焦糖色的研究进展
作者: 周胜光
摘 要:焦糖色作为天然食品着色剂,其生产销量占整个食用着色剂的80%以上,是使用最为广泛的食用着色剂。焦糖色作为一种复杂的物质,在生产储存应用过程中,其稳定性易受到温度、时间、pH、黏度等因素的影响,通常采用色率、红色指数以及黄色指数作为评价指标,也有使用色空间坐标与颜色指标关联性进行评价。使用焦糖色作为添加剂,人们往往也很关心其安全性问题。因此,本文从焦糖色品质的影响因素以及焦糖色的安全性方面进行了综述。
关键词:焦糖色;生产应用;安全性;评价
Research Progress of Caramel Color
ZHOU Shengguang
(Foshan Haitian (Gaoming) Flavoring & Food Co., Ltd., Foshan 528000, China)
Abstract: Caramel color as a natural food coloring agent, its production and sales account for more than 80% of the entire food coloring agent, is the most widely used food coloring agent. Caramel color is a complex substance. In the process of production, storage and application, its stability is easily affected by temperature, time, pH, viscosity and other factors. Color rate, red index and yellow index are usually used as evaluation indexes, and the correlation between color space coordinates and color indexes is also used for evaluation. When using caramel color as an additive, people are often concerned about its safety. Therefore, this paper summarizes, the influencing factors of caramel color quality and the safety of caramel color.
Keywords: caramel color; production applications; safety; evaluation
1 焦糖色概述
焦糖色是以蔗糖、淀粉糖浆、木糖母液等为原料,与某些添加剂,通过加热反应得到的一种棕褐色物质,包含了胶体聚集体,这些胶体构成了其大部分的着色性能以及对酸、电解质和单宁酸的特性表征[1]。在添加至饮食的着色剂中,焦糖色约占80%(以重量计),是日常生活中重要的天然着色剂之一[1-2]。
1.1 焦糖色的分类
根据分类标准的不同,焦糖色有多种分类方法,但最主要的分类方法是根据反应过程中是否加入催化剂而分成4类,其特点概括见表1[3-4]。
1.2 焦糖色的生产原理
焦糖色是一种以食品级的碳水化合物,如蔗糖、糖蜜、麦芽糖浆、葡萄糖、淀粉水解产物和转化糖等为反应原料,通过添加催化剂,并在高温下制备得到相应的产物,是多种糖脱水缩合的混合物[5-6]。在焦化生成色素的过程中,其反应机理非常复杂,终产物中含有100多种不同的化合物[7]。一般认为焦糖色在形成过程主要经历3类反应[8],即美拉德反应、焦糖化反应和氧化反应。
1.2.1 美拉德反应
美拉德反应最早由法国化学家L.C.Maillard于1912年提出,是指一种非酶促反应而引起的褐变反应。其本质原理是在常温或高温(加热)作用下,食品中的氨基化合物(如蛋白质等物质)与羰基化合物(如还原糖)发成聚合、缩合,生成棕黑色物质,该物质被称为类黑精。TOLGAHAN等[9]认为在采用氨法和亚硫酸铵法制备焦糖色素的过程中,一些含氮杂环化合物,如吡咯、吡啶、吡嗪和咪唑等物质主要通过美拉德反应生成。
1.2.2 焦糖化反应
焦糖化是一种非酶褐变反应,利用高温处理可为食品提供特殊的焦糖风味。焦糖风味组成成分主要是由糖降解而生产的低分子量化合物,这些化合物可通过焦糖化反应在烘焙和烘焙食品的香气中起作用[10]。焦糖化过程包括糖分子的异构化、脱水、降解、氧化和聚合等多种反应[11-13]。
1.2.3 氧化反应
美拉德和焦糖化反应的生成物可能相互作用或发生氧化反应生成大型分子[7],加深了产物的颜色,但此类反应应在控制范围内,否则产物中会含有黑褐色树脂状类影响成品质量的化合物[14-15]。
1.3 色泽的评价指标及其方法
焦糖色素作为一种着色剂,其最重要的指标是色率强度。《食品安全国家标准 食品添加剂 焦糖色》(GB 1886.64—2015)规定使用分光光度计在特定波长测定焦糖色的吸光度值[16],具体是将0.01%焦糖溶液(W/V)试样置于1 cm的比色皿中,并用分光光度计在610 nm处测定试样的吸光度值,吸光度值越大,色泽越深。通过将吸光度值代入公式色率(EBC单位)=(A×
