专利名称：利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法
技术领域：
本发明涉 及食品加工领域中的美拉德反应，特别涉及利用喷雾干燥技术加速美拉德反应的方法。具体是采用喷雾干燥技术使还原糖或在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖或多糖与提供氨基的化合物之间发生美拉德反应，制备食品中所需焦糖色素原料的方法。
背景技术：
美拉德反应(Maillard reaction)又称羰氨反应(Amino -carbonyl reaction)， 是指含有半缩醛羟基的化合物(醛、还原糖)与含有氨基的化合物等经缩合、聚合反应生成高分子量聚合物——类黑素(Melanoidin)的反应。美拉德反应最早由法国著名的化学家 Maillard于1912年，用甘氨酸与葡萄糖的混合溶液加热时发现。如今美拉德反应已成为食品加工领域中制备香料及色素的主要手段和重要理论依据。如中国发明专利CN101317648 公布了一种鸡脂原料的控制氧化——美拉德反应制备鸡肉香精的方法，以鸡脂为原料，在 110°C 120°C的温度下加热1 6小时制备鸡肉香精。中国发明专利CN1964636公布了美拉德香料制剂的制备方法，在含有α“羟基羧酸组分的连续液相中加热碳水化合物源和氮源的结合物，制备香味物质。中国发明专利CN1450122公布了氨基酸与葡萄糖美拉德反应生成类黑色素的方法，该方法加热葡萄糖与氨基酸混合溶液，在120 150°C条件下反应 2 3小时制备类黑色素。上述方法均采用很长的时间和反应后进一步蒸发、浓缩、过滤和粉碎或萃取的方法来得到美拉德产品；而且生产的过程不能连续和工艺条件不能均衡；这些因素的存在，在一定程度上不能保证色素的品质，而且生产过程中要消耗大量的能源和时间。喷雾干燥技术到现在已有一百多年的历史，早在1865年，就有人将喷雾干燥技术应用于蛋液的处理上；1888年，巴斯特(Bass Ler)第一次使喷雾干燥技术推广到商业化应用中；1929年，实践中发现喷雾干燥果汁时，可以保留饮料中的风味物质；20世纪20年代以后，喷雾干燥开始大量在乳制品工业和洗涤剂工业应用；20世纪30年代后，喷雾干燥技术在不同领域开始试应用，对物料性质及产品质量的研究开始重视。喷雾干燥机理是载热体流过干燥室时，使水分或溶剂蒸发而得到粉状的产品，在处理过程中料液经雾化后瞬间增大与热空气的接触表面积，加速了传热和传质的干燥过程；物料本身不承受高温，因为热风接触雾滴时大部分热量都用于水分的蒸发，对于热敏性物料能保证其产品质量；液态瞬间干燥成粉粒状产品，可减少蒸发、浓缩、过滤和粉碎等工序，缩短了生产流程。其应用前景吸引了业内人士的广泛关注。中国发明专利ZL 92114811. 9公布了在碳水化合物基质上喷雾干燥固定香料(香油精)的制备方法，中国发明专利ZL 03121098. 8公布了利用喷雾干燥法生产粉状脂肪香精的方法，其工艺是先将精炼脂肪在高温下氧化并与糖和氨基酸发生美拉德反应产生肉香味物质，然后将反应物与麦芽糊精、葡萄糖、乳化剂和水等混合均勻， 进行均质乳化，再喷雾干燥，其权利要求中喷雾干燥技术只作为一种干燥技术。中国专利ZL 200380105072. 2公布了一种通过喷雾干燥可得到的无尘色料组合物的方法。但上述这些专利技术都未涉及到采用在喷雾干燥设备中通过调控热风进口温度和混合物在喷雾干燥设备中停留时间来控制美拉德反应程度来制备焦糖色素。
发明内容
