El xarop de blat de moro alt en fructosa (en anglès: high-fructose corn syrup (HFCS)—també anomenat fructose-glucose syrup és un edulcorant a base de midó de blat de moro. De manera general, el midó és un polisacàrid format per glucosa i quan s'hidrolitza i es dissocia, obtenim molècules individuals de glucosa que donen lloc al xarop de blat de moro. Per arribar a obtenir el HFCS, cal convertir part d'aquesta glucosa en fructosa mitjançant la glucosa isomerasa, la qual li proporciona la dolçor desitjada, estructura de les quals s'observa a la imatge. miniatura|Estructura de la fórmula de la fructosa (dreta) i glucosa (esquerra).
Se sol utilitzar com a substitució del sucre tradicional, que és la sacarosa, gràcies a la seva dolçor comparable, a la millor estabilitat i funcionalitat i a la facilitat d'ús. Es va introduir en els aliments el 1970 als Estats Units a causa de l'augment dels costos de sucre de canya i remolatxa.
Segons la quantitat de fructosa que conté, hi ha diferents formulacions del HFCS i presenten aplicacions diferents. Es poden trobar en aliments (cereals, postres, sopes...), begudes carbonatades (com la Coca-Cola) i no carbonatades (sucs), productes farmacèutics, indústria làctica (iogurt, ou, llet aromatitzada, gelats, postres congelats) i pinso.
Amèrica del Nord és el major consumidor mundial de HCFS ja que el blat de moro és el cultiu més rendible i dominant. Aquest augment de consum ha coincidit amb un augment en la incidència de malalties com la obesitat, diabetis de tipus 2 i altres malalties cardiovasculars i metabòliques. Per tant, s'ha especulat que pot provocar diverses anomalies, però no s'ha demostrat cap mena de convenciment sobre que es tractés d'un risc significatiu per a la salut.
Història Davant la gran necessitat del mercat dels dels anys 50 per produir edulcorants més barats que la sacarosa, es va realitzar una cerca d'alternatives. Per aquesta raó, al 1957 com a resposta a la irregular producció de sucre a Cuba, Clinton Corn Processing Company (Clinton, IA) amb els investigadors Richard Marshall i Earl Kooi desenvolupen un procés mitjançant enzims microbians de Pseudomonas hydrophila que permetien isomeritzar en condicions molt concretes la glucosa del blat de moro a fructosa. El producte que s'obtenia era de gran qualitat però no era potent a escala industrial ja que necessitava cofactors tòxics i temperatures baixes i estables.
El científic de l'Agència Japonesa de Ciència i Tecnologia Industrial (AIST) Yoshiyuki Takasaki va aïllar al 1965 un enzim estable a la calor (xilosa isomerasa) de Streptomyces sp. A partir d'aquest enzim, AIST va poder realitzar a l'any següent la producció comercial de fructosa a partir de la glucosa, inicialment a petita escala. miniatura|295x295px|Consum per capita dels diferents sucres i edulcorants amb base de blat de moro als Estats Units Dos anys més tard, al 1967 AIST i Clinton formen una empresa conjunta per ampliar el procés on Clinton utilitza un enzim líquid en batch per obtenir el primer HFCS comercial que contenia només un 15% de fructosa. L'enzim que es va utilitzar era una glucosa isomerasa que derivava del Streptomyces sp. de la qual AIST i Clinton en tenien una llicència exclusiva. Ja a l'any següent, al 1968, a partir d'un enzim líquid i immobilitzat combinat en procés per lots, Clinton produeix HFCS amb un 42% de fructosa (HFCS de “primera generació”). Finalment, ja al 1972, Clinton aconsegueix produir un HFCS del 42% a partir d'un enzim immobilitzat en el primer procés continu.
Els avenços en tecnologia porten a la millora del procés i és per això que al 1978 la introducció de la separació cromatogràfica de la fructosa i la glucosa permet la producció d'HFCS amb un 55% de fructosa (“segona generació ”HFCS). A partir d'aquest punt es comença a proposar la total substitució de la sacarosa dels productes edulcorats per HFCS. Aquest fet s'aconsegueix l'any 1984 quan productes com la Coca-Cola i Pepsi incorporen un 100% de HFCS. Finalment, al 1987 Staley comença la primera producció de fructosa cristalina a gran escala sota llicència de Finnsugar on el procés s'adapta de la matèria primera de remolatxa sucrera a la maicena.
