国内外蔗糖产品的种类及生产发展情况

2018-01-17王智能应雄美沈石妍郭家文

中国糖料 2018年1期

王智能，应雄美，沈石妍，郭家文

（云南农业科学院甘蔗科学研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室，云南开远661699）

蔗糖作为主要食糖，是人体活动热量来源之一，既可直接消费，也可作为食品、医药等多个行业的原辅材料[1-2]。蔗糖在甘蔗和甜菜中含量最丰富，世界上70%的食糖产量主要集中在巴西、印度、中国、澳大利亚、欧盟、美国、墨西哥、泰国、菲律宾、古巴和南非共和国等国家和地区；我国是世界主要产糖国之一，2014年我国食糖产量1331.8万吨，位居世界第三，其中甘蔗糖产量1257.2万吨，占全国糖产量的94.4%[3]。中国土地幅员辽阔，人口基数大、民族数量多，不同区域的人民生活习惯、对食糖喜爱、口味不同，加之现在生活水平逐步提升，除需要甜味的愉快感之外，还追求多种风味、营养保健的蔗糖品种[4]。所以，了解国内外蔗糖产品，有助于探索适于我国开发生产蔗糖新产品及深加工产品，有利于促进糖业的经济效益、提质增效和可持续发展，最终提高人民的健康生活水平，这些皆是所有蔗糖相关行业工作人员的伟大愿景。

1 糖的种类及生产情况

1.1 分蜜糖与非分蜜糖

近代国内外科技工作者对蔗汁进行系统分析发现，蔗汁中除了含Fe、Zn、Ca、Mg、P、K等微量元素外，还含有大量的苏氨酸、天冬氨酸、组氨酸等多种人体必需氨基酸以及高碳植物醇和胡萝卜素等多种维生素[5-6]。随着人们生活水平的提高，保健意识、消费观念的改变，分蜜糖与非分蜜糖被越来越多的人区分，非分蜜糖中因为含有糖蜜因而有着养生、美容和延缓衰老等多种功效[7]。

1.1.1 非分蜜糖非分蜜糖又称粗制糖，按我国人民日常生产习惯通常指红糖，是指甘蔗经榨汁简易石灰法澄清处理后经浓缩煮炼制成的带蜜糖。根据加工工艺不同，红糖又可分为赤砂糖（结晶颗粒较大）、红糖粉（结晶颗粒细小）、片糖、块红糖（包括砖糖、碗糖、元宝糖）、保健红糖等，这类糖几乎保留了蔗汁中的全部成分和甘蔗的清香味。

全世界范围内，除了我国，以甘蔗汁生产带蜜糖的，还有印度的Gur和Khandsari，巴西的Rapadura，巴基斯坦的Jaggery，印尼的Gula Jawa，泰国的Namtaan Tanod，菲律宾的Moscavado，日本的Kokuto等。同时，葡萄牙石灰法澄清红色无定形糖粉称“阿利多巴糖”，美国等不少地区也生产带蜜的营养糖称Raw surgar，Borwn sugar，Muscovado[8-9]。各地的非分蜜糖产品的名称、形状、尺寸等有不同的形态和名称，此类蔗糖生产方法与我国红糖传统方法基本相同，本质上都是蔗汁的浓缩品。其中，印度是世界非分蜜糖产量最多的国家，瑞士的Sucanat属于有机食品，有甘蔗天然产品之意，亦可称为“原生态糖”或“全价糖”。

1.1.2 分蜜糖分蜜糖是指在制作过程经离心分蜜工艺的蔗糖产品，蔗糖分多数在90%以上，蔗糖纯度较高，但同时也失去了蔗汁中大量营养物质和活性成分。国内分蜜糖有原糖、黄砂糖、白砂糖、绵白糖、咖啡糖（粗大晶粒糖）、精幼糖、精糖、方糖、冰糖（多晶体冰糖、单晶冰糖、冰片糖、保健冰糖），南非、巴西生产的无定形糖产品也属于精糖性质[4，10]。

