果糖

  果糖中含6个碳原子,也是一种单糖,是葡萄糖的同分异构体,它以游离状态大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中,果糖还能与葡萄糖结合生成蔗糖。 纯净的果糖为无色晶体,熔点为103-105℃,它不易结晶,通常为黏稠性液体,易溶于水、乙醇乙醚。果糖是最甜的单糖。

基本性质

果糖
                   果糖
  CAS号: 57-48-7
  EINECS号: 200-333-3
  分子式: C6H12O6
  分子量: 180.16
  InChI: InChI=1/C6H12O6/c7-1-3(9)5(11)6(12)4(10)2-8/h3,5-9,11-12H,1-2H2/t3-,5-,6-/m1/s1
  熔点: 119-122℃ (dec.)
  水溶性: 3750 g/L (20℃)
  结构简式: CH2OH(CHOH)3-(C=O)-CH2OH(C=O要竖着写),即CH2OH(CHOH)3-C-CH2OH。
  果糖是一种最为常见的己酮糖。存在于蜂蜜、水果中,和葡萄糖结合构成日常食用的蔗糖。果糖中含6个碳原子,也是一种单糖,是葡萄糖的同分异构体,它以游离状态大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中,果糖还能与葡萄糖结合生成蔗糖。 纯净的果糖为无色晶体,熔点为103~105℃,它不易结晶,通常为黏稠性液体,易溶于水、乙醇和乙醚。果糖是最甜的单糖。
  一种提炼自各种水果和谷物,全天然、甜味浓郁的新糖类,因不易导致高血糖,也不易产生脂肪堆积而发胖,更不会产生龋齿,而被更多的人们所认识。果糖主要产自天然的水果和谷物之中,具有口感好、甜度高、升糖指数低以及不宜导致龋齿等优点。果糖的甜度是蔗糖的1.8倍,是所有天然糖中甜度最高的糖,所以在同样的甜味标准下,果糖的摄入量仅为蔗糖的一半。而与合成的代糖相比,果糖在营养性与安全性上则可靠得多。可以说,果糖是目前世界上已知的最安全、最健康的糖之一。
  实际上,对于果糖我们并不陌生,大多数水果中均含有果糖。而人类食用果糖的历史,也是源远流长。自原始时代起,就有人类食用蜂蜜的记录,而蜂蜜就是典型的果糖与葡萄糖各占一半的混合糖浆。此后的数千年里,果糖一直没有远离人类的饮食,但由于加工工艺和技术能力的限制,果糖一直没有大规模的占领人们的餐桌。直到上世纪七十年代,美国一举突破了生产果糖的技术瓶颈,开始了大规模工业化的生产果糖。此后,果糖的产量以每年递增百分之三十的速度迅猛发展。在果糖产量越来越大的同时,其独特的优点也逐渐显现。果糖,与传统的天然糖之间最大的区别就是升糖指数低,即GI值低,GI(Glycemic Index)是反映食物引起人体血糖升高程度的指标。实验证明,在同等条件下,如果将食用葡萄糖后所产生的血糖升高指数当作100的话,那么食用果糖后,人体的血糖升高指数仅为23,甚至有的能低至19,而蔗糖则高达65。也就是说,食用果糖后人体血糖的升高程度要远远低于其他传统的天然糖品,也因此,果糖以及相关制品被广泛应用于糖尿病患者与肝功能不全者的饮食结构中。
  其实,果糖之所以升糖指数低,主要是由于果糖在人体内的代谢速度要比葡萄糖和蔗糖等传统糖都要慢,并且果糖的代谢并不依赖胰岛素,而是直接进入人体肠道内被人体所消化利用。所以,果糖的升糖指数才远远低于传统糖,被称之为“健康糖”。
  此外,果糖的口味和甜度也优于传统糖,不仅自身具有水果香味,并且甜度高,其甜度达到了蔗糖的1.8倍,为天然糖中最甜的糖类。因此,只需要较少的用量,就可以拥有与其他糖类相同的甜度,进而满足味觉享受。至于果糖不易导致龋齿的原因,实际上是因为果糖比较不容易被口腔内的微生物分解和聚合,所以,食用后产生蛀牙的几率就比葡萄糖或蔗糖等天然糖要小的多。
  如今,已经有越来越多的大众开始食用并关注果糖这种健康糖,作为天然糖家族中的新品类,果糖正在以健康糖的形象走入大众的视线,彻底颠覆了传统糖的不健康形象,打破老百姓的“恐糖症”,为大众的健康饮食提供了一个新选择。
  1.1果糖的来源与结构 近年来,随着层析技术的不断提高和新型仪器的问世,对糖类生物化学的研究获得了长足的发展。迄今为止,已证实自然界有200多种单糖。大量事实说明,在分子的语言中,单糖如同氨基酸及核酸,可以作为密码字母,借以拼写许多天然物质的特异性〔2〕。糖是生命和各种运动过程的重要能源。依水解状况,可将糖分为3类:(1)凡不能水解成更小分子的糖为单糖;(2)凡仅能水解成少数(2~10个)单糖分子的糖为寡糖;(3)可水解为多个单糖分子的糖为多糖。葡萄糖、果糖和半乳糖是对人体最为重要的单糖。果糖存在于水果和蜂蜜中,且几乎总是与葡萄糖同时存在于植物中,尤以菊科植物为多。从化学结构上看,糖是含有多个羟基的醛类或酮类,分别称为醛糖和酮糖。葡萄糖为己醛糖,果糖为己酮糖;相似的化学结构决定了二者有一些相似的生化特性。
  1.2 果糖的代谢特点 (1)果糖主要在肝、肾和小肠中经果糖激酶催化生成1一磷酸果糖。(2)在体内,果糖可以转化为葡萄糖或合成糖元;但是葡萄糖和糖元不能逆向转化为果糖。(3)因果糖可绕过糖酵解中的限速酶(磷酸果糖激酶),遂在肝脏,果糖的分解速度快于葡萄糖。(4)果糖代谢的强度取决于果糖浓度,不受胰岛素的影响〔3〕。果糖的服用和吸收不会引起低血糖。
  1.3 果糖的吸收与生化效应 (1)当果糖与肠粘膜上皮细胞载体蛋白结合后,能顺利地被吸收(尽管慢于葡萄糖的吸收),在肝(是最主要的部位)、肾和小肠内被特异性果糖激酶作用而生成1—磷酸果糖〔4〕。之后,在1—磷酸果糖醛缩酶的催化下生成磷酸二羟丙酮和甘油醛。后者通过甘油醛激酶的磷酸化而生成3—磷酸甘油醛。该产物与磷酸二羟丙酮经糖酵解途径氧化分解或经糖元异生而合成糖元。(2)血糖是机体组织器官(特别是神经组织)的主要能源,血糖的高低及恒定与否,影响着组织器官的生理活动。通常,在神经和激素的调节下,糖的分解与合成保持动态平衡,血糖浓度相对恒定。正常空腹血糖为80~120毫克%(folin—吴宪法),实指血中还原总糖,其中主要是葡萄糖,也含有果糖在内。血中果糖浓度的升高对葡萄糖浓度有一定的抑制作用。(3)果糖入肝后,在特异的1—磷酸果糖醛缩酶的作用下,可迅速转变成葡萄糖并加入“Cori循环”〔5〕:果糖在肝内被转化成葡萄糖→肝糖元→血糖→肌糖元→血乳酸→肝糖元。这一重要循环的存在,有助于机体维系血糖的正常水平;有助于运动中堆积之乳酸的消散和充分利用;有助于机体肝糖元和肌糖元的再合成。(4)Adopo(1994)证实,运动中摄入果糖是有益的〔6〕。他报告摄入果糖与摄入等量葡萄糖的氧化量相似。若摄入等量混合的果糖和葡萄糖(例如各服50克),其氧化率要比单纯摄入100克葡萄糖高21%。原因在于果糖和葡萄糖有各自不同的氧化途径,相互间竞争性较小。

