響應面法優化美拉德反應制備黑糖風味物的研究

作者簡介：韋杰（1986—），女，安徽阜陽人，碩士，工程師。研究方向：食用香料開發。

摘 要：以甘蔗濃縮汁為基底，添加葡萄糖、丙氨酸和天冬氨酸進行美拉德反應制備黑糖風味物。綜合考慮各因素對黑糖風味物綜合評價的影響，通過響應面實驗設計，優化黑糖風味物制備工藝。結果表明，在葡萄糖添加量1.8%、氨基酸添加量（丙氨酸∶天冬氨酸=1∶1）4.3%、反應時間70 min、反應溫度101 ℃的條件下，得到的黑糖風味物綜合評分為85.15分，風味濃郁，自然協調。

關鍵詞：美拉德反應；黑糖風味物；響應面分析

Study on Preparation of Muscovado Sugar Flavor by Response Surface Method

WEI Jie

（Zengcheng Handyware Seasoning Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， China）

Abstract： The muscovado sugar flavor was prepared by Maillard reaction with glucose， alanine， aspartic acid and sugarcane juice concentrate. Considering the influence of various factors on the comprehensive evaluation of muscovado sugar flavor， the preparation process of muscovado sugar flavor was optimized through response surface test design. The results showed that under the conditions of glucose 1.8%， amino acid 4.3% （alanine∶aspartate =1∶1）， time of 70 min and temperature of 101 ℃， the comprehensive score of muscovado sugar flavor was 85.15 points， and the flavor was rich and natural.

Keywords： Maillard reaction; muscovado sugar flavor; response surface analysis

黑糖是一種常見的食用蔗糖，顏色較深且沒有經過高度精煉，是甘蔗制糖過程中第一道產品，呈粉狀且有較多雜質，富含營養，能保持蔗糖的天然焦香味道。黑糖在日本較為流行，近年來在我國國內逐漸開始發展，隨著人們對黑糖風味及營養認知的提升，黑糖及黑糖風味食品，如黑糖話梅糖、黑糖味沙琪瑪、黑糖味餅干、黑糖風味糖漿等，越來越受到人們的青睞。目前國內與黑糖相關的研究報道還比較初級，多集中于以黑糖為原料的各式食品研發上[1-5]，也有少數關于黑糖功能性的報道[6-8]。黑糖色澤和風味主要來源于熬煮過程中美拉德反應和焦糖化反應，其反應機理極其復雜，并且受原料蔗糖、熬煮時間、溫度等因素的影響，不同廠家制作的黑糖風味也參差不齊。由于黑糖香氣及風味相對比較弱，在實際運用黑糖制作相關黑糖風味食品時，通常會加入黑糖香精，不僅可以提升產品整體的香氣和口感，保持穩定性，而且可以一定程度上降低成本。

現在市面上的黑糖香精大多是用化學合成香料調配而成[9-11]。本研究模擬黑糖熬煮過程中風味產生過程，利用美拉德反應制備黑糖風味物，通過響應面分析對反應工藝進行優化，以期為黑糖產品的開發提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

甘蔗：廣西崇左甘蔗種植基地；無水葡萄糖（食品級）：廣州市京糖生物科技有限公司；丙氨酸、天冬氨酸（食品級）：河北華恒生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

TC-15套式電熱恒溫器：海寧市新華醫療器械廠；電子分析天平：常州萬泰天平儀器有限公司；手持式糖度測定儀：成都豪創光電儀器有限公司；RE-2旋轉蒸發器：上海夏豐實業有限公司；SHZ-D循環式真空泵：鞏義市予華儀器有限公司；

1.3 實驗方法

1.3.1 甘蔗濃縮汁的制備

新鮮甘蔗榨汁，用旋轉蒸發儀濃縮至可溶性固形物含量為（40±2）%。

1.3.2 黑糖風味物的制備

取一定質量濃度的甘蔗濃縮汁，加入葡萄糖和混合氨基酸（丙氨酸∶天冬氨酸=1∶1，質量比），升溫至100 ℃，反應1 h，降溫得到黑糖風味物。

1.3.3 單因素實驗

（1）葡萄糖添加量對黑糖風味物綜合評價的影響。在氨基酸添加量2%，反應時間1 h，反應溫度100 ℃條件下，分別考察葡萄糖添加量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）對黑糖風味物綜合評價的影響。

（2）氨基酸添加量對黑糖風味物綜合評價的影響。本次實驗選取能產生焦甜味的丙氨酸和天冬氨酸（質量比1∶1），在葡萄糖添加量1.0%，反應時間1 h，反應溫度100 ℃條件下，分別考察氨基酸添加量（丙氨酸∶天冬氨酸=1∶1）（1%、2%、3%、4%）對黑糖風味物綜合評價的影響。

（3）反應時間對黑糖風味物綜合評價的影響。在葡萄糖添加量1.0%，氨基酸添加量2%，反應溫度100 ℃條件下，分別考察反應時間（0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h）對黑糖風味物綜合評價的影響。

