亞硫酸銨法焦糖色素穩(wěn)定性研究

嚴景臣，黃永春，楊鋒*

(1.廣西科技大學 生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006； 2.廣西糖資源綠色加工重點實驗室，廣西 柳州 545006)

焦糖色素是一種在食品行業(yè)中被廣泛應用的著色劑，目前主要采用普通法、氨法、苛性亞硫酸鹽法和亞硫酸銨法生產(chǎn)。亞硫酸銨法焦糖色素是以碳水化合物為主要原料，在氨化合物和亞硫酸鹽同時存在下，加或不加酸(堿)而制得。因其具有一定的穩(wěn)定性，被廣泛應用于軟飲料工業(yè)中[1]。近年來焦糖色素的生產(chǎn)取得了長足的發(fā)展，尤其是在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)品種等方面。盡管焦糖色素的生產(chǎn)取得了一定的發(fā)展，但目前在焦糖色素穩(wěn)定性方面的研究還較少。焦糖色素在保質期內出現(xiàn)脂化、流動性等問題一直得不到解決[2]。

本文以亞硫酸銨法焦糖色素為對象，以焦糖色素色率、紅色指數(shù)和黃色指數(shù)為評價標準，研究其在不同溫度、pH、果膠濃度、鹽的種類和濃度、氧化還原劑種類和濃度條件下的穩(wěn)定性。對亞硫酸銨法焦糖色素的保藏及在食品中的應用做出指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.2 儀器與設備

HH-8亞硫酸銨法焦糖色素：柳州恒泰食品有限公司；實驗所用化學試劑：均為分析純。

型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；PHS-25CW型pH計 上海般特儀器制造有限公司；AL104型電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；V2000可見分光光度計 上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.3 色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)測定方法[3]

測定焦糖色素溶液在610，510，460 nm波長下的吸光度值A610、A510、A460(取3次測定的平均值)，計算相應的色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)，計算公式如下：

色率(EBC單位)=(A610×20000)/0.076；

紅色指數(shù)=10×lg(A510/A610)；

黃色指數(shù)=10×lg(A460/A610)。

1.4 實驗方法

1.4.1 溫度對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

取0.50，1.50，2.50 g焦糖色素樣品定容到250 mL容量瓶中，取以上濃度樣品溶液40 mL，在20，40，60，80，100 ℃下水浴靜置反應20 min，取出冷卻，取不同濃度樣品溶液10 mL加入適量水稀釋，測定其吸光度。

1.4.2 pH對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

取0.20，0.60，1.00 g焦糖色素樣品，加少量水溶解。分別用pH值為2，4，6，8，10的鹽酸或氫氧化鈉溶液定容至100 mL容量瓶中。靜置1 h后，取以上溶液各10 mL加適量水稀釋，測定其吸光度。

1.4.3 鹽對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

取0.20，0.60，1.00 g焦糖色素樣品，加少量水溶解。將以上樣品分別與0，1.00，5.00，10.00，15.00，20.00 g氯化鈉，2.00，3.00，4.00 g檸檬酸鈉，1.00，4.00，8.00 g磷酸二氫鈉，1.00，3.00，5.00 g無水硫酸鈉，加水定容于100 mL容量瓶中，靜置1 h后，取各溶液10 mL加入適量水稀釋，測定其吸光度。

1.4.4 氧化還原劑對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

取0.20，0.60，1.00 g焦糖色素樣品，加少量水溶解。將以上樣品分別與0，0.10，0.50，1.00 g抗壞血酸，0.10，0.30，0.50 g無水亞硫酸鈉，1，2，3 mL過氧化氫，定容于100 mL容量瓶中，靜置1 h后，取各溶液10 mL加入適量水稀釋，測定其吸光度。

1.4.5 果膠對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

取0.10，0.30，0.50 g果膠，加少量40 ℃水溶解。取0.20，0.60，1.00 g焦糖色素樣品，加少量水溶解。將以上樣品分別與0，0.10，0.30，0.50 g果膠溶液定容于100 mL容量瓶中，靜置1 h后，取以上各溶液10 mL加入適量水稀釋，測定其吸光度。

