的結構和特性

1.1 大米淀粉的制備

水稻（）是世界上主要的糧食作物。收獲后的稻谷籽粒由稻殼、糠麩和含淀粉的胚乳組成。稻谷去殼后成為糙米，經過碾磨去除糠麩層，得到部分拋光的大米，再繼續進行拋光直到完全去除表面少量的糠麩，就得到了精米。最后的大米經過篩分分離出整精米（未遭破壞的完整米粒和至少有3/4米粒未遭破壞）、大碎米（遭破壞米粒中的最大粒徑部分，占完整米粒的1/2~3/4）以及釀酒米（完整米粒的1/4）［16］。由于經濟原因，大米淀粉一般是從碎米中提取的，目前商業中常用的制備大米淀粉的方法有兩種：傳統方法和機械方法。

1.1.1 傳統方法

傳統的淀粉生產主要使用堿法工藝，碎米在0.3%~0.5%的氫氧化鈉溶液中浸泡24小時，溫度30~50 ℃，浸泡可以軟化大米并且可以溶解80%的大米蛋白，浸泡之后的大米進行研磨，淀粉和蛋白進行分離，形成淀粉乳，保持10~24 h使蛋白充分溶解，最后過濾除去雜質，用水洗淀粉乳除去蛋白質，調整溶液pH，對淀粉乳干燥。堿法工藝一個特點是淀粉在堿性溶液中容易改性，其次是使用堿液帶來了廢水處理和環境污染的問題。所以堿法目前已經基本不再使用［17］。目前全球的大米淀粉的產量約25 000 t，大約75%是來自美國的Remy Industries公司。

1.1.2 機械方法

機械法就是直接進行濕法研磨的工藝，在機械法中蛋白質不是通過溶解分離出來，而是機械作用使淀粉和蛋白從碎米中破碎出來，進而用物理方法進行分離。機械方法的優勢在于，其分離出的蛋白液是有價值的副產品，可以用于食品工業，而堿法生產的蛋白質則不能。此外機械法可以通過控制研磨和分離的工藝，制備富含不同蛋白質和脂肪含量的大米淀粉產品，不同產品具有各自獨特的性能。而且機械研磨工藝對環境的污染更小。

1.2 大米淀粉的獨特性能

大米淀粉相比其他淀粉有很多優點。大米具有低過敏性，因為大米淀粉中沒有醇溶蛋白等引起過敏反應的蛋白，而小麥、大麥或黑麥中這種蛋白較豐富。大米更容易消化，適合作為嬰幼兒和老年人食品，醫學建議中也推薦大米作為老年人或嬰幼兒維持健康的谷物產品。大米淀粉味道平淡、顏色白、顆粒小（2~10 μm），使得其在制作具有豐富口感和味道的、質地順滑的肉汁、調味醬及布丁中具有獨特的優勢。大米淀粉的非食品用途，也是基于其比較小的顆粒，包括在紡織漿料、化妝品和印刷油墨中的應用。此外大米淀粉具有更高的淀粉糊凝固-溶解穩定性、更高的耐酸性以及較寬泛的直鏈淀粉和支鏈淀粉比例范圍［18］。

大米有很多廣泛的用途。除此之外，大米品種、蛋白質含量、淀粉生產和改性方法等因素都會影響大米淀粉的性能。

1.3 直鏈/支鏈淀粉

大米根據直鏈淀粉含量可以分為兩個基本類型：普通水稻和糯水稻。糯米淀粉中含有0%~2%的直鏈淀粉，普通大米淀粉中直鏈淀粉的含量約占20%。此外，普通大米制備的淀粉脂肪含量有0.3%~0.4%,糯米淀粉中脂肪含量僅為0.03%。因為直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例不同，其應用性能不同。普通大米淀粉有更高的峰值黏度、蒸煮黏度和冷卻黏度，并且成糊和糊化的同時，可以產生一種成膏狀類似固體奶油的質構［19,20］。糯米淀粉應用于油炸食品時可以降低油的攝入。

2 大米果葡糖漿的生產

2.1 果葡糖漿的生產歷史

人類制糖的歷史很悠久，在中國古代人們把糖稱為“飴”，主要是通過對富含淀粉或蔗糖的谷物、果品進行破碎、蒸煮和濃縮，從獲得具有更甜口味的食物。1811年化學家Kirchoff在探索淀粉制備膠粘劑時，發現用硫酸處理馬鈴薯淀粉后產生了具有甜味的液體，從此開啟了人們利用酸法水解淀粉制備淀粉糖的歷史。后來日本在酶制劑技術上取得了巨大進步，使得淀粉糖的生產有了新的突破。1960年，日本人首先開始利用α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶生產葡萄糖，雙酶法生產淀粉糖的優勢明顯，與傳統的生產技術相比，酶法制糖，反應條件溫和，對設備和操作環境要求不高，轉化效率高，對環境污染少，具有很多的優勢。美國首先將雙酶法用于工業化生產，也最早推出了F42和F55果葡糖漿產品。后來，日本科學家又從霉菌中分離得到了異構化酶，將葡萄糖轉化為果糖，后來新的固定化技術發展和分離技術的進步，使得制備果葡糖漿的技術有了巨大的進步［21］。