口感风味

  果糖温度越低,甜度越大,即在口感上越冷越甜。
  果糖与其它糖品相比,在口中的甜味感来得快,消失也快。果糖的甜味峰值比食品的其它风味出现早。当食品的其它风味峰值出现时,果糖的甜味感已经消退,这样不会遮掩食品的其它风味,能与各种不同的香味和谐并存,因此不会因为加入了果糖而覆盖和混淆了其他果品的原味。
  相比之下,蔗糖的口感来得慢,去得也慢,在口中甜味要30秒后才消失,食品香味释放时,正是蔗糖甜味的峰值区,而被蔗糖甜味所掩盖。
  果糖的这种特性可以使它用于果汁和果汁汽水,如菠萝汁、山楂汁、芒果汁、梨汁等,可保持果肉鲜艳、果香明显。用于糖果、糕点加工,可保持果品的原汁原味。用于含酒精饮料,如果酒、汽酒、药酒和其它配制酒,可以保持酒品的特色味道。
  果糖的溶解吸热很大,入口后从口腔中吸收热量多,因此会给人冰凉的感觉。
  果糖的这种特性很适用与清凉饮料,碳酸饮料,果酒中,用果糖(高果糖浆)配制的汽水、饮料,入口后给人一种爽口提神的清凉感。在饮料中用果糖作甜味剂,在口感上可以提高饮料档次。

·吸湿保湿

  果糖还具有良好的吸湿性。在糖类中,果糖的吸湿性最强,很容易吸收水分。
  果糖良好的吸湿性使它可用于需要保湿的食:如面包,糕点,糖果的加工。
  在糖果中应用果糖,可防止结晶和返砂,特别适用于高级糖果、巧克力。
  在面包,糕点中使用果糖,可使糕点质地松软、久贮不干、保鲜性能优良,可明显提高产品档次和延长货架保存期。
  此外,果糖是单糖、易于酵母利用、发酵速度快, 果糖受热易分解,易与氨基酸发生焦化反应,因此果糖应用于焙烤食品(如面包)时,不仅可达到松软可口的效果,还能增加表层黄亮色泽和浓郁的焦香味。
  果糖的吸湿性使它还可作为化妆品、烟草的保湿剂。

·渗透溶解

  果糖是单糖,分子较蔗糖小,渗透压比蔗糖高出一倍,能较快地穿透细胞组织,有利于抑制食品表面微生物生长,防腐性能好。果糖的溶解度高,在水中扩散速度快,难结晶,在20 ℃时,溶解度为蔗糖的1. 9 倍,葡萄糖的3.7倍。这对于加工果脯、果酱、水果罐头、蜜饯等高糖渍食品十分有利,不仅能保留果品的风味本色,还可防止其表面干涸翻砂,具有较好的保藏效果。

·冷冻性能

  果糖溶液的冰点比其他糖品(如蔗糖)低,3%的果糖溶液冰点是-5℃,而3%的蔗糖溶液冰点是3℃。
  果糖的这种特性使它在应用于冰淇淋和其他冷饮加工时,不会形成坚硬冰块,可以避免出现冰晶,使产品质地柔软。而且果糖在低温时口味更好,使产品细腻可口,口味长久,回味无穷。在所有糖类,糖醇类甜味剂中,果糖控制冰晶生成的性能最好。因而要减少冷冻食品中冰晶的形成,果糖是最好的选择。

