一言で「糖」と言っても、実に多くの種類があり、食品加工上の性質(物性)は様々です。糖の種類や性質(物性)を理解することで、食品開発の課題を解決できることもあります。今更聞けない糖の基礎知識から、レシピ中の砂糖を減らすことでカロリーは下がるの?といった素朴な疑問までわかりやすくお伝えするコンテンツを作りました。ぜひ一度糖について理解を深めてください。


糖の種類

栄養表示基準による分類

糖は食品の三大栄養素の中の炭水化物に分類されます。
炭水化物は消化吸収されやすい「糖質」と消化吸収されにくい「食物繊維」で構成されています。
さらに「糖質」のうちの単糖類(ブドウ糖や果糖など)と二糖類(砂糖、マルトース、トレハロースなど)は「糖類」に分類されます(図1)。

図1:栄養表示基準による分類

炭水化物

由来原料による分類

糖の由来原料はサトウキビ、サトウダイコン(てん菜)、牛乳、でん粉など、代表的なものでも数多く存在します。
その原料を元に抽出・精製、分解・糖転移・還元などを経て、身近な糖として活用されています。同じ原料からでも製造工程を変えることにより、多くの種類の糖を作ることができます(図2)。

図2:由来原料とそこからできる糖質

炭水化物

コラム自然界に存在する糖

「由来原料による分類」では工業的な生産方法をご紹介しましたが、多くはもともと自然界に存在しています。
サトウキビには砂糖、牛乳には乳糖、しいたけにはトレハロース、りんごの蜜部分にはソルビトール、焼き芋にはマルトース(麦芽糖)が含まれています。
毎日知らず知らずのうちに様々な種類の糖を食べているんですね。

サトウキビ・牛乳・しいたけ・りんご

※サツマイモにはでん粉が多く含まれています。焼き芋を作る過程で、サツマイモに含まれる酵素によりでん粉が分解されて、一部がマルトースに変化します。低温でゆっくりと焼いた方が、しっかり酵素が働いて、マルトース量も増えて、甘くなります。

糖の大きさによる分類

糖の性質や物性を予測するのに最も役立つのが大きさ(分子量)による分類です。まず糖には単糖類から少糖類、多糖類まで様々な大きさの糖が存在します。

単糖類:一番小さな糖の単位です。ブドウ糖や果糖などがあります。

少糖類:単糖が2個以上10個未満程度結合した糖です。砂糖やマルトース、トレハロースは代表的な少糖類で、二糖類です。

多糖類:10個以上の単糖が結合した糖で、単糖の結合数は数千個におよぶこともあります。コーンスターチなどのでん粉が代表的な多糖類です。

そして糖の性質は下の図3のように概観することができます。単糖類は浸透性に優れ、着色性が高く甘いといえます。少糖類、多糖類と大きくなるにつれて、浸透性や着色性が低くなり、粘度が上昇し艶を出す機能が高くなります。
どの糖を使えばいいか迷ったときは、このように糖の大きさを要因とする性質を理解することで、糖の使い分けが容易になります。

糖思考 第7回 糖の大きさ(分子量)と性質
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図3:糖の大きさと基本的性質

糖の大きさと基本的性質

コラム水あめの規格でよく目にする「DE」ってなに?

DE(Dextrose Equivalent)とは、でん粉がどのくらい分解されているのかを表した指標です。
DEが100に近いほど単糖の状態に近く、平均分子量が小さいことを示しています。逆にDEが0に近づくほど分解が進んでいないでん粉の状態に近く、分子量が大きいことを示しています。つまりDEがわかれば、おのずと糖の大きさがわかり、前述の通りおおよその糖の性質を予測することができます。
例えば)酵素糖化水飴:DE=45~50
ただし例外もあります。DEは還元糖の割合を測定しており還元力のない糖(トレハロース、還元水あめ、ハローデックスなど)は 分解度がDEと合いません。
例えば)同じ二糖類で分解度としては同じになるはずが、マルトース=50、トレハロース=0となります。

