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焦糖色素
半天然食品著色劑
基本信息
| 中文名 | 焦糖色素 |
| 外文名 | Caramel |
| 別名 | 焦糖 |
| 特點 | 色率高、著色能力強 |
| 屬性 | 食品添加劑 |
簡介
根據(jù)美國食品用化學品法典中的定義，焦糖色素通常是一種復雜的混合型化合物，其中有些是以膠體聚集體形式存在，可通過加熱碳水化合物單獨制成或者在食用的酸、堿、鹽參與下合成。焦糖色素通常為棕黑色至黑色的液體或固體，有一種燒焦的糖的氣味，并有某種苦味。其原料多為果糖、葡萄糖、轉化糖、蔗糖和淀粉的水解產(chǎn)物或部分水解的產(chǎn)物[1] 。
焦糖色素常被用在制作甜點上，它可以為糕點和甜點提供一種填補糖果或巧克力的風味，或加于冰激凌和蛋奶凍上?；蜃鳛槭澄锖谏?，如可樂之類的飲料使用焦糖著色，而且它也被用作食品著色劑，它也是威士忌行業(yè)唯一允許使用的添加劑。焦糖色素可溶于水。
產(chǎn)品用途
焦糖色素廣泛用于醬油、食醋、料酒、醬鹵、腌制制品、烘制食品、糖果、藥品、碳酸飲料及非碳酸飲料等，并能有效提高產(chǎn)品品質(zhì)。適用于醬油、醋、料酒、醬鹵、腌制制品中用量：添加量2—5%。
焦糖色亦稱焦糖，俗稱醬色，英文Caramel，德文稱為“卡拉麥幾乳考”（karamelxucker)，法文稱為“蘇克力、卡拉麥列西”（sucrecaramelise)。焦糖是一種在食品中應用范圍十分廣泛的天然著色劑、是食品添加劑中的重要一員。60年代，由于其環(huán)化物四-甲基咪唑的問題，曾一度被懷疑對人體有害而被各國政府禁用。后經(jīng)科學家們的多年努力研究，證明它是無害的，聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO），聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織（WHO），國際食品添加劑聯(lián)合專家委員會（JECFA），均已確認焦糖是安全的，但對其四-甲基咪唑作了限量的規(guī)定。由此，世界各國的焦糖工業(yè)加速了發(fā)展。據(jù)文獻介紹、英、法、德各國年產(chǎn)量均在1.1萬噸以上，美國年產(chǎn)量在10萬噸以上，而中國的年產(chǎn)量卻未見有統(tǒng)計數(shù)字，筆者估計約有12~15萬噸。中國的焦糖工業(yè)是非常落后，絕大部分產(chǎn)量是由作坊式的手工方法生產(chǎn)的，能夠用比較科學的方法生產(chǎn)的廠家寥寥無幾，而且僅能生產(chǎn)單一的在醬油中應用的耐鹽焦糖，品質(zhì)較差，衛(wèi)生指標也很差。幾年前還不能生產(chǎn)在可樂型飲料中應用的耐酸焦糖，需高價進口，至今也沒有正式生產(chǎn)固體焦糖的廠家。所以，中國的焦糖工業(yè)亟待有志者去開發(fā)研究。
性能
以砂糖為原料制得的醬色，對酸、鹽的穩(wěn)定性好，紅色色度高，著色力低。以淀粉或葡萄糖為原料者，在生產(chǎn)醬色時可采用酸、堿或鹽類做催化劑，凡以堿作催化劑制得的產(chǎn)品耐堿性強，紅色色度高，對酸和鹽不穩(wěn)定；而用酸做催化劑制得者，對酸和鹽穩(wěn)定，紅色色度高，但著色力低。
理化性質(zhì)
2001年8月6日，中國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局發(fā)布了焦糖色素的新國際（GB8817-2001），于2002年2月1日正式實施。其理化指標見表格圖片。
電荷
焦糖色素具有膠體性質(zhì)，均帶有小小的電荷，可以是正電荷，可以是負電荷，視生產(chǎn)方法及所用食品的pH而定。在選用時必須注意，否則將會對使用的效果有影響，如在可樂飲料中使用的耐酸性膠體色素要帶負電荷，等電點小于1.5，而在醬油、黃酒中就用帶正電荷的焦糖色素。從微生物學觀點來講，焦糖色素是很穩(wěn)定的產(chǎn)品，因細菌不能在焦糖色素中生存，所以保質(zhì)期規(guī)定為12個月。
pH值