使用特点

果糖
                  果糖
  果糖在食品中主要是作为甜味剂使用的。
  目 前世界上广泛使用的甜味剂有20 余种,可分为以下几类:
  1)单糖,二糖类,蔗糖,葡萄糖,果糖,麦芽糖乳糖,木糖等天然糖类。
  2)低聚糖类,主要有低聚异麦芽糖、聚果糖、低聚半乳糖、乳果糖、低聚木糖、乳酮糖、棉子糖、水苏糖等。
  3)糖醇类,包括山梨糖醇,麦芽糖醇甘露醇,乳糖醇,赤藓糖醇,木糖醇等。
  4)化学合成甜味剂,有糖精、甜蜜素、阿斯巴甜、三氯蔗糖等。
  这几类产品都有各自的特点和优势,也有显著的不足。这些缺点限制了它们的应用。这些缺点主要有:
  1)单糖、二糖、低聚糖、糖醇类的甜度比较低,达到同等甜度的使用量大。
  2)合成甜味剂甜度很高,但很多产品具有苦涩味和金属味,味道不纯等,需要添加甜味抑制剂和填充剂。
  3)低聚糖类,糖醇类的生物稳定性较差。化学合成甜味剂一般稳定性较好,但也有不令人满意的地方。如阿斯巴甜不耐高温及酸性条件,不能用于长时间加热的焙烤食品,不少甜味剂不能用于酸性食品等。
  4)糖醇类食品吸湿性较大,粘度低,给食品加工带来影响,无法用在干燥的固体食品上。
  5)糖醇类不易吸收,摄取过量会引起腹泻或肠胃不适,如胀气、疼痛、打嗝等。
  6)合成甜味剂的产品安全性仍受到怀疑。
  7)低聚糖类,三氯蔗糖,部分糖醇类产品的价格较高。
  相比之下,果糖综合了几类甜味剂的优点,是很好的通用性甜味剂。
  1)甜度高,用量少,不需添加特殊助剂(化学合成甜味剂的优点)
  2)其代谢途径与胰岛素无关,人体摄入不会引起血糖及胰岛素水平波动(糖醇类,化学甜味剂类的优点)
  3)在肝脏中代谢快,对肝脏具有保护作用合成肝糖元迅速,可改善肝功能,保护肝脏(低聚糖类的优点)
  4)不易发生蛀牙(糖醇类的优点)
  5)天然糖类,绿色安全(糖,糖醇,低聚糖类的优点)
  6)风味口感好(部分糖醇,低聚糖的优点)
  果糖还具有很好的甜味协同作用,可同其它甜味剂混合使用。这种协同机制在果糖与其它高甜度化学合成甜味剂白糖的混合使用中显得更加突出。一方面可使甜味剂甜度大大提高,另一方面可减少或清除糖精钠或蛋白糖的苦涩味和其它不良后味。

产品分类

·果葡糖浆

  通常经酶法生产的含果糖42%的果葡糖浆, 也称为高果糖浆。经过进一步分离出葡萄糖,得果糖质量分数90% 的果糖浆。质量分数90 % 的果糖浆再和适量质量分数42 % 果糖产品混合,可得到果糖质量分数55 % 的糖浆。工业称上述3 种高果糖浆分别为F – 42(HFC-S42),F – 90(HFC-S90) 和F – 55(HFC-S55)。
  这三种产品都是液体,其中HFC-S42含果糖42 %,葡萄糖52-55 % ,低聚糖6-8 %,固形物含量71%。HFC-S55含果糖55 %,葡萄糖40 % ,低聚糖4 %,固行物含量77%。HFC-S55含果糖90 %,葡萄糖8 % ,低聚糖1 %,固行物含量80%。

·结晶

  这是果糖含量95%以上的结晶固体。按现 在的技术水平,可以做出含量98%甚至99%以上。其中葡萄糖含量都只有千分之几的水平。

·分类不同

  果糖产品现 在有果葡糖浆,结晶果糖两种形式。虽然它们都具有果糖的特性,在具体应用中仍有诸多不同之处。

·加工特性

  果糖是易吸湿,难结晶的糖类。结晶果糖是高纯度(97%以上)的果糖,是细小的粉末状晶体,而果葡糖浆是果糖含量42%,或者55%,90%,其他成分主要是葡萄糖,还有少量的低聚糖。因为果糖含量低,不能结晶,因此果葡糖浆是粘稠的混合液体。
  因为果葡糖浆是液体状的食品添加剂,因此无法用在干燥不含水分或者外形坚硬的固体食品上,如硬糖果,香脆食品,粉末饮料,硬烘焙制品等。这些场合只能用结晶果糖。果葡糖浆的主要应用场合是液体饮料。
  相反,凡是可使用果葡糖浆的场合,也都可以使用结晶果糖。只要制品中有少量水分,结晶果糖就可以迅速溶解分散。

·运输存储

  果葡糖浆是液体,运输贮存需要罐装。
  果葡糖浆有一个显著的缺点,那就是果葡糖浆在低温时(低于26 ℃)容易结晶,给低温远途运输带来一定的困难。为避免结晶,要求果葡糖浆运输时,储料罐必须保温在27-35 ℃。这样储料罐必须使用带加热,温控的不锈钢专用罐。即便如此,在我国北方,天气较冷,很容易发生散装罐车运输的果葡糖浆结晶的事,还需要加热去结晶。
  果葡糖浆结晶还会发生在加工过程中,使其应用也受到一定的限制。结晶的糖块会堵塞管道、喷口。在加工温度较低的连续化生产线中使用果葡糖浆,就要经常停下来,用热水清除这种堵塞。
  果葡糖浆长期放置,易于微生物滋生发酵。不仅储罐要定期清洗,连食品加工设备也要经常清洗。
  结晶果糖则不存在这些问题。运输存储过程中,结晶果糖是密封袋装,只要包装袋不破损,就不会吸潮变质。在食品加工过程中,只有结晶果糖溶解后,就不会再返回结晶。
  可见,使用果葡糖浆的物流成本比较高,运输加工都有一定困难。一些客户因此对果葡糖浆印象不佳,不愿意使用果糖产品,实际上只要改用结晶果糖,这些问题就迎刃而解。

·生化特性

  结晶果糖是纯的果糖。果葡糖浆只含有部分果糖,还含有大量葡萄糖。
  纯果糖所具有的优点,如口感,风味,渗透性,吸湿性等,果葡糖浆也具有。但果葡糖浆中还有大量葡萄糖,给果糖带来的好处打了折扣。例如,果糖的甜味感可以很快消失,不遮蔽食品特色风味,可葡萄糖的甜味消失得慢,仍然给口感带来了不良影响。
  而从生化角度上看,果葡糖浆就没法发挥果糖的优势了。糖尿病人服用结晶果糖后的升糖指数仅20左右,而服用F-55的果葡糖浆升糖指数会达到50-60,几乎与服用蔗糖的升糖指数60-70一致。显然,糖尿病人食品中应该使用结晶果糖,使用果葡糖浆就失去了意义。
  综合起来看,结晶果糖才是纯的,真正的果糖。可以认为果葡糖浆是低档,低成本的果糖制品。果葡糖浆生产技术相对简单,成本低,目 前产量用量远远大于结晶果糖。但果葡糖浆不能充分发挥果糖的优点。很多情况下还是要用结晶果糖。
  从果糖商品化的历史上,可以看出,上世纪六十年代,果葡糖浆首先开始大规模生产,并投入应用,在食品领域逐步替代蔗糖。上世纪八十年代,结晶果糖的生产技术取得突破,商品化的结晶果糖登场,以纯果糖无可比拟的优势又开始逐渐替代果葡糖浆,并且还开辟了许多新的应用领域。因此,果葡糖浆可看作是过渡性的产品,结晶果糖替代果葡糖浆的趋势还将持续下去。

