制备焦糖色素的方法、焦糖色素及其应用
阅读说明：本技术 制备焦糖色素的方法、焦糖色素及其应用 (Method for preparing caramel pigment, caramel pigment and application thereof ) 是由 张美玲 张新峰 陈志锋 黄永志 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于食品添加剂领域,具体涉及一种制备焦糖色素的方法,包括：将糖溶液与酸性助剂混合,在0.03～0.5MPa条件下反应,反应温度高于100℃但不超过200℃,得到反应产物；将反应产物的pH值调至3.5～7.5,冷却,得到焦糖色素；本发明还涉及制得的焦糖色素及其应用。本发明方法制备的焦糖色素粘度高、树脂化时间长、稳定性好、货架寿命长。(The invention belongs to the field of food additives, and particularly relates to a method for preparing caramel pigment, which comprises the following steps: mixing the sugar solution with an acidic auxiliary agent, and reacting under the condition of 0.03-0.5 MPa, wherein the reaction temperature is higher than 100 ℃ but not higher than 200 ℃, so as to obtain a reaction product; adjusting the pH value of the reaction product to 3.5-7.5, and cooling to obtain caramel pigment; the invention also relates to the prepared caramel pigment and application thereof. The caramel pigment prepared by the method has high viscosity, long resinification time, good stability and long shelf life.)
技术领域
本发明属于食品添加剂领域，具体涉及一种制备焦糖色素的方法，还涉及制得的焦糖色素及其在食品中的应用。
背景技术
焦糖色素(Caramel Color)是最古老和最广泛使用的食品色素之一，用于增强自然发生的颜色，纠正颜色的自然变化，并保护在食品加工和储存过程中可能因光降解而失去的颜色。焦糖色素具有良好的水溶性、着色能力、稳定性、安全性等性质，因此成为全世界应用最广泛、产销量最大的食用色素，在欧美发达国家和我国均占据了食用色素使用量的90％以上。
焦糖色素的重要参数包括但不限于粘度、色相指数、树脂化、密度、酒精溶解度、盐稳定性和啤酒测试。其中，粘度是焦糖色素的重要参数，通常反映了焦糖色素的质量和保质期，直接影响到焦糖色素的输送、搅拌、混合等。实际应用时，粘度过高或过低都会影响焦糖色素产品的质量；粘度过高，不利于泵送运输，易树脂化，稳定性较差；粘度过低，树脂化缓慢，保质期长，但对提升液体调味料体态和挂壁性效果一般。普通法焦糖色素具有红黄色素指数高、色泽红润、安全性高等特点，更符合安全绿色、天然健康的消费理念和环境，在酒精、调味品(特别是亚洲市场)和烘焙行业应用甚广。酱油等液体调味料中加入焦糖色素，除了提高色度，减少批次之间的变化，还能改善肉类和面条的颜色附着力，改善产品口感，因此，用于酱油的普通法焦糖色素需要保持较高的粘度并兼具较高的稳定性，但现有技术中尚缺乏这种类型的普通法焦糖色素。
因此，目前亟需得到一种粘度高、稳定性好、货架寿命长的普通法焦糖色素。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种制备焦糖色素的方法，所制焦糖色素的粘度高、树脂化时间长、稳定性好、货架寿命长；本发明又一目的在于提供上述的焦糖色素及其应用。
为实现上述目的，本发明第一方面涉及一种制备焦糖色素的方法，包括如下步骤：
(1)将糖溶液与酸性助剂混合，在0.03～0.5MPa条件下反应，反应温度高于100℃但不超过200℃(优选为110℃～180℃，例如130℃、150℃、180℃)，得到反应产物；
(2)将反应产物的pH值调至3.5～7.5(例如4.0、5.0、6.0、6.5、7.0、7.2)，冷却，得到焦糖色素；
其中，冷却的程序依次包括如下的九个阶段：
阶段①：以0.2～0.8℃/min(例如0.5℃/min、0.6℃/min)速率自所述反应温度降至96℃～100℃(例如98℃、100℃)；
阶段②：在96℃～100℃(例如98℃、100℃)保持5～15分钟(例如10分钟)；
阶段③：以0.2～0.8℃/min(例如0.5℃/min、0.6℃/min)速率自96℃～100℃(例如98℃、100℃)降至86℃～94℃(例如88℃、90℃、92℃)；
