响应面法优化美拉德反应制备黑糖风味物的研究

作者简介：韦杰（1986—），女，安徽阜阳人，硕士，工程师。研究方向：食用香料开发。

摘 要：以甘蔗浓缩汁为基底，添加葡萄糖、丙氨酸和天冬氨酸进行美拉德反应制备黑糖风味物。综合考虑各因素对黑糖风味物综合评价的影响，通过响应面实验设计，优化黑糖风味物制备工艺。结果表明，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%、反应时间70 min、反应温度101 ℃的条件下，得到的黑糖风味物综合评分为85.15分，风味浓郁，自然协调。

关键词：美拉德反应；黑糖风味物；响应面分析

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

黑糖是一種常见的食用蔗糖，颜色较深且没有经过高度精炼，是甘蔗制糖过程中第一道产品，呈粉状且有较多杂质，富含营养，能保持蔗糖的天然焦香味道。黑糖在日本较为流行，近年来在我国国内逐渐开始发展，随着人们对黑糖风味及营养认知的提升，黑糖及黑糖风味食品，如黑糖话梅糖、黑糖味沙琪玛、黑糖味饼干、黑糖风味糖浆等，越来越受到人们的青睐。目前国内与黑糖相关的研究报道还比较初级，多集中于以黑糖为原料的各式食品研发上[1-5]，也有少数关于黑糖功能性的报道[6-8]。黑糖色泽和风味主要来源于熬煮过程中美拉德反应和焦糖化反应，其反应机理极其复杂，并且受原料蔗糖、熬煮时间、温度等因素的影响，不同厂家制作的黑糖风味也参差不齐。由于黑糖香气及风味相对比较弱，在实际运用黑糖制作相关黑糖风味食品时，通常会加入黑糖香精，不仅可以提升产品整体的香气和口感，保持稳定性，而且可以一定程度上降低成本。

现在市面上的黑糖香精大多是用化学合成香料调配而成[9-11]。本研究模拟黑糖熬煮过程中风味产生过程，利用美拉德反应制备黑糖风味物，通过响应面分析对反应工艺进行优化，以期为黑糖产品的开发提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 实验材料

甘蔗：广西崇左甘蔗种植基地；无水葡萄糖（食品级）：广州市京糖生物科技有限公司；丙氨酸、天冬氨酸（食品级）：河北华恒生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

TC-15套式电热恒温器：海宁市新华医疗器械厂；电子分析天平：常州万泰天平仪器有限公司；手持式糖度测定仪：成都豪创光电仪器有限公司；RE-2旋转蒸发器：上海夏丰实业有限公司；SHZ-D循环式真空泵：巩义市予华仪器有限公司；

1.3 实验方法

1.3.1 甘蔗浓缩汁的制备

新鲜甘蔗榨汁，用旋转蒸发仪浓缩至可溶性固形物含量为（40±2）%。

1.3.2 黑糖风味物的制备

取一定质量浓度的甘蔗浓缩汁，加入葡萄糖和混合氨基酸（丙氨酸∶天冬氨酸=1∶1，质量比），升温至100 ℃，反应1 h，降温得到黑糖风味物。

1.3.3 单因素实验

（1）葡萄糖添加量对黑糖风味物综合评价的影响。在氨基酸添加量2%，反应时间1 h，反应温度100 ℃条件下，分别考察葡萄糖添加量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）对黑糖风味物综合评价的影响。

（2）氨基酸添加量对黑糖风味物综合评价的影响。本次实验选取能产生焦甜味的丙氨酸和天冬氨酸（质量比1∶1），在葡萄糖添加量1.0%，反应时间1 h，反应温度100 ℃条件下，分别考察氨基酸添加量（丙氨酸∶天冬氨酸=1∶1）（1%、2%、3%、4%）对黑糖风味物综合评价的影响。

（3）反应时间对黑糖风味物综合评价的影响。在葡萄糖添加量1.0%，氨基酸添加量2%，反应温度100 ℃条件下，分别考察反应时间（0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h）对黑糖风味物综合评价的影响。

