氨法焦糖色素穩(wěn)定性研究

嚴景臣,黃永春,伍新敏,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)

焦糖色素又稱醬色，是食品工業(yè)中使用量最大的一種天然食用色素，廣泛應用于飲料、烘制食品、肉制品、調(diào)味品等行業(yè)。其中，氨法焦糖色素是指以碳水化合物為主要原料，在氨化合物存在下，不使用亞硫酸鹽，加或不加酸(堿)而制得的一類焦糖色素。氨法焦糖色素具有著色率高、生產(chǎn)周期短、原材料來源廣、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，是我國目前生產(chǎn)量最大的一類焦糖色素[1,2]。

近年來，雖然在焦糖色素的加工工藝和產(chǎn)品品種等方面取得了一定的發(fā)展，但仍存在一些產(chǎn)品穩(wěn)定性等方面的問題，例如在保質(zhì)期內(nèi)出現(xiàn)脂化、流動性等現(xiàn)象，以及焦糖色素的色調(diào)和風味變化問題。這些問題長期困擾著焦糖色素的應用與發(fā)展，所以本文以氨法焦糖色素為研究對象，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、鹽的種類和濃度、氧化還原劑的種類和濃度、果膠濃度條件下的穩(wěn)定性，為解決氨法焦糖色素的穩(wěn)定性問題，促進焦糖色素的應用與發(fā)展做出指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

氨法焦糖色素：柳州恒泰食品有限公司；實驗所用化學試劑：均為分析純。

1.2 儀器與設備

HH-8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型可見分光光度計 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焦糖色素樣品加水定容于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，取各濃度樣品溶液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，取各濃度樣品溶液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。將以上樣品溶液分別與0.00,1.00,5.00,10.00,15.00,20.00 g氯化鈉、2.00,3.00,4.00 g檸檬酸鈉、0.10,0.30,0.50 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。將以上樣品溶液分別與0.00,0.10,0.50,1.00 g抗壞血酸、0.10,0.30,0.50 g無水亞硫酸鈉、3,6,9 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0.00,0.10,0.30,0.50 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(jié)果與分析

2.1 溫度對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，氨法焦糖色素色率隨溫度的升高而升高，在80～100 ℃范圍內(nèi)色率顯著升高，由59587 EBC增大到87785 EBC；紅色指數(shù)和黃色指數(shù)隨溫度的升高而下降，紅色指數(shù)由4.79降至4.60，黃色指數(shù)由7.16降至6.92。說明溫度對氨法焦糖色素的穩(wěn)定性影響較大，這與陳洪興等[4]、王樹清等[5]所研究的氨法焦糖色素色率隨溫度升高而升高的結(jié)果相一致。原因可能是焦糖色素隨溫度的升高所產(chǎn)生的呈色物質(zhì)增多[6]，且溫度較高時焦糖色素分子結(jié)構(gòu)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]。焦糖色素中的紅色、黃色物質(zhì)對溫度較敏感，當遇到較高溫度時易發(fā)生降解，導致紅色、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(guān)系

由圖2可知，pH值在2～10的范圍內(nèi)，氨法焦糖色素的色率、紅色指數(shù)和黃色指數(shù)變化不大，說明氨法焦糖色素在不同的pH條件下性質(zhì)基本穩(wěn)定，這與許光明等所研究的氨法焦糖色素耐酸性能力較強的結(jié)果相一致，說明氨法焦糖色素可以用于食醋等酸性食品中。呂慧威等[9]研究發(fā)現(xiàn)，當 pH值大于5時，焦糖色素性質(zhì)不穩(wěn)定；秦祖贈等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在pH為2.8～7.4范圍內(nèi)，焦糖色素的色率有一最低點，紅色指數(shù)有一最高點，兩個極值點均在pH 4.5～5.0范圍內(nèi)，這與本文的研究結(jié)果不同。

2.3 鹽對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

圖3 鹽與色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)的關(guān)系

由圖3可知，隨磷酸二氫鈉和氯化鈉濃度的增大，氨法焦糖色素的色率、紅色指數(shù)和黃色指數(shù)變化不大，說明磷酸二氫鈉和氯化鈉對氨法焦糖色素的穩(wěn)定性影響較小。呂慧威等研究發(fā)現(xiàn)，在氯化鈉濃度小于6%時，氯化鈉濃度越高，焦糖色素越穩(wěn)定，這與本文的研究結(jié)果一致。原因可能是焦糖色素是帶電的膠體物質(zhì)，溶液中的氯離子和鈉離子所帶電荷量較小，與焦糖色素膠體之間的電荷作用較小。隨無水硫酸鈉濃度的增大，色率先降低后升高，紅色指數(shù)和黃色指數(shù)的變化趨勢與之相反。對氨法焦糖色素性質(zhì)影響最大的鹽是檸檬酸鈉，隨檸檬酸鈉濃度的增大，色率顯著升高，由45625 EBC增大到55934 EBC；紅色指數(shù)由4.83降至4.48，黃色指數(shù)由7.21降至6.68。張相鋒等[11]發(fā)現(xiàn)隨著檸檬酸濃度的增加，黑果小檗果皮色素吸光度值增加，說明檸檬酸對色素有增色效果，這與本文的研究結(jié)果一致。原因可能是檸檬酸鈉具有絡合能力，利用檸檬酸鈉與色素溶液中的金屬離子絡合，可以使金屬離子對色素作用減弱，達到增色作用。

