糖の分類、製造

Byartfarmer2025年3月7日

糖類は、その構造と構成要素に基づいて、以下のように分類されます。  

1.1 単糖

単糖は、それ以上加水分解されない糖の最小単位です。 多くの水酸基を持つアルデヒドまたはケトンで、アルデヒド基を持つものをアルドース、ケトン基を持つものをケトースといいます。 単糖は構成する炭素原子の数によって、三炭糖（トリオース）、四炭糖（テトロース）、五炭糖（ペントース）、六炭糖（ヘキソース）に分類されます。  

単糖は水に溶けやすい白い結晶性の固体で、甘味があります。 ほとんどの単糖は不斉炭素原子を持つため、光学異性体が存在し、D型とL型で区別されます。 天然に存在するほとんどの単糖はD型です。 炭素が5個以上のアルドースや6個以上のケトースは、分子内で環状構造を形成することができます。 環状構造には、六員環のピラノースと五員環のフラノースがあります。 水溶液中では、鎖状構造と環状構造が平衡状態で存在します。  

アルドースは、酸化剤を還元する性質を持つため、還元糖と呼ばれます。 グルコース、ガラクトース、フルクトースはすべて還元糖です。  

1.2 二糖

二糖は、2つの単糖がグリコシド結合で結合した糖です。  

二糖は、それぞれマルターゼ、スクラーゼ、ラクターゼという酵素によって分解されます。 スクロースは、グルコースの1位の-OH基とフルクトースの2位の-OH基が結合に使われているため、還元性を示しません。 一方、ラクトースとマルトースは、グルコースの1位の-OH基が結合に使われていないため、還元性を示します。 このように、単糖の結合の仕方が二糖の性質に影響を与えることが分かります。  

1.3 オリゴ糖

オリゴ糖は、3～9個の単糖がグリコシド結合で結合した糖です。  

オリゴ糖には、消化酵素で分解される消化性オリゴ糖と、消化されずに大腸まで届く難消化性オリゴ糖があります。 難消化性オリゴ糖は、腸内細菌のエサとなり、腸内環境を整える働きがあります。 特に、ビフィズス菌や乳酸菌などの善玉菌の増殖を促進する効果が注目されています。 すべての腸内細菌がすべてのオリゴ糖を利用できるわけではなく、菌種によって利用できるオリゴ糖が異なります。 例えば、ある菌はイソマルトオリゴ糖を利用できても、フラクトオリゴ糖は利用できないことがあります。 このように、オリゴ糖は腸内細菌叢に選択的に作用することで、健康に貢献しているといえます。  

オリゴ糖は、加工食品の品質向上にも利用されています。 例えば、イソマルトオリゴ糖は、耐熱性・耐酸性に優れ、まろやかで旨味のある甘みと煮崩れ防止効果を持つため、冷凍食品などに利用されています。  

1.4 多糖

多糖は、10個以上の単糖がグリコシド結合で結合した糖です。 構成する単糖の種類が1種類のものを単純多糖、2種類以上のものを複合多糖と呼びます。 単糖同士の結合様式には、α-1,4結合やα-1,6結合などがあり、これらの結合様式の違いが多糖の構造と性質に影響を与えます。  

多糖は、貯蔵物質、生体構築、生体防御など、様々な機能を担っています。 デンプンとグリコーゲンは、それぞれ植物と動物の貯蔵多糖としてエネルギー源を貯蔵する役割を担っています。 セルロースは、植物細胞壁の主成分として構造を維持する役割を担っています。 また、寒天はゲル化剤として食品や培養基などに利用されています。  

1.5 糖アルコール

糖アルコールは、糖のアルデヒド基またはケトン基を還元して得られる糖類縁化合物です。 

糖アルコールは、熱や酸に強く、微生物の増殖を抑える働きがあります。 また、消化吸収されにくいため、低カロリー甘味料として利用されています。 しかし、一度に大量に摂取すると、お腹が緩くなることがあるため注意が必要です。  

2. 糖の製造

糖は、天然由来のものと人工的なものがあります。

2.1 天然由来の糖

2.1.1 サトウキビからの抽出

サトウキビから砂糖を製造する工程は、以下の通りです。  

1. 収穫したサトウキビを細かく砕き、汁を搾る。

2. 汁をろ過し、不純物を取り除く。

3. 煮詰めて濃縮し、結晶を作る。

4. 結晶と糖蜜の混合物を遠心分離機にかけ、糖蜜を分離する。

5. 得られた粗糖を精製糖工場に運び、精製する。

6. 精製糖工場では、粗糖を溶かし、ろ過を繰り返して不純物を取り除く。

7. 無色透明な糖液を煮詰め、結晶化させる。

8. 遠心分離機で結晶と蜜を分離し、結晶を乾燥させて冷やす。

2.1.2 テンサイからの抽出

テンサイから砂糖を製造する工程は、以下の通りです。  

1. 洗ったテンサイの根を細かく切る。

2. 温水に浸して糖分を抽出する。

3. 糖液を煮詰めてショ糖分の結晶を分離する。

2.2 人工的な糖

2.2.1 異性化糖

異性化糖は、でん粉を原料として作られます。 でん粉を分解してブドウ糖にした後、酵素でブドウ糖の一部を果糖に変換することで製造されます。 異性化糖は、砂糖と比べて安価であるため、多くの加工食品に利用されています。  

2.2.2 合成甘味料

合成甘味料は、化学合成によって作られる甘味料です。 アスパルテーム、スクラロース、アセスルファムKなどがあります。 合成甘味料は、砂糖と比べて甘味が強いものが多く、低カロリーであるという特徴があります。  

2.3 砂糖製造における環境負荷とコスト

砂糖の製造には、環境負荷とコストが課題として挙げられます。 サトウキビ栽培では、広大な農地が必要となるため、森林破壊や生物多様性の喪失などの問題が生じています。 また、肥料や農薬の使用による水質汚染、精製工場からの排水による環境汚染も懸念されています。 特に、窒素肥料は製造過程で多くの二酸化炭素を排出するだけでなく、施肥後に地球温暖化係数の高い一酸化二窒素を排出するため、環境負荷が高いことが指摘されています。  

また、砂糖の生産コストは、人件費や土地価格、輸送費などの影響を受けます。 日本では、これらのコストが高いため、海外産の砂糖に比べて価格競争力が低いという課題があります。 政府は、国内の砂糖産業を保護するために、調整金や交付金などの制度を設けていますが、 それでもなお、コスト削減は重要な課題となっています。  

一方、サトウキビの搾りかすであるバガスをボイラーの燃料として利用することで、エネルギーコストの削減と二酸化炭素排出量の削減を両立させている精製糖工場もあります。 このように、環境負荷を低減するための技術開発も進められています。  

2.4 砂糖製造における品質管理

砂糖製造においては、品質管理も重要な要素です。 衛生管理、異物混入防止、工程管理など、様々な対策を講じる必要があります。 例えば、製造工程で使用する水の品質管理や、設備の定期的な点検、従業員の衛生教育などが重要となります。 また、pH管理も重要な要素であり、最適なpH範囲を維持することで、高品質な砂糖を製造することができます.