氨法焦糖色素稳定性研究

严景臣,黄永春,伍新敏,杨锋*

(1.广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545006；2.广西糖资源绿色加工重点实验室，广西 柳州 545006)

焦糖色素又称酱色，是食品工业中使用量最大的一种天然食用色素，广泛应用于饮料、烘制食品、肉制品、调味品等行业。其中，氨法焦糖色素是指以碳水化合物为主要原料，在氨化合物存在下，不使用亚硫酸盐，加或不加酸(碱)而制得的一类焦糖色素。氨法焦糖色素具有着色率高、生产周期短、原材料来源广、生产成本低等优点，是我国目前生产量最大的一类焦糖色素[1,2]。

近年来，虽然在焦糖色素的加工工艺和产品品种等方面取得了一定的发展，但仍存在一些产品稳定性等方面的问题，例如在保质期内出现脂化、流动性等现象，以及焦糖色素的色调和风味变化问题。这些问题长期困扰着焦糖色素的应用与发展，所以本文以氨法焦糖色素为研究对象，以焦糖色素色率、红色指数和黄色指数为评价标准，研究其在不同温度、pH、盐的种类和浓度、氧化还原剂的种类和浓度、果胶浓度条件下的稳定性，为解决氨法焦糖色素的稳定性问题，促进焦糖色素的应用与发展做出指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

氨法焦糖色素：柳州恒泰食品有限公司；实验所用化学试剂：均为分析纯。

1.2 仪器与设备

HH-8型数显电热恒温水浴锅 国华电器有限公司；PHS-25CW型pH计 上海般特仪器制造有限公司；AL104型电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；V2000型可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.3 色率、红色指数、黄色指数测定方法[3]

测定焦糖色素溶液在610,510,460 nm波长下的吸光度值A610、A510、A460(取3次测定的平均值)，计算相应色率、红色指数、黄色指数，计算公式如下：

色率(EBC单位)=(A610×20000)/0.076；

红色指数=10×lg(A510/A610)；

黄色指数=10×lg(A460/A610)。

1.4 实验方法

1.4.1 温度对焦糖色素稳定性的影响

取0.50,1.50,2.50 g焦糖色素样品加水定容于250 mL容量瓶中，取以上浓度样品溶液40 mL，在20,40,60,80,100 ℃下水浴静置反应20 min，取出冷却，取各浓度样品溶液10 mL加入适量水稀释，测定其吸光度。

1.4.2 pH对焦糖色素稳定性的影响

取0.20,0.60,1.00 g焦糖色素样品，加少量水溶解。分别用pH值为2,4,6,8,10的盐酸或氢氧化钠溶液定容至100 mL容量瓶中，静置1 h后，取各浓度样品溶液10 mL加适量水稀释，测定其吸光度。

1.4.3 盐对焦糖色素稳定性的影响

取0.20,0.60,1.00 g焦糖色素样品，加少量水溶解。将以上样品溶液分别与0.00,1.00,5.00,10.00,15.00,20.00 g氯化钠、2.00,3.00,4.00 g柠檬酸钠、0.10,0.30,0.50 g磷酸二氢钠、1.00,3.00,5.00 g无水硫酸钠加水定容于100 mL容量瓶中，静置1 h后，取各溶液10 mL加入适量水稀释，测定其吸光度。

1.4.4 氧化还原剂对焦糖色素稳定性的影响

取0.20,0.60,1.00 g焦糖色素样品，加少量水溶解。将以上样品溶液分别与0.00,0.10,0.50,1.00 g抗坏血酸、0.10,0.30,0.50 g无水亚硫酸钠、3,6,9 mL过氧化氢定容于100 mL容量瓶中，静置1 h后，取各溶液10 mL加入适量水稀释，测定其吸光度。

1.4.5 果胶对焦糖色素稳定性的影响

取0.10,0.30,0.50 g果胶，加少量40 ℃水溶解。取0.20,0.60,1.00 g焦糖色素样品，加少量水溶解。将以上样品分别与0.00,0.10,0.30,0.50 g果胶溶液定容于100 mL容量瓶中，静置1 h后，取以上各溶液10 mL加入适量水稀释，测定其吸光度。

2 结果与分析

2.1 温度对焦糖色素稳定性的影响

由图1可知，氨法焦糖色素色率随温度的升高而升高，在80～100 ℃范围内色率显著升高，由59587 EBC增大到87785 EBC；红色指数和黄色指数随温度的升高而下降，红色指数由4.79降至4.60，黄色指数由7.16降至6.92。说明温度对氨法焦糖色素的稳定性影响较大，这与陈洪兴等[4]、王树清等[5]所研究的氨法焦糖色素色率随温度升高而升高的结果相一致。原因可能是焦糖色素随温度的升高所产生的呈色物质增多[6]，且温度较高时焦糖色素分子结构中的π键电子发生共轭，共轭体系中电子的离域作用使吸收波长向长波方向移动，从而使焦糖色素增色[7]。焦糖色素中的红色、黄色物质对温度较敏感，当遇到较高温度时易发生降解，导致红色、黄色组分所占比例减少[8]。