阶段④：在86℃～94℃(例如88℃、90℃、92℃)保持5～15分钟(例如10分钟)；
阶段⑤：以0.1～0.6℃/min(例如0.3℃/min、0.4℃/min)速率自86℃～94℃(例如88℃、90℃、92℃)降至77℃～84℃(例如78℃、80℃、82℃)；
阶段⑥：在77℃～84℃(例如78℃、80℃、82℃)保持5～15分钟(例如10分钟)；
阶段⑦：以0.05～0.2℃/min(例如0.1℃/min、0.15℃/min)速率自77℃～84℃(例如78℃、80℃、82℃)降至65℃～75℃(例如68℃、70℃、72℃)；
阶段⑧：在65℃～75℃(例如68℃、70℃、72℃)保持5～15分钟(例如10分钟)；
阶段⑨：自65℃～75℃(例如68℃、70℃、72℃)迅速降温至63℃以下(例如60℃以下)。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，在0.05～0.3MPa(优选为0.05～0.2MPa)条件下反应。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，反应持续30～200分钟，优选为30～180分钟，例如80分钟、100分钟、150分钟、180分钟。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，在搅拌条件下反应，搅拌的转速为20～200r/min，优选为20～100r/min，例如30r/min、50r/min、70r/min。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(2)中，在0MPa条件下冷却。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(2)中，采用碱性试剂调节反应产物的pH值。
本发明第一方面的任意实施方式中，所述碱性试剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、氢氧化钙、碳酸钠和碳酸钾中一种或几种的水溶液。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，酸性助剂的重量为糖溶液中固形物重量的0.1％～1％，例如0.2％、0.22％、0.248％、0.25％、0.37％、0.5％、0.561％、0.7％。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，所述糖溶液选自玉米糖浆、蔗糖、葡萄糖、果糖、转化糖、果葡糖浆、麦芽糖浆和淀粉水解物中一种或几种的水溶液。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，所述糖溶液的固形物重量含量为40％～90％，优选为60％～90％，例如70％～80％。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，所述糖溶液的DE值为40％～80％，例如50％～70％。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，所述酸性助剂选自硫酸、盐酸、硝酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸和醋酸中一种或几种的水溶液。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(1)中，所述酸性助剂的浓度为10wt％～30wt％，例如15wt％、20wt％、25wt％。
本发明第一方面的任意实施方式中，步骤(2)中，冷却后过滤，收集滤过液即为焦糖色素。
本发明第一方面的任意实施方式中，所述焦糖色素为普通法焦糖色素。
本发明第二方面涉及一种焦糖色素，其由本发明第一方面所述方法制得。
本发明第二方面的任意实施方式中，采用粘度计在25℃测定焦糖色素的粘度为10000～23000cP，优选为10000～20000cP，更优选为12000～19000cP。
本发明第二方面的任意实施方式中，所述焦糖色素的树脂化时间为22小时以上，优选为22～50小时，更优选为22～40小时或25～40小时。
本发明第二方面的任意实施方式中，测定焦糖色素的树脂化时间的方法：取样品少许密封于玻璃管中，置于100℃左右烘箱中开始计时，保持烘箱温度为100℃左右，直至观察到样品不再具有流动性，结束计时，得到树脂化时间。
本发明第三方面涉及本发明第二方面所述的焦糖色素在食品中的应用。
本发明中，如无特别说明，其中：
术语“糖溶液的固形物”指糖溶液中除去水分后的干物质；
术语“转化糖”是指用稀酸或酶对蔗糖作用后所得的含同等物质的量的葡萄糖和果糖的混合物；
术语“DE值”为葡萄糖当量英文Dextrose Equivalent的缩写，是指还原糖(以葡萄糖计)占糖溶液的固形物的百分比；
术语“淀粉水解物”指淀粉水解后的产物，如糖醇、糊精、淀粉糖等，其中，淀粉糖包括麦芽糖、低聚糖等。
本发明取得的有益效果：
