Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы

Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы (КСВСФ, англ. High-fructose corn syrup, HFCS) — это пищевой подсластитель, получаемый из кукурузного крахмала путём ферментативного гидролиза и частичной изомеризации глюкозы во фруктозу. Представляет собой смесь глюкозы и фруктозы в различных пропорциях, наиболее распространённые варианты содержат 42 % или 55 % фруктозы. Используется в пищевой промышленности как заменитель сахарозы (тростникового или свекловичного сахара) благодаря низкой стоимости, высокой сладости и технологическим свойствам.

История

Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы был впервые разработан в Японии в 1960-х годах. В 1966 году японский учёный Ёсиюки Такасаки получил патент на процесс изомеризации глюкозы во фруктозу с использованием фермента глюкозоизомеразы. Промышленное производство началось в Японии в 1970 году.

В Соединённых Штатах КСВСФ начали производить в 1972 году, когда компания Clinton Corn Processing Company (штат Айова) запустила первую промышленную линию. Широкое распространение подсластитель получил в 1970–1980-х годах, что было связано с несколькими факторами: введением в США импортных квот на сахар, повышением тарифов на тростниковый сахар, а также субсидированием производства кукурузы. В результате КСВСФ стал значительно дешевле сахарозы, что стимулировало его использование в производстве безалкогольных напитков, кондитерских изделий, соусов и других продуктов.

В России КСВСФ не получил широкого распространения в качестве массового подсластителя, в основном из-за традиционного использования свекловичного сахара и меньшей доли кукурузного крахмала в структуре сельскохозяйственного производства. Однако отдельные партии сиропа импортируются для использования в специализированных продуктах.

Химический состав и производство

Сырьё

Основным сырьём для производства КСВСФ служит кукурузный крахмал, который получают из зёрен кукурузы. В процессе переработки кукурузы выделяют крахмал, который затем гидролизуют.

Технологический процесс

Производство включает несколько этапов:

1. Гидролиз крахмала. Крахмал нагревают с кислотой или ферментами (α-амилаза, глюкоамилаза), в результате чего длинные цепи крахмала расщепляются до глюкозы. Получается кукурузный сироп с высоким содержанием глюкозы (обычно около 95 % глюкозы).
2. Изомеризация. Глюкозу пропускают через колонны с иммобилизованным ферментом глюкозоизомеразой. При этом часть глюкозы (около 42 %) превращается во фруктозу. Получается сироп с содержанием фруктозы 42 % (HFCS-42).
3. Фракционирование. Для получения сиропа с более высоким содержанием фруктозы (55 %) применяют хроматографическое разделение, обогащая фракцию фруктозой. Полученный продукт смешивают с HFCS-42 для достижения нужной концентрации.
4. Очистка и концентрирование. Сироп очищают от примесей, обесцвечивают активированным углём, фильтруют и концентрируют выпариванием до содержания сухих веществ 70–80 %.

Виды КСВСФ

В промышленности различают два основных типа:

• HFCS-42 — содержит 42 % фруктозы, 53 % глюкозы и 5 % других сахаров (мальтоза, олигосахариды). Используется в хлебобулочных изделиях, джемах, соусах и некоторых напитках.
• HFCS-55 — содержит 55 % фруктозы, 42 % глюкозы и 3 % других сахаров. Применяется в основном в безалкогольных напитках, так как по сладости близок к сахарозе.

Реже встречается HFCS-90 (90 % фруктозы), который используется как добавка для повышения сладости в смесях.

Свойства

Физико-химические свойства

КСВСФ представляет собой вязкую жидкость от бесцветного до светло-жёлтого цвета. Он хорошо растворим в воде, обладает высокой гигроскопичностью (способностью удерживать влагу), что важно для сохранения свежести выпечки. Сладость КСВСФ зависит от содержания фруктозы: HFCS-55 примерно равен по сладости сахарозе, HFCS-42 — несколько менее сладок.

Сравнение с сахарозой

Сахароза (обычный столовый сахар) представляет собой дисахарид, состоящий из глюкозы и фруктозы, соединённых химической связью. В организме человека сахароза расщепляется ферментом сахаразой на глюкозу и фруктозу. КСВСФ содержит те же моносахариды, но в свободном виде, что может влиять на скорость их всасывания. Однако современные исследования показывают, что метаболические эффекты КСВСФ и сахарозы при равном потреблении практически идентичны.