焦糖色素的pH值在應用中是很重要的指標，焦糖的pH值因種類不同而異。如果焦糖的pH＞5.0，則容易污染微生物，如果pH值＜2.5，則在短時間就會樹脂化，pH越低，這種變化越快。耐酸焦糖，其pH應為2.8～3.3，平均為2.9～3.0，這種焦糖多用于飲料工業(yè)。等點電在4.5～5.0的焦糖加入啤酒及醬油中，由于不改變介質(zhì)的pH，且與溶液的帶電性相一致，所以溶解度增大。焦糖的pH一般是由加工的原料工藝決定的，可以根據(jù)不同需要加以調(diào)節(jié)。
粘度
工廠都著力于降低焦糖的粘度，從而擴大其使用范圍。有些焦糖色素其固形物含量及比重和其他焦糖一樣，但粘度低，流動性大，穩(wěn)定性好，著色均勻，而被用于焙烤業(yè)中。焙烤所用的焦糖主要要求其流動性良好，易與面粉混和均勻，并不要求色率過高，所以在加工時，一定要根據(jù)其用途決定生產(chǎn)工藝。有資料顯示，焦糖隨加熱時間的延長，色率加大，但高溫易使大分子物質(zhì)聚合，粘度增大，流動性變小。
特點
色率高，著色能力強，體現(xiàn)發(fā)酵醬油特有的紅褐色，紅潤、亮麗。粘度適中，溶解性好，耐鹽度高，品質(zhì)穩(wěn)定。
制造工藝
如上所述，現(xiàn)代科學技術雖還未能徹底認識焦糖反應的機理，但對非酶褐變反應的前期機理及反應生成物卻已有了明確的認識。一般認為，焦糖反應有兩種類型：一類是在有胺伴隨下的美德拉反應，即由葡萄糖+NH3-R生成雪夫氏堿（SehiffsBase)，進一步加熱生成N-取代葡基胺（N-substitutedqlycosylanine).另一類是純焦糖化反應（單純地加熱葡萄糖的焦化反應），即在相當高的高溫下（大約200℃）使碳水化合物產(chǎn)生醛類，然后縮合成染色成份。兩類反應都能產(chǎn)生醛類和二羰基化合物，但美拉德反應滲入含氨成份，此反應機制可粗略地歸納為3步：
第2步：降解反應產(chǎn)生具有強紫外光吸收的無色物，釋放二氧化碳。C、糖脫水。D、環(huán)開裂。
根據(jù)上述原理，現(xiàn)代焦糖色的制造方法大致有以下幾種：
常壓法
即開口鍋生產(chǎn)的方法。一般是用一只熱交換器上面載1個開口的分離器，在常壓下將糖料加熱到一定溫度，加入氨水，繼續(xù)加熱到終點。國內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)廠采用的是類似此種方法。但常壓法的溫度難控制，質(zhì)量不穩(wěn)定，粘度大，應用不方便，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)不宜采用此法。但國外某些品種也有采用此法的。
加壓法
此法系將糖料置于具有攪拌器的反應鍋內(nèi)，以蒸汽加熱（亦有以油浴加熱）到一定溫度后加入不同的技術助劑，保溫一定時間，達到終點后，出料過濾并迅速冷卻到38℃ 以下包裝。不同的技術助劑，不同的溫度，不同的保溫時間，不同的PH值，可以得到迥然不同的產(chǎn)品，這些工藝參數(shù)是被高度保密的技術。國外的許多高質(zhì)量焦糖都是用加壓法生產(chǎn)的，國內(nèi)開始學習此法，但真正能大批量生產(chǎn)的單位還不多，尤其是不能保持產(chǎn)品的一致性和高質(zhì)量。
擠壓法
分類
苛性亞硫酸鹽焦糖
氨法焦糖
氨法焦糖生產(chǎn)過程中使用氨的化合物，且不使用亞硫酸的化合物。二乙胺乙基纖維素結合的色素不大于50%，且磷酸纖維素結合的是大于50%。
亞硫酸銨法焦糖
也稱為耐酸焦糖，帶強負電荷，在酸中穩(wěn)定，主要應用于飲料中作為著色劑。在生產(chǎn)過程中使用氨的化合物，且使用亞硫酸的化合物。此類焦糖在美國市場用量較大。
生產(chǎn)原理