本发明方法制备的焦糖色素粘度高，树脂化时间长，稳定性好，货架寿命长，实现了焦糖色素流变学行为的可控调节。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为实施例1-3中制备焦糖色素方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，选择容积25L的高压反应釜，取15kg DE值50％～70％、固形物重量含量为70％～80％的果葡糖浆计量加入反应釜，搅匀备用；向高压反应釜中加入28.68g浓度为30wt％的柠檬酸溶液(原料糖中固形物重量的2.48‰)，搅拌配成反应液；反应液在以下条件下反应：反应温度130℃，正压压力0.05～0.20MPa，反应时间180min，搅拌器转速50r/min；反应完成后，采用20wt％氢氧化钠水溶液将反应产物的pH值调节至6.5，然后在0MPa条件下按照如下的程序降温：
①以0.5℃/min降温速率由130℃反应温度降至100℃；
②在100℃保持10分钟；
③以0.5℃/min降温速率由100℃降至90℃；
④在90℃保持10分钟；
⑤以0.3℃/min降温速率由90℃降至80℃；
⑥在80℃保持10分钟；
⑦以0.15℃/min降温速率由80℃降至70℃；
⑧在70℃保持10分钟；
⑨由70℃迅速降温至60℃以下；
结束后，经过滤，得到普通法焦糖色素液态产品1。
实施例2
如图1所示，选择容积为25L的高压反应釜，取15kgDE值50％～70％、固形物重量含量为70％～80％的果葡糖浆计量加入反应釜，搅匀备用；向高压反应釜中加入28.68g浓度为30wt％的柠檬酸溶液(原料糖中固形物重量的2.48‰)，搅拌配成反应液；反应液在以下条件下反应：反应温度150℃，正压压力0.05-0.20MPa，反应时间150min，搅拌器转速50r/min；反应完成后，采用20wt％氢氧化钠水溶液将反应产物的pH值调节至7.2；然后在0MPa条件下按照实施例1中的程序降温，结束后，经过滤，得到普通法焦糖色素液态产品2。
实施例3
如图1所示，选择容积为25L的高压反应釜，取15kgDE值50％～70％、固形物重量含量为70％～80％的果葡糖浆计量加入反应釜，搅匀备用；向高压反应釜中加入28.68g浓度为30wt％的柠檬酸溶液(原料糖中固形物重量的2.48‰)，搅拌配成反应液；反应液在以下条件下反应：反应温度180℃，正压压力0.05-0.20MPa，反应时间100min，搅拌器转速50r/min；反应完成后，采用20wt％氢氧化钠水溶液将反应产物的pH值调节至4.0；然后在0MPa条件下按照实施例1中的程序降温，结束后，经过滤，得到普通法焦糖色素液态产品3。
对比例1反应不加压、反应温度和时间未协同控制
反应液的配制同实施例2；将反应液在以下条件下反应：反应温度180℃，压力0MPa，反应时间150min，搅拌器转速50r/min；反应完成后的操作同实施例2，得到普通法焦糖色素液态产品A。
对比例2不调节反应产物的pH值
省略反应完成后调节pH值的操作，将反应产物直接在0MPa条件下按照实施例1中的程序降温，其余操作同实施例2，得到普通法焦糖色素液态产品B。
对比例3不采用降温程序
(1)将反应产物调节pH值至7.2后，立即在0MPa条件下冷却至60℃以下，其余操作同实施例2，得到普通法焦糖色素液态产品C1；
(2)将反应产物调节pH值至7.2后，以0.15℃/min～0.5℃/min速率缓慢降温至60℃以下，其余操作同实施例2，得到普通法焦糖色素液态产品C2。
对比例4冷却之后调节pH值
反应液的配制及反应过程同实施例2；反应完成后，将反应产物在0MPa条件下按照实施例1中的程序降温，然后采用20wt％氢氧化钠水溶液调节反应产物的pH值至7.2，经过滤，得到普通法焦糖色素液态产品D。
测试例
色率：按照《GB1886.64-2015食品安全国家标准食品添加剂焦糖色素》中的附录A规定的方法测定；
粘度：采用美国BROOKFIELD公司的DV-ll+Pro型号粘度计测定，测定温度为25℃；
密度：采用密度天平法测定；
树脂化时间：取样品少许密封于玻璃管中，置于100℃左右高温烘箱中开始计时，保持烘箱温度为100℃左右，直至观察到样品不再具有流动性，结束计时，得到树脂化时间。
按照以上方法测定普通法焦糖色素液态产品1-3及普通法焦糖色素液态产品A-B、C1、C2、D的各参数，结果见表1。值得说明的是，不同样品在不同温度下的粘度差异较大，测定时需进行温度控制。
表1
由表1可知，与普通法焦糖色素产品B、C1、C2、D相比，本发明普通法焦糖色素产品的粘度更大；与普通法焦糖色素产品B、C1、C2、D相比，本发明普通法焦糖色素产品的树脂化时间更长、稳定性更好、货架寿命更长；尽管普通法焦糖色素产品A的粘度大于本发明焦糖色素产品，但过高的粘度使得普通法焦糖色素产品A的树脂化时间过短、稳定性差、寿命短；另外，普通法焦糖色素产品B的色率较低；因此，本发明普通法焦糖色素产品具有较高粘度的同时具有较长的树脂化时间，稳定性好，货架寿命长。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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