2013
2 广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室, 广东广州 510316
2 Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316
焦糖色素，俗称酱色，又称糖色，是世界范围 内用量最大、最广泛的一种食用色素之一。在各个 国家的标准中除了相近的卫生指标要求外，其中最 重要的指标就是色率（或色价），它表示该产品颜色 的深浅，可决定其在食品及饮料中的添加量。而红 色素指数是表示色素中红色物质含量多少的一个 量，它表示了色素的色泽，该数值越高，所含红色 物质越多，其成品颜色亦越红[1]。随着近年来消费 倾向的转变，不仅要求能有高色率的焦糖色素，还要求有更高的红色素指数的焦糖色素产品，相关企 业或科研部门已在这方面做了不少工作。研究表明： 色率高，红色素指数就会降低，这是因为焦糖色素 中的色率和红色素指数是相互制约的。
目前国内铵法焦糖色素主要以含糖废液以及制 糖废糖蜜等资源为原料生产焦糖色素，国内文献主 要研究以甘蔗糖蜜或白砂糖为原料制备焦糖色素工 艺，而以精炼糖糖蜜作原料的研究相对较少。精炼 糖糖蜜相对于甘蔗糖蜜来说具有糖分高、杂质少等 优点，而相对于白砂糖又有成本低等优点，利用精 炼糖糖蜜制备焦糖色素将会是比较理想的选择。本 文以精炼糖糖蜜为原料，使用高压反应釜，采用氨 法对生产高色率和高红色素指数焦糖色素工艺进行 研究。首先通过单因素试验确定物料锤度、催化剂 （铵盐）种类及其添加方式，同时通过单因素试验 确定影响色率和红色素指数的主要因素，然后再利 用正交实验设计分析方法以色率和红色素指数为考 核指标，对影响色率和红色素指数的关键因素与水 平进行分析，从而找到以精炼糖蜜制备高色率、高 红色素指数焦糖色素的最佳工艺。希望为我国焦糖 色素产业生产高品质产品提供有价值的参考。
糖蜜（丁蜜或乙、丙蜜），由广州市华侨糖厂提 供；氯化钠、浓硫酸、碳酸铵（均为分析纯）。
5 L高压反应釜(GSH-5L)，威海环宇化工机械 有限公司；1 L双层玻璃反应釜，上海银泽；电子天 平(AL104)，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司； 紫外可见分光光度计(WFZ UV-2800)，尤尼可（上 海）仪器有限公司；锤度计(PAL-1)，Atago；pH计 (PHB-3），上海三信仪器表厂；旋转蒸发仪(R-1005)， 郑州长城科工贸有限公司；离心机(CR22GⅡ)， Hitachi Koki Co. Ltd。
准确称取焦糖色1.000 g置于50 mL烧杯中， 加入蒸馏水10 mL，用玻璃棒搅拌溶解。然后移入 100 mL容量瓶中，用蒸馏水洗烧杯多次，洗液倒入 量瓶，最后定容到100 mL，即 为1 g/100 mL样品稀 释液。再吸取10 mL 1 g/100mL的样品稀释液入100 mL量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀后即为0.1 g/100mL 的样品稀释液。因要求其澄清透明，所以 须再经2400 r/min离心（或用滤纸过滤）。
测定色率（EBC单位）：将已处理的0.1 g/100mL 样品倒入l cm的比色杯中，用72—1型分光光度计 于610 nm处测定其光密度ODl 值，反复测定数次， 取其平均OD1值，按下式计算EBC色度。
色率(EBC单位)=(OD1×20000)/0.076
于100 mL的烧杯中，称取1.00 g焦糖试样， 加入25 mL 20g/100g浓度的氯化钠溶液，搅拌溶解， 在电炉上加热至沸腾10 s，倒入50 mL的比色管， 观察是否混浊，若不出现混浊，静置24 h后再观察， 仍不出现沉淀，则该焦糖色素试样耐盐性良好；若 出现混浊，则该焦糖色素试样耐盐性不好。
主要考察催化剂（铵盐）种类及其添加量、添 加方式、物料锤度、反应温度、反应时间等因素对 色率和红色素指数的影响。
取已水解的糖蜜5000 g（锤度为65°Bx，pH 值为1.5），分别加入6%不同铵盐（添加量以NH4+ 的质量与糖蜜干固物质量计算），在120℃下反应2 h，放料冷却至50℃，取出样品测定相关指标，记 录数据。
