CN103333518A - 一种用糖蜜制备蔗香色素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用糖蜜制备蔗香色素的方法。该方法将糖蜜稀释到30±2°Bx，加入石灰乳溶液，调至中性，离心后取上清液；上清液通过截留分子量为200KDa的超滤膜，分别收集截留液和透过液；截留液经高压均质或高速搅拌后，再次过截留分子量200KDa的超滤膜，循环1～3次；每次通过截留分子量200KDa的超滤膜的透过液合并，再通过截留分子量为1KDa、3KDa、5KDa、20KDa和80KDa中的一种或多种，循环1～3次，收集截留液；浓缩，冷冻干燥，得产品。本发明首次以糖厂副产物糖蜜采用多级超滤膜分离技术制造食用色素，工艺简单，制备过程绿色环保，未添加任何有害化学试剂。

Description

一种用糖蜜制备蔗香色素的方法

技术领域

本发明涉及蔗香色素的制备，特别是涉及从甘蔗糖厂副产物糖蜜中提取蔗香色素的方法，属于食品添加剂领域。

背景技术

甘蔗糖蜜是甘蔗糖厂的副产物，为褐色粘稠状液体，其产量为原料甘蔗的2.5～3.0%，总糖分≥48%，纯度（总糖分/折射锤度）≥60%。由于糖蜜粘度大、固形物含量高、澄清困难，大部分用于发酵工业生产酒精、酵母的原料，没有被增值利用。

酚类物质是甘蔗中最主要的植物色素，成分相当复杂，已被鉴定的小分子酚酸和黄酮类物质就有20种之多，还有一些高分子的聚合物（如单宁或鞣酸），它们在甘蔗中原来的颜色是不深的，但在压榨和澄清过程中有几种化学作用使蔗汁中原来无色或浅色的物质变成深色的物质：一是蔗汁中原有的氧化酶的氧化作用；二是设备的铁与有机物结合生成深色的络合物，这是因为酚类物的分子中含有苯环和经基，表现有不同程度的酸性，形成阴离子或负电性高分子，能与金属离子结合、与钙离子结合产生沉淀被除去，与铁离子结合形成深色的络合物；三是加灰加热产生的化学变化，在生成新的有色物的同时，又使一部分有色物形成沉淀而除去。正常甘蔗中酚类物以低分子量的为主，在生产过程中发生分解和再缩聚的作用形成高分子量的深色物质。另外，生产过程中所生产的色素主要是糖热分解生产的深咖啡色焦糖色素以及还原糖与氨基酸反应（美拉德反应Maillard reaction）所生成的高相对分子质量的褐色聚合物。经焦糖化反应和美拉德反应所形成的色素，最终全部累积于糖蜜中，糖蜜色素是含有多种色素成分的混合色素。

发明内容

本发明的目的在于利用糖蜜制备香味浓郁，食用安全的蔗香色素，从而实现糖厂副产物糖蜜的增值利用，并利于糖蜜的进一步开发利用。

本发明以糖蜜为原料，先脱除糖蜜中残留的二氧化硫，然后脱胶，将所得滤液经超滤膜超滤，将糖蜜中糖分、5‐羟甲基糠醛与蔗香色素分离，最后将所得浓缩液直接贮藏、冷冻干燥或与麦芽糊精均匀混合后喷雾干燥。

本发明根据糖厂糖蜜色素成分的理化特性，利用超滤膜选择性分离实现料液不同组分的分离、纯化、浓缩的特性，通过高压低温技术处理使得糖蜜中蔗香色素与蔗糖分离。本发明的特点是利用温和绿色的方法去除糖蜜中残留的二氧化硫、糖分及5‐羟甲基糠醛等物质，在低温条件下保护糖蜜色素的活性从而制备香味浓郁、食用安全的蔗香色素。该发明首次采用多级超滤膜分离技术制备蔗香色率，在提高糖厂副产品综合利用率的同时，亦提供了一种食用色素的新来源及新途径，制备过程绿色环保，未引入任何有害的化学试剂及杂质。