2.2 大米制備果葡糖漿工藝

生產大米果葡糖漿的典型流程圖如圖1所示。

圖1 大米生產果葡糖漿典型工藝流程

（1）大米浸泡。原料大米首先進行水洗和浸泡，要反復沖洗多次，除去灰塵、米糠等雜質。浸泡可以使大米充分吸水膨脹，對于室外露天放置的浸泡罐，浸泡的時間根據季節而定，夏天需要浸泡的時間稍短1~3 h，冬季略長4~6 h。如果浸泡罐可以蒸汽調溫，則可以控制溫度40~50 ℃，可縮短浸泡時間。

（2）研磨。浸泡好的大米利用研磨設備進行磨漿，磨至20~100目（根據工藝不同），經過篩網過濾，加水調漿，溫度提高至50~60 ℃，使淀粉糊化，獲得18~22°Bé的大米淀粉乳。

（3）液化。調漿后的淀粉漿濃度在25%~32%（淀粉絕干物比重），加入耐高溫α-淀粉酶，進行高溫蒸汽噴射（110~118 ℃）。在高溫剪切力下，淀粉團粒充分打開，噴射液化后第二次加入耐高溫淀粉酶，淀粉漿泵入液化柱停留約2 h。這個過程是利用α-淀粉酶對淀粉的直鏈α-1，4糖苷鍵進行切割，α-淀粉酶對淀粉的水解是隨機的，這個過程能夠迅速降低淀粉乳的粘度，產生大分子的糊精和少量葡萄糖。液化結束后，在實際工業生產中，要對DE值（糖液中還原糖總量）進行測量，在保證碘試合格的情況下，要控制糖液DE值在14%~16%，一是保證體系粘度降低，長鏈淀粉水解為短鏈糊精；二是控制DE值，避免短鏈淀粉水解過度，以使糖化階段的酶能發揮更好的作用。在液化結束后需要進行簡單的過濾除渣，濾渣烘干后可做飼料。

（4）糖化。液化結束后，進入糖化階段，溫度控制在60~62 ℃，pH值為4.3，糖化時間30~40 h，根據酶制劑和液化程度不同而不同。目前工業應用中一般使用復配糖化酶，主要成分是葡糖淀粉酶和普魯蘭酶，這兩種酶有很好的協同作用，聯合對淀粉直鏈和支鏈進行切割，糖化結束后糖化液DE值可以達95%~98%。

（5）過濾脫色。糖化結束的糖液，繼續經過過濾除去大米殘渣和糖化水解析出的蛋白，比較簡便和經濟的設備是板框過濾，過濾液隨后經過活性炭柱進行脫色，脫色將除去肉眼可見的雜質，以及吸附一些蛋白和有色物質。最終濾渣干物質含量達到45%~47%。

（6）離交。利用強酸陽離子樹脂配合弱堿陰離子樹脂對糖液中的無機鹽離子進行交換，離交也會吸附糖液中的蛋白質、有機物等。離交結束后會利用真空蒸發對糖液水分進行脫除，糖液得到一定程度濃縮。

（7）異構。將異構酶固定化后裝填入柱子中，在異構酶的作用下，葡萄糖將轉化成為果糖。在果糖制備工藝中，固定化異構酶的開發利用是果糖制備的重要進步，異構酶主要來自微生物，有鏈霉菌、芽孢桿菌、游動放線菌和節桿菌等。

經過以上步驟用此方法可以制備出果糖含量42%的F42果葡糖漿。再經過色譜分離、離交、精制、混配、濃縮制備成F55果葡糖漿。

2.3 國內外生產現狀和前景

果葡糖漿與蔗糖的甜度基本一樣，而且價格比蔗糖低廉很多，利用玉米深加工制備果糖也促進了玉米行業的進步，果葡糖漿的應用范圍越來越廣泛，果葡糖漿的發展得到了極大的推動。

