Высокофруктозный кукурузный сироп ( 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 на глюкозу ферментами. Для изготовления HFCS кукурузный сироп далее обрабатывается D-ксилозоизомеразой для преобразования части его глюкозы во фруктозу . HFCS был впервые выпущен на рынок в начале 1970-х годов компанией Clinton Corn Processing Company совместно с Японским агентством промышленной науки и технологий, где фермент был открыт в 1965 году. [3] : 5
В качестве подсластителя HFCS часто сравнивают с гранулированным сахаром , но производственные преимущества HFCS по сравнению с сахаром включают в себя то, что он дешевле. [4] «HFCS 42» и «HFCS 55» относятся к сухим весам фруктозы, содержащим 42% и 55% соответственно, остальное — глюкоза. [5] HFCS 42 в основном используется для обработанных пищевых продуктов и сухих завтраков , тогда как HFCS 55 в основном используется для производства безалкогольных напитков . [5]
Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) заявляет, что ему неизвестны доказательства того, что HFCS менее безопасен, чем традиционные подсластители, такие как сахароза и мед . [5] Использование и экспорт HFCS от американских производителей неуклонно росли в начале 21-го века. [6]
В Соединенных Штатах 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 отечественного сахара, импортные пошлины на импортный сахар и субсидии на кукурузу в США , что повышает цену сахарозы и снижает цену HFCS, создавая преимущество в стоимости производства среди подсластителей. [8] [9] Несмотря на то, что содержание фруктозы в HFCS 55 на 10% больше, [10] относительная сладость HFCS 55, наиболее часто используемого в безалкогольных напитках, [5] сопоставима со сладостью сахарозы. [8] HFCS обеспечивает преимущества в производстве продуктов питания и напитков, такие как простота рецептуры, стабильность и обеспечение эффективности обработки. [5] [8] [11]
HFCS (или стандартный кукурузный сироп ) является основным ингредиентом большинства марок коммерческого «блинового сиропа», как менее дорогой заменитель кленового сиропа . [12] Анализы для обнаружения фальсификации подслащенных продуктов с HFCS, таких как жидкий мед, используют дифференциальную сканирующую калориметрию и другие передовые методы тестирования. [13] [14]
В современном процессе кукуруза измельчается для извлечения кукурузного крахмала и используется процесс «кислотно-ферментный», в котором раствор кукурузного крахмала подкисляется, чтобы начать разрушение существующих углеводов . Высокотемпературные ферменты добавляются для дальнейшего метаболизма крахмала и преобразования полученных сахаров во фруктозу. [15] : 808–813 Первый добавляемый фермент — это альфа-амилаза , которая разрушает длинные цепи на более короткие сахарные цепи ( олигосахариды ). Глюкоамилаза смешивается и преобразует их в глюкозу. Полученный раствор фильтруется для удаления белка с помощью активированного угля . Затем раствор деминерализуется с помощью ионообменных смол . Затем этот очищенный раствор пропускают через иммобилизованную ксилозоизомеразу, которая превращает сахара в ~50–52% глюкозы с некоторыми непревращенными олигосахаридами и 42% фруктозы (HFCS 42), и снова деминерализуется и снова очищается с помощью активированного угля. Часть перерабатывается в HFCS 90 методом жидкостной хроматографии , а затем смешивается с HFCS 42 для получения HFCS 55. Ферменты, используемые в этом процессе, производятся путем микробной ферментации . [15] : 808–813 [3] : 20–22
HFCS на 24% состоит из воды, остальное 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 млрд долларов США в 2019 году до прогнозируемых 7,6 млрд долларов США в 2024 году. [19] [ сомнительно – обсудить ]
В Китае HFCS составляет около 20% спроса на подсластители. HFCS приобрел популярность из-за роста цен на сахарозу, при этом продаваясь за треть цены. Производство, по оценкам, достигло 4 150 000 тонн в 2017 году. Около половины всего произведенного HFCS экспортируется на Филиппины, в Индонезию, Вьетнам и Индию. [20]
