High-Fructose Corn Syrup (HFCS)

High-Fructose Corn Syrup adalah pemanis rendah kalori yang biasanya digunakan pada minuman dan makanan yang manis. HFCS pertama kali diproduksi pada tahun 1967 dan mengandung 15% fruktosa. Proses perbaikan lebih lanjut menghasilkan 42% dan 55% fruktosa yang terkandung dalam HFCS. Proses konversi asli adalah batch namun seiring perkembangan HFCS diproduksi secara kontinyu.

Tiga produk utama HFCS berbeda dengan kontennya fruktosa yaitu, 42%, 55%, 90%. HFCS dengan tingkat fruktosa 55% digunakan dalam minuman ringan sebagai pengganti sukrosa dan selai , jeli 90% sebagai pemanis rendah kalori.

Produksi HFCS dari pati jagung terjadi secara enzimatik. Proses ini terjadi dalam 18 tahap, dibagi ke 5 proses utama. Yaitu produksi dekstrose dengan cara hidrolisis enzim pati jagung, proses pengolahan fisik dan kimia sirup dekstrose, Isomerisasi dekstrose menjadi 42% fruktosa, memurnikan sirup fruktosa jagung, dan mengkoversi 42% fruktosa menjadi 55% fruktosa yang mengandung HFCS.

Pertama, tepung jagung di gelatinasi dengan dimasak pada temperatur 65oC, lalu dikonversi menjadi dekstrosa (likuifaksi) dengan cara pemanasan amilase secara konstan pada sebuah reaktor kontinyu dua stage. Hasil produk berupa sirup dekstrosa yang mengandung 10 hingga 15 DE (Dextrose Equivalent). Likuifaksi dilakukan dipanaskan secara konstan didalam reaktor likuifaksi, pemanasan selama 5-10 menit didalam Reaktor pertama pada temperatur 105oC dan kemudian selama 90-120 menit pada Reaktor kedua pada temperatur 95oC. Umpan tepung jagung mengandung 30-35% padatan dengan enzym 0.1-10% dan dengan tingkat keasaman (PH) pada 6.5. Jumlah keseluruhan protein dan protein yang dapat larut Pada Slurry tepung jagung harus berada di bawah 0.3% dan 0.03%, untuk menghindari perubahan warna akibat adanya reaksi Maillard antara asam amino dan gula pada temperatur tinggi. Dektrosa dari zat tepung didapatkan lebih banyak dengan proses sakarifikasi dalam reaktor sakarifikasi. Penambahan glucoamilase pada zat tepung cair yang mengandung 10-15 DE dilakukan setelah temperatur dan PH disesuaikan dan diumpankan kedalam beberapa reaktor secara seri. Kondisi operasinya adalah 60oC, PH 4.3 yang dilakukan selama 65-75 jam. Umpan mengandung 30-35% zat kering dan 11 larutan glucoamilase per ton berat kering zat tepung. Produk hasil dari langkah ini mengandung 94-96% dekstrosa, 2-3% maltosa, 1-2% zat sakarida tinggi, dan 30-35% zat kering. Kondisi lingkungan harus benar-benar dikontrol selama proses likuifaksi dan sakarifikasi untuk mendapatkan 94-96% dekstrosa yang dibutuhkan untuk mendapatkan 42% fruktosa HFCS.

Sirup dekstrosa dihasilkan dengan pencairan dan sakarifikasi yaitu penyulingan untuk menghilangkan abu, ion logam, dan protein yang mengganggu isomerisasi. Sirup dekstrosa disaring pada rotary filter precoat vakum untuk menghilangkan padatan, protein, dan minyak. Cairan tersebut disaring kemudian dilewatkan melalui beberapa pemeriksaan dan polish filter untuk menghilangkan bekas partikel. Warna dalam filtrat dihilangkan dengan karbon aktif

granular dalam kolom. Cairan carbon-treated disaring lagi dan melewati kolom penukar ion untuk menghilangkan ion logam dan abu. Kolom ini dual-pass kation-anion sistem pertukaran ion yang juga menghilangkan warna. Deionisasi dan decolorized sirup dekstrosa diuapkan untuk meningkatkan konsentrasi dekstrosa, dan ion Mg ditambahkan untuk mengaktifkan isomerase tersebut.