Composició El HFCS està compost per monosacàrids de glucosa i fructosa, els quals passen un procés d'hidròlisi química i enzimàtica del blat de moro que conté amilosa i amilopectina per obtenir el xarop de blat de moro. Aquest xarop conté majoritàriament glucosa i gràcies a la glucosa isomerasa s'isomeritza part de la glucosa a fructosa Segons el contingut en fructosa, és a dir, de quanta glucosa s'ha isomeritzat, hi ha diferents formulacions del HFCS que tenen un contingut d'humitat d'entre 23 i 29%. Les principals i més abundants són:
HFCS-90: Conté un 90% de fructosa i el 10% restant és glucosa. S'utilitza en aplicacions més especialitzades però sobre tot per obtenir les altres formulacions de HFCS en barrejar-se amb xarop de glucosa. HFCS-42: Conté un 42% en fructosa, un 53% en glucosa i un 5% correspon a altres sucres i polisacàrids. HFCS-42 té una dolçor suau i no emmascara els sabors naturals dels aliments. Per tant, s'utilitza àmpliament en conserves de fruites, salses, sopes, condiments, productes de forn i molts altres aliments processats. La indústria làctia també l'utilitza molt en el iogurt, l'ou, les llets aromatitzades, els gelats i altres postres congelats. HFCS-55: Conté un 55% de contingut en fructosa, un 42% en glucosa i l'altre 3% representa altres sucres o polisacàrids. Com que presenta un contingut més elevat de fructosa respecte la sacarosa, la qual conté fructosa i glucosa en quantitats iguals (50%), és més dolç i, per tant, s'utilitza àmpliament com a edulcorant en begudes suaus, sucs i carbonatades.
A més, també conté certes quantitats de riboflavina, niacina, àcid pantotènic, àcid fòlic, vitamina C, calci, ferro, magnesi, fòsfor, potassi, sodi i zinc. Per tant, el HFCS no és significativament diferent en la composició o metabolisme d'altres sucres com la sacarosa, la mel o els concentrats de sucs. +Composició de les dues formulacions més utilitzades de HFCSComponentHFCS-42HFCS-55Fructosa42 %55%Glucosa53%42%Altres5%3%Humitat29%23% Procés de producció miniatura|346x346px|Procés de producció dels HFCS segons el percentatge de fructosa. Durant la producció de HFCS, la matèria primera es cull i s'envia per continuar amb el procés de molta del blat de moro que consta d'una etapa de neteja en el qual el blat de moro es submergeix en aigua durant un temps determinat, amb una addició posterior de SO₂. El diòxid de sofre és un antioxidant que conserva l'aroma i el color durant més temps, controla el creixement microbià i ajusta el pH. A més, la sulfitació contribueix a l'estovament del gra ja que l'impregna desnaturalitzant la matriu de gluten que ancora els grànuls de midó al seu lloc. Per obtenir midó d'alta puresa calen processos posteriors per separar el midó del casc i del germen que conté oli. Aquests processos són la trituració, molta, centrifugació i rentat.
