本申請要求2014年6月18日提交的美國臨時專利申請?zhí)朥S 62/013,896，以及2014年6月14日提交的美國臨時專利申請?zhí)朥S 62/019,688的權(quán)益，這些申請的內(nèi)容以其全文通過引用結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及減少焦糖色素中低分子量物種的量的方法，以及由此類方法產(chǎn)生的焦糖。這些披露的方法可以單獨使用或組合使用。本發(fā)明還延伸至在飲料的制備中使用焦糖的方法，以及含有焦糖的飲料。
發(fā)明背景
焦糖色素是廣泛用于食品和飲料中的著色劑。從淺黃色到深棕色的顏色范圍，焦糖色素由食品級營養(yǎng)性碳水化合物甜味劑(葡萄糖和果糖和/或其聚合物，例如糖、玉米糖漿和淀粉水解產(chǎn)物)通過這些材料的受控加熱以產(chǎn)生所希望的不飽和度、聚合和顏色商業(yè)上制備。
由國際技術(shù)焦糖協(xié)會(ITCA)提出的鑒別方案基于焦糖色素的制造方法、組成、功能特性和應(yīng)用，根據(jù)四種通用“類別”將焦糖色素分類?；谒鼈兊念伾珡姸龋€鑒別了十種具體的“類型”。
在使用氨作為反應(yīng)物的焦糖色素中，產(chǎn)生了4-甲基-咪唑(4-MeI)。然而，通常優(yōu)選的是形成盡可能少的4-MeI。
美國專利申請公開號2010/0003383(Parker等人)描述了通過使碳水化合物與亞硫酸氫銨和水在小于5的初始pH下反應(yīng)來制備低-4-MeI焦糖的方法。然后將碳水化合物、亞硫酸氫銨、酸和水的反應(yīng)物混合物在密閉容器中加熱至足以開始焦糖反應(yīng)的溫度和時間。然后通過以受控的方式隨后加入堿以保持所希望的低pH來控制反應(yīng)速率。然而，通過該方法生產(chǎn)的焦糖具有不尋常的膠凝特性，使得這種焦糖不適于商業(yè)應(yīng)用。
美國專利4,416,700描述了通過使焦糖色素和水的混合物經(jīng)受通過半透膜的超濾制備的焦糖色素濃縮物，其中該焦糖色素/水混合物的pH和/或離子強度，在該超濾過程的所有或特定階段，被控制以便獲得令人希望的加工和產(chǎn)品屬性，例如低分子量材料的增加的去除。
美國專利5,114,492涉及通過使用超濾從焦糖化的碳水化合物溶液中分離色素固體，并且更具體地，涉及將這些固體分離成色素部分和非色素部分其中將非色素部分再循環(huán)以生產(chǎn)用于在飲料或食品中使用的具有可接受的風味的色素體的連續(xù)方法。特別地，該‘492專利披露了至少約10,000道爾頓和更高的截留分子量(MWCO)。
對于生產(chǎn)穩(wěn)定的，即非膠凝的，低-4-MeI，IV類焦糖的新穎的方法仍然存在需要。更普遍地，對于減少焦糖中低分子量物種的新穎的方法還存在需要。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及減少焦糖色素中低分子量物種(例如4-MeI)的量的方法，以及通過此類方法生產(chǎn)的焦糖以及此類焦糖在食品和飲料例如汽水(soda)中的用途。這些方法包括合成方法和過濾方法，其可以單獨使用或組合使用。有利地，合成方法生產(chǎn)相對于本領(lǐng)域已知的低-MeI焦糖具有改善的穩(wěn)定性和味道的低-4-MeI IV類焦糖。有利地，過濾方法比本領(lǐng)域已知的方法使用更少的水。
總體上，本發(fā)明提供了一種形成低-4-MeI IV類焦糖的方法，包括(i)提供包含碳水化合物和酸的溶液；(ii)在該溶液中開始焦糖化反應(yīng)；(iii)在開始后，向溶液中加入一部分的銨和亞硫酸鹽；以及(v)繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，從而產(chǎn)生低-4-MeI IV類焦糖。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)通過將溶液加熱至至少約80℃，或更特別地，約100℃至約110℃的溫度開始。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)通過向溶液中加入第一部分的銨和亞硫酸鹽并將溶液加熱至至少約80℃，或更特別地約100℃至約100℃的溫度開始，其中該溶液包含在加入第一部分的銨和亞硫酸鹽之前關(guān)閉的反應(yīng)容器內(nèi)。在示例性實施例中，在(iii)中連續(xù)加入銨和亞硫酸鹽。
在第一方面，本發(fā)明是一種制造低-4-MeI IV類焦糖的方法，包括(i)將碳水化合物和酸加入到反應(yīng)容器中以提供第一反應(yīng)混合物；(ii)關(guān)閉該反應(yīng)容器；(iii)將第一部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第一反應(yīng)混合物中以提供第二反應(yīng)混合物；(iii)將該第二反應(yīng)混合物加熱至合適的溫度；(iv)將第二部分的銨和亞硫酸鹽加入該第二反應(yīng)混合物中以提供第三反應(yīng)混合物；以及(v)保持步驟(iv)的溫度或?qū)⒃摰谌磻?yīng)混合物加熱至大于步驟(iv)的溫度的溫度，以提供低-4-MeI IV類焦糖。在一些實施例中，該過程是分批過程。
在示例性實施例中，第一部分的銨和亞硫酸鹽等于或小于第二部分的亞硫酸銨。
在示例性實施例中，第一部分的銨和亞硫酸鹽是在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的約1％至約50％，并且更特別地是在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的約10％、約20％、約30％、約40％或約50％。
在示例性實施例中，在(iii)中將第二反應(yīng)混合物加熱至至少約80℃，或更特別地，在約100℃與110℃之間的溫度。
在示例性實施例中，在(v)中將第三反應(yīng)混合物保持在至少約80℃，或更特別地，在約100℃與約110℃之間的溫度。
在示例性實施例中，在(v)中將第三反應(yīng)混合物加熱至至少約100℃，或更特別地，在約100℃與110℃之間，或甚至更特別地，在110℃與130℃之間的溫度。在示例性實施例中，在(v)中將第三反應(yīng)加熱至在約115℃與約125℃之間，或約125℃。在示例性實施例中，在(v)中將第三反應(yīng)混合物加熱至在約110℃與130℃之間，或約130℃。
在示例性實施例中，在(iv)中連續(xù)加入第二部分的銨和亞硫酸鹽。
在示例性實施例中，將反應(yīng)混合物的pH保持在約1.2與約3.0之間，或更特別地，在約1.5與約1.8之間。
在示例性實施例中，通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的低-4-MeI IV類焦糖包含小于約15ppm的4-MeI，或小于約5ppm、或小于約1ppm。在某些實施例中，通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的低-4-MeI IV類焦糖包含小于0.9ppm、或小于約0.8ppm、或小于約0.7ppm、或小于約0.6ppm、或小于約0.5ppm、或小于約0.4ppm、或小于約0.3ppm、或小于約0.2ppm、或小于約0.1ppm的4-MeI。在示例性實施例中，通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的IV類焦糖是零4-MeI焦糖。
在示例性實施例中，低-4-MeI IV類焦糖穩(wěn)定至少約6個月、至少約10個月、至少約12個月、或至少約18個月或更長時間。該碳水化合物可以是任何合適的碳水化合物。在一個實施例中，該碳水化合物是葡萄糖或葡萄糖漿。在另一個實施例中，該碳水化合物是含果糖的碳水化合物，例如蔗糖。
在示例性實施例中，低-4-MeI IV類焦糖衍生自含果糖的碳水化合物，例如蔗糖，并且穩(wěn)定至少約6個月或更特別地，至少約10個月。
該方法可以包括一個或多個附加步驟。例如，可以對低-4-MeI焦糖進一步處理以進一步降低該低-4-MeI焦糖中的4-MeI的量和/或獲得所希望的顏色強度。在示例性實施例中，該方法進一步包括使低-4-MeI IV類焦糖經(jīng)受通過過濾、濃縮或其組合的進一步加工。
在第二方面，本發(fā)明是一種減少焦糖溶液的低分子量組分的方法，包括：(i)提供包含選自III類或IV類焦糖的焦糖的溶液；(ii)使該溶液經(jīng)受滲濾以提供保留部分和滲透部分，所述保留部分包含高分子量色素體和水；(iii)使該滲透物部分經(jīng)受反滲透以提供再循環(huán)水流和滲透物濃縮物流；(iv)將該保留部分和再循環(huán)水流加入到該焦糖化的溶液中；以及(v)重復(fù)步驟(ii)-(v)一次或多次以提供濃縮的、純化的低-4-MeI III類或IV類焦糖。
在示例性實施例中，重復(fù)該方法直至產(chǎn)生包含小于約15ppm 4-MeI的濃縮的、純化的低-4-MeI III類或IV類焦糖。
在示例性實施例中，重復(fù)該方法持續(xù)在約3與約10小時之間，或更特別地，約6小時。
在示例性實施例中，與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，該方法允許水的使用減少至少五(5)倍。在示例性實施例中，該方法允許水的使用減少至少十(10)倍。
在示例性實施例中，該方法產(chǎn)生包含小于約15ppm 4-MeI，或小于約5ppm、或小于約1ppm的濃縮的、純化的低-4-MeI III類或IV類焦糖。在某些實施例中，該方法產(chǎn)生包含小于0.9ppm、或小于約0.8ppm、或小于約0.7ppm、或小于約0.6ppm、或小于約0.5ppm、或小于約0.4ppm、或小于約0.3ppm、或小于約0.2ppm、或小于約0.1ppm的4-MeI的濃縮的、純化的低-4-MeI III類或IV類焦糖。在示例性實施例中，該方法產(chǎn)生不具有可檢測的4-MeI的濃縮的、純化的低-4-MeI III類或IV類焦糖。
經(jīng)受該方法的III類或IV類焦糖可以是單濃度(strength)焦糖、雙濃度焦糖或低-4-MeI焦糖。在一個具體實施例中，經(jīng)受該方法的焦糖是通過在此描述的方法合成的低-4-MeI焦糖。
在示例性實施例中，該焦糖化的溶液包含以約1:1的體積稀釋度的III類或IV類焦糖和工藝用水。