取已水解的糖蜜5000 g（锤度为65°Bx，pH 值为1.5），分别加入2%、4%、6%、8%、10%、12% 碳酸铵（添加量以NH4+的质量与糖蜜干固物质量计 算），在120℃下反应2 h，放料冷却至50℃，取出 样品测定相关指标，记录数据。
取已水解的糖蜜5000 g（锤度为65°Bx，pH 值为1.5），加入6%的碳酸铵（添加量以NH4+的质 量与糖蜜干固物质量计算），分别在110、115、120、 125、130、135℃温度下反应2 h，放料冷却至50℃ 以下，取出样品测定相关指标，记录数据。
取已水解的糖蜜5000 g（锤度为65°Bx，pH 值为1.5），加入6%的碳酸铵（添加量以NH4+的质 量与糖蜜干固物质量计算），在120℃下分别反应 30，60，90，120，150 min。放料冷却至50℃以下， 记录数据。
取已水解的糖蜜5000 g（锤度为65°Bx，pH 值为1.5），加入6%的碳酸铵（添加量以NH4+的质 量与糖蜜干固物质量计算），在120℃下分别采用1 次加入、分3次加入和滴加方式进行反应，反应时 间为2 h，放料冷却至50℃以下，取出样品测定相 关指标，记录数据。
选择单因素试验中对色率和红色素指数有显著 影响的因素作为主要参考因素设计正交实验，确定 制备高色率和高红色素指数焦糖色素的反应工艺。
图1、图2是催化剂（铵盐）种类对色率、红 色素指数的影响。从图1、图2可明显看出，碳酸 铵和氨水制备的焦糖色素色率比较高，其中氨水制 备的焦糖色素耐盐性比较差；尿素和味精制备的焦 糖色素红色素指数比较高，但尿素和味精制备的焦 糖色素色率比较低，难以达到国家标准。所以综合 色率、红色素指数以及耐盐性等指标要求，选择碳 酸铵作为催化剂。
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图1 催化剂（铵盐）种类对色率的影响 |
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图2 催化剂(铵盐）种类对红色素指数的影响 |
图3是催化剂（铵盐）添加量对色率、红色素 指数的影响。从图3可以看到，催化剂（铵盐）用 量越高，色率也相应升高，而红色指数反而向下。 这是因为铵盐用量多，反应体系pH比较高，反应 速率加快，更有利于类黑色素物质的生成，导致色 率升高的速率比红色物质生成的速率快。为了获得 较高的色率和红色素指数，选择催化剂（铵盐）用 量3％～12％为条件设计正交实验。
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图3 催化剂用量对焦糖色素质量的影响 |
图4是反应温度对色率、红色素指数的影响。 从图4可以得到，温度对焦糖色素的色率和红色素 指数的影响较明显，温度升高，色素的色率大为提 高，红色素指数则逐渐降低。这是因为升高温度有 利于米拉德反应的进行，生成类黑色素的物质比红 色物质多。但是随着温度的升高，树脂化反应也加 快，导致焦糖色素的耐盐性等理化指标下降。研究 发现当反应温度达到120℃以上，焦糖色素的耐盐 性下降比较明显，同时当反应温度低于110℃时， 反应非常慢，效率很低，因此，选择反应温度为110～ 125℃条件设计正交实验。
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图4 反应温度对焦糖色素质量的影响 |
图5是反应时间对色率和红色素指数的影响。 由图5可得到，随着反应时间的延长，色率越来越 高，但红色素指数去逐渐下降，尤其是反应时间超 过120 min后，红色素指数下降更加明显。这可能 是因为在反应后阶段红色物质会逐渐转化成类黑色 素物质。同时随着反应时间的延长，树脂化反应也 逐渐增大，焦糖色素的耐盐性等理化指标随之下降。 因此，选择反应时间为30～120 min设计正交实验。
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图5 反应时间对色率和红色素指数的影响 |
