焦糖色素（食品添加剂）
焦糖色素是一种在食品工业中应用范围最广，应用数量最大的食品添加剂。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。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。
中文名焦糖色素
Caramel pigment
食用色素
定义
焦糖色素是人类使用历史最悠久的食用色素之一焦糖色素亦称焦糖，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。
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。
研究历史
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。[1]
焦糖色的安全性一直是备受争议的，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，使用时需遵循良好操作规范，但对其副产物4-甲基咪唑做了具体限量的规定。4-甲基咪唑对动物有致癌性，对人类作用还未有定论。[2]
理化性质
2001年8月6日，中国国家质量监督检验检疫局发布了焦糖色素的新国际（GB 8817-2001），于2002年2月1日正式实施。其理化指标见表格图片。
色率与色调
焦糖色素理化性质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。
电荷
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。
pH值
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。
粘度
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。
特点
色率高，着色能力强，体现发酵酱油特有的红褐色，红润、亮丽。粘度适中，溶解性好，耐盐度高，品质稳定。
分类
普通焦糖
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
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
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%。
亚硫酸铵法焦糖
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。
生产原理
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，与她拥有耐酸焦糖技术是分不开的。
制备方法
液体焦糖色素是在严格控制反应压力、温度和pH值的条件下生产的，可以在常压下，也可以在加压下进行，这主要根据最终产品的用途来决定采用何种工艺。液体焦糖色素经过调配后，通过喷雾干燥或真空干燥可生产粉末焦糖色素。
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）的氢氧化钠为催化剂，可制造出普通焦糖。它的色率较低，色率强度（EBC）2万左右，但红色指数可达6以上，氮硫含量均较低，在75％的酒精中也能稳定，可用于在蒸馏酒中作着色剂。
苛性亚硫酸盐焦糖
苛性亚硫酸盐焦糖的制造方法与普通焦糖相似，但必须用亚硫酸盐作催化剂，催化剂的用量较高，亦能在酒精中稳定。
氨法焦糖
氨法焦糖生产方法基本可分为开口式常压法及密闭式加压法。催化剂用氢氧化胺。生产原料可用结晶葡萄糖之母液、蔗糖糖蜜、碎米等。此类焦糖主要用于酱油着色。带正电荷，在酱油、啤酒中稳定，若生产方法适当，亦可能在醋、红酒中稳定。
亚硫酸铵法焦糖
其制造方法必须用亚硫酸铵为催化剂，在酸性条件下催化而成。
主要用途
焦糖色素是一种应用范围最广，应用数量最大的食品添加剂，一般来说，它可应用于酱油、醋、啤酒、黄酒、酱菜、豆制品、罐头、饼干、糖果、方便面、汤料、焙烤食品、烤烟及止咳糖浆等方面。
软饮料
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。
乙醇饮料
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。
其他
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。
安全性
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。
相关政策
世界卫生组织与联合国粮农组织食品添加剂专家委员会为苛性亚硫酸盐焦糖、氨法焦糖、亚硫酸铵焦糖设定的摄入量值为160mg/kg bw/ day，普通焦糖则不包括在内。
2011年3月9日，欧洲食品安全局经过风险评估，设定的焦糖色素摄入量为300mg/kg bw/day，为氨法焦糖设定了一个更为严格的限制，即100mg/kg bw/day。
中国2001年发布新标准GB 8817-2001代替GB 8817-1998标准。
相关事件
可乐中含有焦糖色素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。
美国可口可乐公司2012年3月8日宣布，将降低所生产可乐中的4-甲基咪唑水平。可口可乐公司发言人本·沙伊德勒表示，可口可乐公司并非要改变可乐产品的配方，而是要求焦糖供应商对生产过程做出必要改变，以符合加利福尼亚州的相关法律要求。
参考资料1.焦糖色素·紫鑫
2.焦糖色中4-甲基咪唑的安全性辨析·食品资讯中心
