[科普中國]-焦糖化反應(yīng)

反應(yīng)過程

焦糖化反應(yīng)的結(jié)果生成兩類物質(zhì):一類是糖脫水聚合產(chǎn)物，俗稱焦糖或醬色;一類是降解產(chǎn)物，主要是一些揮發(fā)性的醛、酮等,這些物質(zhì)還可以縮合、聚合最終也得到一些深顏色的物質(zhì)。它們給食品帶來悅?cè)说纳珴珊惋L(fēng)味，但若控制不當(dāng)，也會為制品帶來不良的影響。

1 焦糖的生成

糖類在無水條件下加熱或糖類在高濃度下用稀酸處理,這兩種方法都可發(fā)生焦糖化作用,一般都是單糖的脫水反應(yīng)。葡萄糖經(jīng)焦糖化后生成葡萄糖昔,果糖經(jīng)焦糖化后生成果糖昔。下面以蔗糖為例介紹一下其焦糖化過程::①加熱下蔗糖首先熔融,繼續(xù)加熱到200℃經(jīng)過35min起泡,蔗糖脫去一分子水,初級產(chǎn)物為異蔗糖昔,此物無甜味具有溫和苦味;②中間起泡階段:生成異蔗糖昔后,起泡有一暫時(shí)停止現(xiàn)象,又進(jìn)行中間第二次起泡,持續(xù)時(shí)間達(dá)55min,蔗糖進(jìn)一步脫水達(dá)到9%，生成第二步產(chǎn)物蔗糖昔，該物熔點(diǎn)138℃，仍有苦味，可溶于水和乙醇；③經(jīng)過55min后加熱會再脫水生成蔗糖烯,該物熔點(diǎn)154℃，可溶于水。繼續(xù)加熱會進(jìn)一步聚合縮合生成高分子深色難溶物焦糖素，該物是膠態(tài)物質(zhì),具有兩性性質(zhì)。

2 糠醛、其它醛的形成

單糖在酸性條件下加熱進(jìn)行脫水生成糠醛或其衍生物,它們相互之間進(jìn)行聚合或與胺反應(yīng)生成深褐色物質(zhì)。單糖在堿性條件下加熱首先進(jìn)行互變異構(gòu),有烯醇糖產(chǎn)生,烯醇糖進(jìn)一步斷裂生成甲醛、乙醇醛、甘油醛、丙酮醛等小分子醛類或四碳糖、五碳糖等小分子糖類,這些小分子物質(zhì)經(jīng)過聚合生成黑褐色物質(zhì)。1

焦糖色素的生產(chǎn)機(jī)理焦糖色素為非單一的化合物(約 100 種不同的化合物), 是多種糖脫水縮合的混合物, 反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜。色素生成主要是下述 3 種化學(xué)反應(yīng)。

美拉德反應(yīng) ( Maillard Reaction)

美拉德反應(yīng)是羰基化合物(還原糖類)和氨基化合物(氨基酸和蛋白質(zhì))間的反應(yīng)，經(jīng)過復(fù)雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)類黑精或稱擬黑素，所以又稱羰氨反應(yīng)。

焦糖化反應(yīng) ( Caramellization)

焦糖化反應(yīng)的初期加熱高濃度的糖液, 葡萄糖形成 1, 2- 脫水-α- D- 葡萄糖, 和 1, 6-脫水- β- D- 葡萄糖, 一系列脫水反應(yīng)后生成 5- 羥甲基- 2- 糖醛。焦糖化反應(yīng)后期則是聚合反應(yīng), 其聚合機(jī)理很類似丁間醇醛的縮聚作用。

氧化反應(yīng)( Oxidation)

氧化反應(yīng)是食品組分發(fā)生酶促或非酶褐變的原因之一。在焦糖色素生產(chǎn)過程中, 美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)的產(chǎn)物可能相互作用發(fā)生氧化反應(yīng)生成大型分子, 從而提高了產(chǎn)物的著色力, 反應(yīng)過度則會生成黑褐色樹脂狀的高分子化合物, 降低了產(chǎn)品的質(zhì)量, 不易擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

焦糖色素的生產(chǎn)方法根據(jù)催化劑的不同, 可分為普通法、亞硫酸鹽法、氨法、亞硫酸銨法。

普通焦糖( Ⅰ類) 這類焦糖色素在制造中用DE 值 70 以上的葡萄糖漿在160℃左右的溫度下, 不采用含銨化物或亞硫酸鹽作為催化劑。它的色率較低, 但紅色指數(shù)可達(dá)6以上, 氮硫含量均較低, 在75%的酒精中也能穩(wěn)定。

