JP2013523127A - カラメル色素からの反応副生成物と不純物の除去および常温で長期保存可能なカラメル色素濃縮物 - Google Patents

Abstract

カラメル式の溶液に、３０００ダルトン以下の分画分子量を半透膜に通す限外濾過を行って、カラメル固形物を保持するが、４−ＭｅＩおよび他の塩を除去することによって、カラメル色素濃縮物が調製される。限外濾過後、濃縮水に酸性化工程を行って、残りの不純物を塩に転化させて、これが次いで除去される。幅広い分子量を有する色素体を有する、常温で長期保存可能な濃縮物が得られる。

Description

優先権

本出願は、その内容の全てをここに引用する、２０１０年３月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／３１８８３６号に優先権を主張するものである。

本発明は、カラメル色素から反応副生成物である４−メチルイミダゾール（４ＭｅＩ）を除去するプロセスおよび常温で長期保存可能な液体カラメル色素に関する。

カラメル色素は、様々な色調と彩度の茶色を幅広い食品と飲料に与えるために使用される食品成分である。カラメル色素は、コーラ飲料に圧倒的に最も多用されている。多量のカラメル色素が、ビール、ベーカリー製品、醤油、および蒸留酒にも使用されている。

カラメル色素には、様々な物理的特徴および組成のものがある。ソフトドリンク用カラメル色素は、許容される食品グレードの炭水化物を亜硫酸アンモニウムと反応させることによって生産される。醸造用カラメル色素は、炭水化物をアンモニアと反応させることによって生産される。アルコール度の高い蒸留酒に使用されるカラメル色素は、砂糖を水酸化ナトリウムと共に加熱することによって得られる。

茶色を与えるために飲料に使用されるカラメルは、百万分率（ｐｐｍ）の量の４−メチルイミダゾール（以後、４ＭｅＩ）を含有し、この物質は、除去するか、少なくとも大幅に減少させる必要がある。アンモニアプロセスにおいて調製されるカラメル色素に関する特別な問題は、ＭｅＩの生成である。４ＭｅＩは、そのプロセスに用いられるアンモニア触媒と組み合わさった炭水化物の反応生成物である。米国食品医薬品局は、カラメル色素中の４ＭｅＩの含有量を制限してきた。

４ＭｅＩを除去する方法の１つは、ここに全てを引用する特許文献１に記載されているような限外濾過によるものである。

米国特許第４４１６７００号明細書

しかしながら、所望の色素体は限外濾過プロセス中に膜上に維持されるけれども、十分に小さい化合物の多くは、４ＭｅＩと共に半透膜を通過してしまう。

本発明の態様は、３０００ダルトン以下の分画分子量（ＭＷＣＯ）を有する半透膜を使用した限外濾過によるカラメル色素中の４ＭｅＩの除去に関する。１つの態様において、ＭＷＣＯは約２５０ダルトンである。

本発明の４ＭｅＩ除去プロセスによれば、カラメル色素固形物を含有する出発溶液（希釈されてもよい）を、典型的に水酸化ナトリウムまたはカリウムによって、６．５から８．５のｐＨにアルカリ化する。このアルカリ化物質に、上述したＭＷＣＯ膜を使用した限外濾過を行って、透過水（濾液）中の４ＭｅＩを除去し、出発溶液からの色素体と固形物のほとんどを膜上に保持する。次いで、この保持された溶液（濃縮液）を酸によって、典型的に、リン酸、硫酸、亜硫酸または塩化水素酸によって、３以下、典型的に２から３のｐＨに酸性化させる。酸の添加により形成された塩は、さらなる限外濾過によって除去する。その結果として得られた低ｐＨ酸濃縮液が、所望のように精製されたカラメル色素である。

追加の態様は、色素体固形物を有する、精製された常温で長期保存可能なカラメル色素濃縮物であって、固形物が約１５０超の、典型的に１５０から３０，０００ダルトン超の分子量範囲を有し、色素体の少なくとも４０％が１０，０００未満の分子量範囲を有するカラメル色素濃縮物に関する。

カラメル色素は、炭水化物溶液をカラメル化することによって、高分子量色素体を形成することによって生産される。例えば、米国特許第４６１４６６２号明細書には、亜硫酸アンモニウムを使用して、カラメル色素を生成する連続プロセスが開示されている。カラメル色素が生成された後、限外濾過を使用して溶液を濾過して、色素体を分離する。

