Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы: производство и применение.

Введение

Переработанный кукурузный сироп

Высокофруктозный кукурузный сироп (HFCS), также известный как глюкозо-фруктозный сироп, изоглюкоза и глюкозо-фруктозный сироп, – это подсластитель, получаемый из кукурузного крахмала. Как и при производстве обычного кукурузного сиропа, крахмал расщепляется на глюкозу ферментами. Для получения HFCS кукурузный сироп дополнительно обрабатывается D-ксилозоизомеразой для превращения части глюкозы во фруктозу. HFCS впервые поступил в продажу в начале 1970-х годов компанией Clinton Corn Processing Company совместно с Японским агентством науки и технологий, где фермент был обнаружен в 1965 году. HFCS 42 в основном используется в переработанных пищевых продуктах и завтрачных хлопьях, а HFCS 55 – преимущественно для производства безалкогольных напитков. Несмотря на то, что содержание фруктозы в нем на 10% выше, относительная сладость HFCS 55, наиболее часто используемого в безалкогольных напитках,

HFCS (или стандартный кукурузный сироп) является основным ингредиентом в большинстве марок коммерческого "сиропа для блинов" как более дешевая замена кленовому сиропу. Для выявления фальсификации подслащенных продуктов, содержащих HFCS, таких как жидкий мед, используются методы дифференциальной сканирующей калориметрии и другие передовые методы анализа.

Процесс

В современном процессе кукурузу измельчают для извлечения кукурузного крахмала и используют процесс с применением "кислотных ферментов", при котором раствор кукурузного крахмала подкисляют для начала расщепления имеющихся углеводов. Высокотемпературные ферменты добавляются для дальнейшего метаболизма крахмала и превращения образовавшихся сахаров во фруктозу. Наиболее распространенные формы кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы (HFCS), используемые в производстве продуктов питания и напитков, содержат фруктозу в количестве 42% ("HFCS 42") или 55% ("HFCS 55") по сухому весу, как указано в Кодексе федеральных правил США (21 CFR 184.1866). HFCS 55 преимущественно используется в производстве газированных напитков.

Торговля и потребление

Ожидается, что мировой рынок высокофруктозного кукурузного сиропа (HFCS) вырастет с 5,9 млрд долларов в 2019 году до прогнозируемых 7,6 млрд долларов в 2024 году.

Китай

В Китае кукурузный фруктозный сироп составляет около 20% спроса на подсластители. Кукурузный фруктозный сироп стал популярен из-за роста цен на сахарозу, при этом его стоимость составляет треть от ее цены. В 2017 году объем производства оценивался в 4 150 000 тонн. Примерно половина всего произведенного кукурузного фруктозного сиропа экспортируется на Филиппины, в Индонезию, Вьетнам и Индию.

Европейский союз

В Европейском союзе (ЕС) кукурузный фруктозный сироп (КФС) известен как изоглюкоза или глюкозо-фруктозный сироп (ГФС), содержание фруктозы в котором составляет 20–30% по сравнению с 42% (КФС 42) и 55% (КФС 55) в Соединенных Штатах. В то время как в США КФС производят исключительно из кукурузы, производители в ЕС используют кукурузу и пшеницу для производства ГФС. Ранее производство ГФС было ограничено квотой на производство сахара, которая была отменена 1 октября 2017 года, сняв предыдущий лимит в 720 000 тонн и разрешив производство и экспорт без ограничений.