化学介绍

  工业上大规模生产果糖的原料是蔗糖,用稀盐酸或转化酶都可以使蔗糖发生水解反应,产物是果糖和葡萄糖的混合溶液。加入氢氧化钙使果糖和氢氧化钙形成不溶性化合物,从水溶液中过滤分离出来。再通入二氧化碳气体,使氢氧化钙与二氧化碳作用,生成溶解度很小的碳酸钙,然后过滤掉碳酸钙,蒸发水分可得到果糖的结晶体。
  另一种生产果糖的方法是用淀粉做原料,淀粉水解后经固定化葡萄糖异构酶转化为糖,其中含有42%的果糖和58%的葡萄糖,这种混合物称为果葡糖浆或高果糖浆。
  果糖是棱柱状晶体,熔点103~105℃,是所有的糖中最甜的一种,它比蔗糖甜一倍,广泛分布于植物中,广泛用于食品工业,如制糖果、糕点、饮料等。果葡糖浆的甜度与蔗糖相当,但它是用淀粉做原料生产出来的,不但成本低,还具有天然蜂蜜的香味,在食品工业中比蔗糖有更广的用途。
  又称左旋糖。为一种单糖,全称D-阿拉伯型己酮糖,分子式C5H12O5CO。果糖以游离的形式大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中,是牛和人的精液中存在的唯一的还原糖。在菊芋(大丽菊的根)中D-果糖以聚糖的形式贮存能量。更大量的存在形式是与D-葡萄糖以苷键相互连接为蔗糖。在结晶状态下,酮糖中可能存在β-吡喃型糖,在天然产物中常常以呋喃型果糖相结合。在水溶液中,呋喃型果糖和吡喃型果糖同时存在,在20℃水溶液中大约有20%呋喃型果糖。
  在自然界很少见到果糖形成的糖苷。果糖是棱柱结晶,熔点103~105℃(分解),果糖是所有糖中最甜的一种,比蔗糖约甜一倍,可以由菊芋水解得到。蔗糖是工业上大规模生产果糖最丰富的原料,用稀酸或转化酶水解蔗糖,从混杂有D-葡萄糖的溶液中析离果糖。果糖不易结晶,但它与氢氧化钙形成不溶性的复合物,分离后,通入二氧化碳,即可得到果糖结晶。工业上也可用溴水选择性地氧化蔗糖的水解液中的葡萄糖,然后除去D-葡萄糖酸得到果糖。目 前工业上大规模生产采用淀粉水解制备葡萄糖,经固定化葡萄糖异构酶转化为转化糖 ,其中含有42%果糖和58%葡萄糖,商业上称果葡糖浆或高果糖浆,它的甜度与蔗糖相当,但它具有天然蜂蜜香味和生产成本低等特点,已广泛用于饮料和糖果糕点等食品工业
  C6H12O6醇酮类单糖之一。白色晶体或粉末,商品常带浅棕黄色,味很甜。密度1.6g/cm3,熔点103~105℃(分解)。易溶于水、乙醇和乙醚。无醛基而具活性酮基,能发生银镜反应,氧化产物为羟基乙酸和三羟基丁酸。与石灰水可形成果糖钙沉淀,但通入二氧化碳又可复出果糖。用作食物、营养剂和防腐剂。存于水果、蜂蜜中。常用菊粉水解制取。

·银镜反应

  葡萄糖与果糖互为同分异构体,葡萄糖是一种多羟基醛(醛糖),果糖是一种多羟基酮(酮糖),果糖分子中并无醛基存在,看来似乎不能发生银镜反应,但其实不然,其主要原因是果糖在碱性溶液中可发生两种反应:一是经烯醇化作用变成醛糖(反应方程从略)。二是发生裂解,产生含醛基的有机物(化学方程式从略)。果糖分子中由于多个羟基对酮基的影响,使果糖也能发生银镜反应和被新制的Cu(OH)2氧化。由此可知,果糖溶液中总是含有醛糖及含醛基的有机物,可跟碱性的银氨溶液起银镜反应。因此,果糖与葡萄糖都是还原性糖。用果糖做银镜反应的效果与葡萄糖相似,反应条件略高于葡萄糖,60——100℃,果糖溶质的质量分数可取1%,硝酸银溶液与氨水溶质的质量分数可取2%——4%,在此条件下,可获得优质银镜。
  注:高中化学课本认为果糖无还原性,而生物课本检验还原性糖时说明果糖可以和斐林试剂反应,这是一种极其不负责任的表现!实际上果糖具有还原性,只是涉及知识超出了高中范围!

·制作

  1.1,6-二磷酸果糖的干燥方法
  2.1,6-二磷酸果糖的生产方法
  3.1,6-二磷酸果糖提纯精制方法
  4.1.6--二磷酸果糖生物合成工艺
  5.低聚果糖的制备方法
  6.淀粉水解液和高含量果糖糖浆的制作方法
  7.干燥乳果糖溶液的方法
  8.高纯度低聚果糖制备方法
  9.固定化菊糖酶酶解菊粉生产高果糖浆的方法
  10.固定化硼酸分离果糖

·检验

  (一)原理:果糖是典型的还原性糖,含有还原性基团(游离酮基)
  方法:1.果糖+斐林试剂/班氏试剂→砖红色沉淀
  2.果糖+银氨溶液(碱性环境、水浴加热)→银镜反应
  (二)紫外分光光度法
  (三)高效液相色谱法
  (四)离子选择电极法
  (五)傅里叶变换近红外光谱法
  (六)分光光度法