在西方國家，果葡糖漿的應用范圍更寬泛，尤其是大型的飲料公司，比如可口可樂等已經大量使用果葡糖漿替代蔗糖作為甜味劑，不僅僅是成本降低的問題，其冷藏口味更佳的優點也使消費者更青睞。美國消耗果葡糖漿的量最大，占了世界總產量的3/4。在中國國內市場，對果葡糖漿的需求量也不斷增加，尤其飲料市場的迅速發展，近年來奶茶應用尤其廣泛，以及更多食品企業增加了對果葡糖漿的需要，使國內形成了更大的消費市場［22］。

3 大米果葡糖漿的應用

相比蔗糖等甜味劑，果葡糖漿具有很多優良特性，廣泛應用于食品工業的制造中（見表1）。來源于大米制備的果葡糖漿還兼具獨特的大米風味，具有更廣的應用范圍。

表1 果葡糖漿在食品工業中的應用

3.1 在軟飲料中的應用

3.1.1 不含酒精的飲料

果葡糖漿在低溫下具有冷甜性，口感清爽，無異味，與蔗糖或其他甜味劑互補性好，使得很多飲料廠都選擇果葡糖漿替代部分或全部蔗糖，尤其是在炎熱季節，冷飲生產的旺季，是需求果葡糖漿最多的時候。作為軟飲料的添加劑，還用于碳酸飲料，果汁飲料，運動型飲料，茶飲料等［23］。

3.1.2 含酒精的飲料

果葡糖漿用于酒精飲料的添加，可以避免產品出現沉淀。在實際應用中，不同于蔗糖，果葡糖漿可以直接添加，從而簡化生產工藝。含酒精的飲料除了果酒，也包括葡萄酒、黃酒、香檳酒、啤酒等。果葡糖漿透明度高，溶解度高，易溶于水，使用便捷。

3.2 在乳制品中的應用

在乳品中的一種應用是作為甜味劑，應用于乳飲料，果葡糖漿與蔗糖或其他甜味劑配合使得甜味更豐富，更具有清爽口感。同時也節約了成本。此外還可以在酸奶中使用，除了豐富甜味，提升口感，果糖也更利于乳酸菌利用，使發酵效率更高。果糖還能避免添加蔗糖隨儲存時間變長風味出現的變化，果葡糖漿具有更好的滲透壓，可以抑制酸奶中微生物的過快繁殖，延長貨架期。此外果葡糖漿還可用于替代蔗糖制備雪糕、冰淇淋等冷飲，由于其冷甜性，使冷飲具有清涼爽口的感覺，果葡糖漿的抗結晶性能，也使得雪糕、冰激凌的結構更細膩、柔軟，產品性能更好［24］。

3.3 在烘焙食品中的應用

在面包、蛋糕等產品的加工過程中，果葡糖漿具有發酵性較好，酵母利用果糖和葡萄糖發酵時間優于蔗糖，在制作過程中，利用果葡糖漿替代蔗糖發酵快，產氣多，使面包松軟。果葡糖漿在加熱情況下的美拉德反應讓面包表面呈現焦黃色，使外觀更加好看，此外，果葡糖漿的保濕性能較好，有利于長時間保持松軟，延長貨架期［25］。

3.4 在水果罐頭和蜜餞中的應用

果葡糖漿的組成是單糖，滲透壓高于蔗糖，在罐頭的加工、貯存中，果糖與水果有親和作用，能防止果味逆出，有利于保持水果的風味，有利于穩定罐頭加工性能。用于加工蜜餞時，高濃度果葡糖漿具有極高滲透壓，可以縮短加工時間，與蔗糖一起使用時，使產品具有良好的色澤，使果醬防腐性好，延長儲存時間［24］。

3.5 在醫療保健品中的應用

果糖和葡萄糖可以直接被人體吸收，常用作藥用糖漿，果葡糖漿被人飲食之后，很快被吸收，增加能量，比如止咳糖漿里大量使用果葡糖漿作為輔料。此外，果葡糖漿溶解度高，可以用于藥酒中，也使得藥酒的風味更好。果葡糖漿也用于加工兒童食品和甜味劑，能夠有效降低兒童患齲齒的風險。

4 結束語

我國是大米生產和消費的大國，隨著產業轉型，消費升級，環境監管升級，對淀粉制原料深加工的要求變得越來越高，體現在清潔生產和高品質的產品要求上。隨著果葡糖漿的應用領域越來越廣泛，開發更多來源的淀粉糖成為一個新的趨勢。優化大米淀粉提取的工藝，提高大米果葡糖漿的轉化效率，尤其是推進大米糖漿在食品加工和領域的應用，將進一步提高大米深加工的技術進步。

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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

李文釗（1984-），男，理學博士，2013年畢業于吉林大學，研究方向：酶工程。E-mail：liwenzhao@cofco.com。

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