所得产品蔗香浓郁，口感好，无明显涩感；紫外吸收集中在200nm～390nm之间，初步判断为各种色素混合物的特征吸收区；室温储藏60天后复溶，无沉淀及絮凝物析出，色率、色值几乎无变化，证明具有良好的货架期。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现：

一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于含有以下步骤：

（1）将糖蜜稀释到30±2°Bx，加入浓度为10±2°Be新制的石灰乳溶液，反应结束后加入酸液将溶液调至中性，离心后取上清液；

（2）将步骤（1）所得上清液通过截留分子量为200KDa的超滤膜，分别收集截留液和透过液；

（3）所得截留液经高压均质或高速搅拌后，再次过截留分子量200KDa的超滤膜，分别收集截留液和透过液；截留液每通过一次截留分子量200KDa的超滤膜为循环一次，循环1～3次；

（4）将步骤（3）中每次通过截留分子量200KDa的超滤膜的透过液合并，再通过截留分子量为1KDa、3KDa、5KDa、20KDa和80KDa中的一种或多种，循环1～3次，收集截留液；

（5）将步骤（4）最后一次所得的截留液加入1～3倍截留液体积的水进一步过步骤（4）最后一次膜处理的超滤膜，循环1次后收集截留液，即为浓缩液；

（6）浓缩液直接贮藏作为液态蔗香色素产品；或者是采用冷冻干燥或加入液态蔗香色素质量10%～30%的麦芽糊精混匀后进行喷雾干燥得到固态产品。

所述步骤(1)中石灰乳溶液的加入量为稀释后糖蜜体积的1.5%～2.5%，所述的酸液为磷酸、碳酸或醋酸溶液。

所述超滤膜为平板膜、卷式膜、中空纤维膜或管式膜，超滤过程在压力值2.5bar，温度25℃下进行。

步骤(2)和步骤（3）中所述的超滤条件为：压力2.5bar，温度25℃。

所述步骤(3)中高压均质压力为100MPa，连续均质；搅拌速率为800r/min。

所述步骤（4）中所用的水是：蒸馏水或自来水。

所述步骤（6）中，液态蔗香色素产品的贮藏温度为4～25℃，浓度为70±5°Bx；喷雾干燥条件：热风进口温度160℃，热风流量5.6m³/min，混合液泵入流量600mL/h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）采用工艺简单的超滤膜分离技术去除了糖蜜中的5‐羟甲基糠醛和糖分，降低了粘度和吸湿性，明显提高了产品的食用安全性和储存稳定性；

（2）采用超滤膜分离技术制备蔗香色素，所用200KDa的膜能够有效截留胶粘、絮凝的高分子物质，所得液体产品浊度低，提高了产品的储藏稳定性和口感；

（3）产品形式为液态或固态，与糊精混合后产品色泽明亮且更易贮藏，满足食品或饮料中不同的添加需求；

（4）循环多次操作，在提高的蔗香色素得率的同时，充分去除了糖蜜中的残余糖分和有害小分子物质，加水循环同时起到了浓缩和透过糖分的目的；

（5）与传统热处理技术制备液态色素相比，整个过程最高温度不超过40℃，既节约了能源，又有效保护色素中成分的活性和香味；同时装置的清洗、再生等过程简单，不会产生大量废水，可有效降低废弃物的排放，属于绿色加工技术。

（6）本发明利用糖蜜制备香味浓郁的食用安全蔗香色素，改变了糖厂将糖蜜发酵的单一加工方式，提高了糖蜜的附加值，利于糖蜜的进一步开发利用。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步说明，发明人通过深入研究和试验，已经有许多成功的实施例，下面列举六个具体的实施例，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

1.色泽表征方法：

（1）色率测定

精确称取冷冻干燥后所得色素1.000g，蒸馏水稀释至0.1％样品液，经2400r/min离心后，用分光光度计于610nm处测定其吸光度A1值，反复测定数次，取其平均A1值，计算EBC色度：色率(EBC单位)=A1×20000/0.076

