焦糖色素

焦糖色素亦稱焦糖，英文Caramel。焦糖色素是一種在食品工業中應用范圍十分廣泛的天然著色劑，是食品添加劑的重要一員。

根據美國食品用化學品法典中的定義，焦糖色素通常是一種復雜的混合型化合物，其中有些是以膠體聚集體形式存在，可通過加熱碳水化合物單獨制成或者在食用的酸、堿、鹽參與下合成。焦糖色素通常為棕黑色至黑色的液體或固體，有一種燒焦的糖的氣味，并有某種苦味。其原料多為果糖、葡萄糖、轉化糖、蔗糖和淀粉的水解產物或部分水解的產物[1] 。

焦糖色素常被用在制作甜點上，它可以為糕點和甜點提供一種填補糖果或巧克力的風味，或加于冰激凌和蛋奶凍上。或作為食物黑色素，如可樂之類的飲料使用焦糖著色，而且它也被用作食品著色劑，它也是威士忌行業唯一允許使用的添加劑。焦糖色素可溶于水。

焦糖色素廣泛用于醬油、食醋、料酒、醬鹵、腌制制品 、烘制食品、糖果、藥品、碳酸飲料及非碳酸飲料等，并能有效提高產品品質。適用于醬油、醋、料酒、醬鹵、腌制制品中用量:添加量2—5%。

焦糖色亦稱焦糖，俗稱醬色，英文Caramel，德文稱為“卡拉麥幾乳考”（karamelxucker)，法文稱為“蘇克力、卡拉麥列西”（sucrecaramelise)。焦糖是一種在食品中應用范圍十分廣泛的天然著色劑、是食品添加劑中的重要一員。60年代，由于其環化物四-甲基咪唑的問題，曾一度被懷疑對人體有害而被各國政府禁用。后經科學家們的多年努力研究，證明它是無害的，聯合國糧食與農業組織（FAO），聯合國世界衛生組織（WHO），國際食品添加劑聯合專家委員會（JECFA），均已確認焦糖是安全的，但對其四-甲基咪唑作了限量的規定。由此，世界各國的焦糖工業加速了發展。據文獻介紹、英、法、德各國年產量均在1.1萬噸以上，美國年產量在10萬噸以上，而中國的年產量卻未見有統計數字，筆者估計約有12~15萬噸。中國的焦糖工業是非常落后，絕大部分產量是由作坊式的手工方法生產的，能夠用比較科學的方法生產的廠家寥寥無幾，而且僅能生產單一的在醬油中應用的耐鹽焦糖，品質較差，衛生指標也很差。幾年前還不能生產在可樂型飲料中應用的耐酸焦糖，需高價進口，至今也沒有正式生產固體焦糖的廠家。所以， 中國的焦糖工業亟待有志者去開發研究。

焦糖的制造并不是什么新鮮的事，它是一種褐變反應（Browning Reaction)。褐變反應是我們日常生活與食品加工及烹調中經常碰到的現象，可至今為止，科學技術尚不能確切的解釋焦糖反應的機理，焦糖的結構組成也尚未被認識。一個幾乎畢生在實驗室中從事焦糖研究的英國化學家Brache感嘆地說：“焦糖不僅具有復雜性，而且也無法預測，只有在最大限度內將原料、制備技術、時間、溫度等加以控制，才能保證高質量產品的可重復性……”。可見，焦糖的生產技術是困難的，在國外也被視為高科技產品，其生產工藝被嚴格保密。美國可口可樂之所以能風行全世界一個世紀，國際市場占有率獨占鰲頭，與它擁有耐酸焦糖技術是分不開的。

焦糖色素為深褐色的黑色液體或固體，有特殊的甜香氣和愉快的焦苦味。易溶于水，不溶于通常的有機溶劑及油脂。水溶液呈紅棕色，透明無混濁或沉淀。對光和熱穩定。具有膠體特性，有等電點。其pH依制造方法不同而異，通常在3~4.5 。

焦糖色素作為一種著色劑，最重要的指標是色率強度（EBC單位），中國規定EBC與0.1%焦糖溶液（W/V）采用分光光度計在610nm的波長下通過1cm的比色皿所測定的光吸收值成正比，光吸收值（A）越大，色澤越深，EBC=（A× 20000）/0.076。焦糖色素的色率強度雖然重要，但它的色調也十分重要，色調指數是焦糖色素色調及其紅色度特征的重要量度。