20 000)/0.076即可计算得到色率强度[17]。其中,EBC全称为European Brewery Convention,是欧洲啤酒酿造协会的缩写,EBC单位为啤酒色度单位,A为610 nm处测得的吸光度值。另外,色调指数也是焦糖色素色调及其红色度特征的重要量度,它是在两种不同波长(610 μm和610 nm)下所测到的密度的特征指数[17]。
除了以上的色率和色调外,还有研究使用色差计来检测亮度和色度指标表征焦糖色的色泽,该种方法可以更精准地检测焦糖色的色泽,同时可客观地反映出焦糖色应用于实物之后,实物随着使用方式或时间而产生的色泽变化情况[18-19]。在表色系统CIELAB中,L*为亮度指数,L*=100表示白色,L*=0表示黑色,a*为彩度,+a*代表红色,-a*代表绿色;b*为色相,+b*代表黄色,-b*代表蓝色。因而,L*越大色泽越亮(浅),a*值和b*值越大则色泽越好[20]。在生产和应用研究中,亮度和色度的结果可以相对比较出不同样本的差异性[21-22]。
2 焦糖色品质的影响因素
2.1 生产过程的影响因素
在生产工艺方面,反应条件的变化均有可能影响焦糖色的品质。因此,在生产过程中,需要通过调控反应条件如反应物质、反应时间、金属离子等,才能生产出优质的、质量稳定的焦糖色。陈洪兴等[23]研究发现过长的反应时间、金属离子的存在均会降低亮度,减弱红色指数,增强黄色指数。原因是随着反应时间的延长,整个体系会反应更快、更彻底,甚至会出现树脂化,导致色率越来越深[23-25]。此外,改变反应物质如碳源、铵盐(氨)的种类对反应体系最终产物焦糖色的色泽和性质有很大的影响,优质的碳源与合适的铵盐反应可得到优质的焦糖色[26-27]。这也说明了生产焦糖色的复杂性,只有在生产过程中稳定控制各个生产工艺参数,确保各个影响因素可控,才可以稳定生产优质焦糖色。
2.2 储存过程的影响因素
焦糖色在储存过程中品质的稳定性主要通过储存温度和时间、pH值等进行控制。周海军等[28]研究Ⅳ类焦糖色储存特性时发现,在生产后,室温和高温储存的过程中,残留的糖与氨结合可发生反应,通常在前30 d内,颜色会增加6%,此后色泽会趋于稳定。此外,储存时间越长,焦糖色素体系中酸性物质会先增多后达到平衡。吕慧威等[29]研究了pH值对焦糖色素稳定性的影响。结果表明,在pH值为3.5~5.0,焦糖色素较稳定,此时微生物影响较小。而谢长兴[30]研究表明酱油盐分和pH等因素均会影响焦糖色素的带电性,可能会出现聚沉或不聚沉的现象。除此之外,对于已加入焦糖色的各类成品或产品,若在储存过程中由于放置不当而受到日晒等情况,则焦糖色泽也会受到紫外线的影响而变色[1]。
2.3 焦糖色应用于食品的影响因素
在焦糖色的应用方面,着色效果受到食品本身、焦糖色品质及其生产工艺等方面的影响。NORTH[31]指出焦糖色的净电荷对于特定食品的应用选择至关重要,主要是电荷相互作用。例如,若在带负电荷的食品体系中使用带正电的焦糖,则该体系的其他负电分子与带正电的焦糖可以相互作用,从而使体系出现沉淀。此外,还需要考虑应用食品本身的质地、流体、pH、限量使用标准等综合条件[32]。在焦糖色应用于酱油方面,舒更新[33-34]通过对十多种酱油样品的检测、分析,认为酱油炒菜上色效果好取决于酱油的浓度(或黏度)和红色指数。而张瑾等[35]发现过多添加焦糖会改变酱油原有pH值,影响酱油的酿造风味及体态。此外,陈三宝等[26]认为老抽酱油的感官指标、质量与所添加的焦糖色质量密切相关。陈三宝等[36]还发现焦糖色的染着性及色泽的稳定性与色率、色调无直接关系,而与焦糖色的制造工艺有关。
3 焦糖色的安全性
焦糖色的安全性评估包括了4-甲基咪唑和SO2的检测及其含量。赵俊平等[37]对北京市售的150件酱油样品进行4-甲基咪唑测定时发现,93%的酱油产品含有4-甲基咪唑,且最高含量为150.56 mg·kg-1。AGUILAR等[38]评估焦糖色素[E150a(I类)、E150b(II类)、E150c(III类)、E150d(IV类)]的安全性时认为只要符合粮农组织/世卫组织食品添加剂联合专家委员会的每日摄入量规定即可避免安全风险。MATEO-FERNÁNDEZ等[39]评估亚硫酸铵法焦糖IV类的食品安全性时发现焦糖IV类对果蝇既没有毒性,又没有遗传毒性。
4 结语
焦糖在世界范围内被大量用作天然色素,但由于复杂的加工条件,难以控制和稳定焦糖品质。同时,在食品中应用焦糖色需要考虑食品本身的质地、酸碱度、应用条件等因素才能避免非正常现象。但是,目前针对焦糖色在食品上应用的着色机理等鲜有报道。因此,有关焦糖色及其在食材上的应用,如着色性、稳定性,需要深入探讨研究焦糖色发色基团在食品中的着色机理。
参考文献
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[3]李美玲,王卓琳,黎庆涛,等.焦糖色素及其研究进展[J].中国调味品,2019,44(9):183-187.
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[5]LAURIANNE P,CHANTAL S,CÉDRIC M,et al.