1.2 液态糖

液态糖多作为食品工业、烟草加工业、医药工业的初级原料，可直接使用且大大简化生产工程，无需设置砂糖仓库及溶糖、果绿、转化等设备，节约企业劳动力和生产费用。

1.2.1 液体糖液体糖（Liquid Sugar）在国外例如澳大利亚、美国、加拿大及欧洲的许多国家都有生产，主要作为原辅料用于饮料行业、食品行业、制药业。液体糖是某种浓度的糖的水溶液，含糖量多数在35%～80%不等，其中的糖分既可以是蔗糖也可以是转化糖，或是蔗糖与转化糖的混合物，澳大利亚的液体糖根据产品类型不同主要用于冷饮、果汁、乳饮料、调料、酿酒、面包和兰姆酒等产业[11]。

1.2.2 液体红糖金科[12]等人以红糖为主要原料，添加果葡糖浆、蜂蜜、增稠剂等，制作稀释型液体红糖，该产品在室温或4℃低温下保存90d不产生结晶现象，不仅克服了固态红糖因吸潮、融化导致结块变硬或霉变，同时具有蜂蜜、果葡糖浆和红糖特有的滋味和气味及对人体营养与健康有益的独特功效。

1.2.3 果葡糖浆果葡糖浆（High fructose syrup）因蔗糖的水解转化生成各占50%的葡萄糖和果糖而得名，有吸湿性，甜度为蔗糖的0.7～0.9倍，刚生成的果葡糖浆为淡黄色粘稠性液体，经活性炭脱色后为无色粘稠液体，易溶于水或乙醇等，易被曲霉类、酵母等微生物发酵利用。广泛用于饮料、食品配料、果酒等行业生产中，国内生产主要有酶法（α-葡萄糖淀粉酶）和酸水解法（盐酸）。

美国是世界上果葡糖浆发展最快的国家，产量约占世界总产量的70%，国内的消费量也是世界上最多的，占世界消费总量的64%。我国果葡糖浆的生产在“七·五”期间就已开始，但2004年果葡糖浆年产量仅在10万吨左右，2010年我国果葡糖浆的产量约为200万吨，发展与世界先进国家相比较为缓慢、差距甚大[13]。

2 蔗糖产品的种类及生产发展情况

2.1 蔗糖的深加工产品

人民的生活离不开蔗糖，为了克服蔗糖在糖尿病、肥胖症等方面代谢的缺点，科学家们不断尝试采用物理、化学、生物技术等方法对蔗糖分子或物理性状进行改性，目前已衍生出大量产品[14-15]。

2.1.1 三氯蔗糖三氯蔗糖又名蔗糖素，是以蔗糖为原料经氯化衍生得到的半合成品，其甜度为蔗糖的600倍，其风味与蔗糖相类似，化学性质十分稳定，研究表明该甜味剂对人体无任何毒副作用，并且十分安全，ADI值为15mg/kg[16]。1991年，加拿大第一个批准可以在食品中使用；1998年，FDA（食品和药物管理局）批准三氯蔗糖可以在美国使用，我国在1997年批准使用，截止2013年己有30多个国家和地区批准使用[2]。美国Mc Neil特制品公司、New Brunswick公司和New Jersey公司生产并销售以“Splen-da”为品牌的三氯蔗糖，且有超过120种市场产品以三氯蔗糖作为甜味剂；我国GB2760-2014也明确规定了三氯蔗糖作为食品甜味剂在餐桌调料、蜜饯、乳制品、发酵酒、食用菌等几乎所有食品加工中最大用量[17]。

2.1.2 蔗糖基洗涤剂蔗糖基是一种表面活性很强的非离子型，可以分解为脂肪酸、葡萄糖和果糖，这些物质对皮肤无刺激性，可以完全生物降解。利用蔗糖基制成的蔗糖基洗涤剂具有温和、生物可降解性，同时还可加入抗菌和其它功能特性物质。龙万凯[18]研究了芥子油、椰子油、棕榈油、猪油4种不同的蔗糖基并同烷基多糖苷（APG）洗涤剂和洗洁精作对比实验，分别对乐果和青虫净两种常见农药做洗涤检测，实验表面蔗糖基洗涤剂对两种农药的清洗效果接近或等同于APG且优于洗洁精。