焦糖色素具有膠體性質，均帶有小小的電荷，可以是正電荷，可以是負電荷，視生產方法及所用食品的pH而定。在選用時必須注意，否則將會對使用的效果有影響，如在可樂飲料中使用的耐酸性膠體色素要帶負電荷，等電點小于1.5，而在醬油、黃酒中就用帶正電荷的焦糖色素。從微生物學觀點來講，焦糖色素是很穩定的產品，因細菌不能在焦糖色素中生存，所以保質期規定為12 個月。

焦糖色素的pH值在應用中是很重要的指標，焦糖的pH值因種類不同而異。如果焦糖的pH > 5.0，則容易污染微生物，如果pH 值< 2.5，則在短時間就會樹脂化，pH越低，這種變化越快。耐酸焦糖，其pH應為2.8～3.3，平均為2.9～3.0，這種焦糖多用于飲料工業。等點電在4.5～5.0 的焦糖加入啤酒及醬油中，由于不改變介質的pH，且與溶液的帶電性相一致，所以溶解度增大。焦糖的pH一般是由加工的原料工藝決定的，可以根據不同需要加以調節。

工廠都著力于降低焦糖的粘度，從而擴大其使用范圍。有些焦糖色素其固形物含量及比重和其他焦糖一樣，但粘度低，流動性大，穩定性好，著色均勻，而被用于焙烤業中。焙烤所用的焦糖主要要求其流動性良好，易與面粉混和均勻，并不要求色率過高，所以在加工時，一定要根據其用途決定生產工藝。有資料顯示，焦糖隨加熱時間的延長，色率加大，但高溫易使大分子物質聚合，粘度增大，流動性變小。

以砂糖為原料制得的醬色，對酸、鹽的穩定性好，紅色色度高，著色力低。以淀粉或葡萄糖為原料者，在生產醬色時可采用酸、堿或鹽類做催化劑，凡以堿作催化劑制得的產品耐堿性強，紅色色度高，對酸和鹽不穩定；而用酸做催化劑制得者，對酸和鹽穩定，紅色色度高，但著色力低 。

如上所述，現代科學技術雖還未能徹底認識焦糖反應的機理，但對非酶褐變反應的前期機理及反應生成物卻已有了明確的認識。一般認為，焦糖反應有兩種類型：一類是在有胺伴隨下的美德拉反應，即由葡萄糖+NH3-R生成雪夫氏堿（Sehiffsbase)，進一步加熱生成N-取代葡基胺（N-substitutedqlycosylanine).另一類是純焦糖化反應（單純地加熱葡萄糖的焦化反應），即在相當高的高溫下（大約200℃）使碳水化合物產生醛類，然后縮合成染色成份。兩類反應都能產生醛類和二羰基化合物，但美拉德反應滲入含氨成份，此反應機制可粗略地歸納為3步：

第1步：啟動反應。A、糖-氨結合；B、阿馬都利（Amadori)分子重排反應。

第2步：降解反應產生具有強紫外光吸收的無色物，釋放二氧化碳。C、糖脫水。D、環開裂。

第3步：縮合反應形成高分子量的強染色成份。E、醛醇縮合；F、醛-氨聚合和含氨雜環化合物的形成。

根據上述原理，現代焦糖色的制造方法大致有以下幾種：

即開口鍋生產的方法。一般是用一只熱交換器上面載1個開口的分離器，在常壓下將糖料加熱到一定溫度，加入氨水，繼續加熱到終點。國內絕大多數生產廠采用的是類似此種方法。但常壓法的溫度難控制，質量不穩定，粘度大，應用不方便，大規模工業生產不宜采用此法。但國外某些品種也有采用此法的。

此法系將糖料置于具有攪拌器的反應鍋內，以蒸汽加熱（亦有以油浴加熱）到一定溫度后加入不同的技術助劑，保溫一定時間，達到終點后，出料過濾并迅速冷卻到38℃ 以下包裝。不同的技術助劑，不同的溫度，不同的保溫時間，不同的PH值，可以得到迥然不同的產品，這些工藝參數是被高度保密的技術。國外的許多高質量焦糖都是用加壓法生產的，國內開始學習此法，但真正能大批量生產的單位還不多，尤其是不能保持產品的一致性和高質量。

此法系將糖料喂入具有螺旋桿的擠壓機，經數分鐘的高溫后被噴出并磨碎，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。據筆者所知，國內幾乎沒有這種技術，而國外這方面的技術資料也極難得到。筆者與數友人致力于這種工藝的研究已數年，才初見端倪，不久可望投入試驗。國內有少數單位用噴霧干燥或真空烘干法少量生產固體焦糖，其工藝不夠成熟，產品質量、包裝方面存在不少問題，因此國內的固體焦糖未形成生產能力。