Япония

В Японии HFCS также называют изомеризированным сахаром. Производство HFCS в Японии возникло после того, как государственная политика привела к росту цен на сахар. Японский HFCS производится в основном из импортированной кукурузы из США, и производство регулируется правительством. В период с 2007 по 2012 год доля HFCS на японском рынке подсластителей составляла 27–30%. В 2016 году Япония потребила около 800 000 тонн HFCS. Министерство сельского хозяйства США заявляет, что HFCS производится в Японии из кукурузы из США. Япония импортирует 3 миллиона тонн в год, при этом 20% импорта кукурузы используется для производства HFCS. На HFCS приходится около 27% от общего потребления подсластителей, а в 2018 году Мексика импортировала 983 069 тонн HFCS. Мексиканская индустрия безалкогольных напитков переходит от сахара к HFCS, что, как ожидается, увеличит экспорт HFCS из США в Мексику, согласно отчету Службы иностранных сельскохозяйственных служб Министерства сельского хозяйства США. 1 января 2002 года Мексика ввела 20-процентный налог на напитки и сиропы, не подслащенные тростниковым сахаром. Соединенные Штаты оспорили этот налог, обратившись во Всемирную торговую организацию (ВТО). 3 марта 2006 года ВТО вынесла решение в пользу США, указав, что налог является дискриминационным по отношению к импорту HFCS из США и не имеет обоснования в соответствии с правилами ВТО.

Филиппины

Филиппины были крупнейшим импортером китайского кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы (КСФВ). Импорт КСФВ достиг пика в 373 137 тонн в 2016 году. Жалобы от отечественных производителей сахара привели к ужесточению контроля над китайским экспортом.

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах HFCS широко использовался в производстве продуктов питания с 1970-х годов до начала XXI века, главным образом в качестве замены сахарозы, поскольку его сладость была схожа с сахарозой, он улучшал качество производства, был проще в использовании и дешевле. Внутреннее производство HFCS увеличилось с 2,2 миллиона тонн в 1980 году до пика в 9,5 миллиона тонн в 1999 году. Хотя использование HFCS сопоставимо с использованием сахарозы в Соединенных Штатах, более 90% подсластителей, используемых в мировом производстве, приходится на сахарозу. С HFCS легче обращаться, чем с гранулированной сахарозой, хотя некоторая часть сахарозы транспортируется в виде раствора. В отличие от сахарозы, HFCS не поддается гидролизу, но свободная фруктоза в HFCS может образовывать гидроксиметилфураль при хранении при высоких температурах; эти различия наиболее заметны в кислых напитках. 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 к 1984 году полностью завершили переход. Крупные корпорации, такие как Archer Daniels Midland, лоббируют продолжение государственных субсидий на кукурузу. Потребление HFCS в США снизилось после достижения пика на душу населения в 1999 году. В 2018 году средний американец потреблял приблизительно HFCS, по сравнению с рафинированным тростниковым и свекловичным сахаром. Это снижение внутреннего потребления HFCS привело к активизации экспорта продукта. В 2014 году экспорт HFCS оценивался в 436 миллионов долларов США, что на 21% меньше, чем в предыдущем году, при этом около 75% объема экспорта приходилось на Мексику. В 2010 году Ассоциация переработчиков кукурузы подала петицию в FDA о том, чтобы называть HFCS «кукурузным сахаром», но петиция была отклонена.

Вьетнам

90% импорта высокофруктозного кукурузного сиропа (HFCS) во Вьетнам поступает из Китая и Южной Кореи. В 2017 году общий объем импорта составил 89 343 тонны. Цена одной тонны HFCS в 2017 году составляла 398 долларов США, в то время как одна тонна сахара стоила 702 доллара США. HFCS импортируется без таможенных пошлин и квот, в то время как на сахарный тростник, ввозимый в рамках квоты, действует пошлина в размере 5%, а на белый и сырой сахар, не подпадающий под квоту, – 85% и 80% соответственно. В 2018 году Ассоциация сахарного тростника и сахара Вьетнама (VSSA) обратилась к правительству с призывом пересмотреть текущую налоговую политику.

Питание

HFCS состоит из 76% углеводов и 24% воды, не содержит жиров, белков или значительного количества микроэлементов. В 100 граммах содержится 281 калория, а в одной столовой ложке объемом 19 граммов – 53 калории.