糖の性質

甘味度・糖度・Brix

甘味度

甘味度は、人の味覚で決められる甘さの指標です。つまり、食べたときに感じる甘さを数値化したものです。
甘味度は砂糖の甘味を基準にして調べたい糖と比較することによって導き出します(官能評価法の2点識別法を用いる)。例えばトレハの甘味度は、まず基準となる砂糖の5%の水溶液と様々な濃度のトレハ水溶液を飲み比べることにより、2つの甘さが同等と感じるトレハの濃度を探します。そして砂糖の甘味度を100として相対値で表します。砂糖5%水溶液とトレハ13%水溶液が同じ甘さとなるため、5÷13×100≒38となり、トレハの甘味度は38と導き出されます(図4)。
(※学術的には砂糖を1として表されることが多いですが、わかりやすくするため%表示としています。)

図4:甘味度の計算方法

甘味度

甘さに加え、「コク」や「キレ」も感覚的なファクターとしては重要です。砂糖は後味が残りやすいですが、トレハロースはキレのよいすっきりとした甘さをもっており、あわせた他素材を引き立たせる効果があります。

糖度

糖度は、甘味度とよく似た言葉ですが、全く別の意味合いを持っています。
糖度は、糖を水に溶かしたときの濃度を表しています。
糖10gを水90gに溶かした場合、結晶水をもたない砂糖だと10%の糖度となります。トレハの場合は含水結晶のため、製品中に10%水分を含んでおり、9%の糖度となります。さらに水飴のような水溶液の場合、製品の水分が25%だとしたら7.5%の糖度となります(図5)。
一般的に糖度が高いと食品が安定であり、低ければ水分が多く不安定になるといったように、糖度と日持ちや物性は大きく関係しています。甘味度は甘さの指標であるのに対し、糖度は食品の性質を予想するうえで重要なファクターになります。

図5:各種糖質製品10gと水90gをあわせた時の糖度

糖度

食品の甘さを低くするためには、もちろん砂糖の量を減らすことも1つの選択肢ですが、むやみに砂糖の量を減らしてしまうと、糖度が下がり食品の日持ちや食感などを損なってしまいます。
このようなときには、砂糖の代わりに低甘味な糖質を使い、糖度を維持しながら甘さを抑えることが大切です。

Brix

よくジャムやゼリーなどの測定値としてBrix値が用いられることがあります。食品分析の中でも簡易なため、食品の品質チェックに大変便利です。一般的に糖度とほぼ同じように使われていますが、このBrix値は水溶液の溶質濃度が上昇すると屈折率も上昇するという原理を用いて、屈折計を利用して測定した時の目盛の値です。 Brix値は以下のような特性をよく理解して使うことが重要です。

  • Brixの目盛は砂糖水溶液の濃度(w/w%)を刻んでおり、純粋な砂糖溶液の場合は正確にBrix値=糖度となります。砂糖以外の糖の場合は、分子量によって屈折率が若干変わってしまうため、少々ズレを生じます。また、水溶性のものは屈折率に影響してしまうため、糖以外の塩やクエン酸、アミノ酸なども全て含んで測定されます。食品を測定するときはBrix値≒水溶性の固形分量と思っていただいてよいですが、同じ固形分量でも物質によってBrix値は異なります(写真1)。
  • 米粉や小麦粉は水分を含む状態で加熱し糊化すると、Brix値として測定できるようになります。例えばでん粉30:糖20:水50の製品とでん粉20:糖30:水50の製品があったとします。これらは屈折計で測定するとどちらもBrix50%と測定されます。しかし同じBrix値であっても、後者の方がでん粉が少なく、糖が多くなっていて、やわらかく日持ちをします。このように物性を予測するにはBrix値だけでなくその内訳も大切です。
  • 油脂を多く含んだ食品の場合は、油脂が糖質の屈折率に影響を与え、Brix値の測定が難しくなるので注意が必要です。

