[科普中国]-焦糖化反应

反应过程

焦糖化反应的结果生成两类物质:一类是糖脱水聚合产物，俗称焦糖或酱色;一类是降解产物，主要是一些挥发性的醛、酮等,这些物质还可以缩合、聚合最终也得到一些深颜色的物质。它们给食品带来悦人的色泽和风味，但若控制不当，也会为制品带来不良的影响。

1 焦糖的生成

糖类在无水条件下加热或糖类在高浓度下用稀酸处理,这两种方法都可发生焦糖化作用,一般都是单糖的脱水反应。葡萄糖经焦糖化后生成葡萄糖昔,果糖经焦糖化后生成果糖昔。下面以蔗糖为例介绍一下其焦糖化过程::①加热下蔗糖首先熔融,继续加热到200℃经过35min起泡,蔗糖脱去一分子水,初级产物为异蔗糖昔,此物无甜味具有温和苦味;②中间起泡阶段:生成异蔗糖昔后,起泡有一暂时停止现象,又进行中间第二次起泡,持续时间达55min,蔗糖进一步脱水达到9%，生成第二步产物蔗糖昔，该物熔点138℃，仍有苦味，可溶于水和乙醇；③经过55min后加热会再脱水生成蔗糖烯,该物熔点154℃，可溶于水。继续加热会进一步聚合缩合生成高分子深色难溶物焦糖素，该物是胶态物质,具有两性性质。

2 糠醛、其它醛的形成

单糖在酸性条件下加热进行脱水生成糠醛或其衍生物,它们相互之间进行聚合或与胺反应生成深褐色物质。单糖在碱性条件下加热首先进行互变异构,有烯醇糖产生,烯醇糖进一步断裂生成甲醛、乙醇醛、甘油醛、丙酮醛等小分子醛类或四碳糖、五碳糖等小分子糖类,这些小分子物质经过聚合生成黑褐色物质。1

焦糖色素的生产机理焦糖色素为非单一的化合物(约 100 种不同的化合物), 是多种糖脱水缩合的混合物, 反应机理非常复杂。色素生成主要是下述 3 种化学反应。

美拉德反应 ( Maillard Reaction)

美拉德反应是羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)间的反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，所以又称羰氨反应。

焦糖化反应 ( Caramellization)

焦糖化反应的初期加热高浓度的糖液, 葡萄糖形成 1, 2- 脱水-α- D- 葡萄糖, 和 1, 6-脱水- β- D- 葡萄糖, 一系列脱水反应后生成 5- 羟甲基- 2- 糖醛。焦糖化反应后期则是聚合反应, 其聚合机理很类似丁间醇醛的缩聚作用。

氧化反应( Oxidation)

氧化反应是食品组分发生酶促或非酶褐变的原因之一。在焦糖色素生产过程中, 美拉德反应和焦糖化反应的产物可能相互作用发生氧化反应生成大型分子, 从而提高了产物的着色力, 反应过度则会生成黑褐色树脂状的高分子化合物, 降低了产品的质量, 不易扩大产品的应用范围。

焦糖色素的生产方法根据催化剂的不同, 可分为普通法、亚硫酸盐法、氨法、亚硫酸铵法。

普通焦糖( Ⅰ类) 这类焦糖色素在制造中用DE 值 70 以上的葡萄糖浆在160℃左右的温度下, 不采用含铵化物或亚硫酸盐作为催化剂。它的色率较低, 但红色指数可达6以上, 氮硫含量均较低, 在75%的酒精中也能稳定。

苛性亚硫酸盐焦糖( Ⅱ类) 苛性亚硫酸盐焦糖的制造方法与普通焦糖相似, 但必须用亚硫酸盐作催化剂, 催化剂的用量较高, 亦能在酒精中稳定。一般采用葡萄糖与亚硫酸钠控制加热制作, 使用范围很小, 只用于一些特殊要求的食品或药品。GB8817- 2001 国标准规定中允许使用的焦糖色素生产方法中并没有此法。

氨法焦糖( Ⅲ类) 这类焦糖色素指没有用含亚硫酸盐作为催化剂, 而只采用氨作催化剂生产的焦糖色素, 常采用高当量的葡萄糖或转化糖与氨在高温下制成。这类焦糖耐盐性较好, 主要用于酱油着色。

亚硫酸铵法焦糖( Ⅳ类) 这类焦糖色素是采用亚硫酸铵盐作为催化剂, 葡萄糖和蔗糖作为原料,在酸性条件下催化而成。在软饮料中, 这类焦糖色素的使用量最大, 它不仅着色力强, 而且在酸性饮料中十分稳定。2

食品工业中焦糖化的应用在食品工业中，利用蔗糖焦糖化的过程可以得到不同类型的焦糖色素。

软饮料是世界上焦糖用量最大的领域, 一般是用亚硫酸铵焦糖, 这种焦糖色素带负电荷, 饮料中所用的香料, 含有少量带负离子的胶体物质, 这样在化学上就能相溶, 不会形成混浊或絮凝现象。焦糖在使用前部分氢化, 可进一步减少产品贮藏中芳香成分的损失, 这对使用阿力甜的低糖可乐型饮料尤其显著。

用于酱油、醋、酱料等调味品中的焦糖多为Ⅲ类焦糖, 带有正电荷。这些调味品盐分含量高, 例如, 酱油含有约 17%～20%的盐分, 所使用的焦糖必须具有耐盐性, 否则就会出现浑浊、沉淀。现今消费者需求的酱油产品不仅要色深, 还要颜色红亮, 挂碗性好,这就要求选用红色指数高、固形物含量高的焦糖。

焦糖的耐酒精性使它能够在酒中使用。焦糖通常能分散于50%浓度以下的乙醇溶液中。啤酒含有带阳电荷的蛋白质, 需选用带阳电荷的Ⅲ类焦糖。黄酒中含有大量负电荷的蛋白质、多糖的胶体, 且产品pH 一般在3.8～4.6, 故要求使用pI 在 1.5 以下, 酒精下稳定的Ⅳ类焦糖。有些产品如发酵葡萄酒、樱桃酒, 在生产中已基本去除了蛋白质, 加上本身带有酸性, 可以使用耐酸性焦糖。

焦糖色素也可用来增加焙烤食品外观的吸引力, 可选用原浓度或倍浓度的液体和粉末状焦糖色来弥补特制面包“表面装饰”蛋糕和曲奇饼精制配料的不充足和不均匀的着色力。此外, 焦糖色素也能广泛地应用于其它食品中, 如罐装肉和炖肉、餐用糖浆、医药制剂, 以及植物蛋白为原料的模拟肉。肉制品中可以用正负电荷的焦糖色素, 选择时应考虑红色指数问题。固化焦糖色素一般用于混合粉末调味料中, 如把固化焦糖与淀粉或糊精混合于方便面调味包中, 保证汤料用热水冲调后速溶的同时加强汤料的色泽和风味。3