（4）反应温度对黑糖风味物综合评价的影响。在葡萄糖添加量1.0%，氨基酸添加量2%，反应时间

1.0 h条件下，分别考察反应温度（80 ℃、90 ℃、

100 ℃、110 ℃）对黑糖风味物综合评价的影响。

1.3.4 响应面实验设计

在单因素实验基础上，以葡萄糖添加量、氨基酸添加量、反应时间和反应温度为考察因素，以综合得分为考察指标设计4因素3水平的响应面实验，优化反应工艺条件[12-13]。响应面实验的因素与水平如表1所示。

1.3.5 黑糖风味物综合评价方法

增城华栋调味品有限公司评定小组按照表2对产品进行综合评价，参与人数在10人以上，最终求平均分。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 葡萄糖添加量对黑糖风味物综合评价的影响

由图1可知，前期随着葡萄糖含量的增加，综合评分呈上升趋势；当添加量高于1.5%时，综合评分开始下降。前期葡萄糖作为还原糖，参与美拉德反应，使得评分升高，随着添加量的不断加大，反应程度加深，香气、口感发生变化，影响产品评分。因此，确定葡萄糖最佳用量范围为1.0%～2.0%。

2.1.2 氨基酸添加量对黑糖风味物综合评价的影响

由图2可知，在氨基酸添加量为1%～3%，随着氨基酸添加量的增大，美拉德反应程度加强，使得产品风味变得更加浓郁，综合评分上升，对产品品质有积极的影响。当添加量高于3%时，反应程度加深，产生了焦香，反而使得产品风味不协调。因此，确定氨基酸最佳用量范围为2%～4%。

2.1.3 反应時间对黑糖风味物综合评价的影响

由图3可知，黑糖风味物中的美拉德反应是一个比较快速的过程，前期随着反应时间的变化，产品品质提升明显。反应1.0 h后，产品品质开始呈现下降趋势，后期深度反应产生了不愉快的风味，使得产品不够纯正协调。因此，确定反应时间最佳范围为0.5～1.5 h。

2.1.4 反应温度对黑糖风味物综合评价的影响

由图4可知，在80～100 ℃，随着反应温度的升高，反应速度加快，生成的黑糖风味物质增多，使得产品综合品质上升；当温度达到110 ℃时，反应剧烈，产生焦香味，产品变得不协调，有杂味。因此，确定反应温度最佳范围为90～110 ℃。

2.2 响应面实验

2.2.1 模型的建立及显著性检验

使用软件Design-expert 10.0对表3实验数据进行多元回归分析，可得到方程为综合评分=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。可以看出，各因素对产品质量提升均有正向影响。

表4中二次响应面回归模型的方差分析结果表明，回归模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著（P＞0.05），表明模型的拟合性较好。从表中还可以看出，葡萄糖添加量、氨基酸添加量对实验结果的影响极显著（P＜0.01），反应时间对实验结果的影响显著（P＜0.05），氨基酸添加量与葡萄糖添加量、氨基酸添加量与反应温度的交互作用均为显著。各因素对综合评分的影响大小顺序为氨基酸添加量＞葡萄糖添加量＞反应时间＞反应温度。

2.2.2 因素间的交互影响

由图5可以看出，实验设置的4个因素在交互作用下均形成了坡度较大的响应面，在所选范围内有极值存在，其中AB因素、BD因素交互作用显著，影响十分明显。通过分析得到的黑糖风味物最优制备工艺为葡萄糖添加量1.73%、氨基酸添加量4.3%、反应时间1.13 h、反应温度101.3 ℃，此条件下，预测综合评分为85.5分。

2.2.3 验证实验

为便于生产，将分析得到的最优工艺取整为葡萄糖添加量1.8%、氨基酸添加量4.3%、反应时间

70 min、反应温度101 ℃，设置3组平行实验进行验证，得到的黑糖风味物实际综合评价分为85.15分，与预测值接近，得到的产品风味浓郁协调，特征感强，无杂味，证明该方法可行。

3 结论

本实验通过响应面法对美拉德反应制备黑糖风味物的工艺进行优化，得出最优工艺为葡萄糖添加量1.8%、氨基酸添加量4.3%、反应时间70 min、反应温度101 ℃，得到的产品由评价小组评价，综合得分85.15分。该法制得的黑糖风味物香气浓郁，稳定性、耐温性好，可广泛应用于黑糖类食品增香，亦可应用于黑糖类香精中，提高香精的逼真度、耐温性。本研究能很大程度上提升食品添加剂领域黑糖香精产品的技术水平，也为黑糖风味物质的深入开发提供一定的参考。

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