白砂糖色值与pH关系模型的研究测定

邓广华，蔡碧云，吴小员，，农立忠，黄立新

（1广州市华侨糖厂，广东广州510760；2华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

白砂糖色值与pH关系模型的研究测定

邓广华1，蔡碧云1，吴小员1，2，农立忠1，黄立新2

（1广州市华侨糖厂，广东广州510760；2华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

论文研究测定不同等级的、一定pH范围的糖液的白砂糖样品的色值，发现除精制糖外，其色值均随糖液的pH值增大而升高，均呈现明显的指数关系，其中二级白砂糖为y = 5.996e0.4955x，一级白砂糖为y = 1.154e0.6528x，相关性好；精制糖和优级糖的糖液在紫外区有较高的吸收值，对其色值与它们的40%(w/w)浓度的糖液在220、240、260、280、300 nm 这5个波长处的吸光值进行一元线性回归模拟分析，发现色值与糖液在220 nm处的吸光值线性关系较好，模型相关系数较大，预测的标准偏差较小。采用多元线性回归的方法处理5个波长处糖液的吸光度，得到相关系数R2=0.965的白砂糖色值的多元线性回归测算模型C=60.334A220+16.657A240-69.062A260-20.220A280+47.662A300-50.207，其预测精度比一元线性回归的更好，模型的鲁棒性更高。

白砂糖；色值；pH；关系模型；测定

0 前言

色值是白砂糖最重要的质量指标之一，反映了制糖的工艺控制和生产技术水平。糖品的颜色和色值高低，对其在食品加工的应用有一定的影响，不管在生产领域还是流通领域，都特别重视糖品的色值。白砂糖色值及其溶液的颜色特性，涉及系列较复杂的问题，如糖原料的化学组成及其性质，清净过程有色物的除去，生产过程新色素的生成，蔗糖结晶有色物的附着，结晶体的光学特性等[1-2]。目前，测定白砂糖的色值，主要有ICUMSA方法4，GB317-2006方法及ICUMSA方法2这3种方法，都是在一定条件下测定一定浓度的样品溶液在某特

定波长（前2种为420 nm，后者为560 nm）的吸光度值，再根据相关公式计算得出色值。前2种方法为测定浅色糖品的方法，第3种为测定深色糖品的方法。

糖品外观色泽的深浅在很大程度上决定于它们对可见光的中波长光线的吸收，在紫外-可见光的区域，一般来说，波长越小，糖液的吸光度值越大。对于白砂糖等浅色糖品，它们对可见光的吸收很少，其光密度值上远低于在短波长的吸收值。为了减少误差，使所测定的糖液样品的吸光度值不至于过低，现行的测定方法选择采用较小波长的可见光，规定用420 nm波长作为测定白砂糖等浅色糖品的色值的波长[3-4]。不过，优级糖、精制糖等高等级糖品在420 nm处的吸光值仍然比较小，计算得出的色值，误差也可能还是较大。如果选用较短波长得出的吸光值来间接测算糖品的色值，应该可以减少色值测定的误差。

染料、颜料和色素等有颜色的物质，其颜色深浅多受所处状态的pH影响。糖品中所含的色素也一样，对pH也较为敏感，糖液的pH值对其可见光的吸光度值有影响，在pH 7时敏感性最大，pH相差0.1，色值大小可偏离5%，故现行的色值测定方法中，都规定样品的pH必须稳定在7.0±0.1范围内，但是，pH以何种规律影响白砂糖品色值大小，专门系统的研究不多[5-8]。

本厂自1980年代开始，以外购国内低等级的白砂糖为原料，加工生产优级糖和精制糖，探讨出一条独特合适的工艺流程，开发掌握了相应的生产技术，取得了较好的经济效益。由于大量使用国内不同企业的白砂糖原料，糖原料及其最终制成品的色值和特性，成为了我厂检测的一大项工作，更是我们最关注的方面之一。本文通过在不同的pH值下测定不同等级的白砂糖的“色值”，与使用GB317-2006标准方法测定的色值进行比较，得出pH值对白砂糖色值测定的影响规律，建立在非缓冲体系下测定白砂糖色值的模型，简化色值测定过程；研究建立色值较低的精制和优级白砂糖等高级糖的色值，与其在紫外段吸光值的数学关系模型，探讨间接测定其色值反映糖品色素的特性。

1 实验材料、仪器和实验方法

1.1 材料

各等级的白砂糖，广州市华侨糖厂；浓盐酸，广州市东红化工厂；氢氧化钠，天津市百世化工有限公司；蒸馏水；试剂皆为分析纯。

1.2 主要仪器设备

BSA224S型电子天平，WAY-2S型阿贝折光仪，PHSJ-4A实验室pH计，YDJ型微孔滤膜过滤器，SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵，LabTech UV Power紫外线可见分光光度计。

