焦糖化反應

焦糖化反應的結果生成兩類物質:一類是糖脱水聚合產物，俗稱焦糖或醬色;一類是降解產物，主要是一些揮發性的醛、酮等,這些物質還可以縮合、聚合最終也得到一些深顏色的物質。它們給食品帶來悦人的色澤和風味，但若控制不當，也會為製品帶來不良的影響。

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,這兩種方法都可發生焦糖化作用,一般都是單糖的脱水反應。葡萄糖經焦糖化後生成葡萄糖苷,果糖經焦糖化後生成果糖苷。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,繼續加熱到200℃經過35min起泡,蔗糖脱去一分子水,初級產物為異蔗糖苷,此物無甜味具有温和苦味;②中間起泡階段:生成異蔗糖苷後,起泡有一暫時停止現象,又進行中間第二次起泡,持續時間達55min,蔗糖進一步脱水達到9%，生成第二步產物蔗糖苷，該物熔點138℃，仍有苦味，可溶於水和乙醇；③經過55min後加熱會再脱水生成蔗糖烯,該物熔點154℃，可溶於水。繼續加熱會進一步聚合縮合生成高分子深色難溶物焦糖素，該物是膠態物質,具有兩性性質。

2 糠醛、其它醛的形成

單糖在酸性條件下加熱進行脱水生成糠醛或其衍生物,它們相互之間進行聚合或與胺反應生成深褐色物質。單糖在鹼性條件下加熱首先進行互變異構,有烯醇糖產生,烯醇糖進一步斷裂生成甲醛、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,這些小分子物質經過聚合生成黑褐色物質。 ^[1] 

焦糖色素為非單一的化合物(約 100 種不同的化合物), 是多種糖脱水縮合的混合物, 反應機理非常複雜。色素生成主要是下述 3 種化學反應。

美拉德反應 ( Maillard Reaction)

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

焦糖化反應 ( Caramellization)

焦糖化反應的初期加熱高濃度的糖液, 葡萄糖形成 1, 2- 脱水-α- D- 葡萄糖, 和 1, 6-脱水- β- D- 葡萄糖, 一系列脱水反應後生成 5- 羥甲基- 2- 糖醛。焦糖化反應後期則是聚合反應, 其聚合機理很類似丁間醇醛的縮聚作用。

氧化反應( Oxidation)

氧化反應是食品組分發生酶促或非酶褐變的原因之一。在焦糖色素生產過程中, 美拉德反應和焦糖化反應的產物可能相互作用發生氧化反應生成大型分子, 從而提高了產物的着色力, 反應過度則會生成黑褐色樹脂狀的高分子化合物, 降低了產品的質量, 不易擴大產品的應用範圍。

根據催化劑的不同, 可分為普通法、亞硫酸鹽法、氨法、亞硫酸銨法。

普通焦糖( Ⅰ類) 這類焦糖色素在製造中用DE 值 70 以上的葡萄糖漿在160℃左右的温度下, 不採用含銨化物或亞硫酸鹽作為催化劑。它的色率較低, 但紅色指數可達6以上, 氮硫含量均較低, 在75%的酒精中也能穩定。

苛性亞硫酸鹽焦糖( Ⅱ類) 苛性亞硫酸鹽焦糖的製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, 亦能在酒精中穩定。一般採用葡萄糖與亞硫酸鈉控制加熱製作, 使用範圍很小, 只用於一些特殊要求的食品或藥品。GB8817- 2001 國標準規定中允許使用的焦糖色素生產方法中並沒有此法。

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, 而只採用氨作催化劑生產的焦糖色素, 常採用高當量的葡萄糖或轉化糖與氨在高温下製成。這類焦糖耐鹽性較好, 主要用於醬油着色。

亞硫酸銨法焦糖( Ⅳ類) 這類焦糖色素是採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, 它不僅着色力強, 而且在酸性飲料中十分穩定。 ^[2] 

在食品工業中，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域, 一般是用亞硫酸銨焦糖, 這種焦糖色素帶負電荷, 飲料中所用的香料, 含有少量帶負離子的膠體物質, 這樣在化學上就能相溶, 不會形成混濁或絮凝現象。焦糖在使用前部分氫化, 可進一步減少產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。

用於醬油、醋、醬料等調味品中的焦糖多為Ⅲ類焦糖, 帶有正電荷。這些調味品鹽分含量高, 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, 否則就會出現渾濁、沉澱。現今消費者需求的醬油產品不僅要色深, 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。焦糖通常能分散於50%濃度以下的乙醇溶液中。啤酒含有帶陽電荷的蛋白質, 需選用帶陽電荷的Ⅲ類焦糖。黃酒中含有大量負電荷的蛋白質、多糖的膠體, 且產品pH 一般在3.8～4.6, 故要求使用pI 在 1.5 以下, 酒精下穩定的Ⅳ類焦糖。有些產品如發酵葡萄酒、櫻桃酒, 在生產中已基本去除了蛋白質, 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特製麪包“表面裝飾”蛋糕和曲奇餅精製配料的不充足和不均勻的着色力。此外, 焦糖色素也能廣泛地應用於其它食品中, 如罐裝肉和燉肉、餐用糖漿、醫藥製劑, 以及植物蛋白為原料的模擬肉。肉製品中可以用正負電荷的焦糖色素, 選擇時應考慮紅色指數問題。固化焦糖色素一般用於混合粉末調味料中, 如把固化焦糖與澱粉或糊精混合於方便麪調味包中, 保證湯料用熱水衝調後速溶的同時加強湯料的色澤和風味。 ^[3]