写真1:屈折計を利用して各種成分を測定したときの目盛の値

濃度10%-糖以外の成分

濃度10%-糖以外の成分

濃度30%-分子量の違う糖

濃度30%-分子量の違う糖

糖思考 第3回 甘味度と糖度、Brix
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コラム温度によって甘味度が変化する糖と甘くない糖とは

果糖は温度によって甘味度が変化します。温度が低くなると甘く感じ、温度が高くなると甘さを低く感じます。
実はこれは果糖の構造の特性によるものです。果糖の構造にはα型とβ型が存在し、温度帯によってα型とβ型の比率が変わります。温度帯が高くなるとα型が増え、低くなるとβ型が増えます。果糖は、β型がα型より3倍甘いため、冷やすとβ型が増えることにより甘く感じるのです。
砂糖が二糖類の中で最も甘いのも、砂糖中の果糖の構造がβ型であるということに由来しています。
果糖は広く清涼飲料水で利用されています。(パッケージの原材料表示にある、果糖ブドウ糖液糖やブドウ糖果糖液糖などの異性化糖として表示されています。)この理由は、果糖を多く含む異性化糖は結晶化しにくく、低温で甘いこと、砂糖に比べ安価であるためです。

糖なのに甘くないものもあります。ゲンチオビオースという二糖は苦みを呈し、食品に利用される際には苦味付与の目的で使用されます。

コラム高甘味度甘味料とは

高甘味度甘味料は糖の一部を化学修飾したものや植物の葉などに含まれるものです。砂糖の数十倍~数百倍の強い甘味をもつ物質で、少量添加で甘さを付与できるため、カロリーゼロの飲料などに用いられています。
ステビア、カンゾウ、スクラロース、アスパルテーム、アセスルファムKなどが使用されます。

着色性

糖に関係する“香ばしい香りや色”が着く反応は、大きく分けて2種類あります。

① カラメル化反応

糖を高温で加熱した際に、起こる反応。複雑な反応を経て褐色物質ができます。
例)べっこう飴、プリンのカラメル

② メイラード反応

糖とたん白質をあわせて加熱した際に、褐色物質などができる反応。糖の還元基とたん白質のアミノ基が反応して起こります(図6)。
例)パン、ステーキ

図6:メイラード反応

メイラード反応

還元基をもつ糖質ならば、同じ糖度だと分子量が小さいものほどメイラード反応は強く起こります。
還元基がない糖(砂糖、トレハロースや還元水飴など)はメイラード反応が起こりません(写真2)。
砂糖も還元基はありませんが、熱や酸によって分解しやすくブドウ糖と果糖になるため、メイラード反応が起こります(図7)。
焼色を調整したい場合には、焼成する温度や時間だけでなく、選択する糖質を変えることで調整することが可能になります。

糖思考 第8回 糖の着色性
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写真2:各種糖質のメイラード反応

メイラード反応 120℃ 60分

メイラード反応 120℃ 60分

図7:代表的な二糖類のメイラード反応

代表的な二糖類のメイラード反応

麦芽糖は還元基があるため、メイラード反応がおこる。


代表的な二糖類のメイラード反応

砂糖は還元基はないが、熱に弱く分解して単糖になってメイラート反応がおこる。


代表的な二糖類のメイラード反応

トレハロースは還元基もなく、熱にも強く分解しないため、メイラード反応がおこらない。

凍り易さ

糖を加えることで凍る温度を下げることができます。つまり凍りにくくすることができます。これは凝固点降下という現象で、水道水など不純物を含む水は0℃付近で凍りますが、砂糖水はさらに温度を下げなくては凍らなくなります。この現象は同じ濃度であれば分子量に比例しており、分子量が小さい糖を使用するほど凍りにくく、溶け易くなります(写真3)。また、糖の濃度を上げていくと、どんどん凍りにくく、溶け易くなります。
糖には氷の粒を小さくして、氷菓やアイスクリームを滑らかな食感にする効果もありますので、溶けにくくするには糖の濃度を減らすのではなく、異性化糖や砂糖を、分子量の大きい水飴に置き換えるのがよいでしょう。