1.3 实验方法

1.3.1 白砂糖色值

按照GB317-2006的方法测定精制糖、优级糖、一级糖和二级糖样品的色值。

1.3.2 不同pH值下白砂糖“色值”的测定

称取糖样品100.0 g于200 mL的烧杯中，加135 mL水搅拌溶解，通过加入0.05 mol/L酸碱溶液，使糖液的pH值在6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0左右；用0.45 μm微孔膜过滤器抽滤，弃去最初约50 mL滤液，收集滤液50 mL以上，用折光仪测定滤液的锤度；以蒸馏水为参比，用分光光度计在420 nm波长测定糖液的吸光度，测定3次取均值；按式⑴计算各自的“色值”C0，这一“色值”并不是标准意义上的色值，区别就是它不是在pH为7.0的情况下测得的。

式中：

C0——非标准条件下(pH≠7.0)“色值”(IU)；

A0——在420 nm波长测得样液的吸光度；

b——比色皿厚度(cm)；

c——样液浓度（g/mL，由校正到20℃的折光锤度乘上系数0.9862，然后查表得）。

1.3.2 白砂糖溶液紫外区吸光度值与色值的关系

按照GB317-2006的方法，测定若干批精制和优级白砂糖的色值，分别将这些糖样品溶解，调pH至7.0±0.1，配成40%浓度的糖液，用0.45 um的微孔膜过滤器抽滤，弃去最初约50 mL滤液，收集滤液不少于50 mL，测定该滤液在220、240、260、280、300 nm等处的吸光值，测定3次取均值。对多批次的糖样品进行同样的实验，使用一元及多元线性回归的方法模拟色值与糖液在这些波长处的吸光值的关系。

2 结果与讨论

2.1 pH值对一级、二级白砂糖色值测定的影响

按照GB317-2006的方法，一级、二级白砂糖样品的色值分别为110 IU和181 IU，符合各自产品的标准。按照1.3.2的方法，测定一级、二级白砂糖样品在不同pH值下其“色值”，结果列于表1。

表1 pH对一级、二级白砂糖色值测定结果的影响

由表可见，随着糖液pH值升高，样品在420 nm处的吸光度值越来越大，相应的“色值”也上升。白砂糖呈现出一定的颜色，主要在生产过程中一直伴随着各种色素，这些色素或多或少地进入到白砂糖之中。霍汉镇等[9]提到白砂糖中含有的色素主要为酚类色素及氨基氮物质，在粗糖中酚类比氨基氮占的比例要多。酚类色素的分子结构中包含一个特定的共振电子体系，在碱性环境下会形成新的共轭体系而生成更多的显色基团，因而对pH值更为敏感，在pH 4～9环境下随着pH值的升高，色素的颜色逐渐加深，吸光度逐渐增大，与一级、二级白砂糖的“色值”呈现出随着pH值的升高而上升具有相同的趋势。

对于一级糖和二级糖，在pH 6～7时，pH每升高0.1其“色值”平均升高分别为3.5 IU和6.0 IU左右；pH 7～8，这一数值分别为11.5 IU和15.0 IU左右；pH 8～9时分别为16 IU和20 IU左右，与韦海军[5]等研究一级糖的色值，pH值每提高0.1，色值平均增加约7.5 IU有所差别，可能是样品中所含的色素特性不一样，但变化的趋势都相同。

利用SPSS数据分析软件对表1所得的结果进行模拟，得到一级、二级白砂糖的“色值”与pH值的关系式分别为：

其相关系数R²分别为0.985、0.961，线性关系都比较好。一级白砂糖中色素含量比二级白砂糖要少，其他杂质也少，自然会减少因素干扰，使其相关性更佳。另外，白砂糖样品中的色素的呈色与糖液中的H+浓度有关，而H+浓度与pH值之间为对数函数的关系，故所得出的“色值”关系式⑵和⑶，表现为pH值的指数函数的这一关系式模型。

2.2 pH值对优级、精制白砂糖色值测定的影响

广州华侨糖厂生产的优级、精制白砂糖是使用二级白砂糖回溶后，经过过滤、树脂脱色再煮制而成，其中含有的色素和其他杂质非常少，其色值分别为61 IU和 15 IU，符合各自产品的标准。按照1.3.2的方法，测定优级、精制白砂糖样品在不同pH值下其“色值”，结果列于表2。

和上述的一级、二级白砂糖样品类似，优级糖的“色值”整体上也随pH值的变大而升高。如表2数据所示，在pH 6～7，pH每升高0.1，“色值”平均提高1.5 IU左右；在pH 7～8，约升高5.0 IU；在pH 8～9，这一数值为1.2 IU左右。同样利用数据分析软件SPSS对表3的结果进行模型分析，得到优级白砂糖的“色值”与pH值的关系式为：