本发明的目的在于深度利用喷雾干燥技术，提供一种制备时间和流程短、反应过程连续化和品质易于控制、固形物含量高的连续制备粉末状焦糖色素的方法。本发明采用喷雾干燥技术使还原糖或在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖或多糖与提供氨基的化合物之间快速发生美拉德反应，在喷雾干燥设备反应后的美拉德反应物无需进一步蒸发、浓缩、过滤或萃取等工艺，实现制备时间和流程短、反应过程连续化和品质易于控制、固形物含量高和利于实现工业化制备等特点。本发明的目的通过下述技术方案实现 利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，包括如下步骤(1)将提供还原糖的原料与水按质量比1 2-1 30混合；所述提供还原糖的原料为还原糖，或者是在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖或多糖；(2)加入提供氨基的化合物，其加入的质量是提供还原糖的原料质量的0. 1-0. 5 倍；所述提供氨基的化合物为NH4C1、(NH4)2SO4, (NH4)2CO3、尿素、氨水、甘氨酸或苏氨酸；(3)将混合溶液泵入喷雾干燥设备进行美拉德反应；其中，喷雾干燥设备的热风进口温度为160-270°c ；通过控制进入干燥设备热风的流量、混合液泵入喷雾干燥设备的流量或选择喷雾干燥室与气固分离设备保温流道的长度，控制反应时间为3秒-60秒；(4)所得的美拉德反应产物经干燥，制备成粉末状的焦糖色素产品。为进一步实现本发明目标，所述还原糖优选为葡萄糖、果糖或半乳糖；所述能在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖优选蔗糖、乳糖或麦芽糖；所述能在酸性条件下水解为还原糖的多糖优选淀粉。所述的酸性条件是指pH值为1-4。所述的酸性条件是用食用级的柠檬酸、酒石酸、醋酸或草酸调配。所述提供氨基的化合物NH4Cl、(NH4)2SO4, (NH4) 2C03、尿素、氨水、甘氨酸或苏氨酸均为食用级。所述混合溶液泵入喷雾干燥设备是指采用蠕动泵或连续恒流泵将混合溶液泵入喷雾干燥设备中的雾化器。所述美拉德反应后所得产物的含水质量小于或等于2%。所述步骤(4)的干燥是指将经过喷雾干燥设备反应后的美拉德反应物通过振动流化床进行干燥。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果(1)制备焦糖色素的时间短；制备时间可少于60秒，显著短于传统水热法所需要的数小时的时间；(2)产品品质容易得到保证；确定热风进口温度和流量后，控制物料的流速可实现相对更为准确而恒定的反应温度和反应时间，反应过程连续而均衡；(3)固形物含量高和制备流程短；采用喷雾干燥技术可直接得到焦糖色素含水量质量百分比少于2%的粉状产品，无需反应后物料进一步蒸发、浓缩、过滤或萃取等工艺流程，利于实现工业化制备焦糖色素。
图1为喷雾干燥设备结构示意图。图中示出1_供料设备 2-空气压缩机 3-供热设备 4-雾化器 5-喷嘴 6_喷雾干燥室7-气固分离设备8-引风机。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。实施例中所用设备是上海雅程仪器设备有限公司YC-015型喷雾干燥机，在结构上有稍微改动，如图ι所示，喷雾干燥设备包括供料设备1、空气压缩机2、供热设备3、雾化器4、喷雾干燥室6和气固分离设备7。雾化器4设置在干燥室6的上端，供料设备1和空气压缩机2分别与雾化器4连接，雾化器4出口端设有喷嘴5与干燥室6相通，供热设备3 与干燥室6连接，干燥室6通过保温流道与气固分离设备7连接，气固分离设备7中的空气通过引风机8排出。喷雾干燥设备的热风温度进口检测位置位于供热设备3与干燥室6的连接处a，热风温度出口检测位置位于气固分离设备7与引风机8的连接处b，通过调节加热器和鼓风机的功率来调节喷雾干燥设备的进口温度。物料在通过喷雾干燥设备中选定的喷雾干燥室6与气固分离设备7之间保温流道的不同长度来控制美拉德反应过程所需的时间。供料设备1中通过调节蠕动泵或连续恒流泵的功率将不同料液量输送到雾化器4中， 通过配备的空气压缩机2让物料通过喷嘴5使物料液雾化进入干燥室5中；供热设备3是以空气为载热体调控鼓风机的功率提供在喷雾干燥室6中的物料干燥过程所需的热量和热空气流量。