Ожирение и метаболический синдром

Роль фруктозы в метаболическом синдроме остаётся предметом дискуссий, но на данный момент нет научного консенсуса относительно влияния фруктозы или кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы (HFCS) на кардиометаболические показатели при замене сахарозы. Систематический обзор 2014 года показал незначительное количество доказательств связи между потреблением HFCS и заболеваниями печени, уровнем ферментов или содержанием жира. Обзор 2018 года показал, что снижение потребления сладких напитков и продуктов, содержащих фруктозу, может уменьшить накопление жира в печени, что связано с неалкогольной жировой болезнью печени. В 2018 году Американская кардиологическая ассоциация рекомендовала ограничить общее количество добавленного сахара (включая мальтозу, сахарозу, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, мелассу, тростниковый сахар, кукурузный подсластитель, сырой сахар, сироп, мёд или концентрированные фруктовые соки) в рационе до 9 чайных ложек в день для мужчин и 6 для женщин.

Опасения по поводу безопасности и производства

С 2014 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) признало кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы (HFCS) безопасным (GRAS) в качестве ингредиента при производстве продуктов питания и напитков, и нет данных, свидетельствующих о том, что розничные продукты, содержащие HFCS, отличаются по безопасности от продуктов с альтернативными питательными подсластителями. В "Диетических рекомендациях для американцев" за 2010 год рекомендовано ограничивать потребление добавленных сахаров в рационе. Ранее существовали опасения, связанные с возможностью содержания в HFCS реакционноспособных карбонильных соединений или продуктов поздней стадии гликирования, образующихся в процессе производства. Однако эти опасения были развеяны, поскольку доказано, что HFCS не представляет диетического риска с точки зрения этих соединений. В начале XXI века некоторые предприятия по производству HFCS использовали метод обработки кукурузы хлор-щелочным способом, который, при применении ртутной технологии для переработки кукурузного сырья, приводил к обнаружению следовых количеств ртути в отдельных партиях HFCS. В 2009 году Ассоциация переработчиков кукурузы заявила, что все предприятия американской промышленности по производству HFCS на протяжении нескольких предыдущих лет использовали процессы, не содержащие ртути, что делает предыдущие сообщения устаревшими. Кошерная Coca-Cola, продаваемая в США во время еврейского праздника Песах, также использует сахарозу вместо HFCS.

Пчеловодство

В пчеловодстве в Соединенных Штатах HFCS используется в качестве заменителя меда для некоторых управляемых пчелиных колоний в периоды недостатка нектара. Однако при нагревании HFCS до приблизительно 45 °C (113 °F) из фруктозы может образовываться гидроксиметилфурурал, который токсичен для пчел. Хотя некоторые исследователи указывают на замену меда HFCS как на один из многих факторов, способствующих разрушению пчелиных семей, нет доказательств того, что HFCS является единственной причиной этого явления. По сравнению с медом из улья, как HFCS, так и сахароза вызывали признаки недоедания у пчел, которых ими кормили, что проявлялось в экспрессии генов, участвующих в метаболизме белков и других процессах, влияющих на здоровье медоносных пчел. В 2010 году Ассоциация производителей кукурузного сиропа обратилась с просьбой разрешить переименовать HFCS в "кукурузный сахар", но в 2012 году FDA отклонила эту петицию. В августе 2016 года, стремясь удовлетворить потребителей, обеспокоенных своим здоровьем, McDonald's объявила о замене всего HFCS в своих булочках сахарозой (столовым сахаром) и об отказе от использования консервантов и других искусственных добавок в своих продуктах. Марион Гросс, старший вице-президент McDonald's, заявила: "Мы знаем, что потребители не испытывают положительных чувств по отношению к кукурузному сиропу с высоким содержанием фруктозы, поэтому мы предлагаем им то, что они ищут". Такие компании, как PepsiCo и Heinz, также выпустили продукты, в которых вместо HFCS используется сахар, хотя они продолжают продавать продукты, подслащенные HFCS. В конце 1950-х годов ученые из Clinton Corn Processing Company в Клинтоне, штат Айова, пытались превратить глюкозу из кукурузного крахмала во фруктозу, но использованный ими процесс был не масштабируемым. В 1965–1970 годах Йошиюки Такасаки из Японского национального института передовых промышленных наук и технологий разработал теплостабильный фермент ксилозоизомеразу из дрожжей. В 1967 году Clinton Corn Processing Company получила эксклюзивную лицензию на производство глюкозоизомеразы, полученной из бактерий Streptomyces, и начала поставки ранней версии HFCS в феврале 1967 года. До развития мировой сахарной промышленности содержание фруктозы в рационе было ограничено лишь несколькими продуктами. Молоко, мясо и большинство овощей, составлявшие основу многих ранних диет, не содержат фруктозы, а фрукты, такие как виноград, яблоки и черника, содержат лишь 5–10% фруктозы по весу. Однако большинство традиционных сухофруктов содержат около 50% фруктозы. С 1970 по 2000 год в США наблюдалось увеличение содержания "добавленных сахаров" на 25%. Когда HFCS был признан более дешевым и универсальным подсластителем, он заменил сахарозу в качестве основного подсластителя безалкогольных напитков в Соединенных Штатах. Субсидии производителям кукурузы удешевляют основной ингредиент HFCS – кукурузу. Соответственно, промышленные потребители, заинтересованные в более дешевых заменителях сахара, быстро перешли на использование HFCS в 1970-х годах.