限外濾過は、比較的高い分子量の物質をより低い分子量の物質から分離するプロセスである。このプロセスは、典型的に、半透膜の片側（濃縮液側）に分離すべき物質を含有する溶媒（例えば、水）溶液の配置を包含する。膜のサイズは、特定の分子量を超える溶液中の物質を保持するが、特定の分子量より小さい材料を溶媒と共に通過させるように選択される。静水圧または流体動力学的圧力が溶液に印加され、その溶液に連続的または周期的に溶媒を加えることによって、サンプルから透過性物質の理論的に高度の除去に到達するのに十分な時間に亘り限外濾過を続けることができる。

限外濾過では、「分画分子量」すなわちＭＷＣＯにより定義される半透膜が使用される。ＭＷＣＯは、膜により濾過され除かれる、水素原子に関する分子の質量比である。この比はダルトンと称される。ダルトンの一単位が水素原子の質量と定義される。分子量の尺度は、水素原子の質量に対する所定の分子の質量の比に基づいて設定される。それゆえ、分子の質量（分子量）Ｍは、Ｍ個の水素原子と同じくらい重いＭダルトンである。例えば、グルコースは１８０の分子量を有し、それゆえ、その分子質量は１８０ダルトンである。

歴史的に、米国特許第４６１４６６２号明細書に開示されているような、カラメル固形物溶液の限外濾過では、１０，０００から３０，０００ダルトン（１０〜３０キロダルトン）のＭＷＣＯを有する半透膜が使用された。そのような膜により、低分子量であるが、望ましい色素固形物の多くが、カラメル溶液から濾過して取り除かれていた。それゆえ、そのような膜は、微生物的に安定な％の固形物レベルまで濃縮されたときに、カラメル色素のたった２０から３０％しか保持せず、精製された材料が非常に粘性になる。すなわち、この精製分画は、高粘度および許容できない取扱い特性のために、２５％超の固結物を有する液体材料に構成できないであろう。結果として得られた材料は室温で堅いペースト状であり得る。微生物的に安定なカラメル色素について、精製材料の約５０％溶液が必要である。

本発明は、幅広いカラメル固形物を維持するが、４ＭｅＩおよびカラメル色素溶液の調製中に形成される塩を除去するために、３０００ダルトン以下、例えば、２０００ダルトン未満、１０００ダルトン未満、または５００ダルトン未満、典型的に約２５０ダルトンのＭＷＣＯを有する半透膜を使用する限外濾過プロセスに関する。特に、米国特許第４６１４６６２号明細書に開示された膜のＭＷＣＯは、本発明に使用される膜のＭＷＣＯよりも４から１２０倍大きい。

２５０ダルトンなどの、３０００ダルトン以下ほど低いＭＷＣＯを有する半透膜が効果的に働くということは予測されていなかった。カラメルＵＦに関する初期の研究の目的は、その分子量が１０，０００ダルトン以上である色素体を分離するように設計されていた。それゆえ、高ＭＷＣＯ膜が使用され、カラメル固形物の回収率が２５％の範囲にあるほど低かった。さらに、大きいサイズの分子による膜の詰まりの問題があった。

本発明のプロセスによって、カラメル溶液からＭｅＩの９７％超が除去できるだけでなく、カラメルの固形物のほとんど（少なくとも５０％）が回収できる。精製された濃縮液中のカラメル固形物が高い比率で維持されることによって、カラメルの固形物が、流動特性と安定性の両方において元の材料に近くなる。この結果は、一部には、従来の膜により得られる分子量範囲より広い、固形物の分子量範囲によるためである。本発明は、カラメルの固形物のほとんどを捕捉し、少なくとも約１５０から３０，０００ダルトン超の分子量範囲を提供する。従来技術の膜は、少なくとも約１０，０００ダルトン以上の分子量分布を提供した。本発明のプロセスでは、１５０ダルトン超の分子量を有する材料のほとんどが捕捉されるように、元のカラメルの固形物の約８０％を含有する精製材料を生成できる。結果として得られる生成物が有用であるのは、この固形物の回収率が向上し、分子量分布が元の材料に近いからである。

３０００ダルトン以下のＭＷＣＯを有する半透膜を使用した固形物の高い回収率範囲により、廃棄問題も減少する。濃縮液は、廃棄前に処理する必要がある。出発時のカラメルの固形物のほとんどは精製材料中に捕捉されるので、非常にわずかしか廃液にならず、それによって、廃棄問題が大幅に減少する。

したがって、本発明の態様は、常温で長期保存可能な液体カラメル色素を調製する目的のために、限外濾過によりカラメル色素溶液を処理するプロセスに関する。このプロセスは、精製された生成物中の固形物の濃度を増加させるだけでなく、元のカラメル色素の所望の機能的性質の全てを保存し維持する条件で行われる。