以上結(jié)果說明氨法焦糖色素的穩(wěn)定性因鹽的種類不同而影響不同，在生產(chǎn)和應用中要注意鹽類的添加對色素的影響。謝長興[12]認為焦糖色素的耐鹽性問題有十分復雜的內(nèi)在原因，涉及到電荷、等電點、pH等因素。與其他色素不同的是，焦糖色素是由多種物質(zhì)組成的混合物，是膠體物質(zhì)，要使焦糖色素具有足夠的耐鹽性，就必須嚴格控制膠體的形成過程。

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(guān)系

由圖4可知，氨法焦糖色素色率隨抗壞血酸、無水亞硫酸鈉和過氧化氫濃度的增大而降低，紅色指數(shù)和黃色指數(shù)隨之升高，其中過氧化氫相對抗壞血酸和無水亞硫酸鈉影響較顯著。隨過氧化氫濃度增大，色率由45725 EBC降至38312 EBC，這與陳洪興等的研究結(jié)果一致。原因可能是氧化還原劑可以破壞色素分子的結(jié)構(gòu)，使其顏色發(fā)生變化。張相鋒等研究發(fā)現(xiàn)，黑果小檗色素吸光度值隨氧化劑濃度的增大而降低，說明氧化劑對色素的穩(wěn)定性有較大影響。楊艷等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隨著過氧化氫或抗壞血酸濃度的升高，黑蘿卜花青素的保存率逐漸降低。薛博等[14]研究發(fā)現(xiàn)，紅米色素隨亞硫酸鈉的加入吸光度下降；以上結(jié)果均與本文的研究結(jié)果一致。這說明氧化還原劑對氨法焦糖色素的穩(wěn)定性均存在一定影響，所以在氨法焦糖色素的生產(chǎn)和應用中要注意與氧化還原劑共用的情況。

2.5 果膠濃度對焦糖色素穩(wěn)定性的影響

圖5 果膠濃度與色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)的關(guān)系

由圖5可知，氨法焦糖色素色率隨果膠濃度的增大而升高，由46406 EBC升高到52675 EBC；紅色指數(shù)和黃色指數(shù)隨之降低，紅色指數(shù)由4.78降至4.57，黃色指數(shù)由7.15降至6.96，說明果膠對氨法焦糖色素穩(wěn)定性有一定影響。王華興等[15]研究發(fā)現(xiàn)，果膠對山楂色素無明顯影響，這與本文的研究結(jié)果不同。原因可能是焦糖色素是膠體物質(zhì)，果膠與氨法焦糖色素體系中的膠體物質(zhì)形成果膠-焦糖色素復合體，不同膠體的結(jié)合可能會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，所以引起其色率、紅色指數(shù)和黃色指數(shù)的變化。

3 結(jié)論

通過本文研究發(fā)現(xiàn)，溫度對氨法焦糖色素的穩(wěn)定性影響較大，且在80～100 ℃范圍內(nèi)影響最顯著，隨溫度升高，色率由45494 EBC增大到87785 EBC，紅色指數(shù)由4.79降至4.60，黃色指數(shù)由7.16降至6.92。隨pH增大，氨法焦糖色素的色率、紅色指數(shù)和黃色指數(shù)變化很小，說明氨法焦糖色素在不同pH條件下性質(zhì)基本穩(wěn)定。不同種類鹽溶液對氨法焦糖色素穩(wěn)定性影響不同，其中檸檬酸鈉的影響較大，且隨檸檬酸鈉濃度升高，色率由45625EBC增大到55934EBC，紅色指數(shù)由4.83降至4.48，黃色指數(shù)由7.21降至6.68；磷酸二氫鈉和氯化鈉的影響較小。3種氧化還原劑(抗壞血酸、無水亞硫酸鈉和過氧化氫)對氨法焦糖色素的穩(wěn)定性均存在一定影響，且隨氧化還原劑濃度的升高色率降低，紅色指數(shù)和黃色指數(shù)隨之升高。果膠對氨法焦糖色素的穩(wěn)定性也存在一定影響，隨果膠濃度升高氨法焦糖色素色率升高，由46406EBC升高到52675EBC，紅色指數(shù)和黃色指數(shù)隨之降低。