Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы ( HFCS ), также известный как глюкозо-фруктозный , изоглюкозный и глюкозо-фруктозный сироп , [1] [2] представляет собой подсластитель, изготовленный из кукурузного крахмала . Как и при производстве обычного кукурузного сиропа , крахмал расщепляется ферментами до глюкозы. Чтобы получить HFCS, кукурузный сироп дополнительно обрабатывается D-ксилозоизомеразой, чтобы превратить часть глюкозы во фруктозу . HFCS впервые поступил на рынок в начале 1970-х годов компанией Clinton Corn Processing Company совместно с Японским агентством промышленных наук и технологий, где этот фермент был обнаружен в 1965 году. [3] :5
В качестве подсластителя HFCS часто сравнивают с сахаром-песком , но производственные преимущества HFCS перед сахаром заключаются в том, что он дешевле. [4] «HFCS 42» и «HFCS 55» относятся к композициям фруктозы по сухому весу с содержанием 42% и 55% соответственно, остальное составляет глюкоза. [5] HFCS 42 в основном используется для обработанных пищевых продуктов и сухих завтраков , тогда как HFCS 55 используется в основном для производства безалкогольных напитков. [5]
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) заявляет, что ему не известны доказательства того, что HFCS менее безопасен, чем традиционные подсластители, такие как сахароза и мед. [5] Использование и экспорт HFCS американскими производителями неуклонно росли в начале 21 века. [6]
В США HFCS входит в число подсластителей, которые в основном заменили сахарозу (столовый сахар) в пищевой промышленности. [7] [8] Факторы, способствующие увеличению использования HFCS в производстве продуктов питания, включают квоты на производство внутреннего сахара, импортные тарифы на импортный сахар и субсидии на кукурузу в США , повышение цен на сахарозу и снижение цен на HFCS, создание производственного - ценовое преимущество среди применений подсластителей. [8] [9] Несмотря на то, что содержание фруктозы на 10% выше, [10] относительная сладость HFCS 55, наиболее часто используемого в безалкогольных напитках, [5] сравнима со сладостью сахарозы. [8] HFCS обеспечивает преимущества при производстве продуктов питания и напитков, такие как простота рецептуры и стабильность, что обеспечивает эффективность обработки. [5] [8] [11]
HFCS (или стандартный кукурузный сироп ) является основным ингредиентом большинства марок коммерческого «сиропа для блинов» и является менее дорогим заменителем кленового сиропа . [12] В анализах для выявления фальсификации подслащенных продуктов HFCS, таких как жидкий мед, используется дифференциальная сканирующая калориметрия и другие передовые методы тестирования. [13] [14]
В современном процессе кукурузу измельчают для извлечения кукурузного крахмала и используют «кислотно-ферментный» процесс, при котором раствор кукурузного крахмала подкисляется, чтобы начать расщепление существующих углеводов. Добавляются высокотемпературные ферменты для дальнейшего метаболизма крахмала и преобразования полученных сахаров во фруктозу. [15] : 808–813 Первым добавленным ферментом является альфа-амилаза , которая расщепляет длинные цепи сахаров на более короткие ( олигосахариды ). Глюкоамилаза примешивается и превращает их в глюкозу. Полученный раствор фильтруют для удаления белка, затем с помощью активированного угля , а затем деминерализуют с помощью ионообменных смол . Затем очищенный раствор обрабатывают иммобилизованной ксилозоизомеразой, которая превращает сахара в ~ 50–52% глюкозы с некоторыми непреобразованными олигосахаридами и 42% фруктозы (HFCS 42), и снова деминерализуют и снова очищают с использованием активированного угля. Некоторое количество перерабатывается в HFCS 90 с помощью жидкостной хроматографии , а затем смешивается с HFCS 42 с образованием HFCS 55. Ферменты, используемые в этом процессе, производятся путем микробной ферментации . [15] : 808–813 [3] : 20–22
HFCS на 24% состоит из воды, остальное состоит в основном из фруктозы и глюкозы с 0–5% необработанных олигомеров глюкозы . [16]
Наиболее распространенные формы HFCS, используемые для производства продуктов питания и напитков, содержат фруктозу в количестве 42% («HFCS 42») или 55% («HFCS 55») по сухому весу, как описано в Своде федеральных правил США (21 CFR 184.1866). ). [5]
Ожидается, что мировой рынок HFCS вырастет с 5,9 миллиардов долларов в 2019 году до прогнозируемых 7,6 миллиардов долларов в 2024 году. [19] [ сомнительно ]
HFCS в Китае обеспечивает около 20% спроса на подсластители. HFCS приобрел популярность благодаря росту цен на сахарозу, при этом продается за треть цены. По оценкам, в 2017 году производство достигнет 4 150 000 тонн. Около половины всего произведенного HFCS экспортируется на Филиппины, Индонезию, Вьетнам и Индию. [20]