2.1.3 蔗糖热解低聚糖焦化物王军[19]等以蔗糖为主要原料，在规模化生产焦糖的工艺基础上用热解法生产低聚焦糖（STOC）混合物。该混合物含有天然的蔗果三糖和三种新的α-果糖异构物，其具有焦糖色素的特性，可做啤酒和软饮料用天然色素添加剂，同时又具有促进双歧杆菌增殖、预防和治疗痢疾等功能特性。

2.1.4 蔗糖环氧物蔗糖环氧物是一位在新奥尔良的美国农业部南方地区研究中心的研究科学Sachinvala N.博士发明的，并于1997就申请授权了一项蔗糖基环氧单体的专利，这种蔗糖环氧物每个蔗糖分子含有1~8个环氧基团，原理是在足量的过氧化氢或过氧根衍生物前提下由过酸（一类含有过氧基的含氧酸）和钼、钨、钛等试剂或催化剂使丙烯基与蔗糖分子上的至少一个羟基形成环氧单体，因此这种单体即是供体也是受体。丙烯基蔗糖环氧单体可以合成用途广泛的环氧树脂，比如用作粘合剂、复合材料和涂料等[20]。

2.1.5 蔗糖酯蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯，是以蔗糖和羧酸为反应原料转化生成的一类单酯、双酯和三酯的总称，为一种新型且属于多元醇型非离子表面活性剂，依蔗糖环内羟基的酯化数量，可制备亲水亲油平衡值（HLB）在2～16之间不同规格用途的产品，产品形态均具液态、粉状和颗粒状。国家标准GB2760-2014中指出蔗糖酯具有良好的乳化性、分散性、起泡性、粘度调节等性质，同时还有防止老化、抗菌等性能，无毒、良好的生物降解性等优点。蔗糖酯在欧美及日本等国已得到广泛使用，可用于食品加工、医药辅料、化工原料、石油工业、农用化肥、日用化妆品、制糖工业和果蔬保鲜等行业中。

2.1.6 蔗糖多酯蔗糖多酯为一种蔗糖基脂肪替代品，同时也是一种优良的低热量油脂，20世纪70年代初由美国Proctor和Gambel公司研发出来，并经过近20多年的试验之后，美国FDA终于批准了这种蔗糖多酯作为一种食品添加剂在油炸食品中使用。目前，国内科研人员王利宾[21]等全面地综述了蔗糖多酯的结构性质、理化性质、生理活性、稳定性等，证明了该产品不仅完全满足200℃高温食品加工使用而且对人体是无毒、无致癌和无致突变作用。在论文中作者还介绍了蔗糖多酯溶剂法、无溶剂法、相转移催化法和酶催化等合成方法的利弊和案例以及蔗糖多酯的波层色谱、红外光谱及高效液相色谱等分析方法。

2.1.7 蔗糖醋酸异丁酯蔗糖醋酸异丁酯（SAIB）是使用最广泛的蔗糖酯类之一，市场容量约10万吨，在食品行业和工业上都有应用。工业级SAIB售价约为4.5美元/磅，它可用在汽车涂料上、在指甲涂抹油和发用喷剂中做香味剂使用；食品级约为7～8美元/磅，在非酒精饮料中作为一种混浊剂和稳定剂使用。

2.2 蔗糖的微生物制品

以蔗糖为原料，经微生物或酶作用，得到一些有生理功效的或品质形态改观的产品。

2.2.1 低聚果糖低聚果糖（FOS）是由蔗糖和1～3个果糖基通过β-1，2糖苷键结合而成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）和蔗果五糖（GF4）等一类低聚糖的总称，在人体中不降解或少量降解，甜度为蔗糖的0.3～0.8，取决于其成分。FOS还是一种独树一帜的第三代保健食品，因其作为高效的双歧杆菌增殖因子同时具有提高免疫力、降低胆固醇、促进机体对矿物元素吸收和肠道有毒物质的排出等对人体健康的多重功能在全世界范围内引起广泛的研究热潮。FOS广泛存在于菊芋（洋姜）、芦笋、香蕉等植物中，但直接提取法不仅工艺难度大、成本高昂且所得产品FOS含量低，现代工业化生产是用发酵法或者用酶法由蔗糖转化而成，果糖转移酶这种来自于真菌酶用于将蔗糖糖浆转化为FOS。市场上销售的FOS都混有一定成分的蔗糖，一般液态糖浆中FOS含量在35%～80%不等，干粉状或片状FOS含量在90%以上，如日本明治低聚G型液体糖浆FOS含量为75%，明治低聚P型颗粒状或粉状产品FOS含量95%[14，22]。