在示例性實施例中，滲濾是在約60°F與約95°F之間的溫度下進行。在一個具體實施例中，滲濾在約80°F的溫度下進行。在示例性實施例中，滲濾包含約800，或更特別地，約700，或甚至更特別地，約600的截留分子量(MWCO)。
在示例性實施例中，在滲濾期間該焦糖溶液的pH大于約7.5，并且更特別地，大于約7.8，并且溫度是在約60℃與約95°F之間，或更特別地，約80°F。
在示例性實施例中，滲濾是在恒定壓力模式下進行直至滲透物濃縮物流為約1白利糖度(brix)，并且然后在恒定通量模式下進行。
在第三方面，本發(fā)明是或者單獨或組合使用在此披露的方法獲得的低-4-MeI焦糖。
在示例性實施例中，本發(fā)明是使用在此披露的合成方法獲得的包含小于約15ppm、或小于約10ppm、或小于約5ppm、或小于約1ppm的MeI的低-4-MeI IV類焦糖。在示例性實施例中，該焦糖是通過使用披露的合成方法獲得的并且包含小于約0.9ppm、0.8ppm、0.7ppm、0.6ppm、0.5ppm、0.4ppm、0.3ppm、0.2ppm或0.1ppm的4-MeI。在示例性實施例中，該焦糖包含小于約15ppm的MeI并且穩(wěn)定至少約6個月，或至少約10個月，或至少約12個月，或至少約18個月。在示例性實施例中，該焦糖衍生自含果糖的碳水化合物，并且具有至少約6個月，或優(yōu)選至少約10個月的穩(wěn)定性。
在示例性實施例中，該焦糖是使用在此披露的合成方法與在此披露的過濾方法組合獲得的低-4-MeI IV類焦糖。在一個具體實施例中，該焦糖是通過使用在此披露的合成和過濾方法組合獲得的，并且包含小于約15ppm的MeI，或小于約10ppm、或小于約5ppm、或小于約1ppm的MeI。在示例性實施例中，該焦糖是通過使用在此披露的合成和過濾方法組合獲得的，并且包含小于約0.9ppm、0.8ppm、0.7ppm、0.6ppm、0.5ppm、0.4ppm、0.3ppm、0.2ppm、或0.1ppm的4-MeI。在示例性實施例中，該焦糖包含小于約15ppm的MeI并且穩(wěn)定至少約6個月，或至少約10個月，或至少約12個月，或至少約18個月。在示例性實施例中，該焦糖衍生自含果糖的碳水化合物，并且具有至少約6個月，或優(yōu)選至少約10個月的穩(wěn)定性。
在示例性實施例中，該焦糖是使用在此披露的過濾方法獲得的低-4-MeI濃縮的、純化的III類或IV類焦糖。在一個具體實施例中，該焦糖包含小于約15ppm的MeI，小于10ppm、或小于5ppm、或小于1ppm的4-MeI。在示例性實施例中，該焦糖是通過使用在此披露的過濾方法獲得的并且包含小于約0.9ppm、0.8ppm、0.7ppm、0.6ppm、0.5ppm、0.4ppm、0.3ppm、0.2ppm、或0.1ppm的4-MeI。在示例性實施例中，該焦糖包含小于約15ppm的MeI并且穩(wěn)定至少約6個月，或至少約10個月，或至少約12個月，或至少約18個月。
在示例性實施例中，本發(fā)明是由葡萄糖或葡萄糖漿制成的并且使用在此披露的方法獲得的IV類焦糖，其包含小于約15ppm的4-MeI并且穩(wěn)定至少約12個月并且更特別地約18個月或更長時間。
在示例性實施例中，本發(fā)明是由含果糖的碳水化合物(例如蔗糖)制成的并且使用在此披露的方法獲得的IV類焦糖，其包含小于約15ppm的4-MeI并且穩(wěn)定至少約6個月并且更特別地約10個月。
在第四方面，本發(fā)明是一種制造低-4-MeI食品或飲料的方法，該方法包括將通過在此披露的方法獲得的低-4-MeI焦糖加入食品或飲料基質(zhì)中。在示例性實施例中，該飲料是軟飲料。
在示例性實施例中，本發(fā)明是包含在此披露的低-4-MeI焦糖的食品或飲料。在一個實施例中，該食品或飲料包含小于約15ppm的MeI，或小于約10ppm、或小于約5ppm、或小于約1ppm的MeI。在示例性實施例中，該食品或飲料包含小于約0.9ppm、0.8ppm、0.7ppm、0.6ppm、0.5ppm、0.4ppm、0.3ppm、0.2ppm或0.1ppm的4-MeI。在某些實施例中，該飲料是軟飲料，例如可樂。
詳細說明
本發(fā)明提供了一種低-4-甲基-咪唑焦糖，以及其制造和使用方法。本發(fā)明還延伸到具有減少量的其他低分子量物種的焦糖，以及在食品和飲料的生產(chǎn)中使用此類焦糖的方法，以及如此生產(chǎn)的食品和飲料。
焦糖色素(或焦糖)是用于向食品和飲料賦予不同色調(diào)和強度的棕色顏色的食品色素。焦糖色素通常通過或者單獨地或在酸、堿和/或鹽的存在下加熱碳水化合物制造。它用于最古老且最廣泛使用的食品色素之一，并且?guī)缀蹩梢栽诟鞣N工業(yè)生產(chǎn)的食品中找到，包括面糊，啤酒，黑面包，圓面包，巧克力，餅干，止咳糖，深色酒(dark liquor)如白蘭地、朗姆酒和威士忌，巧克力風味的基于面粉的糖果，糖衣，乳蛋糕、裝飾物，餡料和澆頭、薯片、甜點混合物、甜甜圈、魚和貝類醬、冷凍甜食、水果蜜餞、葡萄糖片、深色肉汁(gravybrowning)、冰激凌、醬菜、醬汁(例如醬油)和調(diào)味品、碳酸飲料(特別是可樂)、糖果、醋和葡萄酒。
焦糖色素根據(jù)它們的組成和特征不同?；谠谄渲圃熘惺褂玫姆磻?yīng)物，存在四種公認的類別(I-IV)。焦糖I(還稱為普通焦糖、苛性焦糖、酒用焦糖)通常在威士忌和其他高酒精度酒類中使用。焦糖II(還稱為苛性亞硫酸鹽焦糖)通常在白蘭地、雪利酒和一些醋中使用。焦糖III(還稱為氨焦糖、面包房焦糖、糖果焦糖、啤酒焦糖)通常在啤酒、調(diào)味汁和糖果中使用。焦糖IV(還稱為亞硫酸氨、軟飲料焦糖，或耐酸焦糖)通常在酸性環(huán)境，例如軟飲料(碳酸飲料)(例如可樂)和黑啤酒中使用。在各種焦糖色素中，IV類焦糖色素是最廣泛生產(chǎn)的并且是作為液體或粉末可商購的。
焦糖III和焦糖IV二者是在銨化合物的存在下制備的，導致4-甲基咪唑(4-MeI，還稱為4-MI)和其他低分子量物種的形成?？赡芟Ｍ氖窍拗频头肿恿课锓N，包括4-MeI的形成。通常，低分子量物種包括具有小于800的分子量(道爾頓)的那些。
本發(fā)明提供了制造限制低分子量物種如4-MeI的形成的IV類焦糖的方法(即合成方法)。本發(fā)明還提供了過濾III類或IV類焦糖以減少其中的低分子量物種如4-MeI的量的方法。關(guān)于IV類焦糖，這些方法可以單獨或組合使用。當組合使用時，使用過濾方法以進一步減少低分子量物種的量。
在一個實施例中，本發(fā)明的方法提供與“常規(guī)”III類或IV類焦糖相比具有減少量的低分子物種(例如4-MeI)的III或IV類焦糖，即，不考慮4-MeI和/或其他低分子量物種的形成而生產(chǎn)的焦糖。通常，“常規(guī)”III或IV類焦糖具有大于100ppm的4-MeI濃度?！暗?-MeI焦糖”通常被認為具有小于100ppm的4-MeI濃度。在某些實施例中，本發(fā)明的方法提供具有小于約50ppm、或小于20ppm、或小于約10ppm、或小于約5ppm、或小于約1ppm的4-MeI的4-MeI濃度的焦糖。在某些實施例中，本發(fā)明的方法提供具有小于約0.9ppm、小于約0.8ppm、小于約0.7ppm、小于約0.6ppm、小于約0.5ppm、小于約0.4ppm、小于約0.3ppm、或小于約0.2ppm、或小于約0.1ppm的4-MeI的4-MeI濃度的焦糖。在某些實施例中，本發(fā)明的方法提供零4-MeI焦糖，即，沒有4-MeI是用當前分析能力可檢出的。
在另一個實施例中，本發(fā)明的方法提供與生產(chǎn)低-4-MeI焦糖的現(xiàn)有技術(shù)方法相比具有減少量的4-MeI的III或IV類焦糖。在示例性實施例中，本發(fā)明的合成方法不包括向焦糖化反應(yīng)中加入堿。在示例性實施例中，本發(fā)明的過濾方法不包括吸收。在示例性實施例中，本發(fā)明的合成方法與生產(chǎn)低-4-MeI焦糖的現(xiàn)有技術(shù)方法相比降低了4-MeI的量但不負面影響味道和/或穩(wěn)定性。在示例性實施例中，本發(fā)明的方法提供與本領(lǐng)域已知的焦糖相比具有優(yōu)越的味道和穩(wěn)定性的低-4-MeI焦糖。
在另一個實施例中，本發(fā)明的方法提供與常規(guī)III類或IV類焦糖相比具有減少量的其他低分子量物種的III類或IV類焦糖。這些包括但不限于具有小于約800，小于約700或小于約600道爾頓的分子量的物種。在示例性實施例中，低分子量物種包括2-甲基咪唑(2-MEI)、5-羥基甲基糠醛(5-HMF)、5-羥基2-甲基吡啶、2-羥基吡啶和2-羥基-6-甲基吡啶甲酸。
在一個實施例中，本發(fā)明的方法提供III類或IV類焦糖，其中低分子量物種的量與常規(guī)III類或IV類焦糖相比已經(jīng)減少了約5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約30％、約35％、約40％、約45％、約50％、約55％、約60％、約65％、約70％、約75％、約80％、約85％、約90％、約95％或約99％。
在另一個實施例中，本發(fā)明的方法提供III類或IV類焦糖，其中低分子量物種的量與現(xiàn)有技術(shù)方法相比已經(jīng)減少了5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約30％、約35％、約40％、約45％、約50％、約55％、約60％、約65％、約70％、約75％、約80％、約85％、約90％、約95％或約99％以生產(chǎn)具有減少量的低分子量物種的III類或IV類焦糖。
在另一個實施例中，本發(fā)明的方法提供III類或IV類焦糖，其中約10％或更少、約5％或更少或者約3％或更少的固體是低分子量物種。
有利地，在此披露的過濾方法使用比現(xiàn)有技術(shù)方法更少的水。在示例性實施例中，這些過濾方法使用約50％或更少的水，或約40％、或約30％或約20％、或約10％更少、或約5％更少的水。在示例性實施例中，水的量比已知方法減少五(5)倍至十(10)倍。在某些實施例中，水的量與本領(lǐng)域已知的方法相比減少至少5倍、至少6倍、至少7倍、至少8倍、至少9倍、或至少10倍或更多。
I.合成方法
本發(fā)明提供了一種制造IV類焦糖的方法，該方法減少低分子量物種如4-MeI的量，前提是實現(xiàn)低分子量物種可以通過在焦糖化反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入至少一部分的銨和亞硫酸鹽來減少。在示例性實施例中，在該方法中使用的所有銨和亞硫酸鹽在焦糖化反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入。在示例性實施例中，在反應(yīng)中使用的一部分銨和亞硫酸鹽在焦糖化反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入，其中具體量可以根據(jù)在此描述的實施例變化。