В Европейском Союзе (ЕС) HFCS известен как изоглюкоза или сироп глюкозы-фруктозы (GFS), который имеет содержание фруктозы 20–30% по сравнению с 42% (HFCS 42) и 55% (HFCS 55) в Соединенных Штатах. [21] Хотя в США HFCS производится исключительно из кукурузы, производители в ЕС используют кукурузу и пшеницу для производства GFS. [21] [22] СГФ когда-то подпадала под действие квоты на производство сахара, которая была отменена 1 октября 2017 года, в результате чего был снят предыдущий предел производства в 720 000 тонн и разрешено производство и экспорт без ограничений. [22] Использование GFS в безалкогольных напитках в ЕС ограничено, поскольку у производителей нет достаточного количества GFS, содержащего не менее 42% фруктозы. В результате безалкогольные напитки в основном подслащены сахарозой, в которой содержится 50% фруктозы. [23]
В Японии HFCS также называют изомеризованным сахаром. [24] Производство HFCS возникло в Японии после того, как государственная политика привела к росту цен на сахар. [25] Японский HFCS производится в основном из импортированной из США кукурузы, а производство регулируется правительством. За период с 2007 по 2012 год доля HFCS на японском рынке подсластителей составляла 27–30%. [26] В 2016 году Япония потребила около 800 000 тонн HFCS. [27] Министерство сельского хозяйства США заявляет, что HFCS производится в Японии из американской кукурузы. Япония импортирует на уровне 3 миллионов тонн в год, при этом 20 процентов импорта кукурузы приходится на производство HFCS. [25]
Мексика является крупнейшим импортером HFCS из США. [28] На долю HFCS приходится около 27 процентов общего потребления подсластителей, при этом Мексика импортировала 983 069 тонн HFCS в 2018 году. [29] [30] Мексиканская индустрия безалкогольных напитков переходит от сахара к HFCS, что, как ожидается, увеличит экспорт HFCS из США в Мексику. согласно отчету Службы зарубежного сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США. [31]
1 января 2002 года Мексика ввела 20% налог на безалкогольные напитки и сиропы, не подслащенные тростниковым сахаром. США оспорили налог, обратившись во Всемирную торговую организацию (ВТО). 3 марта 2006 года ВТО вынесла решение в пользу США, назвав этот налог дискриминационным по отношению к импорту HFCS в США, не оправданным правилами ВТО. [32] [33]
Филиппины были крупнейшим импортером китайского HFCS. Импорт HFCS достигнет пика в 373 137 тонн в 2016 году. Жалобы со стороны отечественных производителей сахара приведут к ужесточению китайского экспорта. [20] 1 января 2018 года правительство Филиппин ввело налог в размере 12 песо (0,24 доллара США) на напитки, подслащенные HFCS, по сравнению с 6 песо (0,12 доллара США) на напитки, подслащенные другими сахарами. [34]
В Соединенных Штатах HFCS широко использовался в производстве продуктов питания с 1970-х годов до начала 21 века, прежде всего в качестве замены сахарозы, поскольку его сладость была похожа на сахарозу, он улучшал качество производства, был проще в использовании и дешевле. [8] Внутреннее производство HFCS увеличилось с 2,2 миллиона тонн в 1980 году до пика в 9,5 миллионов тонн в 1999 году. [35] Хотя использование HFCS примерно такое же, как использование сахарозы в Соединенных Штатах, более 90% подсластителей, используемых в мировое производство – это сахароза. [8]
Производство HFCS в США в 2017 году составило 8,3 миллиона тонн. [36] HFCS легче обрабатывать, чем гранулированную сахарозу, хотя некоторое количество сахарозы транспортируется в виде раствора. В отличие от сахарозы, HFCS не может гидролизоваться, но свободная фруктоза в HFCS может образовывать гидроксиметилфурфурол при хранении при высоких температурах; эти различия наиболее заметны в кислых напитках. [37] Производители безалкогольных напитков, такие как Coca-Cola и Pepsi, продолжают использовать сахар в других странах, но перешли на HFCS для рынков США в 1980 году, а затем полностью перешли на него в 1984 году. [ 38] Крупные корпорации, такие как Archer Daniels Midland , лоббируют продолжение государственных субсидий на кукурузу. [39]
Потребление HFCS в США снизилось с тех пор, как оно достигло пика в 37,5 фунтов (17,0 кг) на человека в 1999 году. Средний американец потреблял примерно 22,1 фунта (10,0 кг) HFCS в 2018 году [40] по сравнению с 40,3 фунта (18,3 кг) HFCS в США. рафинированный тростниковый и свекловичный сахар. [41] [42] Это снижение внутреннего потребления HFCS привело к толчку к экспорту продукта. В 2014 году экспорт HFCS оценивался в 436 миллионов долларов США, что на 21% меньше за год, при этом Мексика получила около 75% объема экспорта. [6]