（2）红色指数

同上述操作，将波长调至510nm处，重新调整零点后，测得其吸光度为A2值，并计算红色指数：红色指数=10×lg（A2/A1）

（3）黄色指数

同上述操作，将波长调至490nm处，重新调整零点后，测得其吸光度为A3值，并计算红色指数：红色指数=10×lg（A3/A1）

2.5‐羟甲基糠醛检测条件

采用HPLC对蔗香色素产品进行检测，5‐羟甲基糠醛标准液：2.0μg/ml，HPLC色谱条件：（1）流动相：乙腈：水=23：77，流速：0.5ml/min；（2）色谱柱：agilent C18，4.6μm×150mm，分离温度：30℃；（3）检测器：Alltech ELSD3300，漂移管温度：52℃，雾化气体（N₂）流速：1.6L/min。

3.蔗糖检测条件

采用HPLC法对超滤分级后截留液中的蔗糖进行检测，色谱条件：（1）流动相：100%超纯水，流速：0.6ml/min；（2）色谱柱：shodex SC1011，分离温度：75℃；（3）检测器：agilent1260示差检测器，检测温度：45℃。

实施例1

一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，包括如下步骤：

步骤一：将糖蜜稀释到30±2°Bx，量取2000mL稀释液，加入浓度为10±2°Be的新制石灰乳溶液（生石灰粉CaO充分溶解于蒸馏水中调配），加入量为糖蜜体积的2%；反应结束后加入磷酸，将溶液pH调至7.0±0.2，离心（4000r/min，10min）后取上清液。在2.5bar压力，25℃下通过截留分子量为200KDa的膜，分别收集截留液Ⅰ和透过液Ⅰ。将收集的截留液Ⅰ经高压均质机均质（100Mpa，连续均质3次，通过设定高压均质设备参数实现）后，再次过200KDa的膜，收集透过液Ⅱ。再次经过200KDa的膜处理，为循环1次。用200KDa的膜能够有效截留胶粘、絮凝的高分子物质，降低所得液体产品的浊度，提高产品的储藏稳定性和口感。

步骤二：合并两次经200KDa膜处理的透过液Ⅰ和透过液Ⅱ，再通过截留分子量为1KDa的超滤膜，收集截留液Ⅲ，将截留液Ⅲ中加入1倍体积的水再次通过1KDa的超滤膜，再次通过1KDa的超滤膜为循环1次，收集第二次通过1KDa的超滤膜后的截留液，为浓缩液。

步骤三：浓缩液经冷冻干燥后得到产品，其色率、红色指数、黄色指数分别为：47927、4.39、7.04，糖分残留率为14.05%，5‐羟甲基糠醛未检出。

所得产品蔗香浓郁，口感好，无明显涩感；紫外吸收集中在200nm～390nm之间，初步判断为各种色素混合物的特征吸收区；室温储藏60天后复溶，无沉淀及絮凝物析出，色率、色值几乎无变化，证明具有良好的货架期。

本实施例产品以糖蜜为原料，首次采用多级超滤膜分离技术制备蔗香色率，在提高糖厂副产品综合利用率的同时，亦提供了一种食用色素的新来源及新途径，制备过程绿色环保，未引入任何有害的化学试剂及杂质。

实施例2

一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，包括如下步骤：

步骤一：将糖蜜稀释到30±2°Bx，量取2000mL稀释液，加入浓度为10±2°Be的新制石灰乳溶液（生石灰粉CaO充分溶解于蒸馏水中调配），加入量为糖蜜体积的1.5%，反应结束后加入醋酸，将溶液pH调至7.0±0.2，离心（4000r/min，10min）后取上清液。在2.5bar压力，25℃下通过截留分子量为200KDa的膜，收集截留液Ⅰ和透过液Ⅰ。将截留液Ⅰ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，再次过200KDa的膜，收集截留液Ⅱ和透过液Ⅱ，截留液Ⅱ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，又一次过200KDa的膜，收集透过液Ⅲ。二次为再次经过200KDa的膜处理，为循环2次。

