JP2013529067A - カラメルの吸着精製 - Google Patents

Abstract

カラメル色素溶液を精製するプロセスであって、カラメル色素溶液を吸着剤に導入し、吸着剤に４−ＭｅＩを吸着させて、精製されたカラメル色素溶液を形成する工程、および精製されたカラメル色素溶液に酸を加えて、ｐＨを５未満に低下させる工程を有してなるプロセスが開示されている。

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１０年４月８日に出願された米国仮特許出願第６１／３２１９１９号からの恩恵を主張するものであり、その内容の全てがここに引用される。

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（４−ＭｅＩ）を除去するプロセスに関し、特に、本発明は、吸着精製による４−ＭｅＩの除去に関する。

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のみ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、４−ＭｅＩ）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。４−ＭｅＩ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れ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４−ＭｅＩの含有量を制限してきた。

本発明の態様は、カラメル色素溶液を吸着剤と混合することによる、カラメル色素溶液中に見つかる４−ＭｅＩの除去に関する。

本発明のある態様によれば、カラメル色素溶液が吸着剤中に導入され、この吸着剤が４−ＭｅＩを吸着し、精製されたカラメル色素溶液が形成される。次いで、精製されたカラメル色素溶液に酸を加えて、ｐＨを、飲料に適したレベル、一般には５未満に低下させてもよい。

本発明の特別な態様において、カラメル色素溶液が、固定床吸着剤を含有する吸着カラム中に導入され、吸着剤が４−ＭｅＩを吸着し、精製されたカラメル色素溶液が吸着カラムから除去され、精製されたカラメル色素溶液に酸が加えられて、ｐＨが５未満に低下させられる。

本発明のさらに別の態様において、カラメル色素溶液を吸着剤中に導入する前に、カラメル色素溶液は、カラメル色素溶液のｐＨを上昇させるのに効果的な量のアルカリと混合されて、カラメル色素溶液からの４−ＭｅＩの吸着を強化する。例えば、ｐＨは、少なくとも６．５まで上昇させてもよい。

本発明のある態様によるプロセスを示す流れ図 溶液中の４−ＭｅＩｐｐｍを吸着剤中の４−ＭｅＩｐｐｍに対してプロットしたグラフ １１ＫＤＳ溶液中の４−ＭｅＩｐｐｍを吸着剤中の４−ＭｅＩｐｐｍに対してプロットしたグラフ

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。しかしながら、不純物を減少させる努力にもかかわらず、アンモニアカラメル色素溶液はまだ、４−ＭｅＩなどの不純物を含有する。

４−ＭｅＩは、カラメル色素溶液のｐＨを上昇させ、次いで、この溶液を、４−ＭｅＩを表面に吸着する吸着剤に暴露することによって、除去できることが分かった。

本発明によれば、カラメル色素溶液はアルカリで処理されて、その溶液のｐＨレベルを上昇させる。アルカリ処理された溶液は、例えば、ミキサが設けられた混合容器内で、吸着剤と混合される。あるいは、アルカリ処理されたカラメル色素溶液は、吸着剤の固定床に通過させても差し支えない。それゆえ、前記プロセスは、バッチ式、半連続的、または連続的に行ってもよい。使用済みの吸着剤は、蒸気処理、焙焼、または弱酸洗浄などの公知の技法により再利用のために再生されてもよい。

例えば、図１に示されるように、カラメル色素溶液は、供給ライン１２を通じて吸着カラム１０の上端に連続的に導入される。同様にアルカリが、一般に、アルカリを供給ライン１４を通じてカラメルの供給ライン１２に導入することによって、吸着カラム１０の上端に導入される。それゆえ、カラメル色素溶液およびアルカリは、吸着カラムに導入される前に混合される。

吸着カラムに使用される吸着剤は、中性または低い極性の有機分子を吸着する親和性を有するどのような適切な吸着剤であってもよい。適切な吸着剤としては、活性炭、ゼオライト、珪藻土、およびダウ社(Dow Corporation)の一部門であるローム・ハース社(Rohm Hass company)から得られるＸＡＤ樹脂などの合成高分子樹脂が挙げられる。