Применение

КСВСФ широко используется в пищевой промышленности, особенно в США, где он составляет до 40 % от общего потребления подсластителей (по данным Министерства сельского хозяйства США). Основные области применения:

• Безалкогольные напитки — газированные напитки, фруктовые соки, энергетические напитки (HFCS-55).
• Кондитерские изделия — конфеты, печенье, торты, мороженое.
• Хлебобулочные изделия — хлеб, булочки, кексы (HFCS-42).
• Соусы и приправы — кетчуп, майонез, заправки для салатов.
• Консервированные фрукты и джемы — для сохранения текстуры и предотвращения кристаллизации сахара.
• Молочные продукты — йогурты, творожные десерты.

В России КСВСФ применяется ограниченно, в основном в импортных продуктах и в производстве некоторых видов кондитерских изделий. Российские производители чаще используют сахарозу, глюкозно-фруктозные сиропы из пшеницы или картофеля.

Влияние на здоровье

Метаболизм

Фруктоза, входящая в состав КСВСФ, метаболизируется в печени иначе, чем глюкоза. Она не стимулирует выделение инсулина и не влияет на уровень лептина (гормона насыщения) так же, как глюкоза. При избыточном потреблении фруктоза может способствовать накоплению жира в печени (липогенез) и повышению уровня триглицеридов в крови.

Споры и исследования

С конца XX века КСВСФ стал объектом многочисленных дискуссий о его потенциальном вреде для здоровья. Некоторые исследования связывали рост потребления КСВСФ с эпидемией ожирения, диабета 2 типа и сердечно-сосудистых заболеваний в США. Однако последующие мета-анализы (например, работа Rippe и Angelopoulos, 2016) показали, что при равном потреблении калорий КСВСФ не более вреден, чем сахароза. Основной проблемой является избыточное потребление добавленных сахаров в целом, а не конкретного подсластителя.

Регулирование

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует ограничивать потребление свободных сахаров (включая КСВСФ) до менее 10 % от общей калорийности рациона, а для дополнительной пользы — до 5 %. В России Роспотребнадзор не выделяет КСВСФ в отдельную категорию риска, но рекомендует ограничивать потребление добавленных сахаров в соответствии с нормами здорового питания.

Экономическое значение

КСВСФ является важным продуктом агропромышленного комплекса США. По данным USDA, в 2022 году объём производства КСВСФ в США составил около 8,5 млн тонн. Основные производители — компании Archer Daniels Midland (ADM), Cargill, Ingredion. Цена КСВСФ исторически ниже цены сахарозы, что делает его привлекательным для производителей продуктов питания.

В России собственное производство КСВСФ незначительно, но существует производство глюкозно-фруктозных сиропов из других видов сырья (например, из пшеницы компанией «Русский сахар»). Импорт КСВСФ в Россию в 2023 году составил около 15 тыс. тонн, в основном из стран ЕС и Китая.

Интересные факты

• В 2004 году американский исследователь Джордж Брей опубликовал статью, в которой предположил, что рост потребления КСВСФ коррелирует с ростом ожирения в США. Эта работа вызвала широкий общественный резонанс и привела к снижению использования КСВСФ в некоторых продуктах.
• В 2010 году Американская ассоциация производителей кукурузного сиропа (Corn Refiners Association) безуспешно пыталась переименовать КСВСФ в «кукурузный сахар» для улучшения имиджа продукта.
• В Европейском союзе КСВСФ используется реже, чем в США, из-за высоких тарифов на импорт кукурузы и квот на производство сахара.

Источники

• Rippe J. M., Angelopoulos T. J. «Sucrose, High-Fructose Corn Syrup, and Fructose, Their Metabolism and Potential Health Effects: What Do We Really Know?» // Advances in Nutrition, 2016.
• Bray G. A., Nielsen S. J., Popkin B. M. «Consumption of high-fructose corn syrup in beverages may play a role in the epidemic of obesity» // American Journal of Clinical Nutrition, 2004.
• Данные Министерства сельского хозяйства США (USDA) о производстве и потреблении подсластителей, 2022.
• Всемирная организация здравоохранения. «Рекомендации по потреблению сахаров для взрослых и детей», 2015.
• «Производство кукурузного крахмала и сиропов в России» // Аналитический обзор «Агроинвестор», 2023.