2.2 pH对焦糖色素稳定性的影响

图2 pH与色率、红色指数、黄色指数的关系

由图2可知，pH值在2～10的范围内，氨法焦糖色素的色率、红色指数和黄色指数变化不大，说明氨法焦糖色素在不同的pH条件下性质基本稳定，这与许光明等所研究的氨法焦糖色素耐酸性能力较强的结果相一致，说明氨法焦糖色素可以用于食醋等酸性食品中。吕慧威等[9]研究发现，当 pH值大于5时，焦糖色素性质不稳定；秦祖赠等[10]研究发现，在pH为2.8～7.4范围内，焦糖色素的色率有一最低点，红色指数有一最高点，两个极值点均在pH 4.5～5.0范围内，这与本文的研究结果不同。

2.3 盐对焦糖色素稳定性的影响

图3 盐与色率、红色指数、黄色指数的关系

由图3可知，随磷酸二氢钠和氯化钠浓度的增大，氨法焦糖色素的色率、红色指数和黄色指数变化不大，说明磷酸二氢钠和氯化钠对氨法焦糖色素的稳定性影响较小。吕慧威等研究发现，在氯化钠浓度小于6%时，氯化钠浓度越高，焦糖色素越稳定，这与本文的研究结果一致。原因可能是焦糖色素是带电的胶体物质，溶液中的氯离子和钠离子所带电荷量较小，与焦糖色素胶体之间的电荷作用较小。随无水硫酸钠浓度的增大，色率先降低后升高，红色指数和黄色指数的变化趋势与之相反。对氨法焦糖色素性质影响最大的盐是柠檬酸钠，随柠檬酸钠浓度的增大，色率显著升高，由45625 EBC增大到55934 EBC；红色指数由4.83降至4.48，黄色指数由7.21降至6.68。张相锋等[11]发现随着柠檬酸浓度的增加，黑果小檗果皮色素吸光度值增加，说明柠檬酸对色素有增色效果，这与本文的研究结果一致。原因可能是柠檬酸钠具有络合能力，利用柠檬酸钠与色素溶液中的金属离子络合，可以使金属离子对色素作用减弱，达到增色作用。

以上结果说明氨法焦糖色素的稳定性因盐的种类不同而影响不同，在生产和应用中要注意盐类的添加对色素的影响。谢长兴[12]认为焦糖色素的耐盐性问题有十分复杂的内在原因，涉及到电荷、等电点、pH等因素。与其他色素不同的是，焦糖色素是由多种物质组成的混合物，是胶体物质，要使焦糖色素具有足够的耐盐性，就必须严格控制胶体的形成过程。

2.4 氧化还原剂对焦糖色素稳定性的影响

图4 氧化还原剂与色率、红色指数、黄色指数的关系

由图4可知，氨法焦糖色素色率随抗坏血酸、无水亚硫酸钠和过氧化氢浓度的增大而降低，红色指数和黄色指数随之升高，其中过氧化氢相对抗坏血酸和无水亚硫酸钠影响较显著。随过氧化氢浓度增大，色率由45725 EBC降至38312 EBC，这与陈洪兴等的研究结果一致。原因可能是氧化还原剂可以破坏色素分子的结构，使其颜色发生变化。张相锋等研究发现，黑果小檗色素吸光度值随氧化剂浓度的增大而降低，说明氧化剂对色素的稳定性有较大影响。杨艳等[13]研究发现，随着过氧化氢或抗坏血酸浓度的升高，黑萝卜花青素的保存率逐渐降低。薛博等[14]研究发现，红米色素随亚硫酸钠的加入吸光度下降；以上结果均与本文的研究结果一致。这说明氧化还原剂对氨法焦糖色素的稳定性均存在一定影响，所以在氨法焦糖色素的生产和应用中要注意与氧化还原剂共用的情况。

2.5 果胶浓度对焦糖色素稳定性的影响

图5 果胶浓度与色率、红色指数、黄色指数的关系

由图5可知，氨法焦糖色素色率随果胶浓度的增大而升高，由46406 EBC升高到52675 EBC；红色指数和黄色指数随之降低，红色指数由4.78降至4.57，黄色指数由7.15降至6.96，说明果胶对氨法焦糖色素稳定性有一定影响。王华兴等[15]研究发现，果胶对山楂色素无明显影响，这与本文的研究结果不同。原因可能是焦糖色素是胶体物质，果胶与氨法焦糖色素体系中的胶体物质形成果胶-焦糖色素复合体，不同胶体的结合可能会引起生色基团的改变或者助色基团与共轭键或生色基团的连接，所以引起其色率、红色指数和黄色指数的变化。

3 结论

通过本文研究发现，温度对氨法焦糖色素的稳定性影响较大，且在80～100 ℃范围内影响最显著，随温度升高，色率由45494 EBC增大到87785 EBC，红色指数由4.79降至4.60，黄色指数由7.16降至6.92。随pH增大，氨法焦糖色素的色率、红色指数和黄色指数变化很小，说明氨法焦糖色素在不同pH条件下性质基本稳定。不同种类盐溶液对氨法焦糖色素稳定性影响不同，其中柠檬酸钠的影响较大，且随柠檬酸钠浓度升高，色率由45625EBC增大到55934EBC，红色指数由4.83降至4.48，黄色指数由7.21降至6.68；磷酸二氢钠和氯化钠的影响较小。3种氧化还原剂(抗坏血酸、无水亚硫酸钠和过氧化氢)对氨法焦糖色素的稳定性均存在一定影响，且随氧化还原剂浓度的升高色率降低，红色指数和黄色指数随之升高。果胶对氨法焦糖色素的稳定性也存在一定影响，随果胶浓度升高氨法焦糖色素色率升高，由46406EBC升高到52675EBC，红色指数和黄色指数随之降低。