2 結果分析

2.1 溫度對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，不同濃度亞硫酸銨法焦糖色素在20～40 ℃范圍內其色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)基本穩(wěn)定。在40～100 ℃范圍內，色率隨溫度升高顯著升高，由28333增大到35087；紅色指數(shù)和黃色指數(shù)隨溫度升高顯著下降，色率與紅色指數(shù)、黃色指數(shù)呈負相關。這與陳洪興、王樹清等研究的氨法焦糖色素色率隨溫度升高而升高相一致[4,5]。原因可能是焦糖色素隨溫度的增加所產(chǎn)生的呈色物質增多[6]。溫度較高時，焦糖色素分子結構中的π鍵電子發(fā)生共軛，共軛體系中電子的離域作用使吸收波長向長波方向移動，從而使焦糖色素增色[7]。焦糖色素中的紅、黃色物質對溫度較敏感，當遇到較高溫度時易發(fā)生降解，焦糖色素分子結構因高溫發(fā)生分解，導致紅、黃色組分所占比例減少[8]。

2.2 pH對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

圖2 pH與色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)的關系Fig.2 The relation between pH and color index,red index and yellow index

由圖2可知，當pH值為2～10時，隨著pH增大，3種濃度亞硫酸銨法焦糖色素的色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)基本穩(wěn)定。主要原因是亞硫酸銨法焦糖色素具有膠體特征，通常等電點在1.5以下[9]。實驗測定的pH值變化范圍在2～10，即遠離等電點范圍內的pH變化對亞硫酸銨法焦糖色素的穩(wěn)定性無影響。這與呂慧威所研究的焦糖色素在pH<5時穩(wěn)定，在pH>5時不穩(wěn)定的結果不同[10]。與秦祖贈所研究的在pH 2～8的范圍內，焦糖色素的色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)變化存在一個最值點不同[11]。

2.3 鹽對焦糖色素穩(wěn)定性影響

圖3 鹽與色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)的關系Fig.3 The relation between salt and color index,red index and yellow index

由圖3可知，焦糖色素隨磷酸二氫鈉、無水硫酸鈉濃度的增大基本穩(wěn)定；隨氯化鈉濃度的增大，色率先減小后增大，紅色指數(shù)、黃色指數(shù)穩(wěn)定，這與周彥斌所研究的結果相同[12]。隨檸檬酸鈉濃度的增大，色率增大，色率由27789增大到30157，紅色、黃色指數(shù)減小。原因是檸檬酸鈉具有絡合能力，利用檸檬酸鈉與色素溶液中金屬離子的絡合，可以使金屬離子對色素作用減弱，達到增色作用。同時也說明了亞硫酸銨法焦糖色素耐鹽性較強，可以添加在醬油、醋等含鹽量較高的產(chǎn)品中。

2.4 氧化還原劑對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

圖4 氧化還原劑與色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)的關系Fig.4 The relation between redox agents and color index,red index and yellow index

由圖4可知，抗壞血酸、無水亞硫酸鈉濃度的增大對焦糖色素的色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)影響較小，這與陳洪興的研究結果一致。隨著過氧化氫濃度的增大，焦糖色素色率先下降，由28026降低到24631，而后趨于穩(wěn)定，紅、黃色指數(shù)呈上升趨勢。主要原因可能是過氧化氫分子結構中存在的羥基自由基可以破壞色素分子的結構，使其顏色發(fā)生變化，所以在生產(chǎn)實際中，應盡量避免將亞硫酸銨法焦糖色素與強氧化劑接觸。

2.5 果膠濃度對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，3種濃度亞硫酸銨法焦糖色素的色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)隨果膠濃度的增長無明顯變化。原因可能是果膠與焦糖色素體系中的膠體物質形成果膠-焦糖色素復合體，該復合體較穩(wěn)定，不同膠體的結合并未引起生色基團的改變或者助色基團與共軛鍵或生色基團的連接，所以其色率并未發(fā)生變化。

圖5 果膠濃度與色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)的關系Fig.5 The relation between pectin concentration and color index,red index and yellow index

3 結論

亞硫酸銨法焦糖色素在溫度小于40 ℃時其性質保持穩(wěn)定，當溫度大于60 ℃時亞硫酸銨法焦糖色素色率逐漸增大，紅色指數(shù)、黃色指數(shù)下降。色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)隨著pH的增大基本穩(wěn)定。亞硫酸銨法焦糖色素的色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)在不同濃度磷酸二氫鈉、無水硫酸鈉存在下基本穩(wěn)定；隨著氯化鈉濃度的增大，焦糖色素的色率先增大后減小，紅色指數(shù)、黃色指數(shù)不變；隨著檸檬酸鈉濃度的增大，色率增大，而紅色指數(shù)、黃色指數(shù)呈下降趨勢。隨著抗壞血酸、無水亞硫酸鈉濃度的增大，亞硫酸銨法焦糖色素基本穩(wěn)定；過氧化氫易使焦糖色素色率降低，使紅色指數(shù)及黃色指數(shù)上升。亞硫酸銨法焦糖色素在不同濃度果膠中基本穩(wěn)定。