糖思考 第9回 糖による冷菓の凝固点降下と甘味調整
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写真3:凍結した糖質水溶液の溶解速度比較

凍結した糖質水溶液の溶解速度比較

結晶性

糖には結晶する糖と結晶しない糖があります。結晶する糖は主に単糖類や二糖類に集中しており、結晶しない糖は三糖類以上のやや分子量の大きい糖に多くみられます。
結晶する糖にはそれぞれ固有の溶解度(水に溶け込める糖量)が存在しており、その溶解度よりも濃度が高くなった場合に結晶がでてきます。
結晶を利用したお菓子には、琥珀糖やフォンダン、ソフトキャンディ、マカロンなどがあります。一方で、結晶を出したくないものもあります。その場合は非結晶性の糖質を組み合わせて使用し、ひとつの糖の濃度を溶解度以下にすることによって結晶の析出を抑えます。
結晶を出すには意図的に温度による溶解度の差を利用します。砂糖と水を加熱して煮詰めていきます。これを冷却し攪拌すると、だんだんと白く濁ってきます。この白い物質が砂糖の結晶です。温度が下がることで過飽和状態がつくられ再結晶化します(図8・9)。そしてまた結晶が出はじめるとその結晶を核としてどんどん成長していきます。つまり結晶がでるには温度変化・過飽和・衝撃(攪拌などの運動エネルギー)がキーになります(動画1)。他の結晶性糖も同様です。

糖思考 第12回 結晶化する糖しない糖①
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結晶を利用した菓子

結晶を利用した菓子

図8:砂糖の溶解度曲線

砂糖の溶解度曲線

図9:結晶析出の考え方

砂糖の溶解 結晶化

動画1:砂糖の結晶析出

コラム結晶を抑えるのに効果的な非結晶性糖とは

結晶性の糖に対して構造が似ている非結晶性の糖は、効果的に結晶を抑えてくれます。
例えば、砂糖に対するカップリングシュガーやトレハに対するハローデックスがそれにあたります。
結晶性の糖が結晶になろうと集合する際に、非結晶性糖の同じ構造の部分が入り込んでしまうので結晶構造がスムーズに進まず、結果効率的に結晶をおさえることができます。

糖思考 第13回 結晶化する糖しない糖②
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トレハロース単独の場合

トレハロース単独の場合

ハローデックスを足した場合

ハローデックスを足した場合

浸透圧と防腐性

食品を乾燥させたり、塩を加えたりすると、食品の保存性は高まります。これは微生物が食品中で利用できる水が少なくなるためです。
微生物は食品中の水を全て利用できるわけではありません。食品中の水は「自由水」と「結合水」に分けられ、自由水は自由に動き回ることができる水で、結合水は食品中の他の成分と結びついた水です。微生物が使えるのは自由水で、その割合が高いと腐敗しやすいということになります(図10)。この自由水の割合を数値にしたものが水分活性(Aw)です。
糖は浸透圧を上げ、微生物が使いやすい自由水を少なくし、腐敗しにくくする役割を持っています。
同じ濃度であっても分子量が小さいほど浸透圧は高く、自由水は少なくなるため、防腐効果は高くなります(図11・12)。
防腐効果を高めるには、低甘味な糖質を使って糖度を上げたり、分子量の小さい糖を利用したりすることがおすすめです。

図10:結合水と自由水

浸透圧と防腐性

図11:糖の大きさ(分子量)と水分活性(Aw)

糖の大きさ(分子量)と水分活性(Aw)

図12:糖の大きさ(分子量)と浸透圧

糖の大きさ(分子量)と浸透圧

まとめ

糖の種類と糖の性質を一覧にまとめました。

糖の種類と糖の性質一覧

糖にまつわる豆知識

シロップ(糖液)の煮詰め温度と水分の関係

砂糖は加熱・冷却すると、最終の煮詰め温度によってシロップ状、ラバー状、キャンディ状と形状をさまざま変えていきます。
砂糖シロップの煮詰め温度とその時の水分、形状の関係は図13のようになります。使う目的によって、最適なシロップの煮詰め温度がほぼ決まっています 。
例)マシュマロ:110℃くらい、イタリアンメレンゲのシロップ:120℃くらい、キャンディ:150℃くらい、カラメル:180℃くらい