В 2010 году Ассоциация переработчиков кукурузы обратилась в FDA с просьбой назвать HFCS «кукурузным сахаром», но ходатайство было отклонено. [43]
90% импорта HFCS во Вьетнам поступает из Китая и Южной Кореи. В 2017 году импорт составит 89 343 тонны. [44] В 2017 году одна тонна HFCS стоила 398 долларов, а одна тонна сахара — 702 доллара. HFCS имеет ставку налога на импорт в размере 0 центов и не имеет квоты, в то время как сахарный тростник , на который распространяется квота, облагается налогом в размере 5%, а белый сахар и сахар-сырец, не подпадающий под квоту, облагаются налогом в размере 85% и 80%. [45] В 2018 году Вьетнамская ассоциация сахарного тростника и сахара (VSSA) призвала правительство вмешаться в текущую налоговую политику. [44] [45] По данным VSSA, сахарные компании сталкиваются с ужесточением кредитной политики, что приводит к повышенному риску банкротства компаний-членов ассоциации. [46]
HFCS на 76% состоит из углеводов и на 24% из воды, не содержит жиров, белков и микроэлементов в значительных количествах. В стандартном количестве 100 граммов содержится 281 калория , а в одной столовой ложке весом 19 граммов — 53 калории.
Роль фруктозы при метаболическом синдроме была предметом споров, но по состоянию на 2022 год [обновлять]не существует научного консенсуса о том, что фруктоза или HFCS оказывают какое-либо влияние на кардиометаболические маркеры при замене сахарозы. [47] [48] Систематический обзор 2014 года обнаружил мало доказательств связи между потреблением HFCS и заболеваниями печени , уровнем ферментов или содержанием жира. [49]
Обзор 2018 года показал, что снижение потребления сладких напитков и продуктов с фруктозой может уменьшить накопление жира в печени, что связано с неалкогольной жировой болезнью печени . [50] В 2018 году Американская кардиологическая ассоциация рекомендовала людям ограничить общее количество добавленного сахара (включая мальтозу, сахарозу, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, патоку, тростниковый сахар, кукурузный подсластитель, сахар-сырец, сироп, мед или концентраты фруктовых соков) в их диета до 150 калорий в день для мужчин и 100 для женщин. [51]
С 2014 года FDA США установило, что HFCS безопасен ( GRAS) в качестве ингредиента для производства продуктов питания и напитков [52] , и нет никаких доказательств того, что розничные продукты HFCS отличаются по безопасности от продуктов, содержащих альтернативные питательные подсластители. Диетические рекомендации для американцев 2010 года рекомендовали ограничить добавленный сахар в рационе. [4] [5]
Одна из проблем потребителей в отношении HFCS заключается в том, что обработка кукурузы более сложна, чем обработка обычных источников сахара, таких как концентраты фруктовых соков или нектар агавы , но все подсластители, полученные из сырья , включают аналогичные этапы обработки: измельчение , гидролиз , обработку ферментами и фильтрация, среди других распространенных этапов производства подсластителей из натуральных источников. [4] В современном процессе производства HFCS используется «кислотно-ферментный» этап, на котором раствор кукурузного крахмала подкисляется для переваривания существующих углеводов, затем добавляются ферменты для дальнейшего метаболизма кукурузного крахмала и преобразования полученных сахаров в их составляющие фруктоза и глюкоза. Анализы, опубликованные в 2014 году, показали, что содержание фруктозы в HFCS было одинаковым в образцах из 80 случайно выбранных газированных напитков, подслащенных HFCS. [53]
Одной из первоочередных проблем в производстве было то, содержит ли HFCS реакционноспособные карбонильные соединения или конечные продукты гликирования, образующиеся в процессе переработки. [54] Однако это беспокойство было отклонено, поскольку были получены доказательства того, что HFCS не представляет никакого диетического риска со стороны этих соединений. [4]
В начале 21 века некоторые заводы, производящие HFCS, использовали хлор-щелочной метод обработки кукурузы, который в случае применения технологии ртутных элементов для переваривания кукурузного сырья оставлял следы ртути в некоторых партиях HFCS. [55] В выпуске 2009 года [56] Ассоциация переработчиков кукурузы заявила, что все заводы в американской промышленности по производству HFCS использовали безртутную обработку в течение нескольких предыдущих лет, что делает предыдущий отчет устаревшим. [55]
В большинстве стран, включая Мексику, в безалкогольных напитках используется сахароза или столовый сахар. В США безалкогольные напитки, такие как Coca-Cola, обычно производятся с использованием HFCS 55. HFCS имеет более сладкий вкус, чем сахароза. Некоторые американцы ищут такие напитки, как мексиканская кока-кола, в этнических продуктах питания, потому что они предпочитают вкус кока-колы, подслащенной HFCS. [57] [58] Кошерная кока-кола, продаваемая в США в преддверии еврейского праздника Песах , также использует сахарозу, а не HFCS. [59] [ неработающая ссылка ]
