甘蔗糖蜜生產(chǎn)焦糖色素的研究

    本文研究了甘蔗糖蜜生產(chǎn)焦糖色素的可行性，提出了去除糖蜜中灰分和膠體的預(yù)處理方案和優(yōu)化的焦糖生產(chǎn)工藝。糖蜜以硫酸調(diào)節(jié)pH至2.3，同時(shí)添加適量的澄清劑，經(jīng)離心獲得的糖蜜清液適于制造澄清度極好的焦糖色素。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度、反應(yīng)時(shí)間和(NH₄)₂SO₃添加量對(duì)焦糖色率和紅色素指數(shù)都有顯著的影響。在115℃，添加糖蜜兩的條件下反應(yīng)120min，可生產(chǎn)出澄清度高，色率≥30000EBC，紅色素指數(shù)≥5.5，耐酸性極好的優(yōu)質(zhì)焦糖色素。
    關(guān)鍵詞：甘蔗糖蜜；焦糖色素；耐酸
　　焦糖的生產(chǎn)多選用蔗糖、葡萄糖及淀粉質(zhì)原料的水解糖等。在糖質(zhì)原料中，甘蔗糖蜜最為便宜。甘蔗糖蜜是甘蔗榨糖后所剩余的物質(zhì)，其中含有30％左右的蔗糖及含量較高的雜質(zhì)，由于雜質(zhì)的造蜜作用，從甘蔗糖蜜中提取蔗糖是不經(jīng)濟(jì)的。目前，甘蔗糖蜜主要用于酒精發(fā)酵及酵母培養(yǎng)等方面。甘蔗糖蜜中含有較多的糖分，故是制備優(yōu)質(zhì)焦糖色素理想的天然原料，部分作者對(duì)此進(jìn)行了研究。本研究從甘蔗糖蜜原料預(yù)處理出發(fā)，對(duì)優(yōu)質(zhì)耐酸焦糖的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究。

　　1 材料與方法
　　1.1 試驗(yàn)所需材料
　　甘蔗糖蜜，25%(NH₄)₂SO₃，硫酸，消泡劑，澄清劑 A（上海），三口燒瓶，電熱套，攪拌器，離心機(jī)，分光光度計(jì)。

　　1.2 成品檢測(cè)方法
　　1.2.1 焦糖色素色率測(cè)定：按GB2717-1996。
　　1.2.2 焦糖色素紅色素指數(shù)測(cè)定：分別測(cè)定0.1%的焦糖液在510 nm 和610 nm 的吸光值，紅色素指數(shù)=10*Lg（OD₅₁₀/OD₆₁₀）。
　　1.2.3 耐酸性試驗(yàn)：取50 ml 焦糖溶液于250 ml 容量瓶中，用蒸餾水定容，然后倒入500 ml 錐形瓶中，加入7 ml36％的鹽酸，加熱回流30 min。取出冷卻至室溫，觀察其混獨(dú)度，若48 h 后仍清晰則耐酸。

　　2 結(jié)果與分析
　　2.1 糖蜜原料的預(yù)處理
　　甘蔗糖蜜是糖廠的副產(chǎn)物，約含30%的蔗糖，1%的還原糖，是制備優(yōu)質(zhì)焦糖的理想原料。但焦糖中還含有大量的膠體物質(zhì)和灰分，對(duì)焦糖色素的生產(chǎn)和應(yīng)用極其不利，如不預(yù)先進(jìn)行處理，將灰分和膠體除掉，由于灰分的存在，成品焦糖色素在加水溶解時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量沉淀；同時(shí)膠體物質(zhì)的存在，加熱熬色時(shí)容易炭化，必須加以去除。糖蜜中的膠體帶負(fù)電荷，其等電點(diǎn)偏酸性，可通過調(diào)酸使膠體帶電荷為零而沉降。調(diào)pH 所用的酸以硫酸為宜，硫酸與糖蜜中的鈣離子形成硫酸鈣使其沉淀除去。同時(shí)酸解是獲得優(yōu)質(zhì)焦糖色素的關(guān)鍵，經(jīng)過這一過程，甘蔗糖蜜中的蔗糖水解成具還原性的葡萄糖、果糖，提供焦糖化反應(yīng)所需要的醛基或酮基。甘蔗糖蜜中的膠體帶負(fù)電荷，應(yīng)選擇帶陽電荷的澄清劑與其結(jié)合成純中性的更大分子，經(jīng)離心或過濾除去。

　　2.1.1 不同稀釋度對(duì)糖蜜中膠體和灰分去除的影響原糖蜜非常粘稠，不宜直接調(diào)酸，需要用水稀釋。水量過少，糖蜜粘度仍然很高，不利于膠體的沉降，水量過多，雖有利于膠體的沉降，但糖蜜過稀，給后續(xù)的濃縮工藝帶來負(fù)擔(dān)，為此確定適宜的稀釋度非常重要。本實(shí)驗(yàn)取100 g 糖蜜4 份，分別按糖蜜與水的比例為1:0.1，1:0.3，1:0.6，1:1 進(jìn)行稀釋，分別用硫酸調(diào)節(jié)pH 至3.0，用離心機(jī)離心，測(cè)定膠體沉淀量，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

　　從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)糖蜜進(jìn)行稀釋，利于膠體和灰分的沉淀，隨著稀釋度的增大，沉淀出現(xiàn)的速度加快。表1 的沉淀量表明，在稀釋度為1:0.3 以上時(shí)，糖蜜中的膠體基本上可被完全沉降，在增大稀釋度已無必要，從后續(xù)的離心和濃縮工藝考慮，稀釋度以1:0.3 為宜。

　　2.1.2 不同酸化pH 對(duì)糖蜜中膠體和灰分去除的影響糖蜜中的膠體帶負(fù)電荷，在酸化時(shí)將糖蜜液的pH 調(diào)整到膠體的等電點(diǎn)，利于膠體的聚集和沉淀。分別取1:0.3 稀釋的糖蜜4 份，分別用硫酸調(diào)節(jié)不同的pH，離心測(cè)定沉淀量，結(jié)果見表2。

　　從表 2 的結(jié)果可以看出，pH 對(duì)糖蜜中膠體和灰分的去除效果顯著，當(dāng)pH 在2.3 的膠體去除量最大，隨著pH 的減小（pH 1.6），沉淀量略有減少，當(dāng)pH增大，沉淀量明顯減少，當(dāng)糖蜜液pH 在4.0 時(shí)的沉淀量少于pH2.3 時(shí)的一半。pH 對(duì)沉淀量的影響主要與膠體的等電點(diǎn)有關(guān)。

　　2.1.3 澄清劑用量對(duì)糖蜜中膠體和灰分去除的影響甘蔗糖蜜中的膠體帶負(fù)電荷，故必須加入帶陽電荷的澄清劑，結(jié)合成純中性的更大分子，經(jīng)離心或過濾除去。選擇澄清劑A，以糖蜜量的不同比例加入，靜置后離心，測(cè)定沉淀量，結(jié)果見表3。從表3 的結(jié)果可以看出，添加澄清劑A 對(duì)糖蜜中膠體去除量的影響不是很大，在添加少量的澄清劑A（0.2%）時(shí)，膠體沉淀量反而低于對(duì)照，澄清劑A 用量達(dá)到0.4%時(shí)，膠體沉淀量略高于對(duì)照，澄清劑A 用量進(jìn)一步增加時(shí)，膠體沉淀量隨澄清劑A 用量的增加而降低。因此，使用澄清劑時(shí)的用量應(yīng)嚴(yán)格控制，方可獲得較好的去除膠體的效果。本文選擇添加0.4%的澄清劑A 作為去除膠體物質(zhì)的工藝條件，以盡可能的去除糖蜜中的膠體和灰分物質(zhì)。

　　2.2 糖蜜的酸解
　　糖蜜中的碳水化合物主要以蔗糖的形式存在，還原糖含量較低。蔗糖不具有還原性，必須將甘蔗糖蜜中的蔗糖水解為具還原性的葡萄糖和果糖，提供焦糖化反應(yīng)所需的酮基或醛基。通常采用酸解法，酸解法簡(jiǎn)便易行，但水解條件需嚴(yán)格控制，在保證蔗糖水解完全的同時(shí)，避免因加熱時(shí)間過長(zhǎng)對(duì)葡萄糖產(chǎn)生的負(fù)面影響，如形成糠醛聚合體而失去還原性等。本文的酸解與調(diào)酸去膠體同步進(jìn)行，用硫酸調(diào)節(jié)稀釋的糖蜜液至pH 2.3, 103℃條件下水解，每隔20 min 取樣測(cè)定還原糖含量，結(jié)果見圖1。