焦糖的制造并不是什么新鮮的事，它是一種褐變反應（BrowningReaction)。褐變反應是我們?nèi)粘Ｉ钆c食品加工及烹調(diào)中經(jīng)常碰到的現(xiàn)象，可至今為止，科學技術尚不能確切的解釋焦糖反應的機理，焦糖的結構組成也尚未被認識。一個幾乎畢生在實驗室中從事焦糖研究的英國化學家Brache感嘆地說：“焦糖不僅具有復雜性，而且也無法預測，只有在最大限度內(nèi)將原料、制備技術、時間、溫度等加以控制，才能保證高質(zhì)量產(chǎn)品的可重復性……”?？梢?，焦糖的生產(chǎn)技術是困難的，在國外也被視為高科技產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝被嚴格保密。美國可口可樂之所以能風行全世界一個世紀，國際市場占有率獨占鰲頭，與她擁有耐酸焦糖技術是分不開的。
制備方法
液體焦糖色素是在嚴格控制反應壓力、溫度和pH值的條件下生產(chǎn)的，可以在常壓下，也可以在加壓下進行，這主要根據(jù)最終產(chǎn)品的用途來決定采用何種工藝。液體焦糖色素經(jīng)過調(diào)配后，通過噴霧干燥或真空干燥可生產(chǎn)粉末焦糖色素。
苛性亞硫酸鹽焦糖
氨法焦糖
氨法焦糖生產(chǎn)方法基本可分為開口式常壓法及密閉式加壓法。催化劑用氫氧化胺。生產(chǎn)原料可用結晶葡萄糖之母液、蔗糖糖蜜、碎米等。此類焦糖主要用于醬油著色。帶正電荷，在醬油、啤酒中穩(wěn)定，若生產(chǎn)方法適當，亦可能在醋、紅酒中穩(wěn)定。
亞硫酸銨法焦糖
其他
醬油可以用高達15％的鹽進行防腐，故需要穩(wěn)定的焦糖色素使醬油產(chǎn)品具有自然發(fā)酵色澤。焦糖色素也可用來增加焙烤食品外觀的吸引力。可選用原濃度或倍濃度的液體和粉末狀焦糖色素來彌補特制面包、“表面裝飾”蛋糕和曲奇餅精制配料的不充足和不均勻的著色力。帶陽電荷的焦糖色素，能在麥芽醋中穩(wěn)定地發(fā)揮作用；而在蘋果醋、蒸餾醋的生產(chǎn)中，其表現(xiàn)則不穩(wěn)定。
安全性
20世紀60年代，由于其環(huán)化物4-甲基咪唑的問題，焦糖色素曾一度被懷疑對人體有害而被各國政府禁用。經(jīng)科學家們的多年研究，證明它是無害的，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO），世界衛(wèi)生組織（WHO），國際食品添加劑聯(lián)合專家委員會（JECFA）均確認焦糖色素是安全的，但對4-甲基咪唑做了限量的規(guī)定。
科學界對焦糖色素的安全性研究相當充分。對第4類焦糖色素，國際食品添加劑專家委員會（JECFA）制定的安全標準是每天每公斤體重不超過200毫克。對于一個成年人來說，相當于每天10克以上。因為它只是色素，用量有限，所以在食品中也就用不著“限量”。中國的標準是“按需使用”，而美國給予了“GRAS（GenerallyRecognizedasSafe）”的分類，意為廠家正常使用即可。加拿大、歐盟也都把它作為很安全的食品色素。
作為副產(chǎn)物，4-甲基咪唑在焦糖色素中的含量跟具體的產(chǎn)品有關，歐盟規(guī)定不能超過250ppm（1ppm相當于每公斤中含有1毫克）。針對4-甲基咪唑的安全性也有過不少研究。較早的研究中發(fā)現(xiàn)不良作用的劑量都比較大，遠遠高于食品中的可能的含量?！爸掳钡膿鷳n來源于2007年的一項研究。
政策
世界衛(wèi)生組織與聯(lián)合國糧農(nóng)組織食品添加劑專家委員會為苛性亞硫酸鹽焦糖、氨法焦糖、亞硫酸銨焦糖設定的攝入量值為160mg/kgbw/day，普通焦糖則不包括在內(nèi)。
中國2001年發(fā)布新標準GB8817-2001代替GB8817-1998標準。
事件
可樂中含有焦糖色素
2012年3月6日，可口可樂回應稱，“CSPI很不負責任地在聲明中質(zhì)疑我們飲料中所使用的焦糖色素的安全性，并挑起消費者對癌癥的擔憂。CSPI一直宣稱是服務于大眾的非政府組織，但此舉卻是對公眾的損害而非服務。研究表明，我們產(chǎn)品中使用的焦糖色素不會導致癌癥。微量的4-甲基咪唑存在于大量的食品和飲料中。事實上，通常烹飪過程中發(fā)生‘褐變反應’就會形成4-甲基咪唑?！?/span>
百事中國區(qū)相關負責人則引用了美國飲料協(xié)會的聲明稱：“沒有科學證據(jù)表明食品或飲料中存在的4-甲基咪唑?qū)θ祟惤】翟斐赏{。包括美國食品和藥品管理局、歐洲食品安全機構和加拿大衛(wèi)生署在內(nèi)的世界各國監(jiān)管機構的研究證實，焦糖色素在食品和飲料中的使用是安全的。”
