温度驱动的动力学特性及用于饮料的阿洛酮糖糖浆的储存稳定性

《Food Chemistry》：Temperature-driven kinetics and storage stability of allulose syrup for beverages

系统评估了70.4%浓度所有糖浆在4-60°C储存16周的稳定性，发现≤25°C时性质稳定，≥40°C时颜色加深、糖分降解及5-HMF积累，呈现早期零级动力学（0-8周）和后期加速降解（8-16周）的双相行为，活化能显示美拉德反应（A420）最敏感。

　　

Moon Tae-Hwi | Han Jung-Ah

韩国尚明大学食品服务管理与营养系

摘要

阿洛酮糖是一种新兴的糖替代品，但目前关于其浓缩工业级糖浆的稳定性数据仍然有限。本研究系统地评估了70.4%阿洛酮糖糖浆在4–60°C温度范围内16周内的储存稳定性，以支持其在饮料中的应用。在≤25°C条件下，其性质基本保持不变。而在≥40°C条件下，颜色加深，pH值和粘度下降；Brix值上升，阿洛酮糖含量减少，5-HMF/有机酸/酯类物质积累——这些都是降解的迹象。动力学过程呈现双相特征：早期（0–8周）为近似零级反应，随后（8–16周）加速。加速因子（k?–??/k?–?）在A??0中最大，在5-HMF和TPC中中等；早期阶段的Arrhenius拟合结果显示A??0对温度的敏感性最强，其次是5-HMF，然后是TPC和ABTS。因此，建议在≤25°C条件下储存，而高温保存（≥40°C）应尽量减少，以避免褐变和后味强度增加，后者与高温储存时5-HMF含量升高有关。这些结果为维持阿洛酮糖的质量提供了重要的工业指导，有助于其在食品和饮料行业的更广泛应用。

引言

美国农业部与卫生与公共服务部（USDA和HHS）将添加糖（在制造、烹饪或加工过程中添加的糖）与天然存在的糖区分开来（Hess等人，2012年）。由于添加糖会增加能量密度而不带来饱腹感，世界卫生组织建议将添加糖的摄入量限制在总能量的10%以下（世界卫生组织，2014年）。因此，对低热量、低血糖指数的替代甜味剂（如阿洛酮糖）的需求显著增加，以降低过量摄入糖所带来的健康风险（Shin等人，2020年；Zhang等人，2023年）。

阿洛酮糖是果糖的一种异构体，少量存在于无花果和葡萄等水果中（Li等人，2023年）。它已在美国获得“公认安全”（GRAS）认证，并自2019年起被免于标注为“添加糖”（Zhang等人，2023年）。阿洛酮糖的甜度约为糖的70%，热量非常低，约为0.39千卡/克（Xie等人，2024年）。此外，摄入后它会在小肠中被吸收，然后通过尿液排出体外，有助于减少体脂（Iida等人，2010年）并具有抗高血糖作用（Niibo等人，2022年）。阿洛酮糖有糖浆和粉末两种形式。糖浆是通过酶转化溶解的果糖后经过纯化和浓缩制成的，还可以干燥成粉末（Yoo，2019年）。将其添加到食品中时，阿洛酮糖糖浆能增强凝胶效果，并且比蔗糖产生更强的美拉德反应（Oshima、Kimura等人，2014年）；其低结晶度有助于保持处理稳定性和粘度的一致性（Kim等人，2019年）。饮料中的液态糖比固态糖更不易引起饱腹感，从而增加能量摄入和代谢综合征的风险（Prinz，2019年）。液态糖还从胃中更快排空，促进果糖的过量吸收和肝脏脂肪积累（Sundborn等人，2019年）。因此，为了用低热量的阿洛酮糖替代冰箱、常温及温暖饮料中的液态果糖，需要有关阿洛酮糖糖浆的温度稳定性数据（如颜色/5-羟甲基糠醛（5-HMF）/褐变、粘度、pH值）以及时间-温度动力学数据，以确定基于证据的保质期。