　　圖 1 的結(jié)果可以看出，隨著酸解時(shí)間的延長(zhǎng)，糖液中還原糖含量增加，但增加至一定程度接近平衡，并且隨水解時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)而有所下降。因此，在pH＝2.3，103℃條件下水解60 min，糖蜜中的糖類物質(zhì)可基本被完全水解為單糖。

　　2.3 焦糖化反應(yīng)
　　焦糖化反應(yīng)是制備優(yōu)質(zhì)焦糖的關(guān)鍵，受反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，加氨量，起始pH 等因素的影響。本文通過正交試驗(yàn)，研究這些因素對(duì)色率、紅色素指數(shù)和耐酸性的影響，各因子的取值水平見表4，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表5。

　　對(duì)表5 的結(jié)果進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及銨鹽的添加量對(duì)焦糖色率和紅色素指數(shù)的影響均顯著（分析結(jié)果略）。由極差分析結(jié)果可見，溫度對(duì)焦糖色率和紅色素指數(shù)的影響最大，升高溫度，焦糖色率大為提高，對(duì)紅色素指數(shù)影響不大。但通過耐酸性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度為120℃時(shí)生產(chǎn)的焦糖不耐酸，并且隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，沉淀量越多。可能是當(dāng)溫度過高時(shí)，由焦糖化反應(yīng)形成的更大分子聚合而不耐酸。但提高溫度會(huì)加速反應(yīng),進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)反應(yīng)溫度保持在115℃以下生產(chǎn)的焦糖耐酸性極好,為盡可能的加快速度，反應(yīng)溫度以115℃為最佳。此外，反應(yīng)時(shí)間對(duì)焦糖色率的形成也有較大的影響，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，色率增加，而紅色素指數(shù)則隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，選擇適宜的反應(yīng)時(shí)間非常重要，既要保證一定的色率，又要保證一定的紅色素指數(shù)。銨鹽的添加量對(duì)焦糖色率的形成也有影響，當(dāng)銨鹽添加量由2%增加至6%時(shí)，焦糖色率略有降低，應(yīng)盡量降低銨鹽的用量，降低4-甲基咪唑的生成，選擇2%的銨鹽添加量。起始pH 對(duì)色率和紅色素指數(shù)的影響不顯著,但pH 6.0 條件下的色率高于pH 7.0 和pH 8.0,起始pH 以選擇6.0 為宜。
    綜上所述，選擇 115℃的反應(yīng)溫度,添加2%的銨鹽及適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,就可獲得耐酸性極好的優(yōu)質(zhì)焦糖。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，在115℃，糖蜜起始pH 6.0,銨鹽添加量2%的條件下反應(yīng)180 min,焦糖色率≥30000EBC，紅色素指數(shù)≥5.5。

　　結(jié)  論
　　糖蜜中的膠體和灰分含量高，是影響焦糖色素不穩(wěn)定和炭化的主要原因，充分去除焦糖中的膠體和灰分物質(zhì)是制備優(yōu)質(zhì)焦糖的關(guān)鍵。本文利用糖蜜中膠體的電荷特性，通過稀釋、調(diào)節(jié)糖蜜酸度及添加適宜的澄清劑可有效的去除糖蜜中的絕大部分膠體和灰分，用此工藝處理的糖蜜制備的焦糖色素色率高，澄清度好，耐酸性極佳。
    溫度、銨添加量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)焦糖色率和紅色素指數(shù)都有顯著的影響，溫度越高，色率越高，但耐酸性越差，因此，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，溫度不宜超過115℃。同時(shí)兼顧反應(yīng)速度和焦糖的耐酸性，反應(yīng)溫度以選擇115℃為宜；加熱時(shí)間越長(zhǎng)，焦糖的色率也越高，但紅色素指數(shù)隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，可通過控制時(shí)間獲得符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。通過試驗(yàn)獲得條件下生產(chǎn)的焦糖色不僅色率和紅色素指數(shù)較高，而且耐酸性極好，說明用甘蔗糖蜜生產(chǎn)高品質(zhì)焦糖是完全可行的，為甘蔗糖蜜的利用提供了新的途徑。（本文搜集整理于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)之處，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。）