Per a la hidròlisi del midó calen transformacions enzimàtiques. Aquestes transformacions s'utilitzen per reduir la mida dels carbohidrats d'alt pes molecular i per a la conversió d'un sucre a un altre. Cal ajustar el pH i la temperatura per adaptar-se als òptims enzimàtics, optimitzar les velocitats de reacció i perllongar la vida útil dels enzims. Aquestes transformacions es divideixen en tres passos:
Liqüefacció: En el primer pas, el midó de blat de moro s'hidrolitza mitjançant α- o β-amilasa termoestable per produir oligosacàrids. Durant aquest procés, s'han de controlar molts factors, com ara la temperatura, el pH, els sòlids i la concentració de calci. Es recomana mantenir el nivell de sòlids entre el 30% i el 35%, mentre que el pH s'ha de controlar fins al 5,8 - 6,5. Així mateix, el calci s'utilitza com a cofactor per millorar la termoestabilitat de l'amilasa. La temperatura escollida per al tractament s'ha de seleccionar sobre la base de la font d'enzims. Per exemple, l'amilasa de Bacilus licheniformis és molt termoestable i s'utilitza una temperatura superior a 100 °C. Sacarificació: Es produeix amb l'enzim glucoamilasa que despolimeritza oligòmers per produir glucosa. A continuació, l'hidrolitzat sacarificat es clarifica i purifica mitjançant filtració per carbó actiu, cromatografia d'intercanvi iònic i evaporació. Isomerització: La isomerització de la glucosa en fructosa la duu a terme l'enzim glucosa isomerasa immobilitzada. Inicialment es feia una isomerització alcalina però comportava una descomposició dels sucres ja que no era suficient estable. Enzimàticament això ja no passa. Després d'aquests tres passos de tractament enzimàtic es fa una purificació mitjançant filtració per carbó actiu, cromatografia d'intercanvi iònic i evaporació i així s'obté el producte comercial HFCS-42. Si aquest producte comercial s'enriqueix amb una cromatografia en llit mòbil obtenim la HFCS-90. La fructosa té una afinitat més gran que la glucosa pels cations dels àcids forts en la resina d'intercanvi iònic en presència de sals de calci, cosa que permet una pràctica separació dels dos isòmers. Si aquesta fructosa enriquida (90%) es torna a barrejar amb HFCS-42 i es fa una purificació com les anteriors, produint així el producte comercial HFCS-55.
La diferència entre l'ús dels diferents enzims és que l'alfa-amilasa i la glucoamilasa s'afegeixen directament a la suspensió de processament ja que són enzims econòmics en comparació a la glucosa isomerasa. Com l'obtenció de la glucosa isomerasa és més dificultosa, s'immobilitza en columnes cromatogràfiques per poder-les reutilitzar altres vegades.
Propietats alimentàries El HFCS es caracteritza per ser un edulcorant líquid de gran qualitat i dolçor amb una naturalesa altament soluble i no cristal·lina, mentre que la sacarosa pot cristal·litzar en determinades situacions. Dues de les raons per les quals el HFCS va revolucionar la indústria alimentària, sobre tot la de líquids, són la seva gran estabilitat quan es barreja amb líquids, cosa que fa que presenti una vida útil llarga, i que és capaç de mantenir el seu sabor malgrat les fluctuacions de temperatura durant la producció i el transport de líquids. A més, és àcid, cosa que fa que presenti capacitat conservadora, així que permet reduir l'ús d'altres conservants i inhibeix el deteriorament microbià reduint l'activitat hídrica de l'aigua. És un ingredient molt versàtil ja que es pot utilitzar per afegir textura, mantenir el color, la qualitat i la frescor o fins i tot millorar el sabor en molts aliments i begudes, cosa que fa que el producte tingui un valor afegit. D'altra banda, com que el HFCS es presenta en forma líquida, es facilita el seu maneig i el seu procés de fabricació.
Comparació amb la sacarosa La sacarosa ha estat a part de la dieta humana durant mil·lennis, així que la sacarosa continua sent el punt de referència amb el qual es mesuren altres edulcorants. Tanmateix, la sacarosa ha plantejat problemes tecnològics significatius en determinades aplicacions.
Pel que fa a les propietats químiques, el HFCS presenta una millor solubilitat i capacitat per romandre en solució i no cristal·litzar, mentre que la sacarosa en algunes condicions sí que ho pot fer. A més, l'HFCS és líquid ja que conté aigua i, per tant, és més fàcil de transportar i utilitzar en formulacions de refrescos, doncs la sacarosa és un ingredient granular que s'ha de dissoldre a l'aigua abans d'utilitzar-lo en moltes aplicacions. No obstant, la sacarosa es pot hidrolitzar en fructosa i glucosa per un augment de temperatura i una reducció de pH. Com que les begudes carbonatades tenen un pH baix i s'emmagatzemen als magatzems a temperatura ambient (de vegades durant setmanes abans d'arribar a les prestatgeries dels supermercats) es pot produir una hidròlisi considerable abans que el producte arribi al consumidor, canviant les característiques de dolçor i sabor del producte.