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糖汁中的色素种类多,致色反应复杂,其中,制糖生产过程非酶促反应产生的色素是影响糖汁色泽的重要因素。前人关于制糖过程非酶褐变反应的报导相对较少,而且比较零散。本文通过制备各类反应模拟体系,针对性地探讨了影响制糖澄清工艺过程非酶促反应色素形成的一般规律条件,利用光谱分析法研究典型清净工艺对糖汁脱色的作用特点。本论文主要研究内容和相关结果如下:
1、采用葡萄糖-果糖溶液作为还原糖碱性降解反应体系,采用葡萄糖-赖氨酸溶液、果糖-赖氨酸溶液作为美拉德反应体系,分析不同pH、温度和加热时间对体系褐变的影响。结果表明,pH值和温度对还原糖碱性降解反应及美拉德反应的均有较大的影响。在强碱性条件(如pH11.50)或者弱碱高温的条件下(如pH10.50,温度≥80℃),还原糖分解反应致色明显。当pH低于7.0时,美拉德反应致色程度不明显;从pH8.0开始美拉德反应速率加快。在较低温度(如55℃)下,美拉德反应产物的颜色不明显,在75℃,产物颜色缓慢加深但也不明显,在95℃下,反应加剧,产物颜色显著加深。从而确证亚硫酸法澄清中和pH值的控制极限必须低于pH8;碳酸法一碳饱充的温度控制关键是不高于55℃。
2、利用紫外-可见光图谱分析了不同条件下的还原糖碱性降解产物光谱吸收特性。在60℃下加热较短时间内(如≤45min),还原糖溶液在pH＜9.50的弱碱性条件下生成有色产物的速度较慢,在可见光区内不显色;当pH≥9.50时,还原糖碱性分解产物中以242nm处的吸光物质为主,同时有部分对280nm有较强吸光性质的物质生成,此时溶液在可见光区内的吸光度仍不明显;当温度≥80℃,还原糖碱性降解产物中以284nm处的吸光物质为主,同时还存在较多对242nm处紫外光有吸收的物质,此时溶液在可见光区域内的吸光度显著增加。对于现行的亚硫酸法和碳酸法澄清工艺条件而言,还原糖碱性降解产物直接致色的可能性较小,主要是作为一些色前体存在。
3、通过对自制焦糖色素样品进行紫外-可见光谱扫描,确定焦糖色素紫外吸收特性为:分别在222nm和283nm处有最大吸收峰,且后者的吸收强度高于前者的,在210nm和246nm附近有波谷。以此来作为判断溶液中生成焦糖色素的依据,推论出对于纯蔗糖溶液,在糖汁锤度不高的情况下(如≤25°Bx时)即使把糖汁在酸性条件下加热到沸腾,糖液中焦糖色素仍较难生成。
4、针对糖汁中三种典型的多酚物质没食子酸、儿茶素和多巴,进行了特定工艺条件下的化学氧化试验。三种酚类发生氧化后,均促进了溶液的褐变,影响褐变的因素主次为:pH值、酚的种类、温度。pH值对酚类氧化导致的褐变呈显著相关。在碱性条件下,酚类更容易发生氧化,使溶液褐变加快。相同pH值条件下,随着温度的升高,酚类化学氧化引起的溶液褐变增加。三种酚氧化后对溶液褐变程度的影响依次为多巴＞没食子酸＞儿茶素。几种酚类混合后氧化引起的褐变比单种酚类的更为剧烈。
5、通过简单的糖汁模型溶液,模拟碳酸法清净过程的一碳饱充工艺和亚硫酸法清净过程清汁沉降条件,分析研究还原糖降解反应、美拉德反应和多酚氧化反应对糖汁澄清过程颜色变化的影响。在两种试验条件下,有酚参与的非酶促反应呈色显著,远大于无酚参与的非酶促反应;糖降解反应和美拉德反应呈色不明显,主要是生成强烈吸收紫外光的色前体;总氨基酸的含量呈下降趋势,美拉德模型中氨基酸含量分别降低23.96％、27.97％,在加酚模型中氨基酸含量分别降低了39.66％、41.63％。
6、通过实验室自制样和生产采样,利用紫外光谱法对混合汁及各种类型的清汁进行了分析,比较了传统碳酸法澄清条件及亚硫酸法澄清条件下所得清汁紫外光谱的异同,发现碳酸法清净工艺与亚硫酸法清净工艺相比,前者能除去较多在200nm-260nm处有吸光特性的物质,无论是碳法清净过程还是亚法清净过程,280nm附近的吸光物质是最难除去的。