專利名稱：啤酒花樹脂酸的氫化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫化形式的啤酒花樹脂酸的制備，可用于啤酒的苦味或泡沫改進。所述啤酒花樹脂酸，是指可從植物律草屬蛇麻(Humulus lupulus)的干燥啤酒花球果中提取得到的α-酸或β-酸，α-酸的異構(gòu)化衍生物(特別是異-α-酸)和所有的可以進一步按照我們所述的方法進行氫化處理的前述啤酒花樹脂酸的還原形式(特別包括ρ-異-α-酸)以及它們的任意組合)。具體地說，它涉及氫化形式的異構(gòu)化α-酸的制備，特別是四氫異α-酸和六氫異α-酸的制備。
以傳統(tǒng)方式制備的啤酒的苦味，已知大部分是源于天然存在的α-酸(主要為合律草酮，律草酮和加律草酮)，它們存在于啤酒花球果的啤酒花苦味素腺毛中。在傳統(tǒng)的釀造工藝中，干燥啤酒花球果是添加到“甜味”麥芽汁中，并在釀酒釜中煮沸至少一小時。這種煮沸方法可提取出所述α-酸，并轉(zhuǎn)化其中一部分為稱之異α-酸的相應(yīng)異構(gòu)體形式(主要為異合律草酮，異律草酮和異加律草酮)。正是后面這幾種物質(zhì)構(gòu)成了存在于啤酒中的主要苦味物質(zhì)，之后采用酵母對所述煮沸麥芽汁進行發(fā)酵。它們也是啤酒泡沫的非常重要成份。遺憾的是，傳統(tǒng)釀造工藝中啤酒花物質(zhì)的利用率是很低的，通常地，存在于啤酒花物質(zhì)中α-酸僅有30％，在啤酒中以異α-酸形式存在。盡管如此，在很久以前，是采用非極性溶劑從啤酒花物質(zhì)中分離提取所述α-酸，接著使它們進行化學(xué)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化為異-α-酸，為大幅提高啤酒采用啤酒花物質(zhì)實現(xiàn)苦味處理的效率提供了可能。現(xiàn)在，在一種典型的現(xiàn)代工藝中，啤酒花物質(zhì)先是用液態(tài)或超臨界CO2進行萃取。所得到的萃取物含有α-酸、β-酸(主要為合蛇麻酮，蛇麻酮和加蛇麻酮)、啤酒花油和一些低分子量脂肪和蠟。存在于所述萃取物中的α-酸，接著可采用加熱和存在于含水懸浮液中的堿，典型地是在鎂離子存在(它已知可加速異構(gòu)化反應(yīng)，可參見Smith & Wilson的US5370897)，使其轉(zhuǎn)化為異-α-酸。經(jīng)此方法形成的異-α-酸，接著可從所述反應(yīng)混合物中分離出來并純化，典型地是采用一種無機酸以降低所述水相的pH值，通過分步沉淀實現(xiàn)的。對工業(yè)生產(chǎn)來說，純化的異-α-酸經(jīng)常是轉(zhuǎn)化為鉀鹽形式，并使之標準化為一種濃度給30％的清澈的微堿性的水溶液。這種溶液接著可便利地被啤酒制造者用來直接地使已經(jīng)發(fā)酵的麥芽汁變苦。以這種方式的異-α-酸制備的采用，可提高原始啤酒花α-酸的利用率高達80％，因此，在大多數(shù)情況下，可顯著地降低苦味啤酒的成本。
盡管向啤酒中添加異-α-酸制備是常見現(xiàn)象，但是，其優(yōu)點并不能滿足所有啤酒制造者的需要。例如，對于那些想要銷售含有異-α-酸的啤酒存在于透明或綠色玻璃瓶中的啤酒制造者來說，如果啤酒暴露在日光下或某些人造光之下，他們要面臨著開發(fā)所謂“光照射的(lightstruck)”、“日射的(sunstruck)”或“skunky”風(fēng)味的危險。這種風(fēng)味已知是歸因于啤酒中的異-α-酸和天然存在的硫化合物之間的光解反應(yīng)所形成的3-甲基-2-丁烯-1-硫醇(MBT)。(參見Templar，Arrigan & Simpson的評述，Brewers Digest，May 1995，p18-25)。MBT具有特別低的味覺臨界值(根據(jù)啤酒的性質(zhì)和單個品酒師的敏感性，在每萬億份的啤酒中，不同程度地估計是在2-300份之間)，它的存在通常認為是不受歡迎的。光解反應(yīng)發(fā)生的可能性，已知是由于異-α-酸的異己烯酰側(cè)鏈的存在。如果這種側(cè)鏈的分子結(jié)構(gòu)得到改性，例如，通過對碳-碳雙鏈或羰基進行，這樣，MBT就不再能夠形成。(據(jù)推測，這可能是因為不再可能形成3-甲基丁烯基基團，它據(jù)信是MBT的前體，經(jīng)由與自由的硫醇基團進行縮合形成這種令人討厭的物質(zhì))。因此，所述異-α-酸的各種不同的還原衍生物，業(yè)已經(jīng)得到制備，它們的性質(zhì)也有了描述。它們都是苦味的，盡管當(dāng)這些化合物添加到啤酒中產(chǎn)生的苦味程度是明顯不同的。盡管如此，在每種情形中，當(dāng)這些化合物是用作一種啤酒之中苦味的唯一原料時，無論是單獨地或以混合物形式，都總能發(fā)現(xiàn)該啤酒能有效地得到保護，而不會有l(wèi)ightstruck味道形成，只要它沒有被非還原的異-α-酸所污染。
有三種異-α-酸的還原衍生物，現(xiàn)在可以購買獲得，并為眾多的啤酒制造者所使用。(制造方法、性質(zhì)和用途的縮合性概述，可參見由Getranke-Fachverlag Hans Carl，Numberg，Germany出版的European Brewery Convention Manual of Good Practice，“Hops andHop Products”，(1997)，Section 5.4.4(p93-106))。具體地說，它們是ρ-異-α-酸，(一種二氫異-α-酸衍生物，其特征是還原前述的側(cè)鏈羰基(-C＝O)為羥基(-CH(OH))；四氫異-α-酸(其特征是還原前述的碳-碳雙鍵(-CH＝CH-)為單鍵(-CH2-CH2-)以及還原另一異戊烯側(cè)鏈中的碳-碳雙鍵)和六氫異-α-酸(其特征是還原前述的碳-碳雙鍵和異己烯酰側(cè)鏈的羰基)。這三種衍生物的性質(zhì)，不僅能夠允許啤酒制造者消除形成光照射的味道的可能性，而且可有用地改善啤酒的泡沫穩(wěn)定性。相對于異-α-酸來說，ρ-異-α-酸具有相對低的苦味，并且一定程度地降低了泡沫穩(wěn)定性。另一方面，四氫異-α-酸相對更苦，它們的應(yīng)用增進了泡沫的穩(wěn)定性，即便是在相同苦味水平上也是如此。六氫異-α-酸具有特別的泡沫增進作用，但是據(jù)信它具有僅較異-α-酸略微更大一點的苦味效果。很顯然，通過明智使用這些化合物，啤酒制造者就能夠巧妙地利用啤酒的這兩種重要特征，從而生產(chǎn)出一種想要得到的品質(zhì)結(jié)合。因此，它表明使用這些還原的異-α-酸，就不僅僅是只局限于那些尋求生產(chǎn)光穩(wěn)定啤酒的啤酒制造者。確實，這些化合物的可認識到的價值，在于四氫-和六氫異-α-酸的主要市場，可能是由它們主要用作啤酒(它們已經(jīng)含有源自于傳統(tǒng)添加到麥芽汁釜中的啤酒花物質(zhì)、啤酒花丸或萃取物)的泡沫促進添加劑的用途所開發(fā)的。
有多種方法已經(jīng)對所述還原異-α-酸的生產(chǎn)進行了描述。對于ρ-異-α-酸來說，所有公開的方法都是經(jīng)由硼氫化物間接還原異-α-酸，從而得到這種產(chǎn)品的。例如，Westermann等人(US3558326)說明了在一種熱的、含水的、強堿性的硼氫化鈉溶液存在下，酒花的濃縮已烷萃取物中所述α-酸含量為多少時可以同時實現(xiàn)異構(gòu)化和還原，以形成ρ-異-α-酸。在分離已烷以除去酒花油和蠟之后，所述水相與新鮮已烷進行接觸，接著用足量硫酸進行酸化以促進還原的(ρ-)異-α-酸進入到所述有機溶劑相中。所述有機相經(jīng)離心分離進行回收，采用蒸發(fā)方法除去已烷，從而得到一種含有ρ-異-α-酸和未反應(yīng)的β-酸混合物的產(chǎn)品。在一種可替代方法中，Goldstein等人(US4324810)教導(dǎo)了一種類似產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，這種產(chǎn)品是采用一種避免使用有機溶劑的方法制備得到的(那些已經(jīng)用來制備作為其方法起始物質(zhì)的酒花萃取物的溶劑除外)。而且，所述酒花α-酸的異構(gòu)化和還原反應(yīng)，是通過在一種堿性的硼氫化物水溶液中溶解并加熱而實現(xiàn)的。這類采用硼氫化鈉的側(cè)鏈羰基還原反應(yīng)，是非常特定的，碳-碳雙鍵沒有發(fā)生明顯的還原反應(yīng)。
四氫異-α-酸已經(jīng)由多種基本不同的方法從不同的酒花樹脂酸基質(zhì)制備得到。Worden & Todd(US3552975)公開了一種用來形成脫氧四氫-α-酸的方法，它是采用氫氣和一種負載在碳上的鈀或其它貴金屬催化劑，經(jīng)由β-酸(異-α-酸生產(chǎn)的一種副產(chǎn)物)的催化氫解和氫化反應(yīng)實現(xiàn)的。這些中間體接著經(jīng)過一種過乙酸的氧化步驟，之后，對所得到的四氫-α-酸進行異構(gòu)化反應(yīng)，以形成所述四氫異-α-酸。他們的方法采用大量的有機溶劑，存在著這些溶劑不受歡迎的殘余物殘留在最終產(chǎn)品之中的風(fēng)險。Cowles等人(US4644084)對這種方法進行了改進，是通過在堿性含水醇中用一種含氧氣流氧化所述脫氧四氫-α-酸進行的，但這種改進的方法仍然很復(fù)雜，而且還需要使用大量的乙醇。但是，它也是在同一方法步驟中實現(xiàn)所述中間體四氫-α-酸的異構(gòu)化反應(yīng)。由α-酸形成四氫異-α-酸，較之由低價的β-酸來形成，本來是一種更容易的工作。例如，Verzele & Anteunis(Bull.Soc.Chim.Belg.，Vol.68，(1959)，315-324)公開了一種簡便的實驗室規(guī)模的方法，其中，由一種酒花萃取物分離得到的律草酮，是通過在一種鉑氧化物催化劑存在下，暴露在氫氣中，于甲醇中進行氫化反應(yīng)。Brown，Howard & Tatchell(J.Chem.Soc.(1959)，p545-551)分別描述了這類四氫-α-酸(在他們的實例中為四氫合律草酮)接著是如何采用加熱和乙醇堿進行異構(gòu)化，以形成相應(yīng)的四氫異-α-酸。在這篇文獻中還描述了先異構(gòu)化α-酸再接著使之采用氫氣進行催化還原反應(yīng)的另一種替代可能性。但是，所報導(dǎo)的氫化反應(yīng)(對于異律草酮來說)的最好收率僅為70％，從此項工作中可以清楚地看出，存在著不完全反應(yīng)(導(dǎo)致二氫異律草酮的大量形成)或過氫化反應(yīng)(它可由新-氫化異律草酮的形成得到說明)的傾向。確實，根據(jù)Hay & Homiski(J.Agric.FoodChem.Vol.39，(1991)，p1732-1734)，到目前的寫作時間為此，現(xiàn)有技術(shù)都表明，采用直接氫化方法從預(yù)異構(gòu)化的α-酸以高收率地生產(chǎn)四氫異-α-酸，還從未能夠?qū)崿F(xiàn)。不過，Hay證明(US5013571)一種有效的轉(zhuǎn)化實際上是可能的，它可在一種Pd/C催化劑上實現(xiàn)，無論是在含水溶液、含水的醇溶液或氯代烴溶液中。Poyner等人(US5600012)也教導(dǎo)了異-α-酸的直接氫化方法，限定他們的方法溶解在純乙醇中和基于鈀氧化物的特定催化劑存在下(與鈀金屬對比)，它們不傾向于引起所述基質(zhì)的過氫化反應(yīng)。重要地，Hay在他的專利中還聲明，通過暴露所述α-酸在氫氣中和存在于這類溶液中的貴金屬催化劑，在一個單一步驟中就可實現(xiàn)異構(gòu)化和氫化反應(yīng)，只要溫度高于約50℃即可。這樣，Hay就可首次證明在一個完全含水環(huán)境中形成四氫異-α-酸的可能性，盡管他沒有證明不借助于添加的醇，這種產(chǎn)品隨后的從所述反應(yīng)混合物中的分離。
Anteunis & Verzele的早期工作(Bull.Soc.Chim.Belg.，68，456-583(1959))說明了α-酸直接還原為四氫-α-酸的反應(yīng)，特別是在酸性條件下，是通過經(jīng)由氫解形成大量的律草酮氫醌(humulohydroquinones)而實現(xiàn)的，這些物質(zhì)在釀造中不是已知有價值的物質(zhì)。隨后，Stegink，Guzinski & Todd(US5296637)聲稱氫解的發(fā)生和防止過氫化反應(yīng)的困難，已經(jīng)保證“該技術(shù)不能利用α-酸作為四氫律草酮化物(tetrahydrohumulates)的源料，也不能進行隨后的轉(zhuǎn)化為四異律草酮化物(tetraisohumulates)的異構(gòu)化反應(yīng)”。盡管如此，但是，它們可證明這些不希望的反應(yīng)事實上可通過氫化水溶液或醇溶液中以堿金屬鹽形式存在的α-酸而得以排除，所述溶液的pH值足以高到可有效地保證它們自身的酸形式不會存在。Stegink等人指出，已經(jīng)實現(xiàn)成功氫化的所述α-酸，如果需要的話，四氫異-α-酸接著可容易地通過煮沸pH為10的水溶液中的所述四氫-α-酸而得以形成。Stegink等人還聲稱已經(jīng)證明，他們的方法能夠保證生產(chǎn)的四氫異-α-酸，較同時工業(yè)由異-α-酸的氫化反應(yīng)，大概采用Hay方法所獲得的四氫異-α-酸，具有更高的純度和更高的收率。特別地，他們聲稱經(jīng)由他們的方法的氫化反應(yīng)，可保證不會存在有過氫化反應(yīng)，他們證明這種過氫化反應(yīng)在Hay所述條件下是易于發(fā)生的，一個業(yè)已經(jīng)指出過的問題，它后來已被Poyner等人解決，雖然僅僅是通過限制他們的方法采用以一種特定氧化形式的鈀催化劑而解決的。如我們在后面將要證明的，它我我們發(fā)明的一個優(yōu)點，即這種限制采用鈀氧化物催化劑以避免過氫化反應(yīng)，在我們的方法中發(fā)現(xiàn)是不必要的。
兩種基本的方法，已經(jīng)用來設(shè)計用于六氫異-α-酸形成的方法。首先，是采用四氫異-α-酸作為起始原料，其中，想要的六氫異-α-酸的形成，是通過所述四氫異-α-酸的硼氫化物還原反應(yīng)得以實現(xiàn)的。所以，Worden & Todd(US3552975)描述了硼氫化鉀是如何添加到一種四氫異-α-酸的堿性溶液中(先由β-酸制備得到)，混合物在室溫下進行反應(yīng)數(shù)個小時。所得到的六氫異-α-酸接著通過酸化所述溶液并萃取所述啤酒花樹脂酸到二氯甲烷之中進行回收。所述溶劑接著在硫酸鈉上進行干燥，最后蒸發(fā)除去，這樣得到的六氫異-α-酸為一種不含溶劑的淡黃色樹膠。通過由四氫異-α-酸進行加工，當(dāng)然，Worden和Todd也可有效地證明從酒花的α-酸或β-酸合成六氫異-α-酸的可能性(盡管他們實際上他們自己沒有證明可從α-酸的完全合成)。再后來，Hay(US5013571)證明六氫異-α-酸也可采用所述必需的還原階段的可逆反應(yīng)從α-酸形成。因此，Hay描述了ρ-異-α-酸如何在乙醇中于10％鈀負載的碳催化劑上成功地進行氫化。在他的這種方法的另一種形式中，Hay還說明了α-酸的含水堿性甲醇溶液，如何可在一個單一反應(yīng)階段，通過使所述α-酸與堿性硼氫化物，通過在氫氣和相同10％Pd/C催化劑存在下，還原為(主要)六氫異-α-酸。
可以看出，上述的氫化方法取決于傳統(tǒng)的以一種形式或者另一種形式的有機和/或含水溶劑的使用。很明顯，在Hay方法所述的堿性條件下進行的異-α-酸的氫化反應(yīng)過程中，采用(質(zhì)子)溶劑是絕對必需的，這是由于所述異-α-酸必須以一種陰離子形式呈現(xiàn)給催化劑。盡管Poyner等人的方法依賴于所述異-α-酸的非離子化酸形式的維持，但是，他們沒有在任何地方建議過，在沒有基質(zhì)預(yù)先溶解到有機溶劑(在他們的實施例中限定為醇)的條件下，催化作用是成功的。
在它們的天然酸式狀態(tài)下，啤酒花樹脂酸基本上不溶于水，除非通過添加如堿金屬氫氧化物提高其pH值。由于所述酸樹脂轉(zhuǎn)化為鹽形式，所以，其溶解性提高，當(dāng)所述pH值超過所述酒花酸的pKa至少3個pH單位時，達到最大值。相反地，當(dāng)濃縮溶液的pH如通過添加一種無機酸如硫酸或鹽酸降低時，則所述酒花酸將會漸漸地從所述溶液中沉淀出來。因此，舉例來說，盡管在工業(yè)實踐中，異-α-酸通常是以它們的鉀鹽的30％(w/v)的清澈含水溶液，pH值在9.0-10.0之間，進行出售的，通過添加一種無機酸，降低這種溶液的pH到低于4.0，將會引起大部分所述酒花酸以某種可流動液體形式沉淀出來，再降低到低于pH為2.0時，將會使幾乎全部發(fā)生沉淀。在制造異-α-酸的過程中，該理論已知可用于實際之中，從而形成通常約90％純度的異-α-酸的濃縮的異-α-酸樹脂，其余多數(shù)為樹脂質(zhì)的有機酸副產(chǎn)物。根據(jù)溫度不同，不完全純化的啤酒花樹脂酸，通常含有同族體的混合物(和可能的立體異構(gòu)體)，在其天然酸式狀態(tài)中，通常具有無定形固體、一種粘性半固體漿糊或一種樹脂質(zhì)的相對(于水)粘性液體的形式。在后一種狀態(tài)中，這種現(xiàn)象通常是用作一種實際方法以制備所述酒花酸的濃縮物，這是由于沉淀的可流動啤酒花樹脂酸通常具有不同于所述水相的密度，它可通過重力方法如離心分離或者甚至僅僅通過一種沉淀和移注方法，就可容易地得到分離。由固體或半固體轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N不同的可流動液體進行的溫度，取決于所述啤酒花樹脂酸的精確組成。啤酒花樹脂酸的相近相關(guān)的單個同族體的不同的純異構(gòu)體，在這方面可能具有完全不同的性質(zhì)。例如，Verzele和De Keukeleire(Chemistry and Analysis of Hop andBeer Bitter Acids，Elsevier Science Publishers B。V.，Amsterdam/London/new York/Tokyo，1991，p92，93，129 and 135)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)順式-異律草酮具有熔點為18℃時，其非對映異構(gòu)體，反式-異律草酮直到溫度高達65℃才會熔化。這些化合物的化學(xué)還原通常會提高其熔點這樣，報導(dǎo)的反式-四氫異-α-酸在75.5-78℃熔化，反式-ρ-異-α-酸的兩種可能立體異構(gòu)體中之一，是在80℃熔化。由于酒花的異-α-酸部分總是發(fā)現(xiàn)含有三種主要的和數(shù)種少量的同族體，它們的異構(gòu)化衍生物具有多于一種立體異構(gòu)體形式，可以預(yù)期，舉例來說，含有同族體和異構(gòu)體混合物的不同異構(gòu)化α-酸樹脂制劑的物理性質(zhì)，特別是其粘度，將會根據(jù)制備它們的酒花和用于它們制備的方法的不同而改變。
實際上，以其天然酸形式的相對粘性的啤酒花樹脂酸的直接氫化反應(yīng)，酸性形式可以預(yù)期是相當(dāng)慢的，而且是特別難以進行完成的。已知在某些氫化反應(yīng)中的速率控制步驟，是基質(zhì)(包括氫)和產(chǎn)物遷移通過包圍催化劑顆粒的邊界層的速率，它是一個與介質(zhì)粘度成反比的參數(shù)。相類的情形存在于催化劑的孔隙之中，擴散速率也與流體粘度成反比。對于介質(zhì)自身是一種粘性基質(zhì)來說，反應(yīng)可能由于高的基質(zhì)濃度而以合理的速率進行，但是，可以預(yù)期在某些階段，當(dāng)介質(zhì)自身轉(zhuǎn)化為(正常)通常粘性產(chǎn)物時，會漸漸變慢。更經(jīng)常地，在工業(yè)氫化工藝中，對于可獲得反應(yīng)速率的基本限制，是不充分利用氫氣到催化劑顆粒的表面和孔隙的活性位之上。這種限制可歸因于氫氣進入液體介質(zhì)所固有的低溶解性和弱分散性，從而導(dǎo)致這樣一種遷移通過催化劑邊界層和孔隙的速率，使得它不能與還原可利用基質(zhì)的活性位能力相匹配。在這種情形中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)想要的反應(yīng)是部分地或全部被異構(gòu)化反應(yīng)所替代，在氫缺乏條件下異構(gòu)化反應(yīng)通常是易于進行的。采用特定的經(jīng)常也是昂貴的“蛋殼”催化劑(其中，催化劑的活性位是限定在包裹催化劑顆粒自身基質(zhì)的一薄層之中)，經(jīng)常被推薦用作一種避免在氫化反應(yīng)中發(fā)生這種情況的方法。多種方法，經(jīng)常是所有用來促進氫氣與液體介質(zhì)的劇烈強力混合的方法，通常在另一種非唯一的方案中被采用，以使氫溶解的速率最大化，從而提高氫分子遷移通過邊界層的動力。這種提高氫遷移速率的方法，對于氫化反應(yīng)是在水中進行前述Hay方法用來轉(zhuǎn)化異-α-酸為四氫異-α-酸的優(yōu)選溶劑的情形來說，是尤其必不可少的，這是因為氫在水中的溶解度是很低的(Braker & Mossman in Matheson Gas DataBook(第五版，1971，Matheson Gas Products，East Rutherford，NJ，USA)，給出在60°F，1atm條件下為0.019vol/vol。在這種情況下，反應(yīng)可通過提高氫的壓力而得到加速(和降低不想要的互生反應(yīng)的可能性)。但是，這種反應(yīng)路線不僅需要提供更為昂貴的反應(yīng)釜，而且還可能存在這樣的缺點，即由于必需提供的過量氫和測量的氣體壓力的相對較小的變化而使得反應(yīng)難以監(jiān)控和控制。對于啤酒花樹脂酸的氫化反應(yīng)來說，這將不可避免地提高所述基質(zhì)引起不想要的過氫化反應(yīng)的可能性。較高的氫氣壓力還會提高發(fā)生高度可燃氣體發(fā)生危險的泄漏的可能性和在反應(yīng)釜鄰近位置形成可能的爆炸氣氛。
一種解決氫和基質(zhì)分子之一或兩者遷移到催化劑活性位的不充分或差的遷移速率問題的方法，已經(jīng)由Poliakoff等人在PCT國際申請WO97/38955中作了描述。這些作者教導(dǎo)了一種用于脂族和芳族有機化合物中官能團寬范圍的氫化反應(yīng)的方法，其中，基質(zhì)和氫是以低的但易于可控的濃度溶解到一個載流體的連續(xù)流動物流中，它是處于超臨界或近臨界條件，經(jīng)此形成的混合物，接著使之流過一個充分的催化劑床，使所想要的氫化反應(yīng)在反應(yīng)混合物流過催化劑微粒過程中能有效地完成。反應(yīng)產(chǎn)物可容易地按下述方法進行回收降低流體流出反應(yīng)器的壓力，足以使載體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，從而使產(chǎn)物以一種分離的液體或可能的固體相得以沉淀出來。兩種物相接著可排放到一個收集容器中，該容器可保留產(chǎn)物并排放氣相(包括未反應(yīng)的氫)到大氣之中或一個合適的循環(huán)系統(tǒng)之中。據(jù)稱有多種載物流體可適用于這種方法的操作，但是，特別要提及的是丙烷和二氧化碳，后一種物質(zhì)是尤其受歡迎的，這是由于它通常是惰性的和非可燃的性質(zhì)，這樣可保證來自該過程流體的所有泄漏必須變?yōu)榉强扇嫉暮头潜ǖ摹Ｔ谝后w形式中，這兩種物質(zhì)還已知具有非常低的絕對粘度，尤其是當(dāng)它們處于超臨界條件下，而不是在低于它們的臨界溫度時呈液態(tài)。