氨法焦糖色素穩(wěn)定性研究

嚴(yán)景臣,黃永春,伍新敏,楊鋒*

(1.廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.廣西糖資源綠色加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 柳州 545006)

焦糖色素又稱(chēng)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(yīng)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(lèi)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(lái)源廣、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)目前生產(chǎn)量最大的一類(lèi)焦糖色素[1,2]。

近年來(lái)，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(wèn)題，例如在保質(zhì)期內(nèi)出現(xiàn)脂化、流動(dòng)性等現(xiàn)象，以及焦糖色素的色調(diào)和風(fēng)味變化問(wèn)題。這些問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著焦糖色素的應(yīng)用與發(fā)展，所以本文以氨法焦糖色素為研究對(duì)象，以焦糖色素色率、紅色指數(shù)和黃色指數(shù)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究其在不同溫度、pH、鹽的種類(lèi)和濃度、氧化還原劑的種類(lèi)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(wèn)題，促進(jìn)焦糖色素的應(yīng)用與發(fā)展做出指導(dǎo)。

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(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑：均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-8型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司；PHS-25CW型pH計(jì) 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(jiàn)分光光度計(jì) 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.3 色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)測(cè)定方法[3]

測(cè)定焦糖色素溶液在610,510,460 nm波長(zhǎng)下的吸光度值A(chǔ)610、A510、A460(取3次測(cè)定的平均值)，計(jì)算相應(yīng)色率、紅色指數(shù)、黃色指數(shù)，計(jì)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(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 溫度對(duì)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(yīng)20 min，取出冷卻，取各濃度樣品溶液10 mL加入適量水稀釋?zhuān)瑴y(cè)定其吸光度。

1.4.2 pH對(duì)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?zhuān)瑴y(cè)定其吸光度。

1.4.3 鹽對(duì)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(wú)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?zhuān)瑴y(cè)定其吸光度。

1.4.4 氧化還原劑對(duì)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(wú)水亞硫酸鈉、3,6,9 mL過(guò)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?zhuān)瑴y(cè)定其吸光度。

1.4.5 果膠對(duì)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?zhuān)瑴y(cè)定其吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)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(shuō)明溫度對(duì)氨法焦糖色素的穩(wěn)定性影響較大，這與陳洪興等[4]、王樹(shù)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(shí)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(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，從而使焦糖色素增色[7]。焦糖色素中的紅色、黃色物質(zhì)對(duì)溫度較敏感，當(dāng)遇到較高溫度時(shí)易發(fā)生降解，導(dǎo)致紅色、黃色組分所占比例減少[8]。

2.2 pH對(duì)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(shuō)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(qiáng)的結(jié)果相一致，說(shuō)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(dāng) pH值大于5時(shí)，焦糖色素性質(zhì)不穩(wěn)定；秦祖贈(zèng)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(diǎn)，紅色指數(shù)有一最高點(diǎn)，兩個(gè)極值點(diǎn)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(duì)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(shuō)明磷酸二氫鈉和氯化鈉對(duì)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(shí)，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(wú)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(shì)與之相反。對(duì)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(shuō)明檸檬酸對(duì)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(luò)合能力，利用檸檬酸鈉與色素溶液中的金屬離子絡(luò)合，可以使金屬離子對(duì)色素作用減弱，達(dá)到增色作用。

以上結(jié)果說(shuō)明氨法焦糖色素的穩(wěn)定性因鹽的種類(lèi)不同而影響不同，在生產(chǎn)和應(yīng)用中要注意鹽類(lèi)的添加對(duì)色素的影響。謝長(zhǎng)興[12]認(rèn)為焦糖色素的耐鹽性問(wèn)題有十分復(fù)雜的內(nèi)在原因，涉及到電荷、等電點(diǎn)、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(yán)格控制膠體的形成過(guò)程。

2.4 氧化還原劑對(duì)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(wú)水亞硫酸鈉和過(guò)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(guò)氧化氫相對(duì)抗壞血酸和無(wú)水亞硫酸鈉影響較顯著。隨過(guò)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(shuō)明氧化劑對(duì)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(guò)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(shuō)明氧化還原劑對(duì)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(yīng)用中要注意與氧化還原劑共用的情況。

2.5 果膠濃度對(duì)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(shuō)明果膠對(duì)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(duì)山楂色素?zé)o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(fù)合體，不同膠體的結(jié)合可能會(huì)引起生色基團(tuán)的改變或者助色基團(tuán)與共軛鍵或生色基團(tuán)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(guò)本文研究發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)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(shuō)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(lèi)鹽溶液對(duì)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(wú)水亞硫酸鈉和過(guò)氧化氫)對(duì)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(duì)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。