Konversi glukosa ( destrose ) menjadi fruktosa dengan isomerisasi enzim glukosa yg dikemas dalam kolom melumpuhkan enzim . Kondisi reaktor adalah 55-56 C , PH 7,5-8 , dan

waktu tinggal 0,5 sampai 4 jam . Temperatur optimum adalah 60 C. Suhu yang lebih tinggi dari

50 C menyebabkan terjadinya inaktivasi enzim dengan cepat . suhu awal sebesar 55 C ,

sehingga konversi lambat dan enzim akan terhenti . Kontaminasi mikroba menjadi masalah pada

suhu di bawah 55 C. PH optimum untuk aktivitas enzim maksimum adalah 8 dan untuk stabilitas

adalah antara 7 dan 7,5 . oleh karena itu, PH operasi disesuaikan untuk stabilitas maksimum dan aktivitas enzim . Umpan sirup mengandung 40-45 % zat kering , 94-96 % dekstrosa, 4-6% sakaride tinggi, dan 4 mili mikro dari ion Mg sebagai activator. Isomerisasi enzimatik dari glukosa menjadi fruktosa adalah reversibel . Dengan 96 % dekstrosa dalam umpan , konsentrasi kesetimbangan fruktosa dalam limbah diharapkan menjadi 48 % . Namun, keseimbangan yang tepat tidak tercapai dengan 4 jam waktu tinggal , dan limbah mengandung 42 % fruktosa .

Aktivitas enzim amobil dalam kolom, turun secara eksponensial dengan waktu. Waktu paruh enzim adalah 70 sampai 120 hari. Tingkat fruktosa konstan biasanya dicapai dengan pencampuran kembali secara otomatis yang dikendalikan oleh polarimeter. Kolom harus diganti dua atau tiga kali setahun. Biaya enzim adalah bagian utama dari biaya operasi. Dengan meningkatkan stabilitas dan aktivitas enzim, biaya isomerisasi dapat dikurangi secara signifikan.

HFCS diproduksi oleh isomerisasi sirup dekstrosa dapat lebih disempurnakan untuk menghilangkan warna dan ion dengan pengobatan karbon dan pertukaran ion, secara berturut-turut. 42% HFCS murni diuapkan untuk pengiriman untuk menghasilkan 71% padatan.

HFCS dari tahapan isomerisasi mengandung 42% fruktosa. 52% dekstrosa, dan sekitar 6% oligosakarida. Untuk mendapatkan 55% dan 90% sirup fruktosa. 42% Fruktosa dalam sirup perlu dikonsentrasi. Fruktosa biasanya membentuk kompleks dengan beberapa kation seperti kalsium, digunakan untuk mengkonsentrasi fruktosa dalam HFCS. Ada dua proses komersial yang berbeda untuk pengayaan fruktosa dari 42% sirup. Proses menggunakan resin anorganik untuk adsorpsi molekul selektif dari fruktosa. Proses lain adalah fraksinasi kromatografi menggunakan resin organik. Fruktosa secara selektif ditempatkan di kolom fraksionasi tapi dekstrosa tidak. Deionisasi dan air ter-deoksigenasi digunakan untuk elusi fruktosa dari kolom. Biasanya kolom dikemas dengan resin polistiren sulfona Ca yang menyilang dan berukuran mesh sedang digunakan untuk tujuan pengayaan, sirup yang diperkaya mengandung hampir 90% fruktosa dan disebut very enriched fructose corn syrup (VEFCS). VEFCS dicampur dengan sirup

yang mengadung 42% fruktosa untuk mendapatkan kadar fruktosa yang diinginkan, seperti 55%. Limbah dari tahapan isomerisasi dapat didaur ulang kembali ke larutan umpan untuk mendapatkan sirup yang mengandung 42% fruktosa dalam limbah dari kolom isomerisasi. Aliran raffinate kaya akan oligosakarida yang di daur ulang kembali ke langkah sakarifikasi. Air yang digunakan sebagai eluen dalam kolom pengayaan harus diminimalkan untuk memaksimalkan kandungan padatan dari sirup.

Sejak tahun 1972 HFCS menggantikan sukrosa sebagai pemanis rendah kalori. Harga dari sukrosa 31 cents/lb dan harga dari HFCS 21 cents/lb, sekitar 70% dari harga sukrosa pada tahun 1981. Perbedaan ini menjadi lebih besar dengan perkembangan terbaru pada teknologi pembuatan HFCS. Karenanya, HFCS mengantikan sukrosa dan glukosa sebagai pemanis rendah kalori yang digunakan didalam minumaman bersoda, canned fruits, es krim, produk roti tertentu selama 20 tahun terakhir. Komsumsi pemanis rendah kalori diperkirakan mencapai 130lb per kapita per tahun