国内对FOS的研究开发起步较晚，始于国家科委“九五”攻关计划，国内第一条每年千吨级FOS产量生产线是永德糖业集团有限公司于1998年建成并投产[22]。目前，魏远安[23]教授等人发明了国内较先进的生产普通FOS的固定化果糖基转移酶法；莫国联[24]等还发明了以分子筛及折流板生物反应器制备高纯度FOS（≥90%）的方法。截止2013年，全国FOS年产量为1.5万吨。

2.2.2 异麦芽酮糖异麦芽酮糖别名异麦芽糖醇、氢化帕拉金糖，属于低还原性的二糖，在天然蜂蜜中少量存在，外观是白色无臭味结晶，甜味类似蔗糖，但甜度为蔗糖的0.45～0.65，不能被大多数细菌及酵母等为底物利用。异麦芽酮糖降解速度较为缓慢，在机体内有50%被分解为山梨醇、甘露醇和葡萄糖，FAO及WHO于1994年指出异麦芽酮糖无须规定ADI值[17]。张艳苓[25]介绍了异麦芽酮糖的理化性质、研究和生产现状、适宜人群及其在饮品、果酱、糖果、面包、乳制品等食品加工中广泛的应用前景。

2.2.3 右旋糖酐右旋糖酐也称葡聚糖，是一种由若干葡萄糖聚合而成的高分子聚合物，同时也是世界上第一个工业化生产的微生物多糖，无确切分子量，可在几千到数十万不等[26]。右旋糖酐是一种非常重要的多糖，是公认的优良血浆代用品，同时普遍应用于食品、轻工等众多行业，例如乳化剂和增稠剂、高粘度胶水、炸药、纸品生产中的反絮凝剂、石油的二次回收、钻井添加剂、土壤改良剂和外科手术缝线等[27]。

目前，右旋糖酐常用的生产方法主要有微生物直接发酵法和固定化右旋糖酐蔗糖酶合成法。王治业[28]等以聚乙烯醇为载体固定化肠膜状明串珠菌Lm-1226来生产右旋糖酐，产品发酵周期和发酵效率都得到显著提升。蓝平[29]等对肠膜明串珠菌20074固定化载体和固定化条件进行了研究，使右旋糖酐产率高达81.6%。

2.3 新型蔗糖产品

2.3.1 无定形糖无定形糖也称变形糖、微晶糖，晶粒细微，是一种不经过分蜜的、干燥而松散的食糖，是用优质糖液制造且将糖液中的干固物全部一次回收的糖产品，产品得率最高。生产原理是蔗糖溶液可以保持很高的过饱和度而不起晶，然而一旦起晶，就会迅速进行下去；在结晶的同时放出一定的热量将母液中的水分大量蒸发掉。相比传统的结晶法生产流程大大简化，设备也简单很多[30]。英国Tate＆Lyle公司在70年代开发了一种制糖新工艺，产品称为转变糖，简称T糖，是由纯度90%以上的糖液制成，是微细的晶体，结构疏松，密度为0.4～0.9g/cm3，约为一般结晶糖的70%，流动性好，而且可以在生产过程中加入其它成分如咖啡、葡萄糖等，制成具有某些特色的产品。2004年，胡松青[31]等人利用共结晶技术夹带蜂蜜、甜菊糖、维生素等功能性食品配料或医药配料制备了一种功能性共结晶微聚糖品，组成微晶糖的蔗糖晶体微粒尺寸在10～25μm。

2.3.2 速溶糖日本生产的速溶糖称为Quick Sugar，简称Q糖，主要特点是精制提纯后的浓缩糖浆锤度在65～70゜Bx，再经过特殊的离心喷雾装置成粒状后经过进一步干燥筛选得到成品Q糖。美国生产的可压缩糖是广泛用于食品行业与制药行业的一种速溶糖，工艺是利用蔗糖混于淀粉糊精等进行物理化学改性的非晶形深加工新产品，不仅保留了蔗糖的色香味，还克服了蔗糖在片型制品中作为赋型剂时流动性差和硬度大等诸多缺点。德国BMA公司生产的聚凝糖也是一种速溶糖，生产步骤是先用磨碎机将精糖磨细，以流化床和潮湿的热空气吹起糖粉成为流化状态，随后经过流化干燥器和热风干燥，最后冷却和筛选即为成品[11]。

