CN102858189A - 焦糖色素中反应副产物和杂质的去除以及耐储存的焦糖色素浓缩物 - Google Patents

焦糖色素中反应副产物和杂质的去除以及耐储存的焦糖色素浓缩物 Download PDF

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Abstract

通过使焦糖色素的溶液接受通过具有不超过3000道尔顿的分子渗余（MWCA）的半透膜的超滤来保留焦糖固体而除去4MeI和其他盐来制备焦糖色素浓缩物。超滤后，使渗余物接受酸化步骤，以将剩余的杂质转化成盐，然后将其除去。获得具有宽范围分子量的发色体的耐储存的浓缩物。

Description

焦糖色素中反应副产物和杂质的去除以及耐储存的焦糖色素浓缩物
本申请要求2010年3月30日提交的美国临时申请No.61/318,836的优先权，在此将其完整内容全部引入作为参考。
发明领域
本发明涉及一种从焦糖色素中除去4-甲基-咪唑（4MeI）反应副产物的方法，并且进一步涉及耐储存的液体焦糖色素。
发明背景
焦糖色素是用于给各种食品和饮料提供棕色的不同深浅和强度的食品配料。到目前为止，焦糖色素的最大应用是在可乐饮料中。相当大量的焦糖色素还用于啤酒、烘焙制品、酱油和蒸馏酒精中。
焦糖色素具有不同的物理特征和组成。软饮料焦糖色素是通过将任何可接受的食品级碳水化合物与亚硫酸铵反应制得的。酿酒厂焦糖色素是通过将碳水化合物仅与氨反应制得的。高醇含量蒸馏酒精中所用的焦糖色素是通过加热糖和氢氧化钠来获得的。
饮料中用于给其提供棕色的焦糖含有百万分之（ppm）含量的4-甲基咪唑（下文称为4MeI），需要将其除去或至少彻底地降低。在氨方法中制备的焦糖色素的特定问题在于MeI的产生。认为4-MeI是碳水化合物与该方法中所用的氨催化剂结合的反应产物。食品和药品管理局限制了焦糖色素中的4-MeI含量。
除去4MeI的一种方法是通过超滤，如美国专利4,416,700所述的，在此将其全部引入作为参考。然而，即使在超滤处理过程中，所需的发色体保留在膜上，但许多足够小的化合物与4MeI一起通过半透膜。
发明简述
本发明的几个方面涉及通过使用具有3000道尔顿或更小分子量渗余（MWCO）的半透膜的超滤来除去焦糖色素中的4MeI。在一个方面中，MWCO为大约250道尔顿。
根据本发明的4MeI去除方法，通常用氢氧化钠或氢氧化钾，将含有焦糖色素固体的起始溶液（其可以是稀释的）碱化至6.5至8.5的pH。使这种碱化的材料接受使用上述MWCO膜的超滤，以除去透过液（滤液）中的4MeI并将来自起始溶液的发色体和大部分固体保留在膜上。然后用酸（通常是磷酸、硫酸、亚硫酸或盐酸）将这种渗余的溶液（渗余物）酸化至不超过3，通常为2至3的pH。通过进一步的超滤除去由于加入酸而形成的盐。所得到的低pH酸性渗余物就是所需的纯化焦糖色素。
其他方面涉及具有发色体固体的纯化耐储存焦糖色素浓缩物，其中固体具有约大于约150道尔顿，通常150至大于30,000道尔顿的分子量范围，其中至少40%的发色体具有低于10,000的分子量范围。
发明详述
通过将碳水化合物溶液焦糖化来形成高分子量发色体来生产焦糖色素。例如，美国专利4,614,662公开了利用亚硫酸铵来生产焦糖色素的连续方法。焦糖色素产生后，使用超滤来过滤溶液，以分离出发色体。
超滤是将相对高分子量的材料与较低分子量的材料分离的方法。该方法通常包括将含有待分离材料的溶剂（例如，水）溶液置于半透膜的一侧（渗余侧）。选择膜的大小，使得保留溶液中高于特定分子量的材料，而使低于特定分子量的材料与溶剂一起通过。将流体静力或流体动力压施加于溶液，并且连续或周期性地将溶剂添加至溶液中，使超滤持续足以达到理论上的从样品中除去可渗透材料的高水平的时间。
超滤利用半透膜，其通过“分子量渗余”或MWCO来限定。MWCO是根据通过膜滤出的氢原子的分子质量比。该比例称为道尔顿。将一单位的道尔顿定义为氢原子的质量。基于给定分子的质量与氢原子质量的比例来设定分子量标度。因此分子的质量（分子量）M是M道尔顿，与M个氢原子一样重。例如，葡萄糖具有180的分子量，因此其分子质量为180道尔顿。
在过去，如美国专利4,614,662中公开的，焦糖固体溶液的超滤利用了具有10,000至30,000道尔顿（10-30kDa）的MWCO的半透膜。这样的膜使得许多所需的低分子量发色体从焦糖溶液中滤出。因此，这样的膜仅保留了20至30%的焦糖色素固体，使得当浓缩至微生物稳定%固体水平时，纯化的材料非常粘。也就是说，因为高粘度和不可接受的操作特性，该纯化的级分不能构成具有高于25%固体的液体材料。所得到的材料在室温下象浓膏。对于微生物稳定的焦糖色素，需要约50%的纯化材料溶液。
本发明涉及使用具有3000道尔顿或更小，例如，低于2000道尔顿，低于1000道尔顿，或低于500道尔顿，并且通常约250道尔顿MWCO的半透膜的超滤方法，以保留大部分焦糖固体，而且除去焦糖色素溶液制备过程中形成的4Me I和盐。值得注意的是，美国专利4,614,662中所公开膜的MWCO大于本发明中所用膜的MWCO 4至120倍。
出乎意料的是具有低至3000道尔顿或更小或低于3000道尔顿或更小（如250道尔顿）MWCO的半透膜能够有效地起作用。早期对焦糖UF的工作的目的被设计来分离发色体，其分子量为10,000道尔顿或更高，因此使用了高MWCO膜，并且焦糖固体的回收低至25%左右。此外，存在膜被大的分子堵塞的问题。
本发明的方法不仅可以从焦糖溶液中除去大于97%的MeI，而且可以回收大部分（至少50%）焦糖固体。纯化渗余物中保留较高比例的焦糖固体使得焦糖固体的流动和稳定性特征更接近于初始材料。该结果部分地由于该固体的分子量范围宽于使用之前的膜获得的分子量范围。本发明可捕获大部分焦糖固体，并且提供至少约150至大于30,000道尔顿的分子量范围。现有技术膜提供了至少约10,000道尔顿和更高的分子量分布。本发明的方法可以产生含有约80%初始焦糖固体的纯化材料，使得大部分材料具有大于150道尔顿的分子量。正是这种增强的固体回收及其分子量分布接近初始材料才使得所得到的产物成为有用的。
使用具有3000道尔顿或更小MWCO的半透膜回收了较高范围的固体也降低了废弃物处置问题。在处置之前，必须对透过物进行处理。由于大部分起始焦糖的固体被捕获在纯化材料中，非常少残留在废水中，因此很大程度减少了处置问题。
因此，本发明的几个方面涉及为了制备耐储存的液体焦糖色素，通过超滤处理焦糖色素溶液的方法。该方法在提高纯化产物中固体浓度而且保存和维持初始焦糖色素所有所需功能特性的条件下进行。
使焦糖色素的起始溶液接受通过具有3000道尔顿或更小MWCO的半透膜的超滤，以产生通过膜的渗透部分和渗余部分或渗余物，其没有通过该膜。渗余物含有高分子量发色体，其他无色材料和水。在超滤之前，通常用氢氧化钠或氢氧化钾将起始焦糖溶液碱化至6.5至8.5的pH。超滤过程中发色体溶液的温度为约30至90℃。
然后用任何合适的酸（通常为磷酸、硫酸、亚硫酸或盐酸）将渗余物酸化至不高于3，通常为2至3的pH。通过进一步的超滤将中和处理过程中形成的盐除去至所需的水平。这种低pH酸渗余物是所需的纯化焦糖色素。
本发明的方法可以以连续、半连续或分批方式来进行。
耐储存的纯化焦糖色素浓缩物包含具有如下分子量分布的色素固体，其中分子量为至少约150，通常150至30,000和更高，其中至少40%发色体具有低于10,000的分子量范围。
尽管已经就特定的实施例（包括实施本发明的优选方式）描述了本发明，但本领域技术人员将认识到存在落入所附权利要求中所示的本发明的精神和范围内的上述系统和技术的各种变化和改变。