苛性亞硫酸鹽焦糖( Ⅱ類) 苛性亞硫酸鹽焦糖的制造方法與普通焦糖相似, 但必須用亞硫酸鹽作催化劑, 催化劑的用量較高, 亦能在酒精中穩(wěn)定。一般采用葡萄糖與亞硫酸鈉控制加熱制作, 使用范圍很小, 只用于一些特殊要求的食品或藥品。GB8817- 2001 國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中允許使用的焦糖色素生產(chǎn)方法中并沒有此法。

氨法焦糖( Ⅲ類) 這類焦糖色素指沒有用含亞硫酸鹽作為催化劑, 而只采用氨作催化劑生產(chǎn)的焦糖色素, 常采用高當(dāng)量的葡萄糖或轉(zhuǎn)化糖與氨在高溫下制成。這類焦糖耐鹽性較好, 主要用于醬油著色。

亞硫酸銨法焦糖( Ⅳ類) 這類焦糖色素是采用亞硫酸銨鹽作為催化劑, 葡萄糖和蔗糖作為原料,在酸性條件下催化而成。在軟飲料中, 這類焦糖色素的使用量最大, 它不僅著色力強(qiáng), 而且在酸性飲料中十分穩(wěn)定。2

食品工業(yè)中焦糖化的應(yīng)用在食品工業(yè)中，利用蔗糖焦糖化的過程可以得到不同類型的焦糖色素。

軟飲料是世界上焦糖用量最大的領(lǐng)域, 一般是用亞硫酸銨焦糖, 這種焦糖色素帶負(fù)電荷, 飲料中所用的香料, 含有少量帶負(fù)離子的膠體物質(zhì), 這樣在化學(xué)上就能相溶, 不會形成混濁或絮凝現(xiàn)象。焦糖在使用前部分氫化, 可進(jìn)一步減少產(chǎn)品貯藏中芳香成分的損失, 這對使用阿力甜的低糖可樂型飲料尤其顯著。

用于醬油、醋、醬料等調(diào)味品中的焦糖多為Ⅲ類焦糖, 帶有正電荷。這些調(diào)味品鹽分含量高, 例如, 醬油含有約 17%～20%的鹽分, 所使用的焦糖必須具有耐鹽性, 否則就會出現(xiàn)渾濁、沉淀?，F(xiàn)今消費(fèi)者需求的醬油產(chǎn)品不僅要色深, 還要顏色紅亮, 掛碗性好,這就要求選用紅色指數(shù)高、固形物含量高的焦糖。

焦糖的耐酒精性使它能夠在酒中使用。焦糖通常能分散于50%濃度以下的乙醇溶液中。啤酒含有帶陽電荷的蛋白質(zhì), 需選用帶陽電荷的Ⅲ類焦糖。黃酒中含有大量負(fù)電荷的蛋白質(zhì)、多糖的膠體, 且產(chǎn)品pH 一般在3.8～4.6, 故要求使用pI 在 1.5 以下, 酒精下穩(wěn)定的Ⅳ類焦糖。有些產(chǎn)品如發(fā)酵葡萄酒、櫻桃酒, 在生產(chǎn)中已基本去除了蛋白質(zhì), 加上本身帶有酸性, 可以使用耐酸性焦糖。

焦糖色素也可用來增加焙烤食品外觀的吸引力, 可選用原濃度或倍濃度的液體和粉末狀焦糖色來彌補(bǔ)特制面包“表面裝飾”蛋糕和曲奇餅精制配料的不充足和不均勻的著色力。此外, 焦糖色素也能廣泛地應(yīng)用于其它食品中, 如罐裝肉和燉肉、餐用糖漿、醫(yī)藥制劑, 以及植物蛋白為原料的模擬肉。肉制品中可以用正負(fù)電荷的焦糖色素, 選擇時(shí)應(yīng)考慮紅色指數(shù)問題。固化焦糖色素一般用于混合粉末調(diào)味料中, 如把固化焦糖與淀粉或糊精混合于方便面調(diào)味包中, 保證湯料用熱水沖調(diào)后速溶的同時(shí)加強(qiáng)湯料的色澤和風(fēng)味。3