図13:砂糖の煮詰め温度と水分の関係

甘味度

栄養強調表示

「食物繊維入り」「無糖」「砂糖不使用」などの表示は、「栄養強調表示」と言われ、表示をする場合は、定められた条件を満たす必要があります。

ⅰ)補給ができる旨の表示「栄養成分の量が多いことを強調(例:食物繊維)」

強調表示の種類 高い旨 含む旨 強化された旨
絶対表示 相対表示
表現例 食物繊維豊富
食物繊維たっぷり
食物繊維含有
食物繊維入り
食物繊維30%アップ
食物繊維2倍
基準値 食品100g当たり食物繊維が6g以上(飲料100ml当たり3g以上)含まれている 食品100g当たり食物繊維が3g以上(飲料100ml当たり1.5g以上)含まれている 比較対象食品に比べて強化された割合が25%以上

ⅱ)適切な摂取ができる旨の表示「栄養成分の量又は熱量が少ないことを強調(例:糖類)」

強調表示の種類 含まない旨 低い旨 低減された旨
絶対表示 相対表示
表現例 無糖、糖分ゼロ、
ノンシュガー、シュガーレス
低糖、糖分ひかえめ 糖分30%カット、
糖分10gオフ
基準値 食品100g当たり糖類が0.5g未満(飲料100ml当たり0.5g未満) 食品100g当たり糖類が5g未満(飲料100ml当たり2.5g以下) 比較対象食品に比べて低減された割合が25%以上

ⅲ)添加していない旨の表示「無添加を強調(例:糖類)」

強調表示の種類 無添加強調表示
表現例 糖類無添加
砂糖不使用

糖類を添加していない旨の表示を行う場合、4つの条件を全て満たしている必要があります。

  1. いかなる糖類も添加されていないこと(ショ糖、ブドウ糖、砂糖、マルトース、トレハロース、ハチミツ、水飴等)。
  2. 糖類に代わる原材料又は添加物を使用していないこと(ジャム、ゼリー、甘味の付いたチョコレート、甘味の付いた果実片、非還元濃縮果汁、乾燥果実ペースト等)。
  3. 酵素分解その他何らかの方法により、糖類含有量が原材料及び添加物に含まれていた量を超えないこと。
  4. 糖類の含有量を表示していること。

表示に関してよくある質問

Q 「ノンシュガー」と「シュガーレス」の違いは?

どちらも同じ意味合いです。食品100g当たり糖類が0.5g未満(飲料100ml当たり0.5g未満)であれば表示できます。

Q 「糖類ゼロ」は本当に「0」?

食品100g当たり糖類が0.5g未満(飲料100ml当たり0.5g未満)であれば表示できるので、ごく少量の糖類が入っている場合があります。

Q 「糖類ゼロ」と「糖質ゼロ」の違いは?

糖類は、還元水飴を除く単糖・二糖類糖、糖質は、食物繊維を除く総ての炭水化物です。
「糖類ゼロ」より「糖質ゼロ」の方が厳しい基準となります。

Q 無糖飲料、「無糖」なのになぜ甘い?

甘味をつけるために高甘味度甘味料が使用されていることが多いです。
高甘味度甘味料は砂糖の数百倍の甘さがあるので、ほんの少しで甘味が付与できます。

Q 「砂糖不使用」砂糖以外は使用できる?