一方面，本發(fā)明提供制造IV類焦糖的方法，該焦糖相對于通過常規(guī)手段制備的焦糖具有減少量的低分子量物種例如4-MeI。在一個實施例中，該方法提供制造IV類焦糖的方法，該焦糖相對于通過常規(guī)方法制備的IV類焦糖具有減少量的低分子量物種例如4-MeI。在某些實施例中，通過此類方法生產(chǎn)的IV類焦糖具有約50ppm或更少的4-MeI，或約20ppm或更少、或約15ppm或更少、或約5ppm或更少、或約1ppm或更少的4-MeI。在某些實施例中，通過此類方法生產(chǎn)的IV類焦糖具有約0.9ppm或更少、0.8ppm或更少、0.7ppm或更少、0.6ppm或更少、0.5ppm或更少、0.4ppm或更少、0.3ppm或更少、0.2ppm或更少、0.1ppm或更少的4-MeI。在某些實施例中，通過此類方法生產(chǎn)的IV類焦糖是零-4-MeI IV類焦糖，即沒有可檢出的4-MeI的IV類焦糖。
IV類焦糖可以任選地在合成方法之后經(jīng)受一個或多個另外的步驟以進一步減少4-MeI的量，例如過濾或濃縮或兩者。在一個實施例中，使IV類焦糖經(jīng)受在下面的部分II中描述的過濾方法。在某些實施例中，增加過濾步驟可以產(chǎn)生濃縮的純化的低4-MeI IV類焦糖，其含有相對于由合成產(chǎn)生的低-4-MeI IV類焦糖減少的量的4-MeI和/或所希望的顏色強度。在某些實施例中，在合成后進行補充過濾步驟將4-MeI的量減少約100倍至1000倍。在具體實施例中，進行補充過濾步驟將4-MeI的量減少至少約100、約200、約300、約400、約500、約600、約700、約800、約900或約1000倍。在一個具體的實施例中，在合成方法之后進行額外的過濾步驟提供了含有約1.0ppm的4-MeI，或更特別地約0.1ppm的4-MeI的濃縮的、純化的低-4-MeI焦糖。
在示例性實施例中，該焦糖是焦糖IV，并且反應(yīng)物包括碳水化合物、酸以及亞硫酸鹽和銨的來源，其中至少一部分的亞硫酸鹽和銨是在焦糖化反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入的。當銨和亞硫酸鹽是在反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入的時，它們可以通過任何合適的手段加入，例如高壓泵。
焦糖色素是碳水化合物(典型地糖)、通常在催化劑的存在下的熱處理的產(chǎn)物。在加熱時，碳水化合物分解并重新形成具有特征風味和顏色的化合物。更確切地，裂解反應(yīng)產(chǎn)生低分子量化合物，其可以是揮發(fā)性的并且可以貢獻風味。聚合反應(yīng)得到貢獻深棕色的較大分子量化合物。
總體上，合成方法開始于將碳水化合物溶解在水溶液中，然后向其中加入酸。該酸可以是任何合適的酸。這些包括例如磷酸、硫酸、亞硫酸、乙酸、檸檬酸和/或內(nèi)消旋酒石酸，或其鹽或組合。在一個具體實施例中，該酸是磷酸(0-8％w/w干碳水化合物)，單獨的或與硫酸組合。在另一個具體實施例中，該酸是檸檬酸(0-20％)，單獨的或與乙酸(0-1％)組合。
可替代地，可將碳水化合物溶解到水和酸的溶液中。在一個具體實施例中，該碳水化合物以約50％至約80％溶解的固體提供。
然后將銨和亞硫酸鹽加入碳水化合物和酸混合物中。銨和亞硫酸鹽可以以任何合適的形式提供。在一個實施例中，銨和亞硫酸鹽的來源是亞硫酸銨。在另一個實施例中，銨和亞硫酸鹽以氨和亞硫酸鹽的形式分別提供。
亞硫酸銨包括但不限于由亞硫酸氫銨、焦亞硫酸鉀、焦亞硫酸鈉和檸檬酸銨，或其組合組成。
在一個具體的實施例中，銨和亞硫酸鹽以亞硫酸氫銨(ABS)提供。在一個實施例中，亞硫酸氫銨以含有35％-75％或更特別是約60％-70％的亞硫酸氫銨的水溶液提供。銨與亞硫酸鹽的比率可以變化。在一個實施例中，氨與亞硫酸鹽的摩爾比為約1:3。在示例性實施例中，氨與亞硫酸鹽的摩爾比為約1:1、約1:2、約1:2.5、約1.3、約1:3.5、約1:4至約1:5。亞硫酸氫銨溶液的pH可以變化。在一個實施例中，pH范圍為從約5至約6，或約5.3至約5.9，或更特別地約5.5。
在一個實施例中，銨以焦亞硫酸銨、亞硫酸銨、磷酸二銨、NH40H或銨氣體(以0-6％w/w干碳水化合物使用)的形式加入。
在另一個實施例中，亞硫酸鹽以亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、焦亞硫酸鉀或二氧化硫氣體(以0-20％w/w干碳水化合物使用)的形式加入。
在一個具體實施例中，將亞硫酸氫銨與第二亞硫酸鹽(例如焦亞硫酸鉀或焦亞硫酸鈉)和/或氨鹽(例如檸檬酸銨)一起加入。可替代地，將亞硫酸氫銨與第二亞硫酸鹽和/或氨鹽預(yù)混合并然后加入。
在一個實施例中，將ABS與非氨亞硫酸鹽預(yù)混合，并且然后加入到反應(yīng)中。
在一個具體實施例中，將亞硫酸氫銨與焦亞硫酸鈉一起加入。
全部量的銨和亞硫酸鹽可以同時加入，或者可以分部分加入。當分部分加入銨和亞硫酸鹽時，以特定部分加入的量可以變化。例如，如果銨和亞硫酸鹽以兩個部分加入，則第一部分可以大于、小于或等于第二部分。類似地，如果銨和亞硫酸鹽以三個或更多個部分加入，則這些部分可以是相同大小或不同大小?？梢赃B續(xù)加入一部分。
在一些實施例中，一部分的銨和亞硫酸鹽在反應(yīng)開始之前加入，而剩余的銨和亞硫酸鹽在反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入。在反應(yīng)開始之前加入的部分可以以一個或多個離散部分或連續(xù)地加入。在示例性實施例中，在反應(yīng)開始之前加入的銨和亞硫酸鹽的部分(即第一部分)等于在反應(yīng)開始之后加入的銨和亞硫酸鹽的部分(即第二部分或剩余部分，如果超過一個)。在示例性實施例中，在反應(yīng)開始之前加入的銨和亞硫酸鹽的部分小于在反應(yīng)開始之后加入的銨和亞硫酸鹽的部分。在某些實施例中，約1％至約50％的待加入的銨和亞硫酸鹽在反應(yīng)開始之前加入。在某些實施例中，約1％至約5％、約5％至約10％、約15％至約20％、約20％至約25％、約25％至約30％、約30％至約35％、約35％至約40％、約40％至約45％、或約45％至約50％的待加入的銨和亞硫酸鹽在反應(yīng)開始之前加入。在示例性實施例中，約5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約35％、約40％、約45％或約50％的待加入的銨和亞硫酸鹽在反應(yīng)開始之前加入。
在其他實施例中，全部量的待加入的銨和亞硫酸鹽在反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入。在反應(yīng)開始之后加入的銨和亞硫酸鹽可以以一個或多個離散部分或連續(xù)地加入。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，焦糖化反應(yīng)通過將含有碳水化合物的溶液或者單獨地或在合作因素(例如銨)的存在下加熱至合適的溫度開始。在示例性實施例中，關(guān)閉反應(yīng)容器并施加控制的熱和壓力以開始反應(yīng)。在示例性實施例中，在整個反應(yīng)期間連續(xù)施加熱，即不間斷。
在示例性實施例中，本發(fā)明的方法包括通過將包含碳水化合物和酸的溶液加熱至至少約80℃、至少約90℃、或至少約100℃的溫度開始的焦糖化反應(yīng)。在示例性實施例中，該焦糖化反應(yīng)是通過將包含碳水化合物和酸的溶液加熱至在約80℃與約90℃之間，或在約100℃與110℃之間開始的。在示例性實施例中，該焦糖化反應(yīng)是通過將包含碳水化合物和酸的溶液加熱至約80℃、約90℃、或約100℃的溫度開始的。
焦糖化反應(yīng)還是對化學環(huán)境敏感的。通過控制pH，可以改變反應(yīng)速率。焦糖化的速率通常在接近中性酸度(pH約7)下最低，并在酸性(特別是pH低于3)和堿性(特別是pH高于9)二者條件下加速。在示例性實施例中，本發(fā)明的方法是在酸性條件下進行。在某些實施例中，反應(yīng)混合物的pH保持在約1.2與約3.0之間，或更特別地，在約1.5與約1.8之間。在一個實施例中，反應(yīng)混合物的pH是在約1.2與約3.0之間，或更特別地，在約1.2與約2.0之間，并且甚至更特別地，在約1.5與約1.8之間。在具體實施例中，反應(yīng)混合物的pH是約1.2、約1.3、約1.4、約1.5、約1.6、約1.7或約1.8。
在具體的實施例中，通過加入NaOH、KOH或Na4OH將反應(yīng)混合物的pH保持在1.2與約2.0之間。在具體的實施例中，通過加入50％的KOH溶液將反應(yīng)混合物的pH保持在1.2與2.0之間。
焦糖化反應(yīng)可在封閉或開放的反應(yīng)容器中進行。在示例性實施例中，在本發(fā)明的方法中使用的反應(yīng)容器是封閉的。
總體上，本發(fā)明提供了一種用于形成低-4-MeI焦糖的合成方法，該方法包括(i)提供包含碳水化合物和酸的溶液；(ii)開始焦糖化反應(yīng)；(iii)將銨和亞硫酸鹽加入該焦糖化反應(yīng)；以及(iv)繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，從而產(chǎn)生低-4-MeI焦糖。在示例性實施例中，所有在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽是在該焦糖化反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入的，即在(ii)之后。在示例性實施例中，在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的至少一部分是在該焦糖化反應(yīng)已經(jīng)開始之前加入的，即在步驟(ii)之前。
在示例性實施例中，反應(yīng)是通過將溶液加熱至合適的溫度，并且更特別地，至少約80℃或更特別地，在約100℃與約110℃之間的溫度開始的。在某些實施例中，在(ii)中將溶液加熱至約80℃、約85℃、約90℃、約95℃、約100℃、約105℃、約110℃或約115℃。
在示例性實施例中，反應(yīng)是通過將第一部分的銨和亞硫酸鹽加入溶液開始的，其中該溶液是提供在可以密封的反應(yīng)容器中，并且然后密封該反應(yīng)容器并將該溶液加熱至合適的溫度，并且更特別地，至少約80℃，或更特別地，在約100℃與約110℃之間的溫度。在某些實施例中，在(ii)中將溶液加熱至約80℃、約85℃、約90℃、約95℃、約100℃、約105℃、約110℃或約115℃。
在示例性實施例中，在(iii)中連續(xù)加入銨和亞硫酸鹽。
在一個方面，本發(fā)明是一種制造低-4-MeI IV類焦糖的方法，包括(i)將碳水化合物和酸加入到反應(yīng)容器中以提供第一反應(yīng)混合物；(ii)關(guān)閉該反應(yīng)容器；(iii)將第一部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第一反應(yīng)混合物中以提供第二反應(yīng)混合物；(iv)將該第二反應(yīng)混合物加熱至合適的溫度；(v)將第二部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第二反應(yīng)混合物中以提供第三反應(yīng)混合物；以及(vi)保持步驟(iv)的溫度或?qū)⒃摰谌磻?yīng)混合物加熱至高于步驟(iv)的溫度以提供低-4-MeI IV類焦糖。在一些實施例中，該反應(yīng)是分批過程。任選地，步驟(vi)可以在步驟(iv)完成之前開始，即可以在加入第二部分的銨和亞硫酸鹽完成之前將反應(yīng)混合物加熱至更高的溫度。在示例性實施例中，第二部分的銨和亞硫酸鹽的大部分是在溫度已經(jīng)增加之后加入的。在示例性實施例中，第二部分的銨和亞硫酸鹽的大部分是在溫度增加之前加入的。在示例性實施例中，第二部分的銨和亞硫酸鹽是連續(xù)加入的。
在示例性實施例中，在(iv)中將第二反應(yīng)混合物加熱至至少約80℃。在示例性實施例中，在(iv)中將第二反應(yīng)混合物加熱至約80℃、或約85℃、或約90℃、或約95℃、或約100℃、或約105℃、或約110℃、或約115℃。在示例性實施例中，在(iv)中將第二反應(yīng)混合物加熱至在約100℃與110℃之間。
在示例性實施例中，關(guān)閉反應(yīng)容器使壓力增加至少10、或至少20或至少30、或至少40或至少50或約60或更小psi，在一些情況下在10與100psi之間，或在20與80psi之間，或在30與60psi之間。
在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽等于或小于該第二部分的銨和亞硫酸鹽。在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽是在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的約1％至約50％，或更特別地，在該反應(yīng)中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的約30％，或甚至更特別地，在該方法中的銨和亞硫酸鹽的約5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約40％、約45％或約50％。
可替代地，第一部分的銨和亞硫酸鹽與第二部分的銨和亞硫酸鹽的比率為約1:1、約1:1.5、約1:2、約1:2.5、約1:3、約約1:3.5、約1:4、約1:4.5、約1:5、約1:5.5、約1:6、約1:6.5、約1:7、約1:7.5、約1:8、約1:8.5、約1:9、約1:9.5或約1:10。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明是一種形成低-4-MeI IV類焦糖的方法，該方法包括：(i)將碳水化合物和酸加入到反應(yīng)容器中以提供第一反應(yīng)混合物；(ii)關(guān)閉該反應(yīng)容器；(iii)將第一部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第一反應(yīng)混合物中以提供第二反應(yīng)混合物；(iv)將該第二反應(yīng)混合物加熱至至少約80℃，或更特別地在約100℃至約110℃之間的溫度；(v)將第二部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第二反應(yīng)混合物中以提供第三反應(yīng)混合物；以及(vi)通過將反應(yīng)混合物的溫度保持至少約80℃，或更具體地，在約100℃至約110℃之間，或?qū)⒎磻?yīng)混合物加熱至高于至少110℃，或者更特別地，在約110℃與約130℃之間的溫度，繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，從而形成該低-4-MeI IV類焦糖。在示例性實施例中，該第一部分的亞硫酸銨等于或小于該第二部分的銨和亞硫酸鹽。在示例性實施例中，該第一部分的亞硫酸銨是在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的約30％。
任選地，將該第一或第二反應(yīng)混合物預(yù)加熱，即在步驟(ii)之前進行初始加熱步驟。在具體實施例中，該預(yù)加熱溫度是在約60℃與約120℃之間，或更特別地，在約60℃與約110℃之間，并且甚至更特別地，在約100℃與約110℃之間。在示例性實施例中，將該第一或第二反應(yīng)混合物預(yù)加熱至約100℃。在其他示例性實施例中，將該第一或第二反應(yīng)混合物預(yù)加熱至約110℃。
多種多樣的不同碳水化合物或碳水化合物混合物可以用于實施本發(fā)明的合成方法。這些包括例如葡萄糖、葡萄糖漿或含果糖的碳水化合物(例如蔗糖、轉(zhuǎn)化糖、HFCS)。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明的方法包括(i)在反應(yīng)容器中提供包含葡萄糖和酸的溶液(即第一反應(yīng)混合物)；(ii)關(guān)閉該反應(yīng)容器；(iii)將第一部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第一反應(yīng)混合物中以提供第二反應(yīng)混合物；(iv)將該第二反應(yīng)混合物加熱至至少約80℃的溫度；以及(v)將第二部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第二反應(yīng)混合物中；以及(vi)繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，以提供低-4-MeI IV類焦糖。在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽等于或小于該第二部分的銨和亞硫酸鹽。在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽是在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的在約1％與約50％之間，并且更具體地，約30％。在示例性實施例中，將第二反應(yīng)混合物加熱至在約100℃至約110℃之間的溫度。在示例性實施例中，在步驟(vi)中或者通過將反應(yīng)保持在(iv)的溫度，或者通過將反應(yīng)混合物加熱至高于步驟(iv)的溫度，即加熱至大于約110℃，或更特別地，約130℃的溫度繼續(xù)該反應(yīng)。任選地，在步驟(ii)之前將溶液預(yù)加熱。在示例性實施例中，該反應(yīng)混合物的pH保持在約1.2與約3.0之間，更特別地，在約1.5與約1.8之間。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明的方法包括(i)在反應(yīng)容器中提供包含葡萄糖漿和酸的溶液(即第一反應(yīng)混合物)；(ii)關(guān)閉該反應(yīng)容器；(iii)將銨和亞硫酸鹽加入到該第一反應(yīng)混合物中以提供第二反應(yīng)混合物；(iv)將該第二反應(yīng)混合物加熱至合適的溫度至至少約80℃的溫度；(v)將第二部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第二反應(yīng)混合物中；以及(vi)繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，以提供低-4-MeI IV類焦糖。在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽等于或小于該第二部分的銨和亞硫酸鹽)。在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽是在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的在約1％與約50％之間，并且更具體地，約30％。在示例性實施例中，在(iv)中將第二反應(yīng)混合物加熱至在約100℃至約110℃之間的溫度。在示例性實施例中，在步驟(v)中或者通過將反應(yīng)保持在約100℃至約110℃之間或通過將反應(yīng)混合物加熱至大于約110℃，或更特別地，約130℃的溫度繼續(xù)該反應(yīng)。任選地，在步驟(ii)之前將溶液預(yù)加熱。在示例性實施例中，該反應(yīng)混合物的pH保持在約1.2與約3.0之間，更特別地，在約1.5與約1.8之間。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明的方法包括(i)在反應(yīng)容器中提供包含果糖和酸的溶液(即第一反應(yīng)混合物)；(ii)關(guān)閉該反應(yīng)容器；(iii)將第一部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第一反應(yīng)混合物中以提供第二反應(yīng)混合物；(iv)將該第二反應(yīng)混合物加熱至至少約80℃的溫度；(v)將第二部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第二反應(yīng)混合物中；以及(vi)繼續(xù)該反應(yīng)，以提供低-4-MeI IV類焦糖。在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽等于或小于在步驟(iii)中加入的銨和亞硫酸鹽的量。在示例性實施例中，該第一部分的銨和亞硫酸鹽是在該方法中使用的銨和亞硫酸鹽的總量的在約1％與約50％之間，并且更具體地，約30％。在示例性實施例中，將第二反應(yīng)混合物加熱至在約100℃與約110℃之間的溫度。在示例性實施例中，在步驟(iv)中通過將反應(yīng)保持在約與步驟(iv)相同的溫度或通過將溶液加熱至大于步驟(iv)的溫度，或更特別地，在約115℃與約125℃之間繼續(xù)該反應(yīng)。在示例性實施例中，該反應(yīng)混合物的pH保持在約1.2與約3.0之間，更特別地，在約1.5與約1.8之間。
碳水化合物的右旋糖當量(DE)可以變化。例如，該碳水化合物是具有范圍從約20DE至約95DE的右旋糖當量的葡萄糖漿。在一個具體實施例中，該碳水化合物是具有在約70與約95之間并且更特別地，約70、約80或約90的DE的葡萄糖漿。
在一些實施例中，一旦焦糖化反應(yīng)已經(jīng)開始，反應(yīng)的溫度保持恒定，同時反應(yīng)過程經(jīng)過至少1小時、至少80分鐘、至少2小時、至少3小時、或至少4小時、或至少5小時、或至少6小時的時間。在某些實施例中，溫度保持恒定至少約100℃、至少約110℃、至少約115℃、至少約120℃、至少約130℃、至少約140℃、或大于140℃。在具體實施例中，在反應(yīng)已經(jīng)開始之后加入的銨和亞硫酸鹽的部分(其可以或者是全部量，或全部量的一部分)是在反應(yīng)的總時間的約1/3與1/8之間，或在總時間的約1/4與1/6之間或在約15％與約30％之間的時間段內(nèi)加入。在某些實施例中，銨和亞硫酸鹽的加入速率在其被添加的時間段內(nèi)是恒定的。
銨和亞硫酸鹽與碳水化合物的相對量可以變化。在一個具體實施例中，銨和亞硫酸鹽以亞硫酸氫銨的形式提供并且亞硫酸氫銨與碳水化合物的比率是在約1:8與約1:4之間。在一個示例性實施例中，亞硫酸氫銨與碳水化合物的比率是約1:4、約1:5、約1:6、約1:7或約1:8。
銨與亞硫酸鹽的加入速率可以變化。在一個實施例中，碳水化合物是葡萄糖或葡萄糖漿，并且加入速率是在約5mL/min與約30mL/min之間。在一個具體實施例中，加入速率是在約10mL/min與約25mL/min之間。在一個示例性實施例中，加入速率是約10mL/min、約12mL/min、約14mL/min、約16mL/min、約18mL/min、約20mL/min、約22mL/min、約24mL/min、約26mL/min、約28mL/min或約30mL/min。
在一個具體的實施例中，碳水化合物是蔗糖或另一種含果糖的碳水化合物(例如蔗糖)，并且加入速率是在約50與約130分鐘之間，更特別地，在約70與約120分鐘之間，并且甚至更特別地，在約60與約110分鐘之間。
碳水化合物、酸、銨和亞硫酸鹽組分的加入順序可以變化。在一個實施例中，加入順序是：碳水化合物、銨/亞硫酸鹽(以任何順序或一起)和酸。在另一個實施例中，加入順序是：銨/亞硫酸鹽(以任何順序或一起)、碳水化合物和酸。在又另一個實施例中，加入順序是銨/亞硫酸鹽(以任何順序或一起)、酸和碳水化合物。在還另外的實施例中，加入順序是：酸、碳水化合物和銨/亞硫酸鹽(以任何順序或一起)。在又另一個實施例中，加入順序是酸、銨/亞硫酸鹽(以任何順序或一起)和碳水化合物。
在具體實施例中，所有的酸是在反應(yīng)(即加熱開始)之前加入的。在另一個具體實施例中，酸的一部分是在反應(yīng)開始之后加入的。
反應(yīng)溫度可以變化。在一個實施例中，該反應(yīng)溫度是在約60℃與約200℃之間，更特別地，在約60℃與約80℃之間，在約80℃與約100℃之間，在約100℃與約130℃之間，在約130℃與約150℃之間，在約150℃與約170℃之間，或在170℃與和200℃之間。在具體實施例中，該反應(yīng)溫度是在約100℃與約120℃之間，在約120℃與約130℃之間，在約115℃與約125℃之間或在約110℃與約130℃之間。
在一個具體實施例中，碳水化合物是葡萄糖或葡萄糖漿并且反應(yīng)溫度是在約115℃與約130℃之間。
在另一個具體實施例中，碳水化合物是含果糖的碳水化合物(例如蔗糖)并且反應(yīng)溫度是在約110℃與125℃之間。
該方法可以進一步包括一個或多個附加步驟。在一個實施例中，該方法進一步包括將焦糖的pH調(diào)節(jié)至在約2.4與約3.25之間。
反應(yīng)混合物可以在不同的點處排放以維持特定的反應(yīng)壓力，例如在加入銨/亞硫酸鹽源鹽期間和/或在加入亞硫酸銨源之后。在具體實施例中，排放保持的反應(yīng)壓力保持在約55PSI。
一種或多種反應(yīng)混合物還可以在不同的點處冷卻。在一個具體實施例中，該方法進一步包括將反應(yīng)混合物冷卻至約70℃。在另一個實施例中，該方法進一步包括冷卻并且然后再加熱反應(yīng)混合物。在一個示例性實施例中，在KOH加入之后將反應(yīng)混合物冷卻至60℃并且再加熱至130℃持續(xù)30分鐘。
反應(yīng)混合物還可以在不同的點處過濾。
可以在不同的點處將水加入到反應(yīng)混合物中。
在一個實施例中，一旦反應(yīng)已經(jīng)開始，該方法不涉及堿的加入。在另一個實施例中，該方法不涉及在反應(yīng)容器已經(jīng)關(guān)閉之后堿的加入。
總反應(yīng)時間可以變化。在一個實施例中，取決于反應(yīng)溫度設(shè)定，總反應(yīng)時間范圍從約3.0至約8.0小時，從約3.5至約7.5小時，約4至約6小時或約5小時。
因此，在一個實施例中，本發(fā)明是一種形成低-4-MeI IV類焦糖的方法，該方法包括(i)將碳水化合物和酸加入到反應(yīng)容器中以提供第一反應(yīng)混合物(ii)開始焦糖化反應(yīng)；(iii)在開始后，向溶液中加入一部分的銨和亞硫酸鹽；以及(iv)繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，從而產(chǎn)生低-4-MeI IV類焦糖，其中總反應(yīng)時間是在約3.0與約8.0小時之間，并且更特別地，約5至約7.5小時，約4至約6小時或約5小時。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)通過將溶液加熱至至少約80℃的溫度開始。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)通過向溶液中加入第一部分的銨和亞硫酸鹽并將溶液加熱至至少約80℃的溫度開始，同時該溶液包含在加入第一部分的銨和亞硫酸鹽之前關(guān)閉的反應(yīng)容器內(nèi)。
通過本發(fā)明的方法形成的焦糖的穩(wěn)定性相對于本領(lǐng)域已知的方法是有利的。在一個實施例中，焦糖穩(wěn)定大于約6個月、約8個月、約10個月、12個月、約14個月、約16個月、約18個月、約20個月、約22個月、約或約24個月。
在一個具體實施例中，焦糖是具有至少約12個月、或至少約18個月、或長于約18個月的穩(wěn)定性的葡萄糖或葡萄糖漿衍生的焦糖。
在一個具體實施例中，焦糖衍生自含果糖的焦糖并且該焦糖具有至少約6個月并且優(yōu)選至少約10個月的穩(wěn)定性。
相對于用于生產(chǎn)低-4-MeI焦糖的現(xiàn)有技術(shù)方法，通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的焦糖的穩(wěn)定性反映在膠凝特性的降低。
在示例性實施例中，通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的焦糖比通過Parker等人的方法制備的低4-MeI焦糖穩(wěn)定約2％、約5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約35％、約40％、約45％或約50％或更多。
由本發(fā)明形成的焦糖的4-MeI含量是低的。在一個實施例中，焦糖的4-MeI含量為約100ppm、約75ppm、約50ppm、約25ppm、約20ppm、約15ppm、約10ppm、約5ppm、約3ppm、約2ppm或約1ppm。在示例性實施例中，焦糖的4-MeI含量為約0.9ppm、約0.8ppm、約0.7ppm、約0.6ppm、約0.5ppm、約0.4ppm、約0.3ppm、約0.2ppm、或約0.1ppm、或零。
在示例性實施例中，通過本發(fā)明的方法形成的焦糖的4-MeI含量是約15ppm或更少、約12ppm或更少、約10ppm或更少、約8ppm或更少、約6ppm或更少、約4ppm或更少、約2ppm或更少、或約1ppm或更少。在示例性實施例中，焦糖的4-MeI含量是約1ppm或更少、或約0.9ppm或更少、或約0.8ppm或更少、或約0.7ppm或更少、或約0.6ppm或更少、或約0.5ppm或更少、或約0.4ppm或更少、或約0.3ppm或更少、或約0.2ppm或更少、或約0.1ppm或更少、或甚至零，即通過常規(guī)方法不可檢測的。
由本發(fā)明形成的焦糖的顏色強度或濃度可以變化。焦糖色素的顏色濃度定義為其著色力，KO.560。這是使用高質(zhì)量分光光度計通過1cm光路在波長560納米(nm)的波長處測量的0.1％重量/體積溶液的吸光度。吸光度，著色力，KO.560的值越高，焦糖色越深。在一個實施例中，顏色強度是在約0.216與約0.240之間。
焦糖可以是任何合適的濃度。在一個實施例中，焦糖是單濃度的。在另一個實施例中，焦糖是雙濃度的。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明是一種形成低-4-MeI葡萄糖焦糖IV的方法，該方法包括(i)將碳水化合物和酸加入到反應(yīng)容器中以提供第一反應(yīng)混合物，其中該碳水化合物是選自葡萄糖和葡萄糖漿；(ii)在該溶液中開始焦糖化反應(yīng)；(iii)在開始后，向溶液中加入一部分的銨和亞硫酸鹽；以及(iv)繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，從而產(chǎn)生包含約15ppm或更少的4-MeI并具有至少12個月并且優(yōu)選約18個月的穩(wěn)定性的低-4-MeI IV類葡萄糖焦糖。在示例性實施例中，以在約20與約25mL/min之間的速率加入銨和亞硫酸鹽，亞硫酸氫銨與碳水化合物的比率是在約1:8與約1:4之間，并且將pH保持在約1.2與約3.0之間，優(yōu)選在約1.5與約1.8之間。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)是通過將溶液加熱至至少約80℃、更特別地約100℃、或在約100℃與110℃之間的溫度開始的。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)是通過向溶液中加入第一部分的銨和亞硫酸鹽并將溶液加熱至至少約80℃，更特別地約100℃，或在約100℃與約110℃之間的溫度開始的，同時該溶液包含在加入該第一部分的銨和亞硫酸鹽之前關(guān)閉的反應(yīng)容器內(nèi)。在示例性實施例中，(v)中的焦糖化反應(yīng)是通過將熱量保持至少約80℃，更特別地約100℃，或在約100℃與110℃之間，或任選地增加熱量，例如將熱量增加至至少約110℃，或在約110℃至約130℃之間，或約130℃的溫度繼續(xù)的。
任選地，將第一或第二反應(yīng)混合物預(yù)加熱。在一個具體實施例中，焦糖具有在約0.216與約0.240之間的顏色強度。
在另一個示例性實施例中，本發(fā)明是一種形成低-4-MeI IV類焦糖的方法，該方法包括(i)將碳水化合物和酸加入到反應(yīng)容器中以提供第一反應(yīng)混合物，其中該碳水化合物是含果糖的碳水化合物(例如，蔗糖)；(ii)在該溶液中開始焦糖化反應(yīng)；(iii)在開始后，向溶液中加入一部分的銨和亞硫酸鹽；以及(iv)繼續(xù)該焦糖化反應(yīng)，從而產(chǎn)生包含約15ppm或更少的4-MeI和至少約6個月并且更優(yōu)選至少約10個月的穩(wěn)定性的低-4-MeI類焦糖。在示例性實施例中，以在約5與約15mL/min之間或更特別地在約5與約10mL/min之間的速率加入亞硫酸氫銨，亞硫酸氫銨與碳水化合物的比率是在約1:8與約1:4之間，并且將反應(yīng)的pH保持在約1.2與約2.0之間，優(yōu)選在約1.5與約1.8之間。任選地，將第一反應(yīng)混合物預(yù)加熱。在具體實施例中，將第一混合物預(yù)加熱。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)是通過將溶液加熱至至少約80℃、更特別地約100℃、或在約100℃與110℃之間的溫度開始的。在示例性實施例中，(ii)中的焦糖化反應(yīng)是通過向溶液中加入第一部分的銨和亞硫酸鹽并將溶液加熱至至少約80℃，更特別地約100℃，或在約100℃與約110℃之間的溫度開始的，同時該溶液包含在加入該第一部分的銨和亞硫酸鹽之前關(guān)閉的反應(yīng)容器內(nèi)。在示例性實施例中，(v)中的焦糖化反應(yīng)是通過將熱量保持至少約80℃，更特別地約100℃，或在約100℃與110℃之間，或任選地增加熱量，例如將熱量增加至至少約110℃，或約115℃至約125℃，110℃或約125℃的溫度繼續(xù)的。
在示例性實施例中，相比生產(chǎn)IV類焦糖或低-4-MeI 4類焦糖的現(xiàn)有技術(shù)方法，4-MeI的量減少約5％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％、約35％、約40％、約45％、約50％、約55％，約60％、約65％、約70％、約75％、約80％、約85％、約90％、約95％或約99％。
II.過濾方法
在一個方面，本發(fā)明提供了一種減少存在于焦糖例如III類或IV類焦糖中的低分子量物種的量的方法。有利地，本發(fā)明的方法相對于本領(lǐng)域已知的純化方法節(jié)約水。通過該方法純化的焦糖可以直接使用或可以經(jīng)受一個或多個另外的步驟以進一步減少低分子量物種的量。
該方法可以用于減少焦糖色素中低分子量物種的量，包括但不限于4-MeI、2-甲基咪唑(2-MeI)、5-羥基甲基糠醛(5-HMF)、5-羥基2-甲基吡啶、2-羥基吡啶和2-羥基6-甲基吡啶甲酸。
焦糖可以通過常規(guī)方法制備(即不需要任何努力來減少低分子量物種，例如4-MeI)或者可以是合成的焦糖以減少低分子量物種(例如4-MeI)的形成，包括但不限于上述部分I中描述的方法。在示例性實施例中，該方法可以是分批過濾方法。
在一個實施例中，該過濾方法用于減少通過常規(guī)手段制備的III類或IV類焦糖中的低分子量物種的量。在一個具體實施例中，該過濾方法用于減少焦糖中低分子量物種的量，其中約60％的固體構(gòu)成低分子量物種。在某些實施例中，該過濾方法產(chǎn)生焦糖，其中小于約30％或小于約20％或小于約10％或小于約5％或小于約1％的固體構(gòu)成低分子量物種。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明是一種用于減少III類或IV類焦糖中低分子量物種的量的方法，包括：(i)提供包含III類或IV類焦糖的溶液；(ii)使該溶液經(jīng)受滲濾以提供保留部分和滲透部分，所述保留部分包含高分子量色素體和水；(iii)使該滲透物部分經(jīng)受反滲透以提供再循環(huán)水流和滲透物濃縮物流；(iv)任選地，濃縮該滲透物濃縮物流以提供包含約70％固體的滲透物超濃縮物流；(v)將該保留部分和再循環(huán)水流加入到該焦糖化的溶液中；以及(vi)重復(fù)步驟(ii)-(v)一次或多次，以提供包含減少量的低分子量物種的濃縮的、純化的III類或IV類焦糖。在一個示例性實施例中，可以進行該方法直至實現(xiàn)所希望的4-MeI濃度。在示例性實施例中，該方法進行經(jīng)過在約3與約10小時之間，或更特別地約6小時的時間段。在一個示例性實施例中，該方法進行經(jīng)過約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10或約10小時或更長的時間。在一個實施例中，該方法進行經(jīng)過在約3與約10小時之間，或更特別地約6小時以實現(xiàn)小于約15ppm、或約10ppm或更小、或約5ppm或更小、或約1ppm或更小的4-MeI濃度。
在一個具體的實施例中，純化的III或IV類焦糖具有減少量的以下物種，這些物種具有小于約800、更特別地小于約700、并且甚至更特別地小于約600的分子量。在示例性實施例，III類或IV類焦糖具有減少量的一種或多種低分子量物種，這些低分子量物種選自由以下各項組成的組：4-MEI、2-甲基咪唑(2-MEI)、5-羥甲基糠醛(5-HMF)、5-羥基2-甲基吡啶、2-羥基吡啶和2-羥基6-甲基吡啶甲酸。
在一個具體的實施例中，本發(fā)明是一種用于減少III類或IV類焦糖中的4-MeI的量的方法，包括：(i)提供包含由常規(guī)手段制備的III類或IV類焦糖的溶液；(ii)使該溶液經(jīng)受滲濾以提供保留部分和滲透部分，所述保留部分包含高分子量色素體和水；(iii)使該滲透物部分經(jīng)受反滲透以提供再循環(huán)水流和滲透物濃縮物流；(iv)任選地，濃縮該滲透物濃縮物流以提供包含約70％固體的滲透物超濃縮物流；(v)將該保留部分和再循環(huán)水流加入到該焦糖化的溶液中；以及(vi)重復(fù)步驟(ii)-(v)一次或多次，以提供濃縮的、純化的低-4-MeI III類或IV類焦糖。在一個示例性實施例中，可以進行該方法直至實現(xiàn)所希望的4-MeI濃度。在示例性實施例中，該方法進行經(jīng)過在約3與約10小時之間，或更特別地約6小時的時間段。在一個示例性實施例中，該方法進行經(jīng)過約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10或約10小時或更長的時間。在一個實施例中，該方法進行經(jīng)過大約在約3與約10小時之間，或更特別地約6小時以實現(xiàn)小于約15ppm、或約10ppm或更小、或約5ppm或更小、或約1ppm或更小的4-MeI濃度。
在一個實施例中，III或IV類焦糖可以是單濃度或雙濃度。該焦糖化的溶液可通過將III或IV類焦糖與工藝用水或經(jīng)處理的工藝用水混合來制備。用于制備III或IV類焦糖的碳水化合物可以是任何合適的碳水化合物，包括上述部分I中指定的那些。在一個具體實施例中，該碳水化合物是葡萄糖、葡萄糖漿或含果糖的碳水化合物，例如蔗糖。
有利地，由過濾方法得到的焦糖具有比在過濾之前的焦糖少從約100至約100,000倍的4-MeI，或更特別地少約100至約10,000倍的4-MeI或甚至更特別地少約100至約1,000倍的4-MeI。在示例性實施例中，該濃縮的、純化的低-4-MeI焦糖含有約1ppm或更少的4-MeI。
該方法還可以用于補充另一種過程，例如用于進一步減少存在于低4-MeI焦糖中(例如通過上述部分II中的方法合成的低-4MeI焦糖)的4-MeI的量。當過濾方法與描述的合成方法組合時，濃縮的、純化的低-4-MeI類焦糖有利地具有比合成產(chǎn)物少約100至約1000倍的4-MeI。在示例性實施例中，由組合這兩種方法得到的濃縮的、純化的低-4-MeI焦糖含有約或小于約1ppm的4-MeI，或更特別地，約或小于約0.1ppm。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明是一種用于減少低4-MeI IV類焦糖的4-MeI含量的方法，包括：(i)提供包含低-4-MeI IV類焦糖的焦糖化的溶液；(ii)使該焦糖化的溶液經(jīng)受滲濾以提供保留部分和滲透部分，所述保留部分包含高分子量色素體和水；(iii)使該滲透物部分經(jīng)受反滲透以提供再循環(huán)水流和滲透物濃縮物流；(iv)任選地，濃縮該滲透物濃縮物流以提供包含約70％固體的滲透物超濃縮物流；(v)將該保留部分和再循環(huán)水流加入到該焦糖化的溶液中；以及(vi)重復(fù)步驟(ii)-(v)一次或多次，以提供相對于經(jīng)受過濾的低-4-MeI IV類焦糖具有減少量的4-MeI的濃縮的、純化的低-4-MeI IV類焦糖。在一個具體的實施例中，該濃縮的、純化的低-4-MeI具有比通過常規(guī)手段制備的IV類焦糖少約100至約1000倍的4-MeI。
用于制備IV類焦糖的反應(yīng)組分(例如碳水化合物、酸、銨和亞硫酸鹽)可以是任何合適的反應(yīng)組分，包括上面部分I中披露的那些。在一個具體實施例中，該碳水化合物是選自葡萄糖、葡萄糖漿或含果糖的碳水化合物，例如蔗糖)。
在一個具體的實施例中，該焦糖化的溶液是通過將IV類焦糖與處理的工藝用水以約1比1的稀釋度混合來制備的。該焦糖化的溶液通常在進料罐中制備，向其中加入IV類焦糖和工藝用水。
在一個實施例中，該焦糖化的溶液的pH大于約7.5并且更特別地，大于約7.8?？赡苄枰{(diào)節(jié)該焦糖化的溶液的pH，例如通過加入NaOH/KOH和/或磷酸。
該方法涉及滲濾以將高分子量物種與低分子量物種如4-MeI分離。可以使用任何合適的滲濾方法，包括超濾和納米過濾。
在一個實施例中，本發(fā)明的方法利用納米過濾。在示例性實施例中，分子截留為約600至800道爾頓。在另一個示例性實施例中，分子截留為約700道爾頓。
滲濾可以以任何合適的模式進行，例如恒定通量模式、恒定壓力模式或其組合。在一個具體的實施例中，在恒定壓力模式下進行滲濾直至大部分的低分子量物種已經(jīng)被除去(由滲透物流的白利糖度儀表讀數(shù)降低至約1白利糖度指示的)，并且然后在恒定通量模式下進行。
進行該方法的溫度可以變化。在一個實施例中，該方法在約60°F與約95°F之間的溫度下進行。在一個具體實施例中，該方法在約80°F的溫度下進行。
進行該方法的壓力可以變化。在一個實施例中，該方法開始于約50至55psi的恒定壓力。
滲濾產(chǎn)生保留部分和滲透部分，其中該保留部分包含高分子量色素體和水并且該滲透部分包含低分子量物種例如4-MeI。
將該保留部分(即，滲余物)再循環(huán)回到進料罐，并將該滲透部分引導至反滲透(RO)。確切地，該滲透部分到達RO單元的平衡罐。將反滲透(RO)單元的滲透物引導至過濾單元。通量比過濾單元小約15％，因此可以使用淡水。
在一個實施例中，滲透物通量(是在約18升/小時/m2與約36升/小時/m2之間。在一個具體實施例中，滲透物通量是約18升/小時/m2、約0 21升/小時/m2、約24升/小時/m2、約27升/小時/m2、約30升/小時/m2、約33升/小時/m2或約36升/小時/m2
反滲透產(chǎn)生再循環(huán)水流和滲透物濃縮物流。再循環(huán)水流重新被引導回到進料罐。有利地，這限制了純化IV類焦糖所要求的總水使用。
在一個實施例中，本發(fā)明的方法比本領(lǐng)域已知的純化方法要求少約50％、約60％、約70％、約80％、或約85％的水。
可以通過任何合適的方法濃縮滲透物濃縮物流以提供超濃縮物，即具有大于約70％固體的滲透物濃縮物。例如，可以通過將滲透物濃縮物進料至蒸發(fā)器來濃縮滲透物濃縮物流。任選地，可以干燥滲透物超濃縮物以提供干燥的滲透物超濃縮物。干燥的滲透物超濃縮物可以被認為是廢產(chǎn)物，或者可以用于合成焦糖，或者可以用作發(fā)酵的進料成分以產(chǎn)生增值材料例如乙醇
加工時間可以變化。在一個實施例中，加工時間是從約2至約10小時。在一個具體實施例中，滲濾進行約7小時。根據(jù)這個實施例，第一小時的滲濾在恒定壓力模式下進行，并且剩余6小時的滲濾在恒定通量模式下進行。
總體上，繼續(xù)滲濾步驟直到焦糖被純化至希望的程度。在一個實施例中，繼續(xù)滲濾直到達到所希望的水平的4-MeI。在一個具體的實施例中，所希望的水平的4-MeI是小于約10ppm、小于約5ppm、小于約1ppm或小于約0.1ppm。
在一個具體實施例中，IV類焦糖是雙濃度IV類焦糖，并且純化的IV類焦糖的所希望的4-MeI含量是小于約1ppm。
在另一個具體實施例中，IV類焦糖是低-4-MeI雙濃度IV類焦糖，并且純化的IV類焦糖的所希望的4-MeI含量是小于約0.1ppm。
在停止?jié)B濾之后，可以將焦糖(即，加工的滲余物)濃縮至所希望的著色濃度或強度，并且可以調(diào)節(jié)pH。
在一個實施例中，將經(jīng)處理的滲余物濃縮至約0.35的著色力(TP)并且然后通過加入75％食品級磷酸將pH調(diào)節(jié)至約3。
可以收集并且儲存濃縮的純化的IV類焦糖。任選地，可以將濃縮的純化的IV類焦糖噴霧干燥以產(chǎn)生干粉用于儲存
在另一個實施例中，本發(fā)明是一種制造濃縮的、純化的低-4-MeI IV類焦糖的方法，包括(i)將碳水化合物和酸加入到反應(yīng)容器中以提供第一反應(yīng)混合物；(ii)將第一部分的銨和亞硫酸鹽加入到該第一反應(yīng)混合物中以提供第二反應(yīng)混合物；(iii)關(guān)閉該反應(yīng)容器；(iv)將第二部分的銨和亞硫酸鹽加入該第二反應(yīng)混合物中以提供第三反應(yīng)混合物；(v)將該第三反應(yīng)混合物加熱至在約110℃與約130℃之間，從而形成該低-4-MeI IV類焦糖；(vi)使該低-4-MeIIV類焦糖經(jīng)受滲濾以提供保留部分和滲透部分，所述保留部分包含高分子量色素體和水；(iii)使該滲透物部分經(jīng)受反滲透以提供再循環(huán)水流和滲透物濃縮物流；(iv)任選地，濃縮該滲透物濃縮物流以提供包含約70％固體的滲透物超濃縮物流；(v)將該保留部分和再循環(huán)水流加入到該焦糖化的溶液中；以及(vi)重復(fù)步驟(ii)-(v)一次或多次，以提供濃縮的、純化的低-4-MeI焦糖。
III.制備食物或飲料的方法
本發(fā)明還延伸到使用焦糖(使用本發(fā)明的方法獲得的)來制造食品或飲料產(chǎn)品(例如汽水(例如可樂))的方法，以及包含該焦糖IV色素的食品或飲料產(chǎn)品。
在一個具體實施例中，本發(fā)明是一種制造食品或飲料的方法，該方法包括將通過在此披露的方法制造的低-4-MeI焦糖加入食品或飲料基質(zhì)中。焦糖可以是通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的III類或IV類焦糖。
在示例性實施例中，本發(fā)明是一種制造飲料的方法，包括向飲料基質(zhì)中加入低-4-MeI IV類焦糖(例如葡萄糖或蔗糖焦糖)，其中該低-4-MeI IV類焦糖是通過選自在此披露的合成方法、在此披露的過濾方法、或其組合的方法制造的。
在示例性實施例中，本發(fā)明是一種制造飲料的方法，包括向飲料基質(zhì)中加入低-4-MeI IV類焦糖(例如葡萄糖或蔗糖焦糖)，其中該低-4-MeI IV類焦糖是通過選自在此披露的合成方法、在此披露的過濾方法、或其組合的方法制造的，并且其中該焦糖具有小于約15ppm的MEI。
在示例性實施例中，本發(fā)明是一種制造飲料的方法，包括向飲料基質(zhì)中加入低-4-MeI IV類焦糖，其中該低-4-MeI IV類焦糖是通過選自在此披露的合成方法、在此披露的過濾方法、或其組合的方法制造的，并且其中該焦糖具有小于約15ppm的MEI并且穩(wěn)定至少約6個月、或至少約10個月、或至少約12個月、或至少約18個月。
在某些實施例中，本發(fā)明是一種制造飲料的方法，包括向飲料基質(zhì)中加入低-4-MeI III類焦糖(例如葡萄糖或蔗糖焦糖)，其中該低-4-MeI III類焦糖是通過在此披露的過濾方法、或其組合制造的，并且其中該焦糖具有小于約15ppm的MEI。在示例性實施例中，該穩(wěn)定至少約6個月、或至少約10個月、或至少約12個月、或至少約18個月。
該飲料可以是例如軟飲料或汽水，并且更具體地，可樂。在某些實施例中，該飲料是啤酒，例如黑啤酒。
IV.組合物
本發(fā)明還包括使用在此描述的方法獲得的焦糖，以及包含焦糖的食品或飲料。焦糖可以是III類或IV類焦糖。
在一個實施例中，本發(fā)明是一種使用在此描述的方法獲得的焦糖，該焦糖包含相對于通過常規(guī)手段制備的焦糖減少量的低分子量物種。在一個具體實施例中，低分子量物種的總量已減少了約20％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％、或約99％或更多。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明是一種使用在此描述的方法獲得的焦糖，該焦糖包含減少量的具有小于約800道爾頓、小于約700道爾頓或小于約600道爾頓的分子量的化合物。
在一個具體實施例中，具有小于800道爾頓的分子量的物種的總量已減少了約20％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％、或約99％或更多。
在另一個具體實施例中，具有小于700道爾頓的分子量的物種的總量已減少了約20％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％、或約99％或更多。
在又另一個具體實施例中，具有小于700道爾頓的分子量的物種的總量已減少了約20％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％、或約99％或更多。
在另一個實施例中，該焦糖具有減少量的一種或多種低分子量物種，這些低分子量物種選自由以下各項組成的組：4-MeI、2-甲基咪唑(2-MEI)、5-羥甲基糠醛(5-HMF)、5-羥基2-甲基吡啶、2-羥基吡啶和2-羥基6-甲基吡啶甲酸。在一個具體實施例中，分子量物種的總量已減少了約20％、約30％、約40％、約50％、約60％、約70％、約80％、約90％、或約99％或更多。
在一個實施例中，該焦糖是使用在此披露的合成方法獲得的低-4-MeIIV類焦糖。
在另一個實施例中，該焦糖是使用在此披露的過濾方法獲得的濃縮的、純化的低-4-MeI III類或IV類焦糖。
在一個具體實施例中，該焦糖是使用在此披露的合成方法和過濾方法組合獲得的濃縮的、純化的低-4-MeI IV類焦糖。
在一個具體實施例中，該焦糖是使用在此披露的方法獲得的低-4-MeI焦糖，包含約15ppm或更少的4-MeI，或更特別地，約10ppm或更少，約5ppm或更少，約1ppm或更少，或約0.1ppm或更少的4-MeI。在示例性實施例中，該低-4-MeI焦糖是零-4-MeI焦糖。
在一個示例性實施例中，本發(fā)明是使用在此披露的方法獲得的一種IV類葡萄糖焦糖，其包含約15ppm或更少的4-MeI并且穩(wěn)定至少約12個月并且優(yōu)選約18個月。在示例性實施例中，該IV類葡萄糖焦糖包含小于約10ppm、或小于約5ppm、或小于約1ppm的4-MeI。在示例性實施例中，該IV類葡萄糖焦糖包含小于約0.9ppm、小于約0.8ppm、小于約0.7ppm、小于約0.6ppm、小于約0.5ppm、小于約0.4ppm、小于約0.3ppm、小于約0.2ppm、或小于約0.1ppm的4-MeI。
在另一個示例性實施例中，本發(fā)明是由含果糖的碳水化合物(例如蔗糖)制成的并且使用在此披露的方法獲得的IV類焦糖，包含約15ppm或更少的4-MeI并且穩(wěn)定至少約6個月并且優(yōu)選地約10個月。在示例性實施例中，根據(jù)在此披露的方法由含果糖的碳水化合物制成的IV類焦糖包含小于約10ppm、或小于約5ppm、或小于約1ppm的4-MeI，并且穩(wěn)定至少約6個月，或至少約10個月。在示例性實施例中，該IV類焦糖包含小于約0.9ppm、小于約0.8ppm、小于約0.7ppm、小于約0.6ppm、小于約0.5ppm、小于約0.4ppm、小于約0.3ppm、小于約0.2ppm、或小于約0.1ppm的4-MeI，并且穩(wěn)定至少約6個月，或至少約10個月。
在又另一個實施例中，本發(fā)明是包含通過在此披露的方法獲得的低-4-MeI IV類或III類焦糖的飲料。
在一個具體實施例中，該飲料是軟飲料或汽水，例如可樂。在另一個具體實施例中，該飲料是黑啤酒。
實例
實例1：穩(wěn)定性試驗
通過加入KOH將焦糖的原始pH(pH＝2.4-3.4)調(diào)節(jié)至6.0。將12mLpH調(diào)節(jié)的焦糖倒入50mL玻璃管中，并且記錄管加焦糖的總重量。pH調(diào)節(jié)的焦糖的剩余物用于測量在25℃下的粘度。將具有焦糖的管置于鋁加熱裝置()，在熱板上預(yù)平衡至100℃并加熱1小時(溫度范圍96℃-103℃)，之后將管取出并用空氣沖洗冷卻5分鐘。將水加入到先前加熱的焦糖中以考慮在加熱期間的蒸發(fā)，并且將管中的內(nèi)容物劇烈混合。使用具有“Cup&Bob”(尺寸-14mm)設(shè)置的Bohlin's Gemini 2粘度計，在25℃下測量粘度并與pH調(diào)節(jié)的且未加熱的焦糖的粘度進行比較。記錄加熱焦糖之前和之后的粘度之間的差異，并且基于實驗積累的數(shù)據(jù)預(yù)測穩(wěn)定性。穩(wěn)定性預(yù)測的模型來源于對穩(wěn)定和不穩(wěn)定(膠凝或非膠凝)焦糖的粘度變化的長期(4個月)監(jiān)測研究。穩(wěn)定性的預(yù)測是相對的，即討論中的焦糖的穩(wěn)定性與已知穩(wěn)定長時間段的低-4-MeI焦糖相比。
實例2：由葡萄糖漿生產(chǎn)低-4-MeI焦糖
用于合成的所有成分是食品級的。該實驗在配備有樣品取出和液體加入浸管端口和氣體排出端口的2加侖高壓反應(yīng)器(Parr儀器公司(Parr Instrument Company)，211五十三大街(211Fifty Third Street)，莫林市(Mo line)，伊利諾斯州(Illinois)61265-1770)中進行。對在反應(yīng)期間取出的樣品定期監(jiān)測pH和顏色(著色力＝0.1％焦糖溶液的Abs560)(分別為Oacton 110pH計和700系列UV/Vis分光光度計，貝克曼庫爾特公司(Beckman Coulter))。
將葡萄糖漿(3.9kg，43％DE，81白利糖度)與磷酸(0.15kg，85％)進料并加熱反應(yīng)混合物。
當溫度達到115℃時，以22mL/min的速率開始加入亞硫酸氫銨(2.0kg，1.7L，35.5％)，并以相同的速率繼續(xù)80分鐘，直到加入所有量。
在加入ABS開始后10分鐘達到130℃的溫度，并在反應(yīng)期間保持恒定。反應(yīng)壓力達到55PSI，并通過排出過量的氣體保持恒定。
4.5小時后，反應(yīng)產(chǎn)物達到所希望的顏色強度(Abs610＝0.265)，此時通氣孔是打開的并將反應(yīng)混合物冷卻至23℃。
加入氫氧化鉀(0.245kg，50％)和水(0.2kg)以調(diào)節(jié)pH(2.84)并將焦糖稀釋至最終顏色強度(Abs610＝0.219)和1.261gm/ml的在20℃下的比密度。
使用LC/MS/MS測量4-MeI。測得的4-MeI的濃度為4.1mg/kg。
如實例1中測量穩(wěn)定性。焦糖被證明是非常穩(wěn)定的。
實例3：由蔗糖生產(chǎn)低-4-MeI焦糖
用于合成的所有成分是食品級的。使用實例1中描述的反應(yīng)器進行實驗，并且如實例1中描述的，對在反應(yīng)期間取出的樣品定期監(jiān)測pH和顏色。
將蔗糖(2.0kg，)加入到0.5kg水中并進料磷酸(0.05kg，85％)，并將反應(yīng)混合物加熱。當溫度達到100℃時，以10mL/min的速率開始加入亞硫酸氫銨(1.2kg，0.85L，37.5％)，并以相同的速率繼續(xù)85分鐘，直到加入所有量。
在加入ABS開始后15分鐘達到125℃的溫度，并在反應(yīng)期間保持恒定。反應(yīng)壓力達到45PSI，并通過排出過量的氣體保持恒定。
6.5小時后，反應(yīng)產(chǎn)物達到所希望的顏色強度(Abs610＝0.245)，此時通氣孔是打開的并將反應(yīng)混合物冷卻至23℃。
加入氫氧化鉀(0.200kg，50％)以調(diào)節(jié)pH(2.96)其產(chǎn)生最終焦糖顏色強度(Abs610＝0.216)和1.267gm/ml的在20℃下的比密度。
如實例1所描述測量的，4-MeI的濃度為9.56mg/kg，以及測得的粘度為在30℃下的35.78cP。
如實例1所描述測量的，焦糖被證明是由葡萄糖漿制成的最穩(wěn)定的焦糖色素的穩(wěn)定的67％，這和葡萄糖與蔗糖非低-4-MeI(>100ppm)焦糖之間的穩(wěn)定性比一致。
實例4：由蔗糖生產(chǎn)低-4-MeI焦糖
將蔗糖(2.0kg，)加入到0.5kg水中并進料亞硫酸氫銨(0.195kg，68％)和磷酸(0.09kg，85％)，并將反應(yīng)混合物加熱。
當溫度達到100℃時，以7.5ml/min的速率開始加入剩余的亞硫酸氫銨(0.46kg，68％)持續(xù)85分鐘。在加入ABS開始后15分鐘達到125℃的溫度，并在反應(yīng)期間保持恒定(125℃)。反應(yīng)壓力達到45PSI，并通過排出過量的氣體保持恒定。
6.0小時后，反應(yīng)產(chǎn)物達到所希望的顏色強度(Abs610＝0.245)，此時通氣孔是打開的并將反應(yīng)混合物冷卻至23℃。加入氫氧化鉀(0.200kg，50％)以調(diào)節(jié)pH(2.96)其產(chǎn)生最終焦糖顏色強度(Abs610＝0.216)和1.267gm/ml的在20℃下的比密度。
測得的4-MeI的濃度為14.3mg/kg，以及測得的粘度為在30℃下的30.23cP，并且焦糖被證明是由葡萄糖漿制成的最穩(wěn)定的焦糖色素的穩(wěn)定的67％，這和葡萄糖與蔗糖非低-4-MeI焦糖之間的穩(wěn)定性比一致。
實例5：由蔗糖生產(chǎn)低-4-MeI焦糖
將蔗糖(2.0kg，)加入到0.5kg水中并進料磷酸(0.09kg，85％)。加入亞硫酸氫銨(0.195kg，68％)和焦亞硫酸鈉(0.12kg)的混合物，關(guān)閉反應(yīng)容器并加熱反應(yīng)混合物。
當溫度達到100℃時，以7.5ml/min的速率開始加入剩余的亞硫酸氫銨(0.46kg，68％)和焦亞硫酸銨(0.28kg)混合物持續(xù)85分鐘。在加入ABS開始后15分鐘達到125℃的溫度，并在反應(yīng)期間保持恒定(125℃)。反應(yīng)壓力達到40PSI，并通過排出過量的氣體保持恒定。
5.5小時后，反應(yīng)產(chǎn)物達到所希望的顏色強度(Abs610＝0.245)，此時通氣孔是打開的并將反應(yīng)混合物冷卻至23℃。加入氫氧化鉀(0.240kg，50％)以調(diào)節(jié)pH(2.81)其產(chǎn)生最終焦糖顏色強度(Abs610＝0.216)和1.259gm/ml的在20℃下的比密度。
測得的4-MeI的濃度為7.3mg/kg，以及測得的粘度為在30℃下的27.62cP，并且焦糖被證明是由葡萄糖漿制成的最穩(wěn)定的焦糖色素的穩(wěn)定的62％，這和葡萄糖與蔗糖非低-4-MeI焦糖之間的穩(wěn)定性比一致。
實例6：常規(guī)雙濃度焦糖的加工
將雙濃度IV級焦糖(117.2kg)(來源：DD Williamson)和經(jīng)處理的工藝用水(100.5kg)在進料罐中混合。使用25％NaOH溶液(食品級)將所得稀釋的焦糖的pH調(diào)節(jié)至約pH 7.9。
使用具有截留分子量為約700的8英寸納濾螺旋膜元件的過濾單元(GEA型R試驗(Pilot)過濾單元)在約80°F的過濾溫度和約525psi的過濾壓力下對焦糖溶液進行滲濾。在滲濾期間，焦糖溶液的pH保持在7.8±0.15d，并且進料罐中的水的水平保持在恒定水平。
將滲透物引導至具有兩個8英寸RO元件的反滲透(RO)單元(過濾工程試驗(Filtration Engineering Pilot))的平衡罐中。RO單元的滲透物通量與最初在約18升/小時/m2下的過濾單元匹配。
進入滲濾一小時后，將過濾單元切換至約33升/小時/m2的恒定通量模式。RO單元的滲透物通量然后與在約33升/小時/m2下的過濾單元匹配。滲濾繼續(xù)另外的六小時。
將進料罐中的滲余物濃縮至約0.35的著色力(TP)。用75％磷酸(食品級)將濃縮的滲余物的pH調(diào)節(jié)至約pH 3。將濃縮的滲余物收集并儲存在冷藏條件下或進一步噴霧干燥至焦糖粉末用于長期儲存。
具有約0.35的TP的濃縮的滲余物具有0.8ppm的4-MeI含量。
實例7：低4-MeI雙濃度焦糖的加工
將低4-MeI雙濃度焦糖(115kg)和經(jīng)處理的工藝用水(110kg)在進料罐中混合。使用25％NaOH溶液(食品級)將所得稀釋的焦糖的pH調(diào)節(jié)至約pH 7.9。
使用具有截留分子量為約600至800的8英寸納濾螺旋膜元件的過濾單元(GEA型R試驗過濾單元)在約80°F的過濾溫度和約525psi的過濾壓力下對焦糖溶液進行滲濾。在滲濾期間，焦糖溶液的pH保持在7.8±0.15d，并且進料罐中的水的水平保持在恒定水平。
將滲透物引導至具有兩個8英寸RO元件的反滲透(RO)單元(過濾工程試驗)的平衡罐。RO單元的滲透物通量與最初在約18升/小時/m2下的過濾單元匹配。
進入滲濾一小時后，將過濾單元切換至約27升/小時/m2的恒定通量模式。RO單元的滲透物通量然后與在約27升/小時/m2下的過濾單元匹配。滲濾繼續(xù)額外的六小時。
將進料罐中的滲余物濃縮至約0.35的著色力(TP)。用75％磷酸(食品級)將濃縮的滲余物的pH調(diào)節(jié)至約pH 3。將濃縮的滲余物收集并儲存在冷藏條件下或進一步噴霧干燥至焦糖粉末用于長期儲存
具有約0.35的TP的濃縮的滲余物具有0.09ppm的4-MeI含量。