按照焦糖色素生產中使用添加劑的不同，可以將其分為以下四類：普通焦糖，用DE值70以上的葡萄糖漿，在160℃左右的溫度下，添加1%（干基）的氫氧化鈉作催化劑；堿性亞硫酸鹽焦糖，用亞硫酸鹽作催化劑，催化劑的用量較高，我國不允許使用；氨法焦糖，它是我國目前生產量最大的一類焦糖，用氫氧化胺作催化劑；亞硫酸銨法，它是用亞硫酸（氫）銨催化產生的耐酸焦糖色素  。

普通焦糖生產過程中不使用氨或亞硫酸的化合物。二乙胺乙基纖維素結合的色素不大于50%，且磷酸纖維素結合的色素不大于50%。

苛性亞硫酸鹽焦糖生產過程中使用亞硫酸的化合物，且不用氨的化合物。二乙胺乙基纖維素結合的色素大于50%，且吸收比大于50。

氨法焦糖生產過程中使用氨的化合物，且不使用亞硫酸的化合物。二乙胺乙基纖維素結合的色素不大于50%，且磷酸纖維素結合的是大于50%。

也稱為耐酸焦糖，帶強負電荷，在酸中穩定，主要應用于飲料中作為著色劑。在生產過程中使用氨的化合物，且使用亞硫酸的化合物。此類焦糖在美國市場用量較大。

根據我國《食品添加劑使用衛生標準》（GB2760-1996）中規定：不加銨鹽和加銨鹽生產焦糖色素均可用于罐頭、糖果、飲料、冰淇淋、醬油、醋、冰棍、雪糕和餅干，并按正常生產需要添加。亞硫酸銨法焦糖可按正常生產需要用于黃酒、葡萄酒中。

軟飲料是世界上焦糖色素用量最大的領域，采用原濃度焦糖色素，一般每3L飲料用4g以下的焦糖色素，應用于可樂飲料，用量加倍。由于它在每公升的飲料中只會增加1cal熱量，因此在減肥飲料加工中成為首選的色素。此外，還有一種用于根啤酒（一種以黃樟油、冬青油為香料的無醇飲料）的焦糖色素，有助于形成頂層泡沫和誘人的紅色。在碳酸飲料中，焦糖色素可作為乳化劑，并阻止芳香物質分離出來。

焦糖色素可應用于啤酒、威士忌、葡萄酒、老姆酒和利口酒中，最常用的是那些能夠在高酒度乙醇中仍然穩定的品種。在乙醇飲料中應用需要考慮的是所選用焦糖色素的電荷。啤酒含有帶陽電荷的蛋白質，若加入帶陰電荷的焦糖色素，就會聚集成較大粒子，形成沉淀，產生混濁。

醬油可以用高達15%的鹽進行防腐，故需要穩定的焦糖色素使醬油產品具有自然發酵色澤。焦糖色素也可用來增加焙烤食品外觀的吸引力。可選用原濃度或倍濃度的液體和粉末狀焦糖色素來彌補特制面包、“表面裝飾”蛋糕和曲奇餅精制配料的不充足和不均勻的著色力。帶陽電荷的焦糖色素，能在麥芽醋中穩定地發揮作用；而在蘋果醋、蒸餾醋的生產中，其表現則不穩定。

國際上通常把焦糖色按其功用分為四類，見附表。

附表 焦糖的分類

上述分類是基于這樣的一種情況，即沒有一種焦糖能同時適用于所有的應用領域，因此國外的焦糖品種有幾十個，甚至還有風味焦糖，即加入某種氨基酸使焦糖帶有某一種特有氣味。

中國過去只生產一種焦糖色，即在釀造工業中應用的耐鹽焦糖，相當于國際上的Ⅲ類焦糖，國家標準GB8817-88。近幾年才陸續有少數廠家能生產在可樂型飲料中應用的耐酸焦糖。上海汽水廠在生產的幸福可樂，不對外銷售，但耐酸性不夠高。之后，浙江永嘉葡萄糖廠、河南開封中藥廠、浙江瑞安食品添加劑廠、上海師大化工廠、上海科大化工廠等也相繼研制出耐酸性較高的耐酸焦糖，以上均只是單倍色率的。重慶市渝龍食品飲料有限公司于1989年引進國外技術設備，研制出雙倍耐酸焦糖色，其質量接近國外先進產品，至此，我國的焦糖工業可謂前進了一步。但令人遺憾的是，大量應用于醬油、酒、醋中的焦糖，情況沒有改觀，大充塞市場的是個體戶以蔗糖蜜生產的焦糖，其色率低、易沉淀，色調難看，焦糊氣味嚴重、衛生條件差，然而其價格低，經銷手段靈活，國營集體工廠反而競爭不過，市場仍以個體產品為主，因此大大影響了我國醬油等產品質量的提高。由于改革開放，人民生活水平提高較快，人民對食品品位的要求日益提高，醬油、醋等調味品歷來是以散舀為主，大部分要求裝瓶出售，色調要求漂亮，沒有沉淀物，色率要高，添加量要少，特別是那些出口產品的廠家，經常在報紙雜志上呼吁生產高質量焦糖。湖南的醬油、山西的醋、浙江的老酒均需要有專用的、質量上乘的焦糖配套。冷食制品、巧克力餅干、雪茄煙等所需質量比較好的固體焦糖，市場上也比較難購到。所以許多外國公司紛紛到中國來辦廠，國內焦糖工業如不力爭上去，市場難免被搶占。

雖然中國的焦糖生產技術落后，國外對焦糖技術封鎖比較嚴，但也不必花大量資金去進口，中國完全可能在現有的基礎上，通過刻苦的科學實驗，自力更生地發展我們自己的焦糖工業。那些唯利是圖、粗制濫造的個體焦糖戶，政府主管部門應通過法規去管理、引導其提高，而其中的絕大部分將會被淘汰。初具工廠規模的專業廠，應建立起科學化規模生產的格局，以質優價廉去占領市場，中國的焦糖市場是十分廣闊的。

20世紀60年代，由于其環化物4-甲基咪唑的問題，焦糖色素曾一度被懷疑對人體有害而被各國政府禁用。經科學家們的多年研究，證明它是無害的，聯合國糧農組織（FAO），世界衛生組織（WHO），國際食品添加劑聯合專家委員會（JECFA）均確認焦糖色素是安全的，但對4-甲基咪唑做了限量的規定。

科學界對焦糖色素的安全性研究相當充分。對第4類焦糖色素，國際食品添加劑專家委員會（JECFA）制定的安全標準是每天每公斤體重不超過200毫克。對于一個成年人來說，相當于每天10克以上。因為它只是色素，用量有限，所以在食品中也就用不著“限量”。中國的標準是“按需使用”，而美國給予了“GRAS（ Generally Recognized as Safe）”的分類，意為廠家正常使用即可。加拿大、歐盟也都把它作為很安全的食品色素。

作為副產物，4-甲基咪唑在焦糖色素中的含量跟具體的產品有關，歐盟規定不能超過250ppm （1ppm相當于每公斤中含有1毫克）。 針對4-甲基咪唑的安全性也有過不少研究。較早的研究中發現不良作用的劑量都比較大，遠遠高于食品中的可能的含量。“致癌”的擔憂來源于2007年的一項研究。

這是一項比較初步的動物實驗。它觀察到了高劑量的4-甲基咪唑對“某些種類”老鼠的致癌作用，但并不是每種老鼠都發生了癌變。它沒有提供致癌的機理，也無法推知在人體中的情況會如何。

美國消費者倡導組織公共利益科學中心（CSPI）2012年3月5日發布報告稱，在可口可樂和百事可樂的產品中發現焦糖色素中使用了一種名為4-甲基咪唑的化學物質，該物質是一種能夠誘發腫瘤的高水平的化學物質。該機構表示，已在2012年2月份向美國食品藥物管理局遞交了申請，要求該局禁止使用這種含有4-甲基咪唑的色素。

2012年3月6日，可口可樂回應稱，“CSPI很不負責任地在聲明中質疑我們飲料中所使用的焦糖色素的安全性，并挑起消費者對癌癥的擔憂。CSPI一直宣稱是服務于大眾的非政府組織，但此舉卻是對公眾的損害而非服務。研究表明，我們產品中使用的焦糖色素不會導致癌癥。微量的4-甲基咪唑存在于大量的食品和飲料中。事實上，通常烹飪過程中發生‘褐變反應’就會形成4-甲基咪唑。”

百事中國區相關負責人則引用了美國飲料協會的聲明稱：“沒有科學證據表明食品或飲料中存在的4-甲基咪唑對人類健康造成威脅。包括美國食品和藥品管理局、歐洲食品安全機構和加拿大衛生署在內的世界各國監管機構的研究證實，焦糖色素在食品和飲料中的使用是安全的 。”

美國食品藥物管理局發言人道格·卡拉斯2012年3月6日發表聲明表示，可樂是安全的，消費者每天飲用1000罐以上可樂后攝入的4-甲基咪唑，才與動物在實驗中攝入的足以與患癌產生關聯的量相當。