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【科普】关于糖的一切(2)-制糖工艺、蔗糖与果葡糖浆、果糖与健康

 

甘蔗收割一天后便会开始发酵,这促使种植园主为保证最大的效益,会命令奴隶以及雇工昼夜不停的进行工作

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起初甘蔗榨汁依靠人力后为畜力,经加入石灰进行沉降去杂,人工打砂后,倒入模型中成型

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早期的蔗糖原料主要来自于甘蔗,甘蔗主要生长在热带亚热带地区

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而英国法国德国等老牌资本主义国家,并不适合大规模种植甘蔗,蔗糖主要来自于南方的种植园。

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1811年,拿破仑战争时期由于贸易封锁,英国对法国切断了糖在内的商品交易。缺糖的法国迫切需要找到新的蔗糖来源。

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于是,甜菜糖登上了历史舞台。

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原产于欧洲西部和南部沿海的甜菜,拥有巨大的块根。

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1747年,德国化学家马格拉夫发现甜菜块根中含有蔗糖,但因为工业生产成本过高,甜菜糖并没有得到普及。

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半个多世纪之后,在缺糖的法国,博物学家和银行家本杰明·德拉瑟(Benjamin Delessert)成功降低了甜菜制糖的成本。仅仅3年,法国便成立了超过300家甜菜制糖厂。

甜菜制糖的春天并没有持续多久,1814年随着拿破仑的战败,英国与欧洲间的贸易封锁解除,来自英国种植园的廉价蔗糖重新冲入欧洲,甜菜制糖企业一不小心就要夭折。

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然而历史给了它第二次机会。19世纪30年代开始,英国的废奴运动让加勒比地区的甘蔗生产陷入了停滞,甜菜制糖产业的第二春来了。

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19世纪50年代,产自欧洲和俄国的甜菜糖占世界糖总产量的15%。到1880年,甜菜糖的产量已经超过甘蔗糖

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现代蔗糖生产已经高度机械化,主要原料为甘蔗和甜菜

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想要得到一袋纯净的糖,我们首先需要对原材料进行粗加工

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从农场采收的甘蔗经过初步清洗后,为了尽可能获取更多的糖分,我们将采集的甘蔗由机器绞碎,变成甘蔗汁和甘蔗渣的混合物,加热混合物并往里头加水,使得甘蔗中的糖分充分浸出。

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这样一份混合物还需要经过几轮压榨和过滤获得初步的糖汁,即糖浸出液。

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如果想要从采集的甜菜中获得同样的糖汁,我们一般把甜菜块根切成丝,加水加热(65-75℃),得到糖渗出液。

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上面得到的糖浸出液在传统手工工坊中一般持续熬煮,就能得到粗制的手工黑糖。

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但是现代工业中往往会将这一步得到的糖汁进一步分离出糖蜜和工业糖。

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如果将工业糖进行进一步的精炼,就得到我们常见的白砂糖,如果把糖蜜和工业糖按照不同比例混合,添加合适的辅料,则可以生产出特定口味的红糖,或者是黑糖。

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糖汁分离糖蜜和蔗糖,一般需要净制,蒸发,结晶、分蜜、干燥等工序。

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上一步得到的糖汁呈暗褐色,微酸性(PH6.0-6.5),易起泡沫。除含有12-16%的蔗糖外,还含有2%左右的多种非糖分

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我们首先在糖汁中第一次加入石灰乳,中和它的酸度,最大限度地凝聚和沉淀非糖分(主要是胶体等高分子物质)。

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非糖分杂质的存在会影响结晶,糖品质量并增加废蜜量和糖分损失。

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之后我们第二次加入过量的石灰乳,可以让非糖分杂质在强碱高温作用下分解。

经过两次添加石灰乳,我们在蒸发结晶之前还需要充入二氧化碳。

以双碳法为例(即对添加石灰乳的糖汁充入两次的二氧化碳)

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第一次充入二氧化碳和之前的氢氧化钙反应生成碳酸钙,多孔的碳酸钙可以很好的吸附之前的非糖分杂质。

过滤之后我们再次充入二氧化碳尽量减少糖汁中的氢氧化钙与钙盐。

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这一步得到的糖汁往往还需要充入二氧化硫进行漂白

此后得到的糖汁已经不再那么浑浊并漂浮着大量泡沫,我们对它进行多次蒸发。

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其中的蔗糖逐渐开始结晶,而残留的非糖分杂质并不能顺利的结晶。

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会影响部分蔗糖形成糖蜜。

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通过离心,将二者进行分离。

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经此流程我们便能得到目前市面上的流通的原料糖。

接下来我们来了解一下我们经常看到的另一种糖——果葡糖浆

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了解果葡糖浆和蔗糖的区别前,我们先来回顾一下初中化学知识

单糖中的葡萄糖和果糖,两种糖分子式相同但结构有差异,互为异构体

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而蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子的果糖以化学键结合

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麦芽糖则由两个葡萄糖分子组成

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我们更加熟悉的淀粉,则是一串巨长的葡萄糖链

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除此之外,大家还要跟我一起回忆一个小知识点

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在所有的天然糖中,果糖的甜度最高,甜度实际是一个比较值,一般把蔗糖的甜度看作1,而果糖的甜度为1.7,葡萄糖的甜度则为0.7