·代谢

  果糖可以直接成为1,6-二磷酸果糖,从而进入糖酵解过程。果糖实际上比葡萄糖更容易被代谢,因为它可以绕过糖酵解途径的限速酶,6-磷酸果糖激酶-I。
  果糖优于其它甜味剂的最重要的是其生理代谢特性。果糖在体内的代谢不受胰岛素的控制,在肝脏内果糖首先磷酸化生成1—磷酸果糖,然后分解成丙糖,丙糖进一步合成为葡萄糖和甘油三酯或进入酵解途径。身体正常的人仅有极少量葡萄糖从肝脏释放出来,因此人体摄入果糖不会引起摄入葡萄糖和蔗糖容易引起的严重的饭后血糖高峰和低血糖,Olefsky和Crapo的试验表明,口服50g果糖、20g脂肪和20g蛋白质所引起的胰岛素和血糖波动是很小的。表中是几种食物的血糖指数。从表中可以看出果糖的血糖指数大大低于其它糖类。
  果糖的这个特性,使得果糖可作为糖尿病患者的食物甜味剂,并广泛用于老年和儿童食品中。山梨醇是一种广泛用于糖尿病人食物中的甜味剂,它在体内被吸收后迅速转化为果糖,其后的代谢与果糖一致。另外,山梨醇的甜度只有果糖的1/3。因此,果糖更适于糖尿病患者食用。此外,果糖在体内代谢不会产生乳酸,不会引起肌肉酸痛、倦怠感。果糖与体内的细胞结合力强,在极稳定的状态下释放热能,具有强化人体耐力及代谢的效果,是运动饮料的良好甜味剂。

生产工艺

果糖
                   果糖
  早期,商业化加工果糖主要以菊粉为原料。通过控制菊粉多聚果糖(Polyfructan)的水解,其中β-(1→2)糖苷键断裂,释放出含量丰富的呋喃果糖,呋喃果糖随后转化成更为稳定的异构物吡喃果糖。此法生产成本高,不适合果糖的大规模加工需要。
  1847年法国Dubrunfant的开拓性果糖加工的工作,以蔗糖为原料。20世纪60年代期间,欧洲开始工业化生产结晶果糖。所用的方法是通过蔗糖的转化生成果糖和葡萄糖,之后通过离子排斥工艺来分离和纯化,最后严格控制果糖的结晶,加工纯结晶果糖。但是,果糖在水中的溶解度大,达到结晶过饱和度时的粘度太高,结晶操作困难,化学稳定性较低,整个生产周期超过一周。
  1981年,密西西比河岸边的美国伊利诺斯州的汤姆逊城出现了世界上最大的纯结晶 果糖制造厂(名叫Xyrofin)。它是以液体葡萄糖浆为原料,经纯化和酶异构化后,利用传统的蔗糖提取果糖生产技术制造出质量特别高的结晶果糖,整个生产周期缩短至5天。
  目 前,以果葡糖浆生产工艺为基础,利用酶技术生产出结晶果糖。
  工艺流程:
  葡萄糖富集液 →回流 → 异构化酶柱 → 果葡糖浆
  精致果葡糖浆 → 色谱分离 → 果糖富集液 → 浓缩 →加入晶种→ 冷却 →结晶 →
  果糖母液 →回流 → 浓缩
  离心分离 →果糖结晶 → 洗涤 → 干燥 → 筛分 →结晶果糖
  42%果葡糖浆经过模拟流动床色谱分离得高纯度果糖富集液(含果糖97%,干基),再经单效蒸发器浓缩至物质含量大于70%,在此糖浆溶液或醇—水系统中加入晶种进行冷却结晶,温度慢慢由60℃降至25℃,约有50%果糖结晶析出,果糖母液再回流。然后,经过离心机分离、蒸馏水洗涤、干燥、筛分等工艺处理,最后得到无水β-D-果糖结晶。结晶果糖吸湿性大,需在相对湿度低于45%的环境密封保存。

应用前景

·发展

  自六十年代果糖产品商品化以来,随着生产技术的不断更新,以及食品工业的广泛需求,使果糖产品增长速度达到惊人的程度。
  目 前,发达国家已经将果糖广泛应用于食品、医药、保健品生产中。果糖浆的消费量也呈较快的增长形式。一些发达国家在糖果与饮料中基本不用蔗糖而用果糖。如加拿大法律规定,所有饮料必须使用果葡糖浆。
  美国是最大的果糖(以果葡糖浆为主要形式) 生产和消费的国家,果糖消费量已占食糖总量的40 %。20 世纪80 年代中期,美国饮料、食品和甜点行业,蔗糖原料已经完全由果糖替代。到1994年美国每年耗用蔗糖200 多万吨的碳酸饮料已全部使用F —55 果葡糖浆。以美国两大饮料公司(可口可乐和百事可乐) 为例,1981 年两大饮料公司决定在本土生产的饮料中使用F —55 型果葡糖浆代替50 %的蔗糖,1984年起已全部改用F —55 型果葡糖浆。
  根据国际标准化组织关于甜味剂统计:在1975 年至1995 年的20 年间,世界果葡糖浆产量从70 万吨猛增到1010 万吨,占世界食糖消费从1 % 增至8.8 %,占到了这20 年间食糖和高果糖浆的消费增长量的20 %。
  目前,全世界已有30 个国家和地区建立了果葡糖浆工业,总产量已超过1800 万t 。
  美国是果糖产品最大的生产国。1995年产量结达到708 万吨,占世界总产量的70 %以上(以干重量计)。1996年产量达到739万吨,2003年更进一步增加到1200万吨。结晶果糖产量也从1981年的几千吨发展到1996年的约50万吨。
  日本在1996年,果葡糖浆生产能力已达146 万吨,生产和进口结晶果糖在4万吨以上。果糖制品占食糖消费总量的17. 5 %
  加拿大果糖制品产量居第三位,1996年产量26 万t 以上。
  我国具有巨大的果糖消费的潜在市场。我国目 前年产碳酸饮料700多万吨,果汁饮料600多万吨,露酒100多万吨,糖果80万吨,饼干100多万吨,糕点100多万吨,其他焙烤食品60 万吨、糕点100 多万吨,这些都是果糖产品的消费市场。
  我国果糖的研究和生产起步较晚,尚处于初级阶段。90年代初,我国开始生产果葡糖浆,1998年产量3万吨,2003年增至10万吨。至今我国还不能进行规模化的结晶果糖生产。
  我国果糖的应用还很不普遍,我国目 前年消费果葡糖浆不足10万吨,消费结晶果糖极少。相比美国人均年果糖制品消费量为42kg ,中国仅0. 2-0. 4kg ,相差达100-200倍。
  造成这种差距的原因是多方面的。主要还是我国食品工业的诸多厂家对果糖特性,生理功能了解不够,尤其对结晶果糖知之甚少。在果葡糖浆应用过程中存在着运输、存储、加工上的困难,国内果葡糖浆的质量,稳定性也有不尽如人意的地方,一些厂家因此对果糖产生了误解,而不愿意使用果糖。一些厂家过分看重价格因素,认为使用结晶果糖成本太高,而忽略了结晶果糖带来了产品性能和档次的提高。相信随着客户对果糖特性认识的逐步深入,果糖的应用会逐步发展起来的。
  事实上,我国食品工业中的很多龙头企业,已经认识到果糖产品的性能优势,开始率先使用。象我国著名的国际饮料健力宝于1997年起开始大量使用果葡糖浆。不少企业都在出口食品中使用了结晶果糖。
  医药行业是另一个大市场,对结晶果糖的需求将不断扩大。
  国外使用果糖注射液比国内早十年左右,作为新一代不依赖胰岛素的高能量营养输液, 果糖注射液在世界医药市场的表现十分活跃,在某些国家已成为仅次于葡萄糖的第二大注射液。
  在国内,果糖注射液还没有大量应用。但各种临床试验结果都令人满意,医师普遍反映良好,愿意在临床中大量应用。各个医药厂家也积极申报新药,规划生产。可以预见,国内医药领域的果糖用量会迅速增长。
  总之,我国大规模应用果糖产品的时机已经成熟,在我国发展果糖产品有着广阔前景。预期到2010年,我国果葡糖浆的消费量能达到200万吨的规模,结晶果糖的消费量能达到1万吨以上。