カラメル色素の出発溶液は、３０００ダルトン以下のＭＷＣＯを有する半透膜を通す限外濾過に施されて、膜を通過する透過分画および膜を通過しない保持分画すなわち濃縮液を生じる。濃縮液は、高分子量の色素体、他の非色素材料、および水を含有する。出発カラメル溶液は、典型的に水酸化ナトリウムまたはカリウムによって、限外濾過前に６．５から８．５のｐＨにアルカリ化してもよい。限外濾過中の色素体溶液の温度は、約３０℃と約９０℃の間である。

次いで、濃縮液を任意の適切な酸、典型的に、リン酸、硫酸、亜硫酸、または塩化水素酸によって、３以下、典型的に２から３のｐＨに酸性化させる。中和プロセス中に形成される塩は、所望のレベルまでさらなる限外濾過によって除去される。この低ｐＨの酸性濃縮液は、所望の精製されたカラメル色素である。

本発明のプロセスは、連続、半連続、またはバッチ様式で行ってもよい。

常温で長期保存可能な精製カラメル色素濃縮物は、分子量が少なくとも約１５０、典型的に１５０から３０，０００以上である分子量分布を有する色素体を含み、色素体の少なくとも４０％が１０，０００未満の分子量範囲を有する。

本発明を、本発明を実施する現在好ましい態様を含む特定の実施例に関して記載してきたが、添付の特許請求の範囲に述べられたような本発明の精神および範囲に含まれる上述したシステムおよび技法の様々な変種および置換があることが当業者には認識されよう。

Claims (19)

1. ３０００ダルトン以下のＭＷＣＯを有する半透膜を通す限外濾過により、カラメル色素固形物を含有する出発溶液から４−メチルイミダゾールを除去して、前記膜を通過する透過分画および該膜を通過しない濃縮液を生成するプロセスであって、前記濃縮液が前記出発溶液の固形物の少なくとも５０％を含むことを特徴とするプロセス。
2. 限外濾過前に、前記出発溶液にアルカリを添加して、ｐＨを上昇させることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
3. 前記出発溶液のｐＨを６．５から８．５に上昇させることを特徴とする請求項２記載のプロセス。
4. 前記アルカリが水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムであることを特徴とする請求項２または３記載のプロセス。
5. 前記半透膜が２０００ダルトン未満のＭＷＣＯを有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のプロセス。
6. 前記半透膜が１０００ダルトン未満のＭＷＣＯを有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のプロセス。
7. 前記半透膜が５００ダルトン未満のＭＷＣＯを有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のプロセス。
8. 前記半透膜が２５０ダルトンのＭＷＣＯを有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のプロセス。
9. 前記濃縮液が前記出発溶液の固形物の少なくとも６０％を含むことを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のプロセス。
10. 前記濃縮液に酸を加えて、ｐＨを低下させ、該濃縮液中の不純物を塩に転化させ、次いで、前記塩を除去する各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載のプロセス。
11. 前記ｐＨを３以下に低下させることを特徴とする請求項１０記載のプロセス。
12. 前記ｐＨを２から３に低下させることを特徴とする請求項１０記載のプロセス。
13. 前記酸が、リン酸、硫酸、亜硫酸、および塩化水素酸からなる群より選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１０から１２いずれか１項記載のプロセス。
14. 前記塩をさらなる限外濾過によって除去することを特徴とする請求項１０から１３いずれか１項記載のプロセス。
15. 前記メチルイミダゾールの９７％超が前記出発溶液から除去されることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項記載のプロセス。
16. １５０と３０，０００の間の分子量分布を有する色素固形物を含む、常温で長期保存可能な精製されたカラメル色素濃縮物において、前記色素固形物の少なくとも４０％が１０，０００未満の分子量範囲を有することを特徴とするカラメル色素濃縮物。
17. カラメル色素固形物を含有する出発溶液に、３０００ダルトン以下のＭＷＣＯを有する半透膜を通す限外濾過を施して、前記膜を通過する透過分画および該膜を通過しない濃縮液を生成することによって調製される、請求項１６記載の常温で長期保存可能な精製されたカラメル色素濃縮物であって、前記濃縮液が前記出発溶液の固形物の少なくとも５０％を含むことを特徴とするカラメル色素濃縮物。
18. 前記濃縮液に酸を加えて、ｐＨを低下させ、該濃縮液中の不純物を塩に転化させ、次いで、前記塩を除去する各工程により調製されることを特徴とする請求項１７記載の常温で長期保存可能な精製されたカラメル色素濃縮物。
19. 請求項１から１５いずれか１項記載のプロセスにしたがって調製される、常温で長期保存可能な精製されたカラメル色素濃縮物。