先前的研究（Oshima、Ozaki等人，2014年）考察了阿洛酮糖糖浆在特定温度和pH值下的稳定性，但使用的固体含量较低（40%），温度较高（60–100°C），且持续时间较短（24小时），限制了其实际储存应用的适用性。在本研究中，选择了70.4%的浓度来评估阿洛酮糖糖浆作为浓缩原料的稳定性，因为这反映了食品工业中常用的较高固体含量的储存和混合要求。我们研究了饮料用阿洛酮糖糖浆在典型（4、10、25°C）和高温（40–60°C）条件下的16周储存稳定性。为了将短期加速测试与实际储存行为联系起来，我们选择了16周作为具有实际意义的中期时间窗口。根据标准的Arrhenius/Q10保质期模型（Q10 = 2），40°C下的16周相当于25°C下的约10个月，这与饮料通常的6–12个月保质期相符，能够捕捉到质量变化的渐进过程和潜在的双相降解现象。因此，我们监测了颜色、阿洛酮糖含量、5-HMF、褐变强度（A420）、粘度、pH值、抗氧化能力和与褐变相关的化合物。

与以往专注于阿洛酮糖功能特性和健康益处的研究不同，我们的目标是提供关于阿洛酮糖糖浆在各种储存条件下的全面稳定性数据，并确定适合消费的储存时间，特别是将其用于替代饮料中的添加糖。除了描述性趋势外，我们还结合动力学框架将时间-温度行为转化为保质期指标：（i）将早期储存数据（0–8周）拟合到零级模型中，以获得40–60°C范围内的速率常数（k）；（ii）通过Arrhenius图（ln k vs 1/T）估算活化能（E?），以量化温度敏感性；（iii）通过对比后期与早期的反应速率（AF = k?–??/k?–?）评估相依赖的加速现象。最后，我们将这些动力学参数与实际阈值（如5-HMF和A??0的变化）联系起来，为饮料应用提供基于证据的储存指南。最终，这些发现将为食品和饮料行业提供关键的质量控制基准，确保阿洛酮糖作为糖替代品的稳定性。

材料

用于实验的70.4%浓度的阿洛酮糖糖浆是通过酶转化玉米淀粉制成的，由Daesang有限公司（韩国首尔）提供。实验用水为HPLC级纯净水（Duksan Pure Chemicals有限公司，韩国首尔）和甲醇（J.T Baker，美国新泽西州Phillipsburg）。作为分析阿洛酮糖糖浆中阿洛酮糖和5-HMF含量的标准物质，使用了D-阿洛酮糖（Sigma公司，美国密苏里州圣路易斯）和5-羟甲基-2-糠醛（Tokyo Chemical有限公司，日本东京）。此外，还使用了抗坏血酸。

外观和褐变的变化

图1展示了阿洛酮糖糖浆在储存过程中的外观变化。在4–25°C条件下储存的样品外观没有明显变化。然而，在40°C及以上温度下储存的样品在储存过程中逐渐变暗。特别是在50°C下储存的样品从第4周开始变暗，而在60°C下储存的样品从第1周就开始变暗。储存过程中褐变强度（A420）的变化见表格2。阿洛酮糖糖浆的初始A420值为0.040。

结论

本研究评估了工业级阿洛酮糖糖浆在饮料适用温度（4–25°C）和加速/高温储存（40–60°C）条件下的16周储存稳定性。在≤25°C条件下，整个储存期间的变化很小，适合用于冷藏或常温饮料。在≥40°C条件下，颜色和成分变化随时间和温度加速。从动力学角度来看，储存过程表现出双相特征：初期为近似零级线性阶段（0–8周），随后...

作者贡献声明

Tae-Hwi Moon：撰写初稿、软件开发、方法设计、数据分析。Jung-Ah Han：审稿与编辑、监督工作、资源调配、项目管理、概念构思。

未引用的参考文献

《食品法典》委员会，2001年

欧洲食品安全局食品添加剂和调味品小组（FAF）等，2021年

Hu，2013年

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。