·缺点

  果糖也有一些缺点,在应用中要对此有足够的注意。
  1)成本高于蔗糖
  果葡糖浆的成本目 前高于蔗糖。
  而结晶果糖,由于生产工艺复杂,技术要求高,目 前世界上只有少数国家能够生产,成本比较高。
  但果糖的成本与大多数糖醇类,低聚糖类都是可比的。可以预见,随着果糖产量的进一步提高,生产技术的进步,果糖的成本会不断降低。
  2)果糖不耐受性
  果糖不耐受性是一种遗传病,这种病因为缺乏B型醛缩酶,吃果糖也会造成1-磷酸果糖堆积,大量消耗肝中磷酸的储备,进而使ATP浓度下降,从而加速乳糖酵解,造成乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制,即果糖不耐受的人很快发展成强烈的对任何甜食的厌恶感。
  3)需控制用量
  果糖的摄入量不能过大。健康人每天果糖摄入量阈值为30~80 g (平均40g),过多摄入尤其是一次性过多摄入,会导致果糖吸收不良,引起肠胃反应。
  另外果糖代谢吸收快,和葡萄糖一样能转化合成甘油三酯,过分摄入也会导致肥胖,高血脂。

食品应用

  果糖产品在食品领域起初是作为蔗糖的替代性产品出现的。由于果糖产品具有蔗糖不可比拟的性能优势,果糖产品在食品加工中的很多领域,逐渐完全或部分取代蔗糖。这种取代的目的不仅仅是解决甜度问题,更主要是改善制品性能、增进风味口感、提高产品档次。经过实践证明,在果酒、药酒、汽酒、药用糖浆、果汁饮料、果酱、水果罐头、蜜饯、硬糖果、硬烘焙制品中,果糖可100%取代蔗糖。在雪糕,冰淇淋,软糖果,软烘焙制品中,可部分取代,取代量在10-50%。随着对果糖应用特性认识的不断深化。国际上在90年代后,又针对果糖的特性,陆续开发了不少新的产品,扩展了果糖的在食品中的应用领域。目 前,果糖在食品中新的应用领域还在不断地被发掘。
  1)冷冻食品
  果糖在低温时甜度增加,且冰点低,对冰晶生成控制性好。因此果葡糖浆用于冰淇淋,雪糕等冷冻食品更为适宜。用果葡糖浆生产的冰棒、冰淇淋有清香味道。但在冰棒生产时,不能全用果葡糖浆,而应与蔗糖混合使用,否则冷冻速度慢,且冷冻效果不好。此外,果糖对冰淇淋的质构与溶化有重要的影响,使用果糖的冰淇淋在长期存储后,仍能保持良好的外观、质构和风味,而用蔗糖的却不好。
  2)运动饮料、能量型饮料
  这是欧美针对果糖特点开发的新型食品。它发挥了果糖吸收代谢快,可迅速给机体补充能量的特点。结晶果糖是运动型,能量型饮料的基本原料。这种饮料可以供体育锻炼,体力劳动或疲劳时饮用。这类饮料,不但可增加体能和耐力,还可保持体力,迅速消除疲劳。著名的品牌有美国Amway公司的Active 8饮料,意大利Also公司的Enervit G饮料,瑞士Wander AG公司的Sportive Proto Kost饮料,这些在配方中都加入大量结晶果糖。
  3)清凉饮料
  这是日本针对果糖特点开发的新型食品。它利用了果糖口感凉爽,低温下甜度高,不遮蔽其它风味的优点。清凉饮料不仅口感凉爽,还适合在低温下饮用,风味尤佳。在日本,果糖主要用在清凉饮料中。为了保证良好的清凉口味,大量直接使用结晶果糖。在1990年时,日本用在清凉饮料领域的结晶果糖就有7000-8000吨。
  4)粉末罐装饮料,粉末饮料
  由于结晶果糖有良好的溶解性,国外利用这个特性改进了原来的粉末冲饮饮料,开发出各种营养型,能量型,清凉型的粉末饮料,以袋装或罐装。这样即发挥了粉末饮料易运输携带的方便性,又具有液体饮料口感好,产品多样化的特点。例如美国Alacer公司开发的Emergen-C营养饮料粉,用小包袋装。每小袋(7克)可加热水充饮成130毫升的饮料,功效等同于运动型饮料。美国Thopson公司开发的Slimfast粉末罐头饮料,加水后可产生巧克力风味。
  5)低热量饮料
  利用果糖与其它甜味剂协同,可以配制低热值饮料。由于少使用或不使用蔗糖,饮料的热值比较低,而口味不会受损害。
  6)固体粉末食品
  应用结晶果糖作甜味剂,加入到有速溶要求的粉末食品中,如玉米片、麦片等。可以发挥结晶果糖甜度高、易溶、口感好的优势。
  7)面包
  在面包中,可以用果葡糖浆替代部分蔗糖,果糖的发酵性、呈色性及保湿性都作为优点发挥出来。面包是利用酵母发酵的食品,酵母利用果糖和葡萄糖发酵最快,其次才是麦芽糖、蔗糖。果、葡糖浆代替蔗糖时,发酵反应快而好,产生大量气体,缩短面包发酵时间。由于产气多,面包松软,口感柔软,略有湿润感,和使用蔗糖一样,面包有好的强度和结构。由于在烘烤过程中果糖和葡萄糖易与面团中的氨基酸发生美拉德反应,可在面包表面涂一层果葡糖浆或结晶果糖-蔗糖混合溶液。这样面包易于着色,表层产生一层焦黄色,美观且风味好。
  由于果糖保湿性好,所以面包贮存中可以较长时间保持新鲜和松软,7-8天仍不会老化干硬。这是蔗糖面包所不能及的。
  8)蛋糕
  在蛋糕制品中,也可加入果糖制品,替代部分蔗糖。在软糕点及夹心糕点中,由于果糖的保湿性好,果葡糖浆生产的蛋糕品质较好且有较长的货架期,可延长存储期15-20天,果糖蛋糕存放30 天后仍然松软,风味良好。而蔗糖蛋糕在数天后即干硬,再长一些时间,表层破碎,而且在贮存中果糖蛋糕重量减轻情况比蔗糖蛋糕少。用于中秋月饼之类的夹心食品,可全部使用果糖,风味好,无异味,也不致于产生焦苦味。
  9)糖渍食品
  在果脯、果酱、果冻、水果罐头、蜜饯等糖渍食品中使用果糖,由于比蔗糖有较高的渗透压力,能防止果汁逆出水果外,利于保持水果风味。果糖透过细胞壁较快地达到均衡,提高了加工过程的稳定性,而且不受PH 值(酸碱度)的影响。果糖与果物还有亲和作用,也能防止果味逆出,有利于保持水果风味。
  10)在乳制品中的应用
  果糖用于酸乳酪中可起到加甜和增香作用,可减少果汁的用量,降低成本,还可降低产品的热量。例如美国公司在冰冻酸乳就使用了结晶果糖。
  11)营养酒
  在果酒、药酒、汽酒等营养酒类中,现 在已经大量使用果糖。果糖的溶解性好,不会遮蔽酒类本身的香味。

