《Food Chemistry》：Changes in composition and flavor of non-centrifugal sugar after traditional Pan and vacuum evaporation processes
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本研究对比传统铁锅（TP）和真空蒸发（VE）系统加工褐色糖的挥发性风味物质、营养成分及丙烯酰胺形成机制。动态分析发现TP因短时高温保留更多呋喃类物质（如糠醛），呈现果香风味；VE因低温密闭浓缩吡嗪类物质（如2-乙基-3-甲基吡嗪），形成焦糖坚果味。通过正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）鉴定出8个特征生物标志物区分工艺。营养方面VE保留更多矿物质（Ca、Zn），TP保留更多维生素B3。但丙烯酰胺含量与吡嗪/呋喃类物质正相关，揭示美拉德反应对风味增强和安全性风险的矛盾作用。提出“风味-营养-安全”协同调控策略，为传统工艺优化和工业化生产提供理论支撑。
李秋晓|王泽龙|顾浩阳|应建|赵淑娜
北京工业大学食品与健康学院/教育部老年营养与健康重点实验室，中国北京100048。
摘要
本研究阐明了通过传统煎锅（TP）和真空蒸发（VE）工艺加工的非离心糖类的热力学驱动风味转化机制。动态分析显示，在这两种加工系统中检测到了73种挥发性化合物：VE的密封加热过程使吡嗪/醛类化合物（如2-乙基-3-甲基吡嗪）浓度增加，从而赋予焦糖/坚果风味；而TP的较短加热时间则保留了热敏性呋喃化合物（如糠醛），产生新鲜/果香——这一结论通过感官测试得到了验证。通过正交偏最小二乘判别分析（Orthogonal PLS-DA, OPLS-DA）确定了8种特征性生物标志物，从而实现了工艺区分。从营养角度来看，VE处理后保留了更多的矿物质（钙、锌），而TP处理后维生素B3含量更高。然而，丙烯酰胺的含量与吡嗪/呋喃酮类化合物呈强正相关，揭示了美拉德反应在风味增强和安全隐患方面的双重作用。这些发现为工艺优化提供了一种“风味-营养-安全”协同控制策略，有助于红糖产业的发展。
引言
红糖是一种非离心糖（NCS），通过榨汁、澄清、煮沸和冷却结晶等工艺从甘蔗中制成，具有悠久的历史。作为一种重要的非物质文化遗产，传统红糖通常采用手工在九个相连的锅中煮制，依靠经验控制温度和时间，并通过木槽自然冷却及添加小苏打来调整质地，这使得产品具有丰富的风味和多变的外观颜色，但不同批次之间的关键参数存在15–20%的波动（Han等人，2023年）。这种传统煎锅红糖具有吸引人的颜色、独特的焦糖香气和丰富的营养价值，富含氨基酸、矿物质和多酚，具有抗氧化、细胞保护和美容等多种健康益处（Liu等人，2021年）。其独特风味不仅来源于甘蔗的固有成分（如挥发性醛类），还与微生物代谢和加工过程中的美拉德反应产生的次级代谢物密切相关（Feng等人，2024年）。另一方面，现代机械化生产过程中的红糖在工艺细节和质量特性上存在显著差异。机械化红糖通过真空蒸发系统和自动化结晶器精确控制温度和加热时间，并结合仪器化的灌装和切割系统，可以实现产品品质的高度均匀性（参数误差±2%），但可能会削弱复杂风味物质的形成（Morales等人，2024年）。真空蒸发系统（VE组）和传统煎锅系统（TP组）在加工技术（尤其是关键技术参数，如加热方法、温度控制精度、成型方法）上的差异显著影响了风味物质的组成、营养成分的保留以及潜在有害物质的生成（Vernin等人，1992年），而这些指标之间的内在联系仍大多未被探索。
红糖的风味特征是影响消费者购买决策的主要因素。近年来，研究人员利用现代仪器分析技术分析了不同甘蔗品种、加工和储存方法下的红糖香气成分。Asiki等人研究了8种不同的红糖品种，发现其主要挥发性成分包括乙醛、乙醇、乙酸、丁酸、2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪（Asikin等人，2017年）。七种红糖使用二氯甲烷进行索氏溶剂萃取，共检测到43种化合物。其中，1-甲基-2-吡咯烷酮、2,3-丁二醇、4-羟基苯甲醛、苯甲酮、苯甲醇、二甲基亚砜、丁醛和香草醛这8种挥发性成分存在于所有样品中。Payet等人（2005年）确定主要挥发性化合物为呋喃、2-乙酰吡咯和5-羟基甲基呋喃。现有研究表明，挥发性有机化合物（如吡嗪、呋喃）是红糖风味的核心载体，其类型和浓度直接影响感官品质（Asikin等人，2025年；García等人，2017年）。然而，红糖加工过程中的高温加热可能导致通过美拉德反应生成有害物质（Chu等人，2024年），其中丙烯酰胺在咖啡和薯片等多种食品中引起了广泛关注（Liu等人，2023年；Vernin等人，1992年）。不过，其在红糖中的浓度和形成机制仍不明确。作为潜在的美拉德反应产物，风味化合物与有害污染物的共存需要深入研究——这对于阐明风味形成途径和实施风险控制措施至关重要。这一空白阻碍了传统工艺的科学改进和工业生产的品质优化，需要通过比较分析揭示工艺差异对红糖品质和安全性的双重影响。目前对这两种工艺的比较研究缺乏系统分析，亟需分析工艺差异对红糖品质和安全性的影响机制。
基于此，我们假设TP和VE系统固有的不同热力学特性（如加热速率、温度分布）和动力学路径（如美拉德反应进程）是决定风味发展和丙烯酰胺形成的主要因素。为此，本研究系统地比较了两种工艺下挥发性风味化合物的动态变化以及矿物质和维生素的保留效率，特别关注阐明美拉德反应中丙烯酰胺与特征风味化合物之间的关联机制，旨在为红糖生产的工艺优化和风味调控提供理论基础和实践策略。
材料与试剂
来自中国浙江省义乌市一家工厂2024/25生产季的六个传统煎锅（TP）组样品，均来自同一生产批次。来自中国广东省清远市一家红糖工厂的六个真空蒸发（VE）组样品，也均来自同一生产批次。每个工艺组设置了三个平行样本，所有样本均冷冻保存在-80°C。
VE组和TP组样品中风味化合物的分析
图1展示了红糖的真空蒸发系统（VE组）和传统煎锅系统（TP组）的不同加工工艺。TP系统在开放系统中进行高温（接近100°C）短时间（约1小时）煮沸；而VE系统则在封闭系统中进行低温（92–96°C）长时间（2–3小时）蒸发。
结论
本研究通过化学分析与感官评估相结合，系统地阐明了两种红糖加工系统——传统煎锅和真空蒸发系统——中挥发性风味化合物、营养成分和潜在风险化合物的动态演变模式和形成机制。研究结果表明，加工技术中的热力学差异是导致风味化合物生成途径差异的关键因素。
作者贡献声明
李秋晓：撰写——初稿，方法学，数据管理。王泽龙：方法学，正式分析。顾浩阳：调查，数据管理。应建：正式分析。赵淑娜：撰写——审稿与编辑，监督，资源获取。
伦理审批
本研究涉及人类受试者，伦理审批编号为2025–136（由北京工业大学科学研究伦理委员会于2023年9月至2026年8月批准）。
资助
本研究得到了中国高层次人才队伍建设项目（19008025035）的支持。
未引用参考文献
Qureshi, Bhongale and Thorave, 2011
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