Claims (19)

1.从含有焦糖色素固体的起始溶液除去4-甲基咪唑（4-MeI）的方法，所述方法借助通过具有3000道尔顿或更小的MWCO的半透膜的超滤来产生通过膜的渗透部分和没有通过膜的渗余物的方法；其中渗余物包含至少50%的起始溶液的固体。
2.根据权利要求1的方法，其中在超滤前，将碱加入起始溶液中，以提高pH。
3.根据权利要求2的方法，其中将起始溶液的pH提高至6.5至8.5。
4.根据权利要求2或权利要求3的方法，其中碱是氢氧化钠或氢氧化钾。
5.根据权利要求1-4任一项的方法，其中半透膜具有低于2000Da的MWCO。
6.权利要求1-4任一项的方法，其中半透膜具有低于1000Da的MWCO。
7.权利要求1-4任一项的方法，其中半透膜具有低于500Da的MWCO。
8.权利要求1-4任一项的方法，其中半透膜具有250Da的MWCO。
9.权利要求1-8任一项的方法，其中渗余物包含起始焦糖色素固体的至少60%固体。
10.权利要求1-9任一项的方法，进一步包含将酸加入渗余物中，以降低pH，并将渗余物中的杂质转化成盐，然后将盐去除。
11.权利要求10的方法，其中将pH降至不超过3。
12.权利要求10的方法，其中将pH降至2至3。
13.权利要求10-12任一项的方法，其中酸是选自磷酸、硫酸、亚硫酸和盐酸的至少一种。
14.权利要求10-13任一项的方法，其中通过进一步的超滤来除去盐。
15.权利要求1-14任一项的方法，其中从起始溶液中除去高于97%的MeI。
16.耐储存的纯化焦糖色素浓缩物，其包含具有在150和30,000之间的分子量分布的色素固体，其中至少40%的发色体具有低于10,000的分子量范围。
17.权利要求16的耐储存的纯化焦糖色素浓缩物，其通过以下方法制得：将含有焦糖色素固体的起始溶液接受通过具有3000道尔顿或更小的MWCO的半透膜的超滤，以产生通过膜的渗透部分和没有通过膜的渗余物；其中渗余物包含起始焦糖色素固体的至少50%固体。
18.权利要求17的耐储存的纯化焦糖色素浓缩物，进一步包括将酸加入渗余物中，以降低pH，并将渗余物中的杂质转化成盐，然后将盐去除。
19.按照权利要求1-15任一项制备的耐储存的纯化焦糖色素浓缩物。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130102