表示をするための条件のひとつとして、「いかなる糖類も添加していない」とあるので、還元水飴を除く単糖・二糖類は使用できません。たとえば二糖類であるトレハロース、マルトース や、単糖・二糖類を含む水飴 を使用すると「砂糖不使用」とは書けません。

糖の役割

糖は、甘味や旨味をつけるだけでなく、食品のさまざまな物性をコントロールし、テクスチャーや日持ちに大きく影響します。糖の役割を知り、それぞれの糖の特性を理解して使うことが大切です。

1. 甘味をつける 甘味を付与する。
2. ボディになる 糖を少なくすると重量は減り、歩留まりが落ちる。
3. 食感調整 食品中に糖が溶けて存在すると軟らかく、滑らかな食感に、結晶するとシャリシャリした食感になる。
4. 風味・色の付与 食品中の成分と反応して香ばしい香りや焼き色をつける。
5. 水分の保持 水を安定に保ち、離水や乾燥を防ぐことで品質を安定させる。つやを出す。
6. 脂質の酸化抑制 油のにおいや、色が悪くなるのを防ぐ。
7. でん粉の老化抑制 柔らかさやしっとり感を保つ。
8. たんぱく質の変性抑制 たんぱく質を熱から守り、卵等を配合したものでも緩やかに火が入る。
9. 防腐効果 糖がしっかり入ると腐りにくくなる。
10. エネルギー付与 重要なエネルギー源である。
11. 生理機能 おなかの調子を整えたり、食後の血糖値上昇を抑制したり、低カロリーなどの生理機能を持つものもある。

糖の量に関するよくある質問

Q 糖を減らせば甘さは減る?

いちごジャムを例にとると、いちごに対して加える糖の量を減らしても、実は甘さはほとんど変わりません。糖の量を減らすと仕上がりの状態が変わってきます。甘さの低い糖(トレハロース、マルトース、水あめなど)が利用されるのは、糖の量は変えず、甘さや物性を調整し、食べやすく美味しさを長持ちさせるためなのです。

加える糖の量 いちごと同量 いちごの50% いちごの50%
配合 いちご 300 300
グラニュー糖 300 150 150
仕上がり糖度(Brix%) 60 60 33
仕上がり重量(g) 550 300 550
甘味 適度 適度 低い
保存性 適度 適度 低い
ジャムの粘度 適度 高い 低い

写真4:ジャムの仕上がり量

ジャムの仕上がり量

写真5:ジャムの粘度

ジャムの保形性

加える糖を半分にして糖度をそろえると、仕上がり量は約半分になり、粘度が高くなります(写真4・5)。仕上がり糖度は同じなので、ジャム全体の糖の占める割合は同じです。つまり加える糖を減らしても結局仕上がりの甘さは同じになります。

加える糖を半分にして仕上がり重量をそろえると、粘度が低くなり仕上がり糖度が約半分になります(写真4・5)。仕上がりの甘さは低くなりますが、保存性は低下します。

Q 糖を減らせばカロリーは下がる?

バターケーキを例にとると、単純に加える糖の量を減らしても、バターケーキ1切れあたりではカロリーは減りません。なぜかというと、砂糖のカロリーは1g当たり約4kcalなのにバター(油脂)は約9kcalなので、糖の量が減ると1切れ当たりではカロリーの高いバターの量比率が増えてしまうからです。つまり、カロリーが増えます。 糖を減らすと出来上がり状態や日持ちも変わってきます。カロリーの低い糖や食物繊維などをうまく使うことでカロリーを下げることが出来ます。

※切れ当たりでは、糖をへらしたものが最もカロリーが高くなります。
通常配合 糖減量 糖増量
配合(g) グラニュー糖 100 80 120
バター 100 100 100
薄力粉 100 100 100
全卵 100 100 100
総重量(g) 400 380 420
総カロリー(kcal) 1669 1592 1746
1切れ(60g)当たりカロリー(kcal) 250.2 251.1 249.3

いかがだったでしょうか。林原には長年培った糖利用のノウハウがあります。食品の冷凍がうまくいかない。すぐ硬くなる。色が悪い。膨らまない。カロリーが下げられないなどなど、食品の開発、製造で課題を感じたら、是非林原までお気軽にお問合せください。経験豊富なスタッフが皆様の食品づくりをお手伝いします。