В Европейском союзе (ЕС) HFCS известен как изоглюкозный или глюкозо-фруктозный сироп (GFS), который содержит 20–30% фруктозы по сравнению с 42% (HFCS 42) и 55% (HFCS 55) в Соединенных Штатах. [21] В то время как в США HFCS производится исключительно из кукурузы, производители в ЕС используют кукурузу и пшеницу для производства GFS. [21] [22] GFS когда-то подпадал под квоту на производство сахара, которая была отменена 1 октября 2017 года, сняв предыдущий предел производства в 720 000 тонн и разрешив производство и экспорт без ограничений. [22] Использование GFS в безалкогольных напитках ограничено в ЕС, поскольку у производителей нет достаточного запаса GFS, содержащего не менее 42% фруктозы. В результате безалкогольные напитки в основном подслащены сахарозой, которая содержит 50% фруктозы. [23]
В Японии HFCS также называют 異性化糖 (iseika-to; изомеризованный сахар). [24] Производство HFCS возникло в Японии после того, как государственная политика привела к росту цен на сахар. [25] Японский HFCS производится в основном из импортируемой из США кукурузы, а выпуск регулируется правительством. В период с 2007 по 2012 год доля HFCS на японском рынке подсластителей составляла 27–30%. [26] Япония потребила около 800 000 тонн HFCS в 2016 году . [27] Министерство сельского хозяйства США заявляет, что HFCS производится в Японии из американской кукурузы. Япония импортирует на уровне 3 миллионов тонн в год, что приводит к тому, что 20 процентов импорта кукурузы идет на производство HFCS. [25]
Мексика является крупнейшим импортером HFCS из США. [28] HFCS составляет около 27 процентов от 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%-ный налог на безалкогольные напитки и сиропы, не подслащенные тростниковым сахаром. Соединенные Штаты оспорили налог, обратившись во Всемирную торговую организацию (ВТО). 3 марта 2006 года ВТО вынесла решение в пользу США, сославшись на налог как на дискриминационный по отношению к импорту США HFCS без обоснования в соответствии с правилами ВТО. [32] [33]
Филиппины были крупнейшим импортером китайского HFCS. Импорт HFCS достигнет пика в 373 137 тонн в 2016 году. Жалобы от внутренних производителей сахара приведут к подавлению китайского экспорта. [20] 1 января 2018 года правительство Филиппин ввело налог в размере 12 песо (0,24 долл. США) на напитки, подслащенные HFCS, против 6 песо (0,12 долл. США) на напитки, подслащенные другими видами сахара. [34]
В Соединенных Штатах HFCS широко использовался в производстве продуктов питания с 1970-х годов до начала 21-го века, в первую очередь как замена сахарозе, поскольку его сладость была похожа на сахарозу, он улучшал качество производства, был проще в использовании и был дешевле. [8] Внутреннее производство HFCS увеличилось с 2,2 млн тонн в 1980 году до пика в 9,5 млн тонн в 1999 году. [35] Хотя использование HFCS примерно такое же, как и использование сахарозы в Соединенных Штатах, более 90% подсластителей, используемых в мировом производстве, составляют сахароза. [8]
Производство HFCS в Соединенных Штатах составило 8,3 млн тонн в 2017 году. [36] HFCS легче обрабатывать, чем гранулированную сахарозу, хотя часть сахарозы транспортируется в виде раствора. В отличие от сахарозы, HFCS не может быть гидролизован, но свободная фруктоза в HFCS может производить 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, прежде чем полностью перейти 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 момента пика в 37,5 фунтов (17,0 кг) на человека в 1999 году. Средний американец потреблял приблизительно 22,1 фунта (10,0 кг) HFCS в 2018 году [40] по сравнению с 40,3 фунта (18,3 кг) рафинированного тростникового и свекловичного сахара. [41] [42] Это снижение внутреннего потребления HFCS привело к толчку в экспорте продукта. В 2014 году экспорт HFCS оценивался в 436 миллионов долларов, что на 21% меньше за один год, при этом Мексика получила около 75% объема экспорта. [6]
В 2010 году Ассоциация переработчиков кукурузы обратилась в FDA с просьбой разрешить называть HFCS «кукурузным сахаром», но эта петиция была отклонена. [43]