カラメルは、アルカリと混合される前に、典型的に、５未満、例えば、約２．５などの２から４のｐＨを有する。

アルカリは、カラメルのｐＨを上昇させるためのどのような適切なアルカリであってもよい。適切なアルカリとしては、以下に限られないが、ＮａＯＨおよびＫＯＨが挙げられる。アルカリの量は、所望のｐＨに依存する。一般に、カラメルのｐＨを少なくとも５．０、典型的には少なくとも６．５、例えば、６．５から９まで上昇させることが好ましい。カラメル色素溶液に吸着を行った後、カラメル生成物は、吸着カラムの底部から生成物ライン２０を通じて取り出される。

使用済みの吸着剤は、蒸気処理、焙焼、または弱酸洗浄などの公知の技法により再利用のために再生される。例えば、熱水または蒸気が供給ライン１６を通じて吸着カラムに導入されて、吸着剤を水でフラッシングして、低分子量の色素化合物および塩などの不純物を除去する。廃水は廃棄ライン１８を通じて除去される。吸着カラムは、再利用の準備ができている。

吸着カラムから取り出された後、アルカリ精製されたカラメルは、ｐＨをカラメルの元のｐＨ、一般に、５未満、典型的に２と５の間に低下させるために、供給ライン２２を通じて、１種類以上の酸により酸性化することができる。適切な酸の例としては、ＨＣｌ、Ｈ₃ＰＯ₄、クエン酸、または他の食品グレードの酸が挙げられる。

本発明の連続プロセスには、飲料における官能性に有害であるかもしれない時間に亘り精製設備内にカラメル色素を保持する他の方法に勝る利点がある。吸着プロセスにおいて、精製は、材料が設備を連続的に流れながら行われ、これにより、プロセス・ホールドアップ時間が非常に短くなる。

上述したように、吸着カラムの代わりに、カラメル色素溶液およびアルカリは、単純に、混合容器を使用して、吸着剤と混合されてもよい。不純物を吸着するのに十分な時間が経過した後、カラメル色素溶液は吸着剤から分離され、容器から取り出され、ｐＨを低下させるために酸と混合されて、精製された使用可能な生成物が得られる。

今では酸処理されたカラメル色素溶液は、塩および低分子量色素体を含有する。次いで、カラメル色素溶液に濾過、特に、ナノ膜濾過（ＭＷＣＯ＜１０００ダルトン）が行われて、塩を除去する。図１は、３つの濾過段階２４を示しているが、適切に効果的ないくつの濾過段階を使用してもよい。濾過により、カラメル材料が出発材料に近い形態になる。

水は、供給ライン２６を通じて導入され、ライン２８を通じて塩および低分子量色素体を除去するために使用される。精製されたカラメル色素生成物はライン３０を通じて取り出される。

精製されたカラメルは、コーラおよびビールなどの飲料に使用するのに適している。

ある部類の合成吸着剤への４−ＭｅＩの吸着研究を行って、カラメル色素中に存在する微量の４−ＭｅＩを除去するための吸着の実行可能性を確認した。その結果が、それぞれ、表１と２および図２と３に示されている。

通常の手法後に、液相と固体樹脂相との間の４−ＭｅＩの吸着平衡データが得られた。公知の濃度（５１６ｐｐｍ）の定量の４−ＭｅＩ溶液（２００ｃｃ）をいくつかのフラスコに加え、これらの溶液中に、増加量（１から１０ｇｍ）の新たな樹脂を加える。この溶液を、約１時間に亘り穏やかに混合し続けて、溶液と固体を４−ＭｅＩと平衡状態にする。溶液相のサンプルを４−ＭｅＩについて分析し、それから、物質収支によって、樹脂上の４−ＭｅＩの濃度を計算する。こらの２つの濃度をプロットして、平衡プロット上に点を得る。同様に、他のサンプルから、データをプロットし、繋げて、吸着平衡曲線を得る。

カラメル色素の場合、４−ＭｅＩ含有量を最初に分析する。実験の残りは、純粋な４−ＭｅＩのものと同じ手法にしたがい、カラメル中の４−ＭｅＩの平衡吸着を得る。

本発明を、本発明を実施する現在好ましい態様を含む特別な実施例について記載してきたが、添付の特許請求の範囲に述べられた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数多くの変更および置換があることが当業者には理解されよう。