步骤二：合并三次经200KDa的膜处理的透过液Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，再通过截留分子量为80KDa的超滤膜，收集截留液Ⅳ，截留液Ⅳ再通过截留分子量为80KDa的超滤膜，三次再次通过截留分子量为80KDa的超滤膜，为循环3次。在第四次通过截留分子量为80KDa的超滤膜后的截留液Ⅴ中加入3倍截留液体积的水进一步过截留分子量为80KDa的超滤膜，所得截留液循环1次后收集得到浓缩液。

步骤三：在浓缩液中加入麦芽糊精并混合均匀，麦芽糊精在混合液中的浓度为10wt%，喷雾干燥（喷雾干燥条件：热风进口温度160℃，热风流量5.6m³/min，混合液泵入流量600mL/h），得到固态蔗香色素产品。其色率、红色指数、黄色指数分别为：109016、7.12、4.82，糖分残留率为5.88%，5‐羟甲基糠醛未检出。

实施例3

一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，包括如下步骤：

步骤一：将糖蜜稀释到30±2°Bx，量取2000mL稀释液，加入浓度为10±2°Be的新制石灰乳溶液（生石灰粉CaO充分溶解于蒸馏水中调配），加入量为糖蜜体积的2%，反应结束后加入碳酸将溶液调制pH=7.0±0.2，离心（4000r/min，10min）后取上清液。在2.5bar压力，25℃下通过截留分子量为200KDa的膜，收集截留液Ⅰ和透过液Ⅰ。将截留液Ⅰ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，再次过200KDa的膜，收集截留液Ⅱ和透过液Ⅱ，该步截留液Ⅱ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，又一次过200KDa的膜，收集透过液Ⅲ和截留液Ⅲ。截留液Ⅲ最后再经高速搅拌（800r/min，30min）后，过200KDa的膜，收集透过液Ⅳ，四次经过200KDa的膜处理，为循环3次。

步骤二：合并四次经200KDa的膜处理的透过液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，通过截留分子量为80Kda的膜，收集截留液Ⅴ，截留液Ⅴ过截留分子量为1KDa的超滤膜，收集截留液Ⅵ，截留液Ⅵ然后再次通过截留分子量为80Kda和截留分子量为1KDa的超滤膜，为循环1次。在第二次通过截留分子量为1KDa的截留液中加入2倍所得截留液体积的水，所得截留液循环1次后收集得到浓缩液。

步骤三：在浓缩液中加入麦芽糊精并混合均匀，麦芽糊精在混合液中的浓度为30wt%，喷雾干燥（喷雾干燥条件：热风进口温度160℃，热风流量5.6m³/min，混合液泵入流量600mL/h），得到固态蔗香色素产品；其色率、红色指数、黄色指数分别为：86901、8.13、5.64，糖分残留率为6.80%，5‐羟甲基糠醛未检出。

实施例4

一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，包括如下步骤：

步骤一：将糖蜜稀释到30±2°Bx，量取2000mL稀释液，加入浓度为10±2°Be的新制石灰乳溶液（生石灰粉CaO充分溶解于蒸馏水中调配），加入量为糖蜜体积的1.5%，反应结束后加入醋酸，将溶液pH调至7.0±0.2，离心（4000r/min，10min）后取上清液。在2.5bar压力，25℃下通过截留分子量为200KDa的膜，收集截留液Ⅰ和透过液Ⅰ。将截留液Ⅰ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，再次过200KDa的膜，收集截留液Ⅱ和透过液Ⅱ，该步截留液Ⅱ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，又一次过200KDa的膜，收集透过液Ⅲ。三次经过200KDa的膜处理，为循环2次。

步骤二：合并三次经200KDa的膜处理的透过液Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，再依次通过截留分子量为80KDa、20KDa、5KDa的超滤膜，四次依序通过80KDa、20KDa、5KDa的膜为循环3次，在第四次通过截留分子量为5KDa的截留液中加入2倍体积的水进一步过5KDa的超滤膜，循环1次后收集截留液得到浓缩液。