液雾化物料被干燥除去水分后形成粉粒状产品，在干燥室6干燥后的物料进入气固分离7，气固分离主要有干式分离或湿式分离。混合溶液泵入喷雾干燥设备是指供料设备1中蠕动泵或连续恒流泵将混合溶液泵入喷雾干燥设备中的喷雾干燥室。供热设备3实质是通过直接加热或间接换热来加热由鼓风机提供的空气，然后热空气进入喷雾干燥室6。气固分离设备7实质是通过干式分离或湿式分离将美拉德反应产物与空气分离，空气通过引风机8排出，美拉德反应产物沉降在气固分离设备7底部，然后进入振动流化床进一步干燥。美拉德反应时间的控制实质是喷雾干燥设备体积一定的条件下通过控制进入干燥设备热风的流量、混合液泵入喷雾干燥设备中喷雾干燥室的流量或选择喷雾干燥室与气固分离设备保温流道的长度来控制反应时间。实施例1 取葡萄糖样品1kg，加入2kg的蒸馏水振荡混合并充分溶解；然后加入 0. 5kgNH4Cl，得到葡萄糖与NH4Cl混合溶液，将该混合溶液用蠕动泵泵入喷雾干燥设备中的雾化器。喷雾反应条件如下热风进口温度为270°C;进入干燥设备热风的流量设定为lm3/ min ；混合液泵入喷雾干燥设备中的流量设定为30mL/min，喷雾干燥室与气固分离系统保温流道(直径为12cm)的长度为15cm，反应时间测得为3秒，出口温度检测为145°C。喷雾干燥反应处理后，经测得美拉德产品中含水量质量百分比为0. 4% ；所得反应物然后经流化振动干燥，即得粉末状的焦糖色素产品。将0. Olg焦糖色素产品溶于IOmL蒸馏水，在分光光度计eiOnm的波长和Icm厚的比色皿条件下测吸光值，其色率为1. 8万EBC (色率计算公式为色率=AX 20000/0. 076，单位EBC ；其中A为测得的吸光值，下面6个实施例所用计算色率公式与实施例1中计算公式相同)；经HPLC法分析测定葡萄糖反应率为55%。实施例2 取果糖样品1kg，加入6kg的蒸馏水振荡混合并充分溶解；然后加入 0. lkg(NH4)2S04，得到果糖与(NH4) 2S04混合溶液，将该混合溶液用蠕动泵泵入喷雾干燥设备中的雾化器。喷雾反应条件如下热风进口温度为250°C ；进入干燥设备热风的流量设为0. 3m3/min ；混合液泵入喷雾干燥设备中的流量设定为20mL/min，喷雾干燥室与气固分离系统保温流道(直径为12cm)的长度为lm，反应时间测得为10秒，出口温度测得为 135°C。喷雾干燥反应处理后，经测得美拉德产品中含水量质量百分比为0.6% ；所得反应物然后经流化振动干燥，即得粉末状的焦糖色素产品。将0. Olg焦糖色素产品溶于IOmL蒸馏水，在分光光度计610nm的波长和Icm厚的比色皿条件下测吸光值，其色率为2. 5万EBC ； 经HPLC法分析测定果糖反应率为74%。实施例3 取半乳糖样品1kg，加入30kg的蒸馏水振荡混合并充分溶解，然后加入0. 25kg尿素，得到半乳糖与尿素混合溶液，将该混合溶液用连续恒流泵泵入喷雾干燥设备中的雾化器。喷雾反应条件如下热风进口温度为230°C;进入干燥设备热风的流量设为0. 2m3/min ； 混合液泵入喷雾干燥设备中的流量设定为15mL/min，喷雾干燥室与气固分离系统保温流道 (直径为12cm)的长度为1. 5m,反应时间测得为25秒，出口温度测得为120°C。喷雾干燥反应处理后，经测得美拉德产品中含水量质量百分比为0. 8% ；所得反应物然后经流化振动干燥，即得粉末状的焦糖色素产品。将0. Olg焦糖色素产品溶于IOmL蒸馏水，在分光光度计 6IOnm的波长和Icm厚的比色皿条件下测吸光值，其色率为3. 3万EBC ；经HPLC法分析测定半乳糖反应率为77%。实施例4 取蔗糖样品1kg，加入20kg用柠檬酸调节pH值为1的水振荡混合并充分溶解，然后加入0. 2kg氨水，得到蔗糖酸水解产物与氨水混合溶液，将该混合溶液用连续恒流泵泵入喷雾干燥设备中的雾化器。喷雾反应条件如下热风进口温度为210°C;进入干燥设备热风的流量设为0. 