美國食品藥物管理局發(fā)言人道格·卡拉斯2012年3月6日發(fā)表聲明表示，可樂是安全的，消費者每天飲用1000罐以上可樂后攝入的4-甲基咪唑，才與動物在實驗中攝入的足以與患癌產(chǎn)生關聯(lián)的量相當。
美國可口可樂公司2012年3月8日宣布，將降低所生產(chǎn)可樂中的4-甲基咪唑水平。可口可樂公司發(fā)言人本·沙伊德勒表示，可口可樂公司并非要改變可樂產(chǎn)品的配方，而是要求焦糖供應商對生產(chǎn)過程做出必要改變，以符合加利福尼亞州的相關法律要求。
應用前景
分類及應用
國際上通常把焦糖色按其功用分為四類，見附表。
附表 焦糖的分類
類 別 | 名 稱 | 功 能 | 色 強 | 總 氨 | 總 硫 |
Ⅰ | 普通（酒精）焦糖 | 酒精中穩(wěn)定 | 0.01~0.14 | <0.1 | <0.2 |
Ⅱ | 亞硫酸鉀鈉焦糖 | 酒精中穩(wěn)定 | 0.05~0.13 | <0.3 | <0.3 |
Ⅲ | 氨焦糖啤酒 | 啤酒、醬油中穩(wěn)定 | 0.08~0.36 | >0.3 | <0.2 |
Ⅳ | 亞硫酸銨焦糖 | 酸中穩(wěn)定 | 0.10~0.60 | >0.3 | >0.3 |
中國過去只生產(chǎn)一種焦糖色，即在釀造工業(yè)中應用的耐鹽焦糖，相當于國際上的Ⅲ類焦糖，國家標準GB8817-88。近幾年才陸續(xù)有少數(shù)廠家能生產(chǎn)在可樂型飲料中應用的耐酸焦糖。上海汽水廠在生產(chǎn)的幸?？蓸罚粚ν怃N售，但耐酸性不夠高。之后，浙江永嘉葡萄糖廠、河南開封中藥廠、浙江瑞安食品添加劑廠、上海師大化工廠、上?？拼蠡S等也相繼研制出耐酸性較高的耐酸焦糖，以上均只是單倍色率的。重慶市渝龍食品飲料有限公司于1989年引進國外技術設備，研制出雙倍耐酸焦糖色，其質(zhì)量接近國外先進產(chǎn)品，至此，我國的焦糖工業(yè)可謂前進了一步。但令人遺憾的是，大量應用于醬油、酒、醋中的焦糖，情況沒有改觀，大充塞市場的是個體戶以蔗糖蜜生產(chǎn)的焦糖，其色率低、易沉淀，色調(diào)難看，焦糊氣味嚴重、衛(wèi)生條件差，然而其價格低，經(jīng)銷手段靈活，國營集體工廠反而競爭不過，市場仍以個體產(chǎn)品為主，因此大大影響了我國醬油等產(chǎn)品質(zhì)量的提高。由于改革開放，人民生活水平提高較快，人民對食品品位的要求日益提高，醬油、醋等調(diào)味品歷來是以散舀為主，大部分要求裝瓶出售，色調(diào)要求漂亮，沒有沉淀物，色率要高，添加量要少，特別是那些出口產(chǎn)品的廠家，經(jīng)常在報紙雜志上呼吁生產(chǎn)高質(zhì)量焦糖。湖南的醬油、山西的醋、浙江的老酒均需要有專用的、質(zhì)量上乘的焦糖配套。冷食制品、巧克力餅干、雪茄煙等所需質(zhì)量比較好的固體焦糖，市場上也比較難購到。所以許多外國公司紛紛到中國來辦廠，國內(nèi)焦糖工業(yè)如不力爭上去，市場難免被搶占。
發(fā)展前景
雖然中國的焦糖生產(chǎn)技術落后，國外對焦糖技術封鎖比較嚴，但也不必花大量資金去進口，中國完全可能在現(xiàn)有的基礎上，通過刻苦的科學實驗，自力更生地發(fā)展我們自己的焦糖工業(yè)。那些唯利是圖、粗制濫造的個體焦糖戶，政府主管部門應通過法規(guī)去管理、引導其提高，而其中的絕大部分將會被淘汰。初具工廠規(guī)模的專業(yè)廠，應建立起科學化規(guī)模生產(chǎn)的格局，以質(zhì)優(yōu)價廉去占領市場，中國的焦糖市場是十分廣闊的。
參考資料
[1]
華南理工大學食品與生物工程學院：《焦糖色素及其研究進展》作者：黃強 羅發(fā)興 扶雄[引用日期2012-03-09]
[2]
可口可樂百事可樂被指含致癌物 企業(yè):焦糖色素安全[引用日期2012-03-09]
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