В пчеловодстве США HFCS является заменителем меда для некоторых управляемых семей медоносных пчел в периоды, когда нектара не хватает. [60] [61] Однако при нагревании HFCS примерно до 45 °C (113 °F) в результате распада фруктозы может образовываться гидроксиметилфурфурол , который токсичен для пчел. [62] [63] Хотя некоторые исследователи называют замену меда HFCS одним из многих факторов расстройства коллапса колонии , нет никаких доказательств того, что HFCS является единственной причиной. [60] [61] [64] По сравнению с ульевым медом, как HFCS, так и сахароза вызывали признаки недостаточности питания у пчел, которых кормили ими, что проявлялось в экспрессии генов, участвующих в белковом обмене и других процессах, влияющих на здоровье медоносных пчел. [61]
Существуют различные проблемы с общественностью, связанные с HFCS, в том числе то, как продукты HFCS рекламируются и маркируются как «натуральные». Как следствие, несколько компаний вернулись к производству сахарозы (столового сахара) из продуктов, которые ранее производились с использованием HFCS. [65] В 2010 году Ассоциация переработчиков кукурузы подала заявку на разрешение переименовать HFCS в «кукурузный сахар», но это ходатайство было отклонено FDA в 2012 году. [66]
В августе 2016 года, стремясь угодить потребителям, заботящимся о своем здоровье, McDonald's объявил, что заменит все HFCS в своих булочках на сахарозу (столовый сахар) и уберет консерванты и другие искусственные добавки из своего меню. [67] Мэрион Гросс, старший вице-президент McDonald's, заявила: «Мы знаем, что они [потребители] недовольны кукурузным сиропом с высоким содержанием фруктозы, поэтому вместо этого мы даем им то, что они ищут». [67] В начале 21 века другие компании, такие как Yoplait , Gatorade и Hershey's , также постепенно отказались от HFCS, заменив его обычным сахаром, поскольку потребители считали сахар более полезным для здоровья. [68] [69] Такие компании, как PepsiCo и Heinz, также выпустили продукты, в которых вместо HFCS используется сахар, хотя они по-прежнему продают продукты, подслащенные HFCS. [65] [68]
Коммерческое производство кукурузного сиропа началось в 1964 году. [3] : 17 В конце 1950-х годов ученые из Clinton Corn Processing Company в Клинтоне , штат Айова, попытались превратить глюкозу из кукурузного крахмала во фруктозу, но использованный ими процесс не был масштабируемым. [3] : 17 [70] В 1965–1970 годах Ёсиюки Такасаки из Японского национального института передовых промышленных наук и технологий разработал термостабильный фермент ксилозоизомеразу из дрожжей. В 1967 году компания Clinton Corn Processing Company получила эксклюзивную лицензию на производство глюкозо- изомеразы , полученной из бактерий Streptomyces , и в феврале 1967 года начала поставки ранней версии HFCS . », и это решение было подтверждено в 1996 году. [71] [72]
До развития мировой сахарной промышленности употребление фруктозы в рационе ограничивалось лишь несколькими продуктами. Молоко, мясо и большинство овощей, основные продукты многих ранних диет, не содержат фруктозы, и только 5–10% фруктозы по весу содержится в таких фруктах, как виноград, яблоки и черника. Однако большинство традиционных сухофруктов содержат около 50% фруктозы. С 1970 по 2000 год количество «добавленных сахаров» в США увеличилось на 25% [73] . Когда HFCS был признан более дешевым и универсальным подсластителем, он заменил сахарозу в качестве основного подсластителя безалкогольных напитков в Соединенных Штатах. [8]
С 1789 года сахарная промышленность США пользуется торговым протекционизмом в виде тарифов на сахар иностранного производства, [74] в то время как субсидии производителям кукурузы удешевляют основной ингредиент HFCS, кукурузу . Соответственно, промышленные потребители, ищущие более дешевые заменители сахара, быстро начали использовать HFCS в 1970-х годах. [75] [76]
Поскольку профиль сахара в кукурузном сиропе с высоким содержанием фруктозы аналогичен профилю сахара в меде, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы было труднее обнаружить, пока в 1980-х годах не были разработаны новые тесты. Фальсификация меда продолжает развиваться, чтобы обойти методологию тестирования, что требует постоянного обновления методов тестирования.
Рекомендации AHA сосредоточены на всех добавленных сахарах, не выделяя какие-либо конкретные виды, такие как кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы.