焦糖色素

焦糖色素亦称焦糖，英文Caramel。焦糖色素是一种在食品工业中应用范围十分广泛的天然着色剂，是食品添加剂的重要一员。

根据美国食品用化学品法典中的定义，焦糖色素通常是一种复杂的混合型化合物，其中有些是以胶体聚集体形式存在，可通过加热碳水化合物单独制成或者在食用的酸、碱、盐参与下合成。焦糖色素通常为棕黑色至黑色的液体或固体，有一种烧焦的糖的气味，并有某种苦味。其原料多为果糖、葡萄糖、转化糖、蔗糖和淀粉的水解产物或部分水解的产物[1] 。

焦糖色素常被用在制作甜点上，它可以为糕点和甜点提供一种填补糖果或巧克力的风味，或加于冰激凌和蛋奶冻上。或作为食物黑色素，如可乐之类的饮料使用焦糖着色，而且它也被用作食品着色剂，它也是威士忌行业唯一允许使用的添加剂。焦糖色素可溶于水。

焦糖色素广泛用于酱油、食醋、料酒、酱卤、腌制制品 、烘制食品、糖果、药品、碳酸饮料及非碳酸饮料等，并能有效提高产品品质。适用于酱油、醋、料酒、酱卤、腌制制品中用量:添加量2—5%。

焦糖色亦称焦糖，俗称酱色，英文Caramel，德文称为“卡拉麦几乳考”（karamelxucker)，法文称为“苏克力、卡拉麦列西”（sucrecaramelise)。焦糖是一种在食品中应用范围十分广泛的天然着色剂、是食品添加剂中的重要一员。60年代，由于其环化物四-甲基咪唑的问题，曾一度被怀疑对人体有害而被各国政府禁用。后经科学家们的多年努力研究，证明它是无害的，联合国粮食与农业组织（FAO），联合国世界卫生组织（WHO），国际食品添加剂联合专家委员会（JECFA），均已确认焦糖是安全的，但对其四-甲基咪唑作了限量的规定。由此，世界各国的焦糖工业加速了发展。据文献介绍、英、法、德各国年产量均在1.1万吨以上，美国年产量在10万吨以上，而中国的年产量却未见有统计数字，笔者估计约有12~15万吨。中国的焦糖工业是非常落后，绝大部分产量是由作坊式的手工方法生产的，能够用比较科学的方法生产的厂家寥寥无几，而且仅能生产单一的在酱油中应用的耐盐焦糖，品质较差，卫生指标也很差。几年前还不能生产在可乐型饮料中应用的耐酸焦糖，需高价进口，至今也没有正式生产固体焦糖的厂家。所以， 中国的焦糖工业亟待有志者去开发研究。

焦糖的制造并不是什么新鲜的事，它是一种褐变反应（Browning Reaction)。褐变反应是我们日常生活与食品加工及烹调中经常碰到的现象，可至今为止，科学技术尚不能确切的解释焦糖反应的机理，焦糖的结构组成也尚未被认识。一个几乎毕生在实验室中从事焦糖研究的英国化学家Brache感叹地说：“焦糖不仅具有复杂性，而且也无法预测，只有在最大限度内将原料、制备技术、时间、温度等加以控制，才能保证高质量产品的可重复性……”。可见，焦糖的生产技术是困难的，在国外也被视为高科技产品，其生产工艺被严格保密。美国可口可乐之所以能风行全世界一个世纪，国际市场占有率独占鳌头，与它拥有耐酸焦糖技术是分不开的。

焦糖色素为深褐色的黑色液体或固体，有特殊的甜香气和愉快的焦苦味。易溶于水，不溶于通常的有机溶剂及油脂。水溶液呈红棕色，透明无混浊或沉淀。对光和热稳定。具有胶体特性，有等电点。其pH依制造方法不同而异，通常在3~4.5 。

焦糖色素作为一种着色剂，最重要的指标是色率强度（EBC单位），中国规定EBC与0.1%焦糖溶液（W/V）采用分光光度计在610nm的波长下通过1cm的比色皿所测定的光吸收值成正比，光吸收值（A）越大，色泽越深，EBC=（A× 20000）/0.076。焦糖色素的色率强度虽然重要，但它的色调也十分重要，色调指数是焦糖色素色调及其红色度特征的重要量度。

焦糖色素具有胶体性质，均带有小小的电荷，可以是正电荷，可以是负电荷，视生产方法及所用食品的pH而定。在选用时必须注意，否则将会对使用的效果有影响，如在可乐饮料中使用的耐酸性胶体色素要带负电荷，等电点小于1.5，而在酱油、黄酒中就用带正电荷的焦糖色素。从微生物学观点来讲，焦糖色素是很稳定的产品，因细菌不能在焦糖色素中生存，所以保质期规定为12 个月。

焦糖色素的pH值在应用中是很重要的指标，焦糖的pH值因种类不同而异。如果焦糖的pH > 5.0，则容易污染微生物，如果pH 值< 2.5，则在短时间就会树脂化，pH越低，这种变化越快。耐酸焦糖，其pH应为2.8～3.3，平均为2.9～3.0，这种焦糖多用于饮料工业。等点电在4.5～5.0 的焦糖加入啤酒及酱油中，由于不改变介质的pH，且与溶液的带电性相一致，所以溶解度增大。焦糖的pH一般是由加工的原料工艺决定的，可以根据不同需要加以调节。

工厂都着力于降低焦糖的粘度，从而扩大其使用范围。有些焦糖色素其固形物含量及比重和其他焦糖一样，但粘度低，流动性大，稳定性好，着色均匀，而被用于焙烤业中。焙烤所用的焦糖主要要求其流动性良好，易与面粉混和均匀，并不要求色率过高，所以在加工时，一定要根据其用途决定生产工艺。有资料显示，焦糖随加热时间的延长，色率加大，但高温易使大分子物质聚合，粘度增大，流动性变小。

以砂糖为原料制得的酱色，对酸、盐的稳定性好，红色色度高，着色力低。以淀粉或葡萄糖为原料者，在生产酱色时可采用酸、碱或盐类做催化剂，凡以碱作催化剂制得的产品耐碱性强，红色色度高，对酸和盐不稳定；而用酸做催化剂制得者，对酸和盐稳定，红色色度高，但着色力低 。

如上所述，现代科学技术虽还未能彻底认识焦糖反应的机理，但对非酶褐变反应的前期机理及反应生成物却已有了明确的认识。一般认为，焦糖反应有两种类型：一类是在有胺伴随下的美德拉反应，即由葡萄糖+NH3-R生成雪夫氏碱（Sehiffsbase)，进一步加热生成N-取代葡基胺（N-substitutedqlycosylanine).另一类是纯焦糖化反应（单纯地加热葡萄糖的焦化反应），即在相当高的高温下（大约200℃）使碳水化合物产生醛类，然后缩合成染色成份。两类反应都能产生醛类和二羰基化合物，但美拉德反应渗入含氨成份，此反应机制可粗略地归纳为3步：

第1步：启动反应。A、糖-氨结合；B、阿马都利（Amadori)分子重排反应。

第2步：降解反应产生具有强紫外光吸收的无色物，释放二氧化碳。C、糖脱水。D、环开裂。

第3步：缩合反应形成高分子量的强染色成份。E、醛醇缩合；F、醛-氨聚合和含氨杂环化合物的形成。

根据上述原理，现代焦糖色的制造方法大致有以下几种：

即开口锅生产的方法。一般是用一只热交换器上面载1个开口的分离器，在常压下将糖料加热到一定温度，加入氨水，继续加热到终点。国内绝大多数生产厂采用的是类似此种方法。但常压法的温度难控制，质量不稳定，粘度大，应用不方便，大规模工业生产不宜采用此法。但国外某些品种也有采用此法的。

此法系将糖料置于具有搅拌器的反应锅内，以蒸汽加热（亦有以油浴加热）到一定温度后加入不同的技术助剂，保温一定时间，达到终点后，出料过滤并迅速冷却到38℃ 以下包装。不同的技术助剂，不同的温度，不同的保温时间，不同的PH值，可以得到迥然不同的产品，这些工艺参数是被高度保密的技术。国外的许多高质量焦糖都是用加压法生产的，国内开始学习此法，但真正能大批量生产的单位还不多，尤其是不能保持产品的一致性和高质量。

此法系将糖料喂入具有螺旋杆的挤压机，经数分钟的高温后被喷出并磨碎，得到含水3%左右的粉末焦糖。也可以用淀粉或糊精作原料而制得。据笔者所知，国内几乎没有这种技术，而国外这方面的技术资料也极难得到。笔者与数友人致力于这种工艺的研究已数年，才初见端倪，不久可望投入试验。国内有少数单位用喷雾干燥或真空烘干法少量生产固体焦糖，其工艺不够成熟，产品质量、包装方面存在不少问题，因此国内的固体焦糖未形成生产能力。

按照焦糖色素生产中使用添加剂的不同，可以将其分为以下四类：普通焦糖，用DE值70以上的葡萄糖浆，在160℃左右的温度下，添加1%（干基）的氢氧化钠作催化剂；碱性亚硫酸盐焦糖，用亚硫酸盐作催化剂，催化剂的用量较高，我国不允许使用；氨法焦糖，它是我国目前生产量最大的一类焦糖，用氢氧化胺作催化剂；亚硫酸铵法，它是用亚硫酸（氢）铵催化产生的耐酸焦糖色素  。

普通焦糖生产过程中不使用氨或亚硫酸的化合物。二乙胺乙基纤维素结合的色素不大于50%，且磷酸纤维素结合的色素不大于50%。

苛性亚硫酸盐焦糖生产过程中使用亚硫酸的化合物，且不用氨的化合物。二乙胺乙基纤维素结合的色素大于50%，且吸收比大于50。

氨法焦糖生产过程中使用氨的化合物，且不使用亚硫酸的化合物。二乙胺乙基纤维素结合的色素不大于50%，且磷酸纤维素结合的是大于50%。

也称为耐酸焦糖，带强负电荷，在酸中稳定，主要应用于饮料中作为着色剂。在生产过程中使用氨的化合物，且使用亚硫酸的化合物。此类焦糖在美国市场用量较大。

根据我国《食品添加剂使用卫生标准》（GB2760-1996）中规定：不加铵盐和加铵盐生产焦糖色素均可用于罐头、糖果、饮料、冰淇淋、酱油、醋、冰棍、雪糕和饼干，并按正常生产需要添加。亚硫酸铵法焦糖可按正常生产需要用于黄酒、葡萄酒中。

软饮料是世界上焦糖色素用量最大的领域，采用原浓度焦糖色素，一般每3L饮料用4g以下的焦糖色素，应用于可乐饮料，用量加倍。由于它在每公升的饮料中只会增加1cal热量，因此在减肥饮料加工中成为首选的色素。此外，还有一种用于根啤酒（一种以黄樟油、冬青油为香料的无醇饮料）的焦糖色素，有助于形成顶层泡沫和诱人的红色。在碳酸饮料中，焦糖色素可作为乳化剂，并阻止芳香物质分离出来。

焦糖色素可应用于啤酒、威士忌、葡萄酒、老姆酒和利口酒中，最常用的是那些能够在高酒度乙醇中仍然稳定的品种。在乙醇饮料中应用需要考虑的是所选用焦糖色素的电荷。啤酒含有带阳电荷的蛋白质，若加入带阴电荷的焦糖色素，就会聚集成较大粒子，形成沉淀，产生混浊。

酱油可以用高达15%的盐进行防腐，故需要稳定的焦糖色素使酱油产品具有自然发酵色泽。焦糖色素也可用来增加焙烤食品外观的吸引力。可选用原浓度或倍浓度的液体和粉末状焦糖色素来弥补特制面包、“表面装饰”蛋糕和曲奇饼精制配料的不充足和不均匀的着色力。带阳电荷的焦糖色素，能在麦芽醋中稳定地发挥作用；而在苹果醋、蒸馏醋的生产中，其表现则不稳定。

国际上通常把焦糖色按其功用分为四类，见附表。

附表 焦糖的分类

上述分类是基于这样的一种情况，即没有一种焦糖能同时适用于所有的应用领域，因此国外的焦糖品种有几十个，甚至还有风味焦糖，即加入某种氨基酸使焦糖带有某一种特有气味。

中国过去只生产一种焦糖色，即在酿造工业中应用的耐盐焦糖，相当于国际上的Ⅲ类焦糖，国家标准GB8817-88。近几年才陆续有少数厂家能生产在可乐型饮料中应用的耐酸焦糖。上海汽水厂在生产的幸福可乐，不对外销售，但耐酸性不够高。之后，浙江永嘉葡萄糖厂、河南开封中药厂、浙江瑞安食品添加剂厂、上海师大化工厂、上海科大化工厂等也相继研制出耐酸性较高的耐酸焦糖，以上均只是单倍色率的。重庆市渝龙食品饮料有限公司于1989年引进国外技术设备，研制出双倍耐酸焦糖色，其质量接近国外先进产品，至此，我国的焦糖工业可谓前进了一步。但令人遗憾的是，大量应用于酱油、酒、醋中的焦糖，情况没有改观，大充塞市场的是个体户以蔗糖蜜生产的焦糖，其色率低、易沉淀，色调难看，焦糊气味严重、卫生条件差，然而其价格低，经销手段灵活，国营集体工厂反而竞争不过，市场仍以个体产品为主，因此大大影响了我国酱油等产品质量的提高。由于改革开放，人民生活水平提高较快，人民对食品品位的要求日益提高，酱油、醋等调味品历来是以散舀为主，大部分要求装瓶出售，色调要求漂亮，没有沉淀物，色率要高，添加量要少，特别是那些出口产品的厂家，经常在报纸杂志上呼吁生产高质量焦糖。湖南的酱油、山西的醋、浙江的老酒均需要有专用的、质量上乘的焦糖配套。冷食制品、巧克力饼干、雪茄烟等所需质量比较好的固体焦糖，市场上也比较难购到。所以许多外国公司纷纷到中国来办厂，国内焦糖工业如不力争上去，市场难免被抢占。

虽然中国的焦糖生产技术落后，国外对焦糖技术封锁比较严，但也不必花大量资金去进口，中国完全可能在现有的基础上，通过刻苦的科学实验，自力更生地发展我们自己的焦糖工业。那些唯利是图、粗制滥造的个体焦糖户，政府主管部门应通过法规去管理、引导其提高，而其中的绝大部分将会被淘汰。初具工厂规模的专业厂，应建立起科学化规模生产的格局，以质优价廉去占领市场，中国的焦糖市场是十分广阔的。

20世纪60年代，由于其环化物4-甲基咪唑的问题，焦糖色素曾一度被怀疑对人体有害而被各国政府禁用。经科学家们的多年研究，证明它是无害的，联合国粮农组织（FAO），世界卫生组织（WHO），国际食品添加剂联合专家委员会（JECFA）均确认焦糖色素是安全的，但对4-甲基咪唑做了限量的规定。

科学界对焦糖色素的安全性研究相当充分。对第4类焦糖色素，国际食品添加剂专家委员会（JECFA）制定的安全标准是每天每公斤体重不超过200毫克。对于一个成年人来说，相当于每天10克以上。因为它只是色素，用量有限，所以在食品中也就用不着“限量”。中国的标准是“按需使用”，而美国给予了“GRAS（ Generally Recognized as Safe）”的分类，意为厂家正常使用即可。加拿大、欧盟也都把它作为很安全的食品色素。

作为副产物，4-甲基咪唑在焦糖色素中的含量跟具体的产品有关，欧盟规定不能超过250ppm （1ppm相当于每公斤中含有1毫克）。 针对4-甲基咪唑的安全性也有过不少研究。较早的研究中发现不良作用的剂量都比较大，远远高于食品中的可能的含量。“致癌”的担忧来源于2007年的一项研究。

这是一项比较初步的动物实验。它观察到了高剂量的4-甲基咪唑对“某些种类”老鼠的致癌作用，但并不是每种老鼠都发生了癌变。它没有提供致癌的机理，也无法推知在人体中的情况会如何。

美国消费者倡导组织公共利益科学中心（CSPI）2012年3月5日发布报告称，在可口可乐和百事可乐的产品中发现焦糖色素中使用了一种名为4-甲基咪唑的化学物质，该物质是一种能够诱发肿瘤的高水平的化学物质。该机构表示，已在2012年2月份向美国食品药物管理局递交了申请，要求该局禁止使用这种含有4-甲基咪唑的色素。

2012年3月6日，可口可乐回应称，“CSPI很不负责任地在声明中质疑我们饮料中所使用的焦糖色素的安全性，并挑起消费者对癌症的担忧。CSPI一直宣称是服务于大众的非政府组织，但此举却是对公众的损害而非服务。研究表明，我们产品中使用的焦糖色素不会导致癌症。微量的4-甲基咪唑存在于大量的食品和饮料中。事实上，通常烹饪过程中发生‘褐变反应’就会形成4-甲基咪唑。”

百事中国区相关负责人则引用了美国饮料协会的声明称：“没有科学证据表明食品或饮料中存在的4-甲基咪唑对人类健康造成威胁。包括美国食品和药品管理局、欧洲食品安全机构和加拿大卫生署在内的世界各国监管机构的研究证实，焦糖色素在食品和饮料中的使用是安全的 。”

美国食品药物管理局发言人道格·卡拉斯2012年3月6日发表声明表示，可乐是安全的，消费者每天饮用1000罐以上可乐后摄入的4-甲基咪唑，才与动物在实验中摄入的足以与患癌产生关联的量相当。