(一)食品用合成香料类型
食品用合成香料(Synthetic Flavor)采用天然原料或化工原料,通过化学合成制取的香料化合物。食品用合成香料的制备包括了对各种类型香料中主体物质(化合物)的合成。从化学结构上合成香料可按照其中的官能团和碳原子骨架进行分类。
1.按官能团分类
按官能团可分为烃类香料、醇类香料、酚类香料、醚类香料、醛类香料、酮类香料、缩羰基类香料、酸类香料、酯类香料、内酯类香料、腈类香料、硫醇香料、硫醚类香料等。
2.按碳原子骨架分类
按碳原子骨架可分为萜烯类(萜烯、萜醇、萜醛、萜酮、萜酯)、芳香族类(芳香族醇、醛、酮、酸、酯、内酯、酚、醚)、脂肪族类(脂肪族醇、醛、酮、酸、酯、内酯、酚、醚)、杂环和稠环类(呋喃类、噻吩类、吡咯类、噻唑类、吡啶类、吡嗪类、喹啉类)。
(二)食品用合成香料的制备
随着对食品用香料的需求量增大,仅仅使用天然香料已经不能满足需要,于是人们开始研究用有机合成的方法,生产物美、价廉、产量大的合成香料。随着科学技术水平不断提高,生产工艺逐步完善,合成香料品种迅速增加。据统计,20世纪50年代合成香料约有300个品种,60年代约为750个,70年代达到3100个,目前世界上合成的香料已超过5000个品种,能够用于食品的有近3000多种。由于食品合成香料的种类繁多,制备方法各不相同,在此仅对制备中的工艺特点及主要产品品种做以简单介绍。
1.食品用合成香料的工艺特点
食品用合成香料的生产按其生产性质属于精细有机合成工业,但食品用合成香料工业也有其本身的特点。
(1)食品用合成香料具有品种多、消费量少的特点。因此,在生产上大多采用生产规模小的间歇式生产方式。
(2)有些食品用合成香料对温度、光或空气是不稳定的。因此,在工艺选择、生产设备、包装方法和贮存运输等方面,应给与足够的重视。
(3)生产食品用合成香料所用的化工原料种类多,其性质各不相同,而且食品用合成香料本身又大多具有挥发性,因此,要特别注意安全生产和环境保护等问题。
(4)食品用合成香料与人们的日常生活和身体健康息息相关。其产品质量必须严格检验,要有安全卫生管理制度和必要的检测设备,必要时还应做毒理检验。
2.主要食品用合成香料品种
食品用合成香料是利用有机合成方法制备的香料,其品种已近3000种。食品用合成香料是食品添加剂中数量最多、作用最突出、最重要的组成部分。
大多数食品用香料化合物除了含有C、H两种元素外,还含有一定比例的O、S、N三种元素。以下按其中的官能团分类,选择典型香料介绍。
(1)醇类香料 在香料工业中占有重要地位,其品种约占合成香料总数的五分之一。醇类化合物存在于自然界中。例如乙醇、丙醇、丁醇,在酒、酱油、食醋、面包中均有存在;苯乙醇是玫瑰、橙花、依兰的主要香成分之一;萜醇在自然界中存在更为广泛,例如在玫瑰油中,香叶醇含量约为14%,橙花醇约为7%,芳樟醇约为1.4%,金合欢醇约为1.2%。如苯乙醇,系统命名:2-苯基乙醇,分子式C8H10O,相对分子质量122.17。结构式见图9-10。
图9-10 苯乙醇
①理化性质:苯乙醇为无色液体,具有类似玫瑰香气。微溶于水,溶于乙醇等有机溶剂中。沸点220~223℃,相对密度,折射率。在玫瑰油、依兰油、香叶油、橙花油、茶叶、烟草中均有存在。
②制备方法:以苯乙烯为原料制取。
③应用及使用参考量:软饮料1mg/kg;糖果12mg/kg;烘烤食品16mg/kg;口香糖20~80mg/kg。
(2)酚类香料 广泛存在于自然界中,例如丁香酚存在于丁香油(含80%左右)、月桂叶(含80%左右);百里香酚存在于百里香油(含50%左右),在酒类、烟熏肉类等食品中常有酚类化合物。如乙基麦芽酚,系统命名:3-羟基-2-乙基-4-吡喃酮,分子式C7H8O3,相对分子质量140.14,结构式见图9-11。
图9-11 乙基麦芽酚
①理化性质:白色结晶,具有甜蜜的焦糖香,香势比麦芽酚强4~6倍。微溶于水,溶于乙醇等有机溶剂中。熔点89~93℃,因室温下有较大的挥发性,宜密闭贮存。尚未发现天然存在,为人造香料。
②制备方法:以曲酸和氯化苄为原料,经五步反应制取。(www.xing528.com)
③应用及使用参考量:乙基麦芽酚为非天然等同香料,与麦芽酚的用途基本相同。乙基麦芽酚在食品中的使用参考量:软饮料3mg/kg;糖果10mg/kg;冰制品5mg/kg;口香糖10mg/kg;调味料5mg/kg。
(3)醛类香料 约占合成香料总数的1/10。由于醛类香料容易氧化聚合,使其应用受到限制。如香兰素,系统命名:3-甲氧基-4-羟基苯甲醛,分子式C8H8O3,相对分子质量152.15,结构式见图9-12。
图9-12 香兰素