图6是催化剂添加方式对色率、红色素指数的 影响。从图6可得到，以“滴加方式”添加铵盐明 显比以“分3次加入”和“1次加入”好得多。这 可能是“滴加方式”加入铵盐，使得反应体系pH 维持在比较合理的水平，同时也使糖蜜与铵盐充分 接触，减少铵盐因过量受热挥发而造成大量损失。 因此后面实验都采用滴加方式加入铵盐进行实验。 由上述单因素实验发现，影响色率高低的主要 因素是铵盐种类、反应温度、反应时间和催化剂添 加方式（反应过程中pH值），其中铵盐种类来看， 有效的铵盐主要是氨水和碳酸铵，但氨水制备出来 的焦糖色素耐盐性不如碳酸铵的，所以后面正交实 验主要选取碳酸铵来制备焦糖色素；而影响红色素 指数高低的主要因素是铵盐种类、反应温度和反应 时间。
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图6 催化剂添加方式对色率、红色素指数的影响 |
根据单因素实验，我们发现影响焦糖色素色率 的主要因素是铵盐的种类、反应温度、反应时间、 铵盐添加量和反应过程中的pH值等条件，其中铵 盐种类从单因素实验中，我们也发现用氨水制备的 焦糖色素虽然色率比用碳酸铵制备的高些，但其耐盐性比较差，所以我们选碳酸铵作为反应的铵盐。 而反应过程中的pH值（以铵盐添加方式控制），“滴 加方式”加入铵盐明显要比“分3次”加入铵盐和 “1次性”加入铵盐效果好，所以选择“滴加方式” 加入铵盐作为反应过程中pH值的控制条件。因此 设计反应温度，反应时间，铵盐添加量进行正交实 验，选用L16(43)表安排试验。相关设计见表1，正 交试验结果和正交试验结果分析见表2、表3。
从正交试验结果分析看出，在使用相同催化剂 的条件下，焦糖化反应温度对色素的色率和红色素 指数的影响最大，其次是催化剂用量和反应时间。 在考虑成品耐盐性的情况下，采用A3B3C3工艺参数 能得到色率最高的焦糖色素，采用A1B1C1工艺参数 能得到红色素指数最高的焦糖色素。
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表1 正交试验因素及水平表 |
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表2 正交试验结果 |
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表3 正交试验结果分析（极差分析法） |
本实验结果表明，影响焦糖色素色率和红色素 指数的主要因素是反应温度、反应时间和催化剂（铵 盐）添加量，其中制备高色率焦糖色素工艺为：反 应温度在120～125℃，反应时间1.5 h，铵盐添加量 为10%（以NH4+的质量与糖蜜干固物质量计算）； 而制备高红色素指数焦糖色素工艺为反应温度为 110～115℃，反应时间0.5 h，铵盐添加量3%（以NH4+的质量与糖蜜干固物质量计算）。很明显，温度 高，反应时间长以及铵盐添加多，都有利于色率的提高，而温度低、反应时间短，铵盐添加量少则有 利于红色素指数的提高。同时，随着反应温度的升 高和反应时间的延长，焦糖色素的耐盐性就会越来 越差。
| [1] | 王树清,高崇,朱石生. 高色率焦糖色素的合成新工艺[M]. 中国调味品,2005(3):50-53. ( 1)
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| [2] | 秦祖赠,龙明贵. 焦糖色素的色率及红色指数与pH 值 关系的研究[M]. 中国调味品,2003(1):27-29. (2)
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| [3] | 谢长兴. 焦糖色素的耐盐性及检测方法[M]. 中国调味 品,2004(12):34-36. (1)
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| [4] | 杨永发. 提高焦糖色的红色指数及染着性的方法[M]. 中国调味品,2003(9):38-40. (1)
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