步骤三：在浓缩液中加入麦芽糊精并混合均匀，麦芽糊精在混合液中的浓度为15wt%，喷雾干燥（喷雾干燥条件：热风进口温度160℃，热风流量5.6m³/min，混合液泵入流量600mL/h），得到固态蔗香色素产品。其色率、红色指数、黄色指数分别为：123187、7.39、6.01，糖分残留率为3.55%，5‐羟甲基糠醛未检出。

实施例5

一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，包括如下步骤：

步骤一：将糖蜜稀释到30±2°Bx，量取2000mL稀释液，加入浓度为10±2°Be的新制石灰乳溶液（生石灰粉CaO充分溶解于蒸馏水中调配），加入量为糖蜜体积的1.5%，反应结束后加入醋酸，将溶液pH调至7.0±0.2，离心（4000r/min，10min）后取上清液。在2.5bar压力，25℃下通过截留分子量为200KDa的膜，收集截留液Ⅰ和透过液Ⅰ。将截留液Ⅰ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，再次过200KDa的膜，收集截留液Ⅱ和透过液Ⅱ，该步截留液Ⅱ经高压均质（100Mpa，连续均质3次）后，又一次过200KDa的膜，收集透过液Ⅲ。三次经过200KDa的膜处理，为循环2次。

步骤二：合并三次经200KDa的膜处理的透过液Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，再依次通过截留分子量为20KDa、3KDa、1KDa的超滤膜，四次依序通过20KDa、3KDa、1KDa的超滤膜为循环3次，在第四次通过1KDa超滤膜的截留液中加入1倍体积的水进一步过1KDa的膜，循环3次后收集截留液得到浓缩液。

步骤三：浓缩液在4～25℃贮存，得到蔗香色素液态产品，浓度为70±5°Bx。其色率、红色指数、黄色指数分别为：86866、7.04、4.39，糖分残留率为6.23%，5‐羟甲基糠醛未检出。

Claims (8)

1.一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于含有以下步骤：

（1）将糖蜜稀释到30±2°Bx，加入浓度为10±2°Be新制的石灰乳溶液，反应结束后加入酸液将溶液调至中性，离心后取上清液；

（2）将步骤（1）所得上清液通过截留分子量为200KDa的超滤膜，分别收集截留液和透过液；

（3）所得截留液经高压均质或高速搅拌后，再次过截留分子量200KDa的超滤膜，分别收集截留液和透过液；截留液每通过一次截留分子量200KDa的超滤膜为循环一次，循环1～3次；

（4）将步骤（3）中每次通过截留分子量200KDa的超滤膜的透过液合并，再通过截留分子量为1KDa、3KDa、5KDa、20KDa和80KDa中的一种或多种，循环1～3次，收集截留液；

（5）将步骤（4）最后一次所得的截留液加入1～3倍截留液体积的水进一步过步骤（4）最后一次膜处理的超滤膜，循环1次后收集截留液，即为浓缩液；

（6）浓缩液直接贮藏作为液态蔗香色素产品；或者是采用冷冻干燥或加入液态蔗香色素质量10%～30%的麦芽糊精混匀后进行喷雾干燥得到固态产品。

2.根据权利要求1所述的一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于步骤（1）所述的石灰乳溶液的加入量为稀释后糖蜜体积的1.5～2.5%；所述酸液为磷酸、碳酸或醋酸溶液。

3.根据权利要求1所述的一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于所用超滤膜为平板膜、卷式膜、中空纤维膜或管式膜。

4.根据权利要求1所述的一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于步骤(2)和步骤（3）中所述的超滤条件为：压力2.5bar，温度25℃。

5.根据权利要求1所述的一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于步骤(3)中高压均质压力为100MPa，连续均质；搅拌速率为800r/min。

6.根据权利要求1所述的一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于步骤（5）中所用的水为蒸馏水或自来水。

7.根据权利要求1所述的一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于步骤（6）中，液态蔗香色素产品的贮藏温度为4～25℃，浓度为70±5°Bx。

8.根据权利要求1所述的一种用糖蜜制备蔗香色素的方法，其特征在于步骤（6）中喷雾干燥条件：热风进口温度160℃，热风流量5.6m³/min，混合液泵入流量600mL/h。