其相关系数R2=0.877，相关性比较差，按照2.1中所述的原因，优级白砂糖关系式的相关性应该比一级白砂糖还要好，可能是优级白砂糖中色素含量

太少，导致pH的改变对“色值”改变的绝对值很小，与测定时的操作、仪器等实验误差相近，有时甚至比实验误差还小，使得数据之间的相关性变差。

表2 pH对优级、精制白砂糖色值测定结果的影响

精制糖样品上述同样的原因，其“色值”随pH值的变化数据，波动大，显得没有规律（参见表3），但是在较高的pH范围，其“色值”还是随着pH值的变大呈现升高的趋势，pH每升高0.1 IU，“色值”升高0.6 IU左右。

2.3 白砂糖溶液紫外区吸光度值与白砂糖色值的关系

按照1.3.2介绍的方法步骤，测定40%的精制、优级白砂糖溶液在220、240、260、280、300 nm波长处的吸光度值与它们的色值，结果列于表3。

表3 40%浓度的精制及优级白砂糖在紫外区吸光度值及其色值

分别对这5个波长处的结果数据进行一元线性回归，得出白砂糖的色值与其40%糖液的吸光值的数学模型，结果如表4所示，然后再用10组测试样品检验了数学模型的精度，检验结果如表5。其中，C(L)为色值的实测值，C(P)200～C(P)300为在200～300 nm处色值的预测值，ΔC为C(L)与C(P)之差，S为预测的标准偏差。从表4及表5可见，色值与糖液在220 nm处的吸光值线性关系较好，模型的相

关系数较大，预测的标准偏差较小，S为1.71。而240、260、280、300 nm处的线性关系相对较差，预测的标准偏差较大。

由于糖中的色素成分较为复杂，一元回归方法仅用一个波长处的糖液吸光度来预测白砂糖的色值，干扰大，预测误差较大。采用多元线性回归法处理5个波长处糖液的吸光度，得到白砂糖色值的测算模型如式⑸。

其相关系数R2=0.965，同样取10组测试样品检验了数学模型的精度，实测值与预测值C(P)MLR结果如表5所示，S为1.20。与一元线性回归相比，经过多元线性回归，糖液吸光度与白砂糖色值线性关系得到提高，模型的相关系数和预测精度均有所改善。在多个波长处进行预测，能够在一定程度上消除单个波长处吸光度波动的影响，从而使多元线性回归模型的鲁棒性得到提高。

表4 一元线性回归数学模型及相关系数

表5 一元线性回归对预测集样品的预测色值、预测误差和标准偏差

3 结论

（1）试验结果发现本厂采购的用于精炼优级糖、精制糖的一级、二级糖原料，其非标准条件下(pH≠7.0)“色值”均随糖液的pH值增大而升高，均呈现明显的指数关系。其中一级白砂糖为y = 1.154e0.6528x，二级白砂糖为y = 5.996e0.4955x，相关系数R²分别为0.985、0.961，可用于本企业大批量的糖原料样品，在非缓冲体系下进行简易快速的色值测定。

（2）精制糖和优级糖的糖液在紫外区有较高的吸收值，对其色值与它们的40%(w/w)浓度的糖液在220、240、260、280、300 nm这5个波长处的吸光值进行一元线性回归模拟分析，发现色值与糖液在220 nm处的吸光值线性关系较好，模型相关系数较大，预测的标准偏差较小。采用多元线性回归的方法处理5个波长处糖液的吸光度，得到相关系数R2=0.965的白砂糖色值的多元线性回归测算模型：

其预测精度比一元线性回归的更好，模型的鲁棒性更高。

（3）今后将试验在其它不同的紫外波长下，高级糖色值的一元和多元线性回归测算模型的情况，以及在一定的pH范围内，糖液的色素在紫外区的变化情况。

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(本篇责任编校：朱涤荃)

Study on the Relationship Model between the Color Value of White Granulated Sugar and pH

DENG Guang-hua1, CAI Bi-yun1, WU Xiao-yuan1,2, NONG Li-zhong1, HUANG Li-xin2
(1Guangzhou Huaqiao Sugar Factory, Guangzhou 510760;2College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640)

Measuring of the color value of different-class white granulated sugar was studied at a certain range of pH, results showed that: “the color values” of second-class, first-class and superior granulated sugar increased with the increase of pH, and significant and good exponential relationships were shown in the first two: y = 5.996e0.4955xand y = 1.154e0.6528x. used in measuring of the color value without buffer system. Linear regression simulation analysis was made between the color value of superior and refined granulated sugar and absorbance of their 40% (w/w) concentration of sugar solution in the 220, 240, 260, 280, 300 nm wavelength, the mathematical model with best correlation was: C=60.334A220+16.657A240-69.062A260-20.220A280+47.662A300-50.207, R=0.965, of which the prediction accuracy and robustness were good.

White granulated sugar; Color value; pH; Relation model; Determination

TS247

A

1005-9695(2015)05-0038-06

2015-06-16；

2015-07-22

邓广华，蔡碧云，吴小员，等. 白砂糖色值与pH关系模型的研究测定[J]. 甘蔗糖业，2015(5)：38-43.