15m3/min ；混合液泵入喷雾干燥设备中的流量设定为15mL/min，喷雾干燥室与气固分离系统保温流道(直径为12cm)的长度为2. 5m,反应时间测得为30秒，出口温度测得为110°C。喷雾干燥反应处理后，经测得美拉德产品中含水量质量百分比为1.0% ； 所得反应物然后经流化振动干燥，即得粉末状的焦糖色素产品。将0. Olg焦糖色素产品溶于IOmL蒸馏水，在分光光度计eiOnm的波长和Icm厚的比色皿条件下测吸光值，其色率为 3. 4万EBC ；经HPLC法分析测定蔗糖反应率为75%。实施例5 取样品Ikg乳糖，加入25kg用酒石酸调节pH值为2的水振荡混合并充分溶解，然后加入0. 3kg甘氨酸，得到乳糖酸水解产物与甘氨酸混合溶液，将该混合溶液用连续恒流泵泵入喷雾干燥设备中的雾化器。喷雾反应条件如下热风进口温度为190°C，进入干燥设备热风的流量设为0. 12m3/min ；混合液泵入喷雾干燥设备中的流量设定为15mL/min，喷雾干燥室与气固分离系统保温流道(直径为12cm)的长度为3m，反应时间测得为45秒，出口温度测得为95°C。喷雾干燥反应处理后，经测得美拉德产品中含水量质量百分比为1. 2%；所得反应物然后经流化振动干燥，即得粉末状的焦糖色素产品。将0. Olg焦糖色素产品溶于IOmL蒸馏水，在分光光度计eiOnm的波长和Icm厚的比色皿条件下测吸光值，其色率为 3. 3万EBC ；经HPLC法分析测定乳糖反应率为65%。实施例6 取淀粉样品1kg，加入15kg用醋酸调节pH值为3的水振荡混合并充分溶解，然后加入0. 4kg (NH4) 2C03，得到淀粉酸水解产物与(NH4) 2C03混合溶液，将该混合溶液用蠕动泵泵入喷雾干燥设备中的雾化器。喷雾反应条件如下热风进口温度为160°C ；进入干燥设备热风的流量设为0. Im3/min ；混合液泵入喷雾干燥设备中的流量设定为15mL/min，喷雾干燥室与气固分离系统保温流道(直径为12cm)的长度为3. 5m,反应时间测得为60秒， 出口温度测得为85°C。喷雾干燥反应处理后，经测得美拉德产品中含水量质量百分比为 1.5% ；所得反应物然后经流化振动干燥，即得粉末状的焦糖色素产品。将0. Olg焦糖色素产品溶于IOmL蒸馏水，在分光光度计eiOnm的波长和Icm厚的比色皿条件下测吸光值，其色率为2. 5万EBC ；经HPLC法分析测定淀粉反应率为55%。实施例7 取麦芽糖样品1kg，加入IOkg用草酸调节pH值为4的水振荡混合并充分溶解，然后加入0. 35kg苏氨酸，得到麦芽糖酸水解产物与苏氨酸混合溶液，将该混合溶液用蠕动泵泵入喷雾干燥设备中的雾化器。喷雾反应条件如下热风进口温度为210°C;进入干燥设备热风的流量设为0. 2m3/min ；混合液泵入喷雾干燥设备中的流量设定为20mL/min，喷雾干燥室与气固分离系统保温流道(直径为12cm)的长度为lm，反应时间测得为15秒，出口温度测得为105°C。喷雾干燥反应处理后，经测得美拉德产品中含水量质量百分比为1.9% ； 所得反应物然后经流化振动干燥，即得粉末状的焦糖色素产品。将0. Olg焦糖色素产品溶于IOmL蒸馏水，在分光光度计eiOnm的波长和Icm厚的比色皿条件下测吸光值，其色率为 3. O万EBC ；经HPLC法分析测定麦芽糖反应率为62%。从以上实施例可以看出，采用喷雾干燥技术选择还原糖或在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖或多糖与提供氨基化合之间发生美拉德反应，能够制备饮料食品中的焦糖色
ο本发明采用喷雾干燥技术的美拉德反应，制备时间少于60秒，显著短于传统水热法所需要的数小时的反应时间；本发明确定热风进口温度和流量后，控制物料的流速可实现相对更为准确而恒定的反应温度和反应时间，从而使反应过程连续和均衡，产品品质得到保证。本发明采用喷雾干燥技术可直接得到含水量很少的固态的呈色的美拉德反应物， 无需反应后物料进一步蒸发、浓缩、过滤和粉碎或萃取等工艺，制备流程短利于实现工业化制焦糖色素。