90% импорта HFCS во Вьетнам поступает из Китая и Южной Кореи. Импорт составил бы 89 343 тонн в 2017 году. [44] Одна тонна HFCS стоила 398 долларов в 2017 году, в то время как одна тонна сахара стоила бы 702 доллара. HFCS имеет нулевой налог на импорт и не имеет квоты, в то время как сахарный тростник по квоте имеет налог 5%, а белый и нерафинированный сахар, не попавший под квоту, имеют налог 85% и 80%. [45] В 2018 году Ассоциация сахарного тростника и сахара Вьетнама (VSSA) призвала правительство вмешаться в текущую налоговую политику. [44] [45] По данным VSSA, сахарные компании сталкиваются с более жесткой политикой кредитования, что приводит к повышению риска банкротства компаний-членов ассоциации. [46]
HFCS состоит на 76% из углеводов и на 24% из воды, не содержит жиров, белков или микроэлементов в значительных количествах. В 100-граммовой порции содержится 281 калория , а в одной столовой ложке в 19 грамм содержится 53 калории.
Роль фруктозы в метаболическом синдроме была предметом споров, но по состоянию на 2022 год [обновлять]не существует научного консенсуса относительно того, что фруктоза или HFCS оказывают какое-либо влияние на кардиометаболические маркеры при замене сахарозы. [49] [50] Систематический обзор 2014 года обнаружил мало доказательств связи между потреблением HFCS и заболеваниями печени , уровнями ферментов или содержанием жира. [51]
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 . [52] 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, нерафинированный сахар, сироп, мед или концентраты фруктовых соков) в своем рационе до девяти чайных ложек в день для мужчин и шести для женщин. [53]
С 2014 года FDA США определило, что HFCS безопасен (GRAS) в качестве ингредиента для производства продуктов питания и напитков , [54] и нет никаких доказательств того, что розничные продукты HFCS отличаются по безопасности от тех, которые содержат альтернативные питательные подсластители. В рекомендациях по питанию для американцев 2010 года рекомендуется ограничить добавленные сахара в рационе. [4] [5]
Одной из проблем потребителей, связанных с HFCS, является то, что переработка кукурузы более сложна, чем переработка обычных источников сахара, таких как концентраты фруктового сока или нектар агавы , но все подсластители, полученные из сырья, включают в себя аналогичные этапы обработки: варку , гидролиз , обработку ферментами и фильтрацию, среди других обычных этапов производства подсластителей из натуральных источников. [4] В современном процессе изготовления HFCS используется этап «кислота-фермент», 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 фруктозу и глюкозу. Анализы, опубликованные в 2014 году, показали, что содержание фруктозы в HFCS было одинаковым во всех образцах из 80 случайно выбранных газированных напитков, подслащенных HFCS. [55]
Одной из проблем, вызывавших беспокойство при производстве, было то, содержит ли HFCS реактивные карбонильные соединения или конечные продукты гликирования, выделяющиеся в процессе обработки. [56] Однако эта проблема была отклонена доказательствами того, что HFCS не представляет диетического риска из-за этих соединений. [4]
Еще в 2004 году некоторые заводы, производящие HFCS, использовали метод хлорщелочной обработки кукурузы, который в случаях применения технологии ртутных ячеек для переработки кукурузного сырья оставлял следы ртути в некоторых партиях HFCS. [57] В пресс-релизе 2009 года [58] 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. [57]
Большинство стран, включая Мексику, используют сахарозу или столовый сахар в безалкогольных напитках. В США безалкогольные напитки, такие как Coca-Cola, обычно производятся с использованием HFCS 55. HFCS имеет более сладкий вкус, чем сахароза. Некоторые американцы ищут напитки, такие как мексиканская Coca-Cola в этнических продуктовых магазинах, потому что они предпочитают ее вкус, чем вкус подслащенной HFCS Coca-Cola. [59] [60] Кошерная Coca-Cola, продаваемая в США в период еврейского праздника Песах , также использует сахарозу вместо HFCS. [61]