医药应用

·医药制品

  在医药领域里应用的果糖都是结晶果糖,而不能使用果葡糖浆。因为果葡糖浆中的葡萄糖成分会严重干扰果糖的药用效果。例如,糖尿病人服用结晶果糖后的升糖指数仅20左右,而服用F-55的果葡糖浆升糖指数会达到50-60,几乎达到服用蔗糖的升糖指数。
  医药领域是果糖比较新的应用领域。市场上已经出现了一些使用果糖的医药制品,新的产品还在不断开发试验中。
  1)果糖注射液
  果糖在国外应用较广泛,注射剂型已收入美、英、德、日等国药典。近 年来,国内也陆续开始研究申报果糖注射液。
  果糖注射液有10%果糖注射液,5%果糖注射液两种剂型,其中都含有少量氯化钠,亚硫酸氢钠之类的盐类。
  果糖注射液有以下应用:
  ①静脉输注营养液
  很多情况下,患者需要通过静脉输注营养液补充能量和体液,是临床必需且经常采用的方式。葡萄糖是最常用的能量补充剂。然而, 葡萄糖注射液在临床上存在一些不可回避的弊端。 例如葡萄糖必须依赖胰岛素才能代谢, 并且在体内代谢慢,容易导致体内血糖波动,高血糖使脂肪分解受抑制,而且还会加重糖尿病患者症状。
  果糖的代谢不依赖胰岛素,进入血液后即使在无胰岛素的情况下也能迅速转化为肝糖元, 参与代谢,可以有效降低血糖波动。果糖与葡萄糖相比代谢快、供能迅速、更易被机体吸收利用。因此,果糖注射液起效快,作用迅速。
  果糖注射液适用于糖尿病患者。糖尿病人服用结晶果糖后的升糖指数仅20左右。
  果糖注射液也适用于慢性肝病患者。即使已经发生肝硬化,仍然可以进行果糖的吸收代谢,供给身体能量,而葡萄糖的效力就差很多。
  果糖注射液还用于此类产生应激性高血糖的手术患者的术后恢复。
  外科手术后患者处于应激状态, 胰岛素分泌受到强烈抑制而导致糖氧化利用率下降, 同时机体的胰高血糖素分泌增加,促使大量糖原的大量分解以及机体糖代谢功能的紊乱,最终可引起患者血糖大幅波动,重者可出现胰岛素抵抗现象、酮症性酸中毒等不良后果,这种状况被称为应激性高血糖。过度增高的血糖水平影响白细胞的吞噬功能,降低机体抵抗力,增加感染发生率。而且血糖稳定对维持器官的正常功能非常重要。
  在各种有严重创伤的外科手术,都易发生此类应激性高血糖,如胃肠手术。
  果糖注射液对于外科手术补充蛋白的流失,对于妊娠恶阻、胃炎、胃溃疡、皮肤病、小儿发育不良等也都有一定疗效。
  果糖注射液还可用于关节检查液。浸于5% 果糖溶液20 小时, 关节软骨几乎不软化,而浸于林格氏液中2 小时后开始变形,并在20 小时内持续畸变,因此以5% 果糖溶液作关节镜检查时的冲洗液较林格氏液更好。
  2)甘油果糖注射液
  甘油果糖注射液是一种新型的高渗注射液,用于治疗脑出血、脑损伤, 是临床降低颅内压、消除脑水肿的一线药物。甘油果糖注射液能有效降低颅内压,消除脑水肿,使病人早日清醒,减轻致残。
  传统上,治疗脑损伤使用甘露醇注射液。研究表明,甘露醇有明显的利尿作用,对于肾脏有很高的损害发生率。使用甘露醇时常发生的严重的反跳现象。而甘油果糖注射液则安全可靠,作用持久稳定。
  甘油果糖注射液尤其适用于患糖尿病、慢性高颅压、肾功能不全或老年动脉硬化及隐性肾脏损害的病人。
  3)果糖Vc片剂
  果糖Vc片是以果糖、维生素C为主要成分的营养产品,还可根据需要加入维生素A,D,E,微量元素等。
  果糖Vc片的效用同葡萄糖Vc片是一样的。Vc可以用于免疫力低下、感冒,牙龈经常发炎出血的人。皮肤老化、暗黄、有色斑、晒斑,想美白肌肤的人。
  果糖Vc片适用于儿童,老人,糖尿病人,慢性肝病患者。
  4)药用辅料
  药用糖浆,药片糖胞衣中的葡萄糖,都可以改用结晶果糖,适用于糖尿病人,慢性肝病患者等。
  5)解酒制品
  人们饮酒后,洒精很快便被吸收,其中90%左右的酒精都要在肝脏内按乙醇-乙醛-乙酸-二氧化碳,水的路线进行氧化分解。整个反应过程耗氧多,耗能巨大,时间长,肝脏负担重。在肝脏解酒过程中,会发生酒精性低血糖和肝细胞的缺氧损伤。长期酗酒会导致酒精性肝病:如脂肪肝、肝纤维硬化等,酒精性低血糖是诱发加剧糖尿病的重要因素。
  在解酒制品中加入果糖,可以发挥果糖的多种功效。果糖吸收代谢迅速,可及时弥补酒精性的低血糖。果糖的代谢过程路径短,耗能低,不产生乳酸,在肝脏缺氧情况下仍可代谢,肝脏负担轻。果糖能促进体内醇的分解,抑制蛋白质消耗,减少毒性最大的中间产物乙醛的停留时间。果糖还可减少酒精对肝细胞的缺氧损伤,减少缺氧肝细胞的死亡,在缺氧消除后及时恢复肝细胞的代谢能力。
  总之,果糖的解酒作用主要是在保肝护肝,维持正常血糖水平等方面。
  6)医药合成原料
  ①合成抗癫痫药物托吡酯(TOPIRAMATE)
  托吡酯, 化学名为2, 3:4, 5-双-O-(1-甲基亚乙基)-β-D-吡喃果糖氨基磺酸酯, 是美国John son &John son 公司开发的GABA 再摄取抑制剂, 1995 年以商品名Topamax 在英国上市, 临床用于治疗成人原发性部分性癫痫。
  托吡酯的合成方法是:
  第一步:以D-果糖与丙 酮缩合得2, 3: 4, 5-双-O-(1-甲基亚乙基) –β-D-吡喃果糖。
  第二步:2, 3: 4, 5-双-O-(1-甲基亚乙基) –β-D-吡喃果糖与硫酰氯反应
  第三步:第二步的反应产物在在四氢呋喃溶液中通氨, 托吡酯粗品
  第四步:用有机溶剂提取托吡酯,再重结晶得成品。
  大约每克果糖可生成托吡酯0.5克。
  ②合成血管扩装药尼可呋糖
  尼可呋糖,也称烟呋糖酯,英文名称Nicofuranose, Bralian
  尼可呋糖是烟酸的衍生物,属烟酸类药物,具有血管扩张作用
  尼可呋糖的合成方法:
  D-果糖 + 烟酰氯,烟酸盐 -> 尼可呋糖

