焦糖色素簡稱焦糖，是食品工業中應用範圍最廣的著色劑，在釀造、軟飲料、糖果等行業中使用量巨大。焦糖按生産工藝可分爲[1]：普通焦糖、堿性亞硫酸鹽焦糖、铵（氨）法焦糖和亞硫酸法焦糖。其中，铵（氨）法焦糖適合在醬油等釀造行業中使用，故又稱釀造型焦糖。甘蔗廢糖蜜是制糖工業的廢料，一般用于酒精發酵。因其中約含50%的總糖，故可用糖蜜代替蔗糖、轉化糖漿等高價原料來生産焦糖。但焦糖生産是一種褐變反應，其過程具有複雜性和難預測性，糖蜜焦糖成品往往紅色指數低，染色性差，用于醬油中則出現沈澱多、燒菜發烏等現象，因此，有必要對以糖蜜爲原料生産焦糖色素的工藝、技術關鍵進行研究，爲低成本焦糖色素的生産和應用提供科學依據。
關鍵詞：糖蜜；焦糖色素；紅色指數；色率；耐鹽性；染色性
1 材料与方法
1.1 材料
廢甘蔗糖蜜；硫酸、氫氧化鈉、尿素、硫酸铵：均爲分析純。氨水、食鹽、消泡劑，食品級。
1.2 仪器
721型可見分光光度計：上海光譜儀器公司；PHS-2酸度計：上海精析分析儀器有限公司；TDL-5低速大容量離心機：上海精密儀器儀表公司。
1.3 成品检测方法
焦糖色素色率测定：按GB8817。焦糖色素红色指数测定：分别测定0.1%的焦糖色素稀释液在510 nm和610 nm处的吸光值，红色指数=10×lg(A510/A610)。耐盐性试验：取1.0 g焦糖色素加入20%（经过滤）的食盐水溶液中，充分搅拌，加热至沸，经24 h后观察，若不出现混浊或沉淀，表示该焦糖色素耐盐性好；反之，则表示耐盐性差。
染着性试验[5]：取1.0 g焦糖色素于烧杯中加水稀释，再加入2.0 cm3的白豆腐五块，煮沸3 min。豆腐取出沥水后置于白托盘中，观察其颜色变化。若豆腐上色快，色泽稳定性好，表示该焦糖色素染着性好；若上色慢，色泽不稳定，表面发乌，则表明染着性差。
2 结果与分析
2.1 糖蜜预处理
甘蔗糖蜜中含有大量胶体和灰分。胶体的存在，会在加热熬煮时产生树脂化产物，影响焦糖色素的溶解性和耐盐性；灰分的存在，会增加焦糖溶液的沉淀。因此，必须对原料糖蜜进行预处理，通过离心或过滤加以澄清。糖蜜非常黏稠，需要适当稀释才能使杂质易于沉降。但不能过稀，否则会增加焦糖化工序的能耗，并会使成品焦糖的耐盐性降低。糖蜜中蔗糖含量占总糖的50%以上，必须酸解以生成还原性糖，提供焦糖化反应所需的酮基或醛基。取原料糖蜜加水分别稀释至40.0°Be’、36.0°Be’、32.0°Be’、28.0°Be’、24.0°Be’，用硫酸调pH值为2.5。90℃恒温水浴4 h后，离心20 min，2 500 r/min，测定胶体沉淀量。结果见表1。
從表1可以看出，糖蜜溶液稀釋度增大，有利于膠體和灰分沈澱。綜合考慮沈澱量和後序的焦糖化工藝，選定32.0°Be’爲原料糖蜜的最佳稀釋度。
2.2 焦糖化反应
2.2.1 加入催化剂的方式
用氢氧化钠将糖蜜的pH值调至7.5，分别以氨水和硫酸铵为催化剂，添加量4%，110℃反应，选用下列三种添加催化剂的方式进行对比试验：①加热前添加：加热前加入催化剂，静置1 h，然后升温反应；②分段添加：加热前加入50%催化剂，缓慢升温至100℃后加入剩余的50%催化剂，保持15 min，再升温至预定温度；③加热后添加：加热升温至预定反应温度后加入催化剂。结果见表2。
表2表明，在加熱前添加固體或液體催化劑，制備的焦糖色素均具有較高的紅色指數。用硫酸铵作催化劑時，三種方式紅色指數相差不大。而用後兩種方式添加氨水作催化劑時，紅色指數大幅下降，這可能由于高溫下氨水揮發，使實際用量減少之故。
2.2.2 反应时间的确定
原料糖蜜在高温下发生美拉德反应和焦糖化反应生成焦糖色素，形成过程与产物组成相当复杂，無法准确得知。其中反应时间是影响焦糖质量的重要因素。反应时间短，色率不足；反应时间长，易引起焦糖树脂化，造成红色指数低、耐盐性差。以氨水为催化剂，从恒温后每隔0.5 h取样测定色率与红色指数，见图1。
从图1可以看出，在开始反应阶段，糖蜜中还原糖与催化剂发生羰氨缩合，此时反应体系的红色指数与色率均呈上升趋势。150 min时，红色指数达到最高值，之后急剧下降。而色率稳步提高。这可能是反应中间产物发生分子重排，生成在610 nm处吸光度很高的物质。图1表明不可能存在某一工艺使焦糖色素的色率与红色指数同时都达到最佳。目前酿造业对焦糖色素的要求是在较高色率的基础上追求高红色指数，所以选定反应时间为150 min。
2.2.3 主要工艺参数的确定
焦糖化反應機理十分複雜，至今未有確鑿定論。影響成品焦糖色素的因素很多，經過多次單因素試驗後，安排正交試驗，以期獲得最佳生産工藝參數。取預處理後的糖蜜，用氫氧化鈉調節pH值，加入催化劑和消泡劑，加熱升溫至預定溫度，保持恒定，生成焦糖色素。隨即降溫，測定焦糖色素的色率和紅色指數，結果見表3。
表3 表明： 影响焦糖色素红色指数的因素排序为B>C>A>D，影响焦糖色素色率的因素排序为D>A>C>B。二者的影响因素顺序相反，这和二者在数学公式上就体现出的负相关性一致。目前食品加工业更偏爱红色指数高的焦糖色素，故选定焦糖生产工艺为A3B1C2D1，即进样糖蜜pH值8.0，氨水为催化剂，添加量4%，反应温度105℃。按照正交试验结果，采用该最佳工艺参数进行验证试验，结果见表4
表4表明，正交試驗結果可信，能生産同時具有較高色率與紅色指數的焦糖色素。
2.3 成品质量检验
2.3.1 耐盐性试验与染着性试验。
通過對比試驗，可知本試驗制備的焦糖色素商品性質良好，與以葡萄糖母液、澱粉糖漿爲原料生産的焦糖色素相近，適合于醬油生産。
2.3.2 理化指标
3 结论与讨论
3.1 利用甘蔗废糖蜜生产优质焦糖色素是综合利用资源、降低成本的有效途径。保证焦糖色素耐盐性的关键技术在于控制原料的品质：糖蜜必须经稀释、酸解、沉淀除杂；使用的氨水也需达到食品级。此外需严格控制焦糖化反应的工艺参数。不适当的反应温度或反应时间，均会使耐盐性降低。
3.2 焦糖色素的红色指数与色率在一定程度上呈负相关关系，二者只有在某一时间区域内可同时达到较高水平。提高红色指数的工艺参数为：进样pH8.0，添加4%氨水，放置1 h后升温至105℃，反应150min。