В пчеловодстве в Соединенных Штатах HFCS является заменителем меда для некоторых управляемых колоний медоносных пчел в периоды, когда нектара мало. [62] [63] Однако, когда HFCS нагревается примерно до 45 °C (113 °F), гидроксиметилфурфурол , который токсичен для пчел, может образовываться в результате распада фруктозы. [64] [65] Хотя некоторые исследователи называют замену меда HFCS одним из многих факторов синдрома коллапса колонии , нет никаких доказательств того, что HFCS является единственной причиной. [62] [63] [66] По сравнению с ульевым медом, как HFCS, так и сахароза вызывали признаки недоедания у пчел, которых ими кормили, что проявилось в экспрессии генов, участвующих в метаболизме белков и других процессах, влияющих на здоровье медоносных пчел. [63]
Существуют различные проблемы с общественностью, связанные с HFCS, включая то, как продукты HFCS рекламируются и маркируются как «натуральные». В результате несколько компаний вернулись к производству с сахарозой (столовым сахаром) из продуктов, которые ранее производились с HFCS. [67] В 2010 году Ассоциация переработчиков кукурузы подала заявку на разрешение переименовать HFCS в «кукурузный сахар», но эта петиция была отклонена FDA в 2012 году. [68]
В августе 2016 года, стремясь удовлетворить потребителей, обеспокоенных проблемами со здоровьем, McDonald's объявила, что заменит весь HFCS в своих булочках на сахарозу (столовый сахар) и уберет консерванты и другие искусственные добавки из своего меню. [69] Мэрион Гросс, старший вице-президент McDonald's, заявила: «Мы знаем, что они [потребители] не чувствуют себя хорошо из-за кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы, поэтому мы даем им то, что они ищут вместо этого». [69] В начале 21-го века другие компании, такие как Yoplait , Gatorade и Hershey's , также отказались от HFCS, заменив его обычным сахаром, потому что потребители считали сахар более полезным. [70] [71] Такие компании, как PepsiCo и Heinz, также выпустили продукты, в которых вместо HFCS используется сахар, хотя они по-прежнему продают продукты, подслащенные HFCS. [67] [70]
Коммерческое производство кукурузного сиропа началось в 1964 году. [3] : 17 В конце 1950-х годов ученые из Clinton Corn Processing Company из Клинтона , штат Айова, попытались превратить глюкозу из кукурузного крахмала во фруктозу, но процесс, который они использовали, не был масштабируемым. [3] : 17 [72] В 1965–1970 годах Йошиюки Такасаки из Японского национального института передовой промышленной науки и технологии разработал термостабильный фермент ксилозоизомеразу из дрожжей. В 1967 году Clinton Corn Processing Company получила эксклюзивную лицензию на производство глюкозоизомеразы, полученной из бактерий Streptomyces , и начала поставлять раннюю версию HFCS в феврале 1967 года. [3] : 140 В 1983 году FDA признало HFCS «общепризнанным безопасным», и это решение было подтверждено в 1996 году. [73] [74]
До развития мировой сахарной промышленности диетическая фруктоза была ограничена всего 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 в США наблюдалось 25%-ное увеличение «добавленных сахаров» [75]. 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 имела торговую защиту в виде тарифов на сахар иностранного производства, [76] в то время как субсидии производителям кукурузы удешевляли основной ингредиент HFCS, кукурузу . Соответственно, промышленные потребители, ищущие более дешевые заменители сахара, быстро приняли HFCS в 1970-х годах. [77] [78]
Поскольку сахарный профиль кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы аналогичен профилю меда, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы было труднее обнаружить, пока в 1980-х годах не были разработаны новые тесты. Фальсификация меда продолжала развиваться, чтобы обойти методологию тестирования, требуя постоянного обновления методов тестирования.
Рекомендации AHA касаются всех добавленных сахаров, не выделяя какие-либо конкретные типы, такие как кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы.