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焦糖色素是食品工业中广泛使用的食品添加剂，主要用于各类食品的着色，其中氨法焦糖色素主要用于酿造食品中。然而由于在其生产过程中会产生致惊厥的4-甲基咪唑，焦糖色素的食用安全性备受质疑。因此，研究4-甲基咪唑的控制方法对于焦糖色素在食品领域中的应用具有一定的理论意义。本文以葡萄糖和氯化铵为制备原料，通过单因素和正交试验确定了高色率、高红色指数焦糖色素产品的最佳制备工艺，在此基础上，采用超滤分级技术进一步优化焦糖色素的品质，探讨超滤在调控焦糖色素中4-甲基咪唑含量上的作用，并对优化后的焦糖色素样品的理化指标进行评价。最后，初步探索了焦糖色素类黑精大分子的结构，并对其抗肿瘤及抗氧化活性进行了分析。主要研究结果如下：采用正交试验法对焦糖色素的制备工艺进行了优化，得到高色率、高红色指数产品的制备工艺为：保温温度135°C，保温时间60min，氯化铵质量分数以NH4+的量计6%，葡萄糖质量浓度50%（w/v），此时产品的色率为43632EBC，红色指数为5.34。研究了超滤分级后焦糖色素的理化性质并进行了评价。结果表明，经分级后的焦糖色素品质得到提高。超滤膜分子量为50kDa~300kDa的浓缩组分的色率为10.237万EBC，红色指数和黄色指数分别为5.30和7.15，显著优于市售焦糖色素的相关指标。各级焦糖色素产品带正电荷，随着超滤膜截留分子量的增加，其浓缩组分耐盐性和光稳定性逐渐下降。探讨了超滤技术在控制焦糖色素中4-甲基咪唑含量方面的应用。结果表明，超滤能够除去焦糖色素中的4-甲基咪唑等小分子物质，在截留分子量大于1kDa的超滤膜的浓缩液中未检测出4-甲基咪唑。结合焦糖色素三种类黑精样品（10kDa~50kDa，50kDa~300kDa和300kDa~0.22μm）的扫描电镜、元素分析及红外光谱结果，初步分析了焦糖色素类黑精大分子的结构，并对其进行DPPH自由基抑制和肿瘤细胞增殖-抑制分析，结果表明，三类焦糖色素类黑精分子均含有烷烃、伯酰胺和羟基结构，对DPPH自由基具有显著的清除能力，对乳腺癌细胞系MDA-MB-231细胞株无显著增殖效应。