[科普中國]-氨法焦糖

氨法焦糖的概述

根據(jù)國際技術(shù)焦糖色素協(xié)會(huì)（ITCA）的分類，氨（銨）法焦糖色素是指在加工過程中沒有使用亞硫酸鹽而僅采用氨或銨鹽作為催化劑制成的一類焦糖色素，其使用范圍較廣，主要用于釀造食品如醬油、醬制品、醋及啤酒等，通常帶正電荷。由于氨（銨）法焦糖色素在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的4-甲基咪唑（4-methyli midazole,4-MeI），曾一度被禁止使用。后來經(jīng)過一系列深入的研究和試驗(yàn)，人們認(rèn)為氨法焦糖色素中4-MeI的含量不會(huì)超過每日攝入量（200ppm），其作為食用色素是安全的。因此聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）、美國食品和藥物管理局（FDA），世界衛(wèi)生組織（WHO）和日本先后允許了焦糖色素的使用，但對(duì)4-MeI作了限量的規(guī)定。我國也于1988年制定了新的焦糖色素國家標(biāo)準(zhǔn)（GB-8817-88），重新恢復(fù)了氨法焦糖色素的使用1。

高質(zhì)量的焦糖色素在產(chǎn)品中著色均勻，品質(zhì)穩(wěn)定，能夠增加食品的感官性質(zhì)，提高食品的商品價(jià)值，因此，它在食品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來越廣泛。

焦糖色素的分類根據(jù)在生產(chǎn)過程中使用催化劑種類的不同可將焦糖色素分為普通焦糖（Ⅰ）、苛性亞硫酸鹽焦糖（Ⅱ）、氨法焦糖（Ⅲ）、亞硫酸銨法焦糖（Ⅳ）四類，食品中常用的是耐酸型焦糖色素和氨法焦糖色素。

Ⅰ類普通焦糖不使用催化劑，直接采用DE值70以上的葡萄糖漿，在160°C左右的溫度下通過糖自身的焦糖化作用制得；Ⅱ類苛性亞硫酸鹽焦糖在制備過程中添加堿性亞硫酸鹽作催化劑，由于催化劑的用量較高，我國禁止使用；Ⅲ類氨法焦糖是我國目前生產(chǎn)量最大的一類焦糖，多用氨水作催化劑。生產(chǎn)原料可用葡萄糖母液、糖蜜、碎米等；Ⅳ類亞硫酸銨法焦糖是用亞硫酸（氫）銨做催化劑產(chǎn)生的，屬于耐酸型焦糖色素。第Ⅰ、Ⅲ類焦糖主要用于果汁飲料、醬油、調(diào)味罐頭、糖果生產(chǎn)；第Ⅳ類焦糖主要用于碳酸飲料、黃酒的生產(chǎn)2。

氨法焦糖的生成美拉德反應(yīng)（Maillard Reaction）包括了醛、酮及還原糖與胺、氨基酸、肽和蛋白質(zhì)之間的反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)原理是極其復(fù)雜的，現(xiàn)有的研究結(jié)果認(rèn)為美拉德反應(yīng)大體分為初級(jí)階段、中級(jí)階段和最終階段。

美拉德反應(yīng)的初級(jí)階段初級(jí)美拉德反應(yīng)包括還原糖的羰基與氨基酸或蛋白質(zhì)中的游離氨基二者之間進(jìn)行縮合。縮合物迅速失去一分子水轉(zhuǎn)變?yōu)橄７驂A（Schiff Base），再經(jīng)環(huán)化形成相對(duì)應(yīng)的N-取代的葡基胺，然后又經(jīng)過阿馬多利（Amadori）分子重排轉(zhuǎn)變成1-氨基-1-脫氧-2-酮糖，這一步包含由醛糖轉(zhuǎn)變?yōu)橥茄苌锏倪^程，反應(yīng)機(jī)理如圖1-1所示。初級(jí)美拉德反應(yīng)不引起褐變，其中關(guān)鍵步驟是阿馬多利重排，重排產(chǎn)物（Amadori rearrangement product,ARP）1-氨基-1-脫氧-2-酮糖是極為重要的不揮發(fā)的香味前驅(qū)物。

美拉德反應(yīng)的中級(jí)階段美拉德反應(yīng)的中級(jí)階段包括三條主要反應(yīng)路線。

第一條反應(yīng)路線由1-氨基-1-脫氧-2-酮糖在2、3位置不可逆地烯醇化，從C1消去胺基生成甲基二羰基中間體，其進(jìn)一步反應(yīng)產(chǎn)生如C-甲基-醛類、酮醛類、二羰基化合物和還原酮等裂解產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物包括乙醛、丙酮醛、丁二酮和醋酸等風(fēng)味成分。

第二條反應(yīng)路線是烯醇式阿馬多利重排產(chǎn)物在1、2位置烯醇化并消去C3上的羥基，加H2O生成3-脫氧已糖酮，然后脫水生成2-糠醛類風(fēng)味成分。

一般認(rèn)為，堿性條件下，由于鄰近N原子的影響，糖殘基C1的電子云密度增大，使1,2-烯醇化較為困難。因此，堿性條件下ARP一般進(jìn)行2,3-烯醇化。酸性條件下，N被質(zhì)子化。由于帶正電的N原子的吸引，電子離開C1，使1,2-烯醇化比較容易進(jìn)行。

第三條反應(yīng)路線：美拉德反應(yīng)風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生于此途徑。在二羰基化合物的存在下，氨基酸發(fā)生脫羧、脫氨作用，成為少一個(gè)碳的醛，氨基轉(zhuǎn)移到二羰基化合物上，這一反應(yīng)為斯特勒克降解（Strecker degradation）反應(yīng)。這一反應(yīng)生成的羰氨類化合物經(jīng)過縮合，生成吡嗪類物質(zhì)。

美拉德反應(yīng)的最終階段此階段包括兩類反應(yīng)，一是醇醛縮合反應(yīng)，即兩分子醛自相縮合，進(jìn)一步脫水生成更高級(jí)不飽和醛；二是生成類黑精的聚合反應(yīng)：中級(jí)階段的生成產(chǎn)物[包括葡萄糖酮醛、3-脫氧Osulose（3-DG）、3,4-二脫氧Osulose（3,4-2DG）、羥甲基糠醛、還原酮類及不飽和亞胺類等]經(jīng)過進(jìn)一步縮合、聚合形成復(fù)雜的高分子色素類物質(zhì)。