１０ 吸着カラム
１２ カラメルの供給ライン
１４ アルカリの供給ライン
１６ 熱水または蒸気の供給ライン
１８ 廃棄ライン
２４ 濾過段階

Claims (23)

1. カラメル色素溶液を精製するプロセスにおいて、
   前記カラメル色素溶液を、４−ＭｅＩを除去する吸着剤と組み合わせて、精製されたカラメル色素溶液を形成する工程、および
   前記精製されたカラメル色素溶液を前記吸着剤から分離する工程、
   を有してなるプロセス。
2. 前記吸着剤が、活性炭、ゼオライト、珪藻土、および合成高分子樹脂からなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載のプロセス。
3. 前記カラメル色素溶液を前記吸着剤と組み合わせる前に、該カラメル色素溶液のｐＨを上昇させて、該吸着剤が前記４−ＭｅＩを吸着するのを増強させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載のプロセス。
4. 前記ｐＨが、前記カラメル色素溶液をアルカリと混合することによって上昇させられることを特徴とする請求項３記載のプロセス。
5. 前記アルカリがＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項４記載のプロセス。
6. 前記アルカリの量が、前記カラメル色素溶液のｐＨを少なくとも６．５まで上昇させるのに効果的であることを特徴とする請求項４または５記載のプロセス。
7. 前記アルカリの量が、前記カラメル色素溶液のｐＨを６．５ないし９まで上昇させるのに効果的であることを特徴とする請求項６記載のプロセス。
8. 前記精製されたカラメル色素溶液に酸を加えて、そのｐＨを５未満に低下させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のプロセス。
9. 前記酸が、ＨＣｌ、Ｈ₃ＳＯ₄、クエン酸、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項８記載のプロセス。
10. 前記酸の量が、前記精製されたカラメル色素溶液のｐＨを２ないし４まで低下させるのに効果的であることを特徴とする請求項８または９記載のプロセス。
11. 前記酸を加えた後、酸性化された前記カラメル色素溶液に濾過を行って、塩をさらに除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８から１０いずれか１項記載のプロセス。
12. 前記濾過がナノ膜濾過であることを特徴とする請求項１１記載のプロセス。
13. 連続的であることを特徴とする請求項１から１２いずれか１項記載のプロセス。
14. カラメル色素溶液を精製するプロセスにおいて、
    前記カラメル色素溶液を、４−ＭｅＩを除去する固定床吸着剤を含有する吸着カラムに導入して、精製されたカラメル色素溶液を形成する工程、
    前記精製されたカラメル色素溶液を前記吸着カラムから取り出す工程、および
    前記精製されたカラメル色素溶液に酸を加えて、そのｐＨを５未満に低下させる工程、
    を有してなるプロセス。
15. 前記吸着剤が、活性炭、ゼオライト、珪藻土、および合成高分子樹脂からなる群より選択されることを特徴とする請求項１４記載のプロセス。
16. 前記カラメル色素溶液を前記吸着カラムに導入する前に、該カラメル色素溶液のｐＨを上昇させて、該吸着剤が前記４−ＭｅＩを吸着するのを増強させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４または１５記載のプロセス。
17. 前記ｐＨが、前記カラメル色素溶液をアルカリと混合することによって上昇させられることを特徴とする請求項１６記載のプロセス。
18. 前記アルカリがＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１７記載のプロセス。
19. 前記アルカリの量が、前記カラメル色素溶液のｐＨを少なくとも６．５まで上昇させるのに効果的であることを特徴とする請求項１７または１８記載のプロセス。
20. 前記酸が、ＨＣｌ、Ｈ₃ＳＯ₄、クエン酸、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１４から１９いずれか１項記載のプロセス。
21. 前記酸の量が、前記精製されたカラメル色素溶液のｐＨを２ないし４まで低下させるのに効果的であることを特徴とする請求項１４から１９いずれか１項記載のプロセス。
22. 前記酸を加えた後、酸性化された前記カラメル色素溶液に濾過を行って、塩をさらに除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４から１９いずれか１項記載のプロセス。
23. 前記濾過がナノ膜濾過であることを特徴とする請求項２２記載のプロセス。

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