危害

  喝果汁易诱发直肠癌,果糖是罪魁祸首。
  水果中富含天然的果糖,果糖作为一种甜味剂也普遍应用于我们的日常食物中。但目 前科学家却发现,果糖对现代重大的流行病包括癌症、心脏病、高血压、肾功能损害,甚至痴呆症等,都能产生诸多影响。《美国饮食协会》杂志最 近刊发的一项最新研究便指出,喝果汁时所吸收的大量果糖,会增加患直肠癌的几率。
  果糖的名字在成分表中变化多端。它在制糖工业上最常见的名字是高果糖浆(HFCS),是一种以玉米为原料加工而成的果糖。科学家们担心高果糖浆对人体健康产生影响,原因在于它与蔗糖所产生的热量大致相当,但在人体内却无法以同样方式进行代谢。
  伦敦帝国学院于今 年初在《Hypertension》杂志发布的研究显示,人们每天喝含糖饮料会对血压影响很大。果糖会导致血流中的一氧化氮含量降低,而一氧化氮对于血管的正常扩张至关重要。
  今年8 月,刊登在美国杂志《临床内分泌及新陈代谢学》上的一项调查也指出,果糖可能引发肝损伤。研究负责人金伯·斯坦霍普博士解释说,果糖会加重肝脏负担,并转换成脂肪肝,引发高血脂,加大患心血管疾病的风险。果糖亦可能增加患糖尿病的风险,因为脂肪肝可能引发胰岛素抗性增加,胰岛素抗性又对引发糖尿病关系极大。
  普林斯顿大学今年也有实验研究表明,长期食用高果糖浆会导致体内脂肪非正常增长,尤其集中在腹部。这样的腹部脂肪能提高中风和患心脏病的风险。
  剑桥大学的研究还表明果糖会加重“痴呆症”。通过对动物进行实验发现,果糖摄入量与动物大脑中的β-淀粉样蛋白板块的形成有关,该物质在患有阿尔兹海默症人群中很常见。
  《美国饮食协会》杂志最近刊发的一项最新研究则指出,人们在饮用果汁过程中,所吸收的大量果糖会增加患直肠癌的几率。专家称,水果本身中富含纤维、维他命C和抗氧化剂等物质,有助于对抗肠癌,但这些物质会在加工过程中都丢失掉,所以建议吃水果尽量不要榨成汁。
  英国饮食协会建议,我们每天所喝的果汁量应维持在150毫升。
  但每天将果糖的摄入量维持在一个可控范围之下并非易事。如今,不仅果汁中有果糖,从饼干到冰淇淋等各式各样的食品和饮料都能见其踪影:添加了果糖的压块干粮和饼干,更有嚼头;冰淇淋以及酸奶饮品中添加了果糖,吃起来更加香滑;冷冻食品中用高果糖浆降低结晶;添加了高果糖浆的烘焙食物,色泽金黄,极其诱人;一罐低脂的水果味酸奶含有10小勺果糖甜味剂;一罐软饮料所含的果糖更是高达13勺……