2.3.3 保健红糖类目前，市场上较为常见的保健红糖主要有姜汁红糖[32]、益母红糖[33]、产妇红糖[34]、阿胶红糖[35]、山楂红糖[36]和大枣红糖[37]等，这类红糖都是以原生态红糖为主要原、辅料与其他功能性食药同源的植物或提取物进行合理配伍，增强了红糖固有的养生、美容和延缓衰老等多种保健功效。

2.4 其他蔗糖类产品

2.4.1 蔗糖水凝胶蔗糖水凝胶可通过两步法制得，方法是以蔗糖在水解酶的作用下与乙烯基丙烯酸酯反应生成较为常见的含糖型丙烯酰酸酯水凝胶；另一种方法是蔗糖丙烯酸酯单体自由基在过氧化苯甲酰的引发下进行聚合反应，然后再以交联剂比如戊二醛进行交联作用得到蔗糖丙烯酸酯水凝胶[38]。目前，通过人工控制交联比率与初始凝胶单体浓度可以调制出凝胶特性范围较大、多孔性致密、亲水性强、安全性高、尺寸形状各异等特性的蔗糖水凝胶，这类凝胶不仅在工业上有着广泛的应用前景，更有望成为理想的药物释放载体、生物植入载体和选择性透过生物膜材质。

2.4.2 生物可降解塑料生物塑料价格一般为普通塑料价格的十倍以上，但这种可降解塑料的一个优点就是可在制造普通塑料的相同设备上进行加工。美国马萨诸塞州坎布里奇的Metabolix公司利用工程菌以蔗糖和糖蜜为理想碳源制造新颖的多羟基链烯衍生物（PHAs）生产产品名为Biopol生物塑料，这种塑料主要用于医学容器和其他附加值较高的应用方面[2]。据报道巴西圣保罗大学技术研究所等几家单位的科学家用碱性天然菌种发酵蔗糖生产聚羟基丁酸酯（PHB），再结合和天然纤维可应用于生产生物塑料，这种塑料可在自然界中快速降解，降解时间仅为普通塑料的百分之一，同时对环境不会造成污染[39]。

2.4.3 多聚蔗糖多聚蔗糖为一种交联蔗糖，是利用没有改性的蔗糖分子直接聚合得到的共聚物，分子量约400 kDa，在美国，运动体育饮料的一个专利（USP 5980968）把多聚蔗糖当成一种配料组分；在德国，商品名为Ficoll 400和Dormacoll的多聚蔗糖已经得到广泛使用，主要用于治疗剂和细胞分离的密度梯度剂；在印度，一种含铁的多聚蔗糖已上市，售价400美元/磅左右[38]；国内，天津大学的杨晶[40]以蔗糖为原料、环氧氯丙烷为交联剂，采用反相悬浮聚合法制备出平均粒径在200～500μm的多聚蔗糖凝胶微球。

2.4.4 硫糖铝硫糖铝全称是蔗糖硫酸酯铝盐，其中8个硫酸根蔗糖与碱性氢氧化铝分子间通过交联作用形成立体的桥形复合物，有显著的粘附性，可以大多带正电大分子蛋白、多肽类和金属等结合[41]。硫糖铝摄入后附着于胃肠粘膜表面，形成保护性屏障维持上皮细胞完整性，同时抑制幽门螺旋杆菌等致病菌的繁殖[42]。

3 结语

蔗糖是应用最广泛的食品配料，品种还有很多，国内对蔗糖的研发热潮一直居高不下。蔗糖深加工技术如改性、衍生和微生物转化等或是蔗糖与其他优势资源配伍制成的新糖类其功能性既优于蔗糖又满足不同人群对不同功能糖的需求。同时，随着我国现代食品加工技术、微生物应用技术、医药科学技术等发展壮大，将对蔗糖产业的提质发展、蔗糖产业链的推广延伸、蔗糖附加值扩大起着跨里程式的促进作用。

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