①理化性质:白色至微黄色针状结晶,具有香荚兰豆的香气。微溶于水,溶于乙醇等有机溶剂中。由于香兰素既有醛基又有羟基,因此化学性质不太稳定,在空气中容易氧化为香兰酸,在碱性介质中容易变色,所以在贮存和应用时应加以注意。熔点81~83℃,沸点284~285℃,在常压蒸馏时,部分分解生成儿茶酚。是香荚兰的主要香成分。在香茅油、丁香油、橡苔、马铃薯、安息香脂、秘鲁香脂、苏合香脂、吐鲁香脂中均有存在。
②制备方法:以黄樟油素为原料制取。
③应用及使用参考量:香兰素广泛应用在食品、酒中,在香子兰、巧克力、太妃等香精中是必不可少的香料。香兰素的使用参考量:软饮料63mg/kg;糖果200mg/kg;口香糖270mg/kg;糖浆330mg/kg;烘烤食品200mg/kg;调味品150mg/kg。按我国婴幼儿配方食品和谷类食品中香料使用规定,香兰素在较大婴儿和幼儿配方食品中最大使用量为5mg/100mL;在婴幼儿谷类食品中最大使用量为每7mg/100g。
(4)酮类香料 在香料工业中占有重要地位。许多萜酮和脂环酮类化合物是天然香料的主要香成分,一些大环酮类化合物是动物性天然香料的主要香成分,许多食品的香成分中都含有酮类化合物,如苹果、香蕉、桃、黄瓜等。酮类香料由于其良好的香气和化学稳定性,在调香中得到了广泛的应用。如丁二酮,俗名二乙酰,分子式C4H6O2,相对分子质量86.09,结构式见图9-13。
图9-13 丁二酮
①理化性质:丁二酮为黄色至浅绿色液体。稀释时具有奶油香味。与水1:4混溶,溶于乙醇等有机溶剂中。沸点87~88℃,相对密度,折射率nD201.393~1.395,凝固点-3~-4℃。存在于当归、薰衣草、肉豆蔻、香茅、香叶、丁香、木兰等精油中,在覆盆子、草莓、苹果、番茄、葡萄酒、食醋中也有检出。
②制备方法:以甲基乙基酮为原料,经亚硝反应制取。
③应用及使用参考量:丁二酮主要用途是配制奶油、干酪、巧克力、可可、蜂蜜、酒香、烟香等的食品香精,在食品中的使用参考量:糖果21mg/kg;口香糖35mg/kg;果冻10mg/kg;烘烤食品44mg/kg。
(5)缩羰基类香料 包括缩醛和缩酮两大类,是最近二三十年发展起来的新型香料化合物。此类香料大部分化合物未发现天然存在,多数为人造香料。由于它们的化学稳定性强、香气好,目前使用已经很普遍。如乙醛二乙缩醛,系统命名:1,1-二乙氧基乙烷,分子式C6H14O2,相对分子质量118.18,结构式见图9-14。
图9-14 乙醛二乙缩醛
①理化性质:乙醛二乙缩醛为无色液体,具有令人愉快的坚果香气。微溶于水,溶于乙醇等有机溶剂中。容易燃烧,长期放置易变质。沸点97~112℃,相对密度,折射率nD201.3805。存在于发酵酒中。
②制备方法:以乙醛和乙醇为原料,在氯化钙存在下,经缩合反应制取。
③应用及使用参考量:乙醛二乙缩醛在食品中的使用参考量:软饮料7.3mg/kg;糖果39mg/kg;冰制品52mg/kg;烘烤食品60mg/kg。
(6)酯类香料 在香料工业中占有特别重要的地位,其中大多具有花香、果香、酒香或蜜香香气,是鲜花、水果、酒等香成分的重要组成部分。酯类香料品种约占香料总数的1/5,在食品香精中都是不可缺少的。如己酸烯丙酯,俗名凤梨醛、菠萝醛、十九醛,分子式C9H16O2,相对分子质量156.23,结构式见图9-15。
图9-15 己酸烯丙酯
①理化性质:己酸烯丙酯为无色至浅黄色液体,具有类似菠萝水果香气。不溶于水,溶于乙醇等有机溶剂中。沸点185~187℃,相对密度,折射率。为人造香料。
②制备方法:由正己酸和烯丙醇在浓硫酸存在下进行酯化反应制取。
③应用及使用参考量:凤梨醛主要用途是配制菠萝、苹果、草莓、杏子、桃子、甜橙等香型的食品用香精,在食品中的使用参考量:软饮料7mg/kg;糖果32mg/kg;口香糖210mg/kg;果冻22mg/kg;冰制品1mg/kg;烘烤食品25mg/kg。
(7)含硫香料 主要用于食品香精。含硫香料阈值都很低,香势很强,纯品一般具有令人厌恶的气味,极度稀释后则香气诱人,广泛存在于各种肉类、蔬菜等食品中。含硫香料在最终加香食品中的用量一般为10-6数量级,甚至更低。如1,6-己二硫醇,系统命名:1,6-二巯基己烷,分子式:C6H14S2,相对分子质量:150.31。结构式HS(CH2)6SH。
①理化性质:无色液体,具有鸡肉特征香味。不溶于水,溶于乙醇等有机溶剂。沸点为118~119℃/2kPa,相对密度为0.983,折射率为1.5110。
②制备方法:1,6-己二醇与三溴化磷反应制取1,6-二溴己烷,后者与硫脲反应,产物经氢氧化钠水溶液水解制取。
③应用及使用参考量:微量存在于鸡肉、清炖牛肉香成分中。主要用于食用肉味香精,在鸡肉香精中使用能增加产品的特征鸡肉香味。
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