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我们说回上面的果葡糖浆,生产果葡糖浆最常见的原料就是你减肥时期,经常啃的玉米

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我们将玉米粉碎后加水加热提取其中的淀粉,也就是辣个巨长的葡萄糖链,再加入稀酸或者相应的酶(现代用酶,提高转化率),使其中间连接的化学键断裂

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最终得到麦芽糖浆,甚至再进一步得到葡萄糖浆,当然这个中间过程会产生一堆复杂的多糖,我们将其统称为糊精

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其中值得注意的是,整个过程中都没有出现过果糖分子

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我们所知的玉米糖浆,就是这个过程所产生的麦芽糖浆和一堆糊精的结合体

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老式玉米糖浆的历史可追溯至19世纪,但由于甜度不够,难以和蔗糖竞争

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高果糖玉米糖浆(HFCS)是在1957年由两位研究人员发明(里查德.奥.马歇尔(Richard O. Marshall) 和厄儿.库( Earl R. Kooi))

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工业上,会在上述将淀粉转化为葡萄糖的工艺基础上,进一步添加D-木糖异构酶,将葡萄糖异构为果糖,因转化效率问题( 其催化葡萄糖生成果糖反应的转化率为26%~59%),一般会得到42%的果糖

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而高果糖玉米糖浆(HFCS)最初创建的产品HFCS-42,就是由约42%的果糖和葡萄糖以及少量残留的糊精混合而成,甜度约等于蔗糖

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HFCS-42通过离子交换柱分离并保留更多果糖成分得到HFCS-90(约90%果糖),这个型号产品并没有用作甜味剂而是将其与HFCS-42混合生成HFCS-55(55%果糖)

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三种型号糖浆组成我们所知的高果糖玉米糖浆

高果糖浆的兴起源自美国历史上的一段时期,上世纪70年代,美国对蔗糖生产进行配额限制,进口蔗糖关税过高,使得食糖成本上升

而政府对玉米种植进行大量补贴,使得玉米产量过剩价格低廉,且液体糖浆运输方便。

食品制造商更愿意使用基于玉米的糖浆来省钱。

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(HFCS55(用于饮料中)HFCS42(用于发酵烘焙食品))

果葡糖浆开始逐渐步入大众生活。

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这是2009年,罗伯特教授发表的《糖:残酷的真相》演讲的观点

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罗伯特教授的结论听着有些极端,但其提出的果糖,在代谢过程中,对身体造成损伤的生物化学机制,我们可以客观来了解一下

葡萄糖和果糖因结构差异,在体内的代谢途径差异巨大

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葡萄糖作为身体主要能源物质可以直接对大脑、肌肉进行供能。

当你吃下一片面包时,淀粉转化为葡萄糖通过小肠吸收直接进入血液,只有20%的葡萄糖最终到达肝脏,而80%会被身体其它细胞利用

在这一过程中会刺激胰腺产生胰岛素,促使多余的葡萄糖作为糖原储存在肝脏和肌肉中

到达肝脏未被转化为糖原的葡萄糖会进一步代谢成丙酮酸,经过一系列转化最后参与脂肪酸的合成。

但肝脏并不希望很多脂肪储存,所以进一步把它们转化为VLDL(极低密度脂蛋白),储存在脂肪里。

这种物质不仅会让你发胖,实际上也是导致心脏疾病的重要因素。

但其实这也无需过度担心,由于只有20%的葡萄糖最终到达肝脏,其中又部分转化为糖原储存,只有很小比例转化为VLDL。

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所以日常食用米面作为主食,对健康影响并不大

但与葡萄糖不同的是,我们的身体不需要果糖

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果糖在肝脏内代谢

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它进入体内被代谢成丙酮酸,并进入线粒体。

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丙酮酸经过三羧酸循环,产生一堆柠檬酸,并转换成VLDL,这导致心脏疾病的风险增加,内脏脂肪的堆积。

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它作为游离脂肪酸离开肝细胞,导致肌肉胰岛素抵抗。

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当然并非所有脂肪都会出来,所以部分脂肪聚集于肝脏,这就是非酒精性脂肪肝。

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随后,JNK1被激活,导致炎症。

JNK1作用IRS-1受体导致胰岛素抗性。

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果糖会形成一种叫做木酮糖-5-磷酸的物质,进一步刺激“新脂肪酸合成”这个人体机制,导致更多的脂肪生成,这也解释了肥胖的流行。

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还有当它转化为果糖-1-磷酸时,会产生尿酸。尿酸会升高血压,导致高血压。

蔬菜,水果,蔗糖以及果葡糖浆中都含有果糖

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但天然植物中的纤维素可以降低肠道对果糖的吸收率,使肝脏可以较容易的处理,平稳和缓的果糖剂量。并且纤维还会增加饱腹感。

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而蔗糖和果葡糖浆含有的果糖比例差距不大(50%,55%),完全没必要把其中一方过度妖魔化,在健康问题上脂肪并不无辜,但糖的影响也应得到足够的重视。

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