In apiculture in the United States, HFCS is a honey substitute for some managed honey bee colonies during times when nectar is in low supply. However, when HFCS is heated to about 45 °C (113 °F), hydroxymethylfurfural, which is toxic to bees, can form from the breakdown of fructose. Although some researchers cite honey substitution with HFCS as one factor among many for colony collapse disorder, there is no evidence that HFCS is the only cause. Compared to hive honey, both HFCS and sucrose caused signs of malnutrition in bees fed with them, apparent in the expression of genes involved in protein metabolism and other processes affecting honey bee health. In 2010, the Corn Refiners Association applied to allow HFCS to be renamed "corn sugar," but that petition was rejected by the FDA in 2012. In August 2016, in a move to please consumers with health concerns, McDonald's announced that it would be replacing all HFCS in their buns with sucrose (table sugar) and would remove preservatives and other artificial additives from its menu items. Marion Gross, senior vice president of McDonald's stated, "We know that they [consumers] don't feel good about high fructose corn syrup so we're giving them what they're looking for instead." Companies such as PepsiCo and Heinz have also released products that use sugar in lieu of HFCS, although they still sell HFCS sweetened products. In the late 1950s, scientists at Clinton Corn Processing Company of Clinton, Iowa, tried to turn glucose from corn starch into fructose, but the process they used was not scalable. In 1965–1970, Yoshiyuki Takasaki, at the Japanese National Institute of Advanced Industrial Science and Technology developed a heat stable xylose isomerase enzyme from yeast. In 1967, the Clinton Corn Processing Company obtained an exclusive license to manufacture glucose isomerase derived from Streptomyces bacteria and began shipping an early version of HFCS in February 1967. Prior to the development of the worldwide sugar industry, dietary fructose was limited to only a few items. Milk, meats, and most vegetables, the staples of many early diets, have no fructose, and only 5–10% fructose by weight is found in fruits such as grapes, apples, and blueberries. Most traditional dried fruits, however, contain about 50% fructose. From 1970 to 2000, there was a 25% increase in "added sugars" in the U. S. When recognized as a cheaper, more versatile sweetener, HFCS replaced sucrose as the main sweetener of soft drinks in the United States. while subsidies to corn growers cheapen the primary ingredient in HFCS, corn. Accordingly, industrial users looking for cheaper sugar replacements rapidly adopted HFCS in the 1970s.