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甘蔗糖蜜生产焦糖色素的研究
本文研究了甘蔗糖蜜生产焦糖色素的可行性，提出了去除糖蜜中灰分和胶体的预处理方案和优化的焦糖生产工艺。糖蜜以硫酸调节pH至2.3，同时添加适量的澄清剂，经离心获得的糖蜜清液适于制造澄清度极好的焦糖色素。正交试验结果表明，温度、反应时间和(NH4)2SO3添加量对焦糖色率和红色素指数都有显著的影响。在115℃，添加糖蜜两的条件下反应120min，可生产出澄清度高，色率≥30000EBC，红色素指数≥5.5，耐酸性极好的优质焦糖色素。
关键词：甘蔗糖蜜；焦糖色素；耐酸
焦糖的生产多选用蔗糖、葡萄糖及淀粉质原料的水解糖等。在糖质原料中，甘蔗糖蜜最为便宜。甘蔗糖蜜是甘蔗榨糖后所剩余的物质，其中含有30％左右的蔗糖及含量较高的杂质，由于杂质的造蜜作用，从甘蔗糖蜜中提取蔗糖是不经济的。目前，甘蔗糖蜜主要用于酒精发酵及酵母培养等方面。甘蔗糖蜜中含有较多的糖分，故是制备优质焦糖色素理想的天然原料，部分作者对此进行了研究。本研究从甘蔗糖蜜原料预处理出发，对优质耐酸焦糖的生产工艺进行研究。
1 材料与方法
1.1 试验所需材料
甘蔗糖蜜，25%(NH4)2SO3，硫酸，消泡剂，澄清剂 A（上海），三口烧瓶，电热套，搅拌器，离心机，分光光度计。
1.2 成品检测方法
1.2.1 焦糖色素色率测定：按GB2717-1996。
1.2.2 焦糖色素红色素指数测定：分别测定0.1%的焦糖液在510 nm 和610 nm 的吸光值，红色素指数=10*Lg（OD510/OD610）。
1.2.3 耐酸性试验：取50 ml 焦糖溶液于250 ml 容量瓶中，用蒸馏水定容，然后倒入500 ml 锥形瓶中，加入7 ml36％的盐酸，加热回流30 min。取出冷却至室温，观察其混独度，若48 h 后仍清晰则耐酸。
2 结果与分析
2.1 糖蜜原料的预处理
甘蔗糖蜜是糖厂的副产物，约含30%的蔗糖，1%的还原糖，是制备优质焦糖的理想原料。但焦糖中还含有大量的胶体物质和灰分，对焦糖色素的生产和应用极其不利，如不预先进行处理，将灰分和胶体除掉，由于灰分的存在，成品焦糖色素在加水溶解时会出现大量沉淀；同时胶体物质的存在，加热熬色时容易炭化，必须加以去除。糖蜜中的胶体带负电荷，其等电点偏酸性，可通过调酸使胶体带电荷为零而沉降。调pH 所用的酸以硫酸为宜，硫酸与糖蜜中的钙离子形成硫酸钙使其沉淀除去。同时酸解是获得优质焦糖色素的关键，经过这一过程，甘蔗糖蜜中的蔗糖水解成具还原性的葡萄糖、果糖，提供焦糖化反应所需要的醛基或酮基。甘蔗糖蜜中的胶体带负电荷，应选择带阳电荷的澄清剂与其结合成纯中性的更大分子，经离心或过滤除去。
2.1.1 不同稀释度对糖蜜中胶体和灰分去除的影响原糖蜜非常粘稠，不宜直接调酸，需要用水稀释。水量过少，糖蜜粘度仍然很高，不利于胶体的沉降，水量过多，虽有利于胶体的沉降，但糖蜜过稀，给后续的浓缩工艺带来负担，为此确定适宜的稀释度非常重要。本实验取100 g 糖蜜4 份，分别按糖蜜与水的比例为1:0.1，1:0.3，1:0.6，1:1 进行稀释，分别用硫酸调节pH 至3.0，用离心机离心，测定胶体沉淀量，试验结果见表1。
从试验结果可以看出，对糖蜜进行稀释，利于胶体和灰分的沉淀，随着稀释度的增大，沉淀出现的速度加快。表1 的沉淀量表明，在稀释度为1:0.3 以上时，糖蜜中的胶体基本上可被完全沉降，在增大稀释度已无必要，从后续的离心和浓缩工艺考虑，稀释度以1:0.3 为宜。
2.1.2 不同酸化pH 对糖蜜中胶体和灰分去除的影响糖蜜中的胶体带负电荷，在酸化时将糖蜜液的pH 调整到胶体的等电点，利于胶体的聚集和沉淀。分别取1:0.3 稀释的糖蜜4 份，分别用硫酸调节不同的pH，离心测定沉淀量，结果见表2。
从表 2 的结果可以看出，pH 对糖蜜中胶体和灰分的去除效果显著，当pH 在2.3 的胶体去除量最大，随着pH 的减小（pH 1.6），沉淀量略有减少，当pH增大，沉淀量明显减少，当糖蜜液pH 在4.0 时的沉淀量少于pH2.3 时的一半。pH 对沉淀量的影响主要与胶体的等电点有关。
2.1.3 澄清剂用量对糖蜜中胶体和灰分去除的影响甘蔗糖蜜中的胶体带负电荷，故必须加入带阳电荷的澄清剂，结合成纯中性的更大分子，经离心或过滤除去。选择澄清剂A，以糖蜜量的不同比例加入，静置后离心，测定沉淀量，结果见表3。从表3 的结果可以看出，添加澄清剂A 对糖蜜中胶体去除量的影响不是很大，在添加少量的澄清剂A（0.2%）时，胶体沉淀量反而低于对照，澄清剂A 用量达到0.4%时，胶体沉淀量略高于对照，澄清剂A 用量进一步增加时，胶体沉淀量随澄清剂A 用量的增加而降低。因此，使用澄清剂时的用量应严格控制，方可获得较好的去除胶体的效果。本文选择添加0.4%的澄清剂A 作为去除胶体物质的工艺条件，以尽可能的去除糖蜜中的胶体和灰分物质。
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，还原糖含量较低。蔗糖不具有还原性，必须将甘蔗糖蜜中的蔗糖水解为具还原性的葡萄糖和果糖，提供焦糖化反应所需的酮基或醛基。通常采用酸解法，酸解法简便易行，但水解条件需严格控制，在保证蔗糖水解完全的同时，避免因加热时间过长对葡萄糖产生的负面影响，如形成糠醛聚合体而失去还原性等。本文的酸解与调酸去胶体同步进行，用硫酸调节稀释的糖蜜液至pH 2.3, 103℃条件下水解，每隔20 min 取样测定还原糖含量，结果见图1。
图 1 的结果可以看出，随着酸解时间的延长，糖液中还原糖含量增加，但增加至一定程度接近平衡，并且随水解时间的进一步延长而有所下降。因此，在pH＝2.3，103℃条件下水解60 min，糖蜜中的糖类物质可基本被完全水解为单糖。
2.3 焦糖化反应
焦糖化反应是制备优质焦糖的关键，受反应温度，反应时间，加氨量，起始pH 等因素的影响。本文通过正交试验，研究这些因素对色率、红色素指数和耐酸性的影响，各因子的取值水平见表4，正交试验设计及结果见表5。
对表5 的结果进行回归分析，发现反应温度、反应时间及铵盐的添加量对焦糖色率和红色素指数的影响均显著（分析结果略）。由极差分析结果可见，温度对焦糖色率和红色素指数的影响最大，升高温度，焦糖色率大为提高，对红色素指数影响不大。但通过耐酸性试验发现，当温度为120℃时生产的焦糖不耐酸，并且随反应时间的延长，沉淀量越多。可能是当温度过高时，由焦糖化反应形成的更大分子聚合而不耐酸。但提高温度会加速反应,进一步的研究发现,当反应温度保持在115℃以下生产的焦糖耐酸性极好,为尽可能的加快速度，反应温度以115℃为最佳。此外，反应时间对焦糖色率的形成也有较大的影响，随着反应时间的延长，色率增加，而红色素指数则随着反应时间的延长而降低，选择适宜的反应时间非常重要，既要保证一定的色率，又要保证一定的红色素指数。铵盐的添加量对焦糖色率的形成也有影响，当铵盐添加量由2%增加至6%时，焦糖色率略有降低，应尽量降低铵盐的用量，降低4-甲基咪唑的生成，选择2%的铵盐添加量。起始pH 对色率和红色素指数的影响不显著,但pH 6.0 条件下的色率高于pH 7.0 和pH 8.0,起始pH 以选择6.0 为宜。
综上所述，选择 115℃的反应温度,添加2%的铵盐及适当的延长反应时间,就可获得耐酸性极好的优质焦糖。经验证试验，在115℃，糖蜜起始pH 6.0,铵盐添加量2%的条件下反应180 min,焦糖色率≥30000EBC，红色素指数≥5.5。
结 论
糖蜜中的胶体和灰分含量高，是影响焦糖色素不稳定和炭化的主要原因，充分去除焦糖中的胶体和灰分物质是制备优质焦糖的关键。本文利用糖蜜中胶体的电荷特性，通过稀释、调节糖蜜酸度及添加适宜的澄清剂可有效的去除糖蜜中的绝大部分胶体和灰分，用此工艺处理的糖蜜制备的焦糖色素色率高，澄清度好，耐酸性极佳。
温度、铵添加量和反应时间对焦糖色率和红色素指数都有显著的影响，温度越高，色率越高，但耐酸性越差，因此，需要严格控制反应温度，温度不宜超过115℃。同时兼顾反应速度和焦糖的耐酸性，反应温度以选择115℃为宜；加热时间越长，焦糖的色率也越高，但红色素指数随反应时间的延长而降低，可通过控制时间获得符合质量标准的产品。通过试验获得条件下生产的焦糖色不仅色率和红色素指数较高，而且耐酸性极好，说明用甘蔗糖蜜生产高品质焦糖是完全可行的，为甘蔗糖蜜的利用提供了新的途径。（本文搜集整理于网络，如有侵权之处，请联系我们删除。）