权利要求
1.利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于包括如下步骤(1)将提供还原糖的原料与水按质量比1 2-1 30混合；所述提供还原糖的原料为还原糖，或者是在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖或多糖；(2)加入提供氨基的化合物，其加入的质量是提供还原糖的原料质量的0.1-0. 5倍；所述提供氨基的化合物为NH4Cl、(NH4)2SO4, (NH4)2CO3、尿素、氨水、甘氨酸或苏氨酸；(3)将混合溶液泵入喷雾干燥设备进行美拉德反应；其中，喷雾干燥设备的热风进口温度为160-270°C ；通过控制进入干燥设备热风的流量、混合液泵入喷雾干燥设备的流量或选择喷雾干燥室与气固分离设备保温流道的长度，控制反应时间为3秒-60秒；(4)所得的美拉德反应产物经干燥，制备成粉末状的焦糖色素产品。
2.根据权利要求1所述的利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于所述还原糖为葡萄糖、果糖或半乳糖；所述能在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖为蔗糖、乳糖或麦芽糖；所述能在酸性条件下水解为还原糖的多糖为淀粉。
3.根据权利要求1所述的利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于所述的酸性条件是指PH值为1-4。
4.根据权利要求3所述的利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于所述的酸性条件是用食用级的柠檬酸、酒石酸、醋酸或草酸调配。
5.根据权利要求1所述的利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于所述提供氨基的化合物NH4Cl、(NH4)2SO4, (NH4)2CO3、尿素、氨水、甘氨酸或苏氨酸均为食用级。
6.根据权利要求1所述的利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于所述混合溶液泵入喷雾干燥设备是指采用蠕动泵或连续恒流泵将混合溶液泵入喷雾干燥设备中的雾化器。
7.根据权利要求1所述的利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于美拉德反应后所得产物的含水质量小于或等于2%。
8.根据权利要求1所述的利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，其特征在于所述步骤(4)的干燥是指将经过喷雾干燥设备反应后的美拉德反应物通过振动流化床进行干燥。
全文摘要
本发明公开了利用喷雾干燥技术快速连续制备粉末状焦糖色素的方法，属食品加工技术领域。本发明采用喷雾干燥技术使还原糖或在酸性条件下水解为还原糖的低聚糖或多糖与提供氨基的化合物之间发生美拉德反应，制备粉末状焦糖色素。喷雾干燥反应条件如下(1)喷雾干燥设备的热风进口温度为160-270℃；(2)通过控制进入喷雾干燥设备热风的流量、混合液泵入喷雾干燥设备的流量或选择喷雾干燥室与气固分离系统保温流道的长度，控制反应时间为3秒-60秒。本发明具有制备食品焦糖色素所需时间和流程短、反应过程连续化和品质易于控制、固形物含量高和利于实现工业化制备等特点。
文档编号C09B67/06GK102344696SQ20111022000
公开日2012年2月8日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者于淑娟, 何树珍, 张平军, 胡彪, 黄凯 申请人:华南理工大学