（4）反應溫度對黑糖風味物綜合評價的影響。在葡萄糖添加量1.0%，氨基酸添加量2%，反應時間

1.0 h條件下，分別考察反應溫度（80 ℃、90 ℃、

100 ℃、110 ℃）對黑糖風味物綜合評價的影響。

1.3.4 響應面實驗設計

在單因素實驗基礎上，以葡萄糖添加量、氨基酸添加量、反應時間和反應溫度為考察因素，以綜合得分為考察指標設計4因素3水平的響應面實驗，優化反應工藝條件[12-13]。響應面實驗的因素與水平如表1所示。

1.3.5 黑糖風味物綜合評價方法

增城華棟調味品有限公司評定小組按照表2對產品進行綜合評價，參與人數在10人以上，最終求平均分。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 葡萄糖添加量對黑糖風味物綜合評價的影響

由圖1可知，前期隨著葡萄糖含量的增加，綜合評分呈上升趨勢；當添加量高于1.5%時，綜合評分開始下降。前期葡萄糖作為還原糖，參與美拉德反應，使得評分升高，隨著添加量的不斷加大，反應程度加深，香氣、口感發生變化，影響產品評分。因此，確定葡萄糖最佳用量范圍為1.0%～2.0%。

2.1.2 氨基酸添加量對黑糖風味物綜合評價的影響

由圖2可知，在氨基酸添加量為1%～3%，隨著氨基酸添加量的增大，美拉德反應程度加強，使得產品風味變得更加濃郁，綜合評分上升，對產品品質有積極的影響。當添加量高于3%時，反應程度加深，產生了焦香，反而使得產品風味不協調。因此，確定氨基酸最佳用量范圍為2%～4%。

2.1.3 反應時間對黑糖風味物綜合評價的影響

由圖3可知，黑糖風味物中的美拉德反應是一個比較快速的過程，前期隨著反應時間的變化，產品品質提升明顯。反應1.0 h后，產品品質開始呈現下降趨勢，后期深度反應產生了不愉快的風味，使得產品不夠純正協調。因此，確定反應時間最佳范圍為0.5～1.5 h。

2.1.4 反應溫度對黑糖風味物綜合評價的影響

由圖4可知，在80～100 ℃，隨著反應溫度的升高，反應速度加快，生成的黑糖風味物質增多，使得產品綜合品質上升；當溫度達到110 ℃時，反應劇烈，產生焦香味，產品變得不協調，有雜味。因此，確定反應溫度最佳范圍為90～110 ℃。

2.2 響應面實驗

2.2.1 模型的建立及顯著性檢驗

使用軟件Design-expert 10.0對表3實驗數據進行多元回歸分析，可得到方程為綜合評分=83.66+1.8A+2.41B+1.018C+0.92D+1.65AB-0.85AC-0.65AD-0.78BC+1.7BD+0.15CD-4.44A2-2.61B2-3.33C2-4.52D2?？梢钥闯觯饕蛩貙Ξa品質量提升均有正向影響。

表4中二次響應面回歸模型的方差分析結果表明，回歸模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P＞0.05），表明模型的擬合性較好。從表中還可以看出，葡萄糖添加量、氨基酸添加量對實驗結果的影響極顯著（P＜0.01），反應時間對實驗結果的影響顯著（P＜0.05），氨基酸添加量與葡萄糖添加量、氨基酸添加量與反應溫度的交互作用均為顯著。各因素對綜合評分的影響大小順序為氨基酸添加量＞葡萄糖添加量＞反應時間＞反應溫度。

2.2.2 因素間的交互影響

由圖5可以看出，實驗設置的4個因素在交互作用下均形成了坡度較大的響應面，在所選范圍內有極值存在，其中AB因素、BD因素交互作用顯著，影響十分明顯。通過分析得到的黑糖風味物最優制備工藝為葡萄糖添加量1.73%、氨基酸添加量4.3%、反應時間1.13 h、反應溫度101.3 ℃，此條件下，預測綜合評分為85.5分。

2.2.3 驗證實驗

為便于生產，將分析得到的最優工藝取整為葡萄糖添加量1.8%、氨基酸添加量4.3%、反應時間

70 min、反應溫度101 ℃，設置3組平行實驗進行驗證，得到的黑糖風味物實際綜合評價分為85.15分，與預測值接近，得到的產品風味濃郁協調，特征感強，無雜味，證明該方法可行。

3 結論

本實驗通過響應面法對美拉德反應制備黑糖風味物的工藝進行優化，得出最優工藝為葡萄糖添加量1.8%、氨基酸添加量4.3%、反應時間70 min、反應溫度101 ℃，得到的產品由評價小組評價，綜合得分85.15分。該法制得的黑糖風味物香氣濃郁，穩定性、耐溫性好，可廣泛應用于黑糖類食品增香，亦可應用于黑糖類香精中，提高香精的逼真度、耐溫性。本研究能很大程度上提升食品添加劑領域黑糖香精產品的技術水平，也為黑糖風味物質的深入開發提供一定的參考。

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