除了在非常高壓下(相對于臨界壓力)，它們的密度也是降低的。因此，在超臨界介質(zhì)中溶劑的傳質(zhì)速率可預(yù)期大大地快于現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)(即非超臨界)氫化方法情形中的速率。盡管Poliakoff等人在它們的申請的導(dǎo)言中指出，先前曾經(jīng)嘗試在超臨界流體中對物質(zhì)進行氫化，但是他們摒棄了這些嘗試，認為其是不能令人滿意的，聲稱(第4頁22-27行)“因此，需要一種氫化方法，它可在任意一個時間內(nèi)，在僅有少量有機化合物和氫需要存在于反應(yīng)器中的條件下進行，而且它可以工業(yè)規(guī)模用來生產(chǎn)氫化產(chǎn)品”。所以，盡管一方面，Poliakoff等人報道了解決傳質(zhì)問題的方法，而且，還證明了可以通過改變?nèi)鐪囟群蜌錃馀c基質(zhì)之類重要參數(shù)，能夠容易地控制和操縱許多可能的氫化反應(yīng)，由于操作他們的方法需要采用過量的載體流體，他們使得問題變得更加復(fù)雜。
繼Poliakoff等人的工作之后，Hill，Muller和Swidersky(UK專利申請GB2336363)通過他們的實施例證明啤酒花樹脂酸如何通過使啤酒花樹脂酸與氫氣(分壓為20bar)和負載在炭上的鈀催化劑，在超臨界CO2存在下(即溫度高于31℃和壓力大于73bar)，進行接觸而成功地進行氫化。在討論他們方法的工作時，Hill等人聲稱(第2頁)，“正常地，壓力將不能超過1000bar，通常是在200-350bar范圍之內(nèi)”，還補充說“優(yōu)選地，溫度高于40℃，通常為75℃”。但是，盡管采用了高壓和明顯高于室溫的溫度，Hill等人指出(第3頁)“啤酒酸通常在溶液中的載荷為2.5-5％wt/vol.”，從而證實需要采用一種相對大量過量的溶劑化物流體。
本發(fā)明的一個目的是說明，非常令人驚奇地，采用傳統(tǒng)的溶劑包括水和有機液體如醇或烴作為異-α-酸和ρ-異-α-酸的氫化反應(yīng)在必要的溶解狀態(tài)的載體的需要，是可以省略的。這樣，與現(xiàn)有技術(shù)本身的預(yù)期和意思相反，異-α-酸和其它啤酒花樹脂酸的氫化反應(yīng)可完全不須采用任何傳統(tǒng)溶劑就可實現(xiàn)，從而可省略了必需在一種方法中引入一個用于隨后除去所述溶劑的步驟。
本發(fā)明的一個更具體的目的是提供一種方法，通過這種方法，異-α-酸樹脂(或ρ-異-α-酸樹脂)可直接氫化形成高純度的四氫異-α-酸樹脂(六氫異-α-酸樹脂)，它們可容易地轉(zhuǎn)化為一種可溶的含水形式，可適合被想要制備具有改進泡沫性能或光穩(wěn)定性的啤酒制造者所使用。
本發(fā)明提供了一種方法，通過這種方法，一種特定的啤酒花樹脂酸(該術(shù)語包括非常相關(guān)的同族體的混合物)或這類酸的混合物可通過在一種含有氫氣的氣氛下和完全不存在液體有機溶劑的條件下，直接與一種貴金屬催化劑進行接觸而實現(xiàn)氫化。
我們的方法部分地是基于保證所述啤酒花樹脂酸在這樣的條件下與所述貴金屬催化劑進行結(jié)合，即所述啤酒花樹脂酸/催化劑混合物是處于充分的流化狀態(tài)的條件，以使通過傳統(tǒng)的攪拌方式在一個密封容器中容易地連續(xù)混合。這種條件可采用不同的方法獲得。在本發(fā)明的一種形式中，我們先使催化劑和啤酒花樹脂酸在一個反應(yīng)釜(它是由一種對所述啤酒花樹脂酸或反應(yīng)的氫化產(chǎn)物表現(xiàn)為惰性的材料構(gòu)成或以這種材料作為內(nèi)襯)中進行混合，接著采用一種反應(yīng)惰性氣體進行吹掃以除去所有的空氣，非必須地接著進行抽真空。然后，將氫氣引入到所述容器中，優(yōu)選地，沒有伴隨的樹脂/催化劑混合物的攪拌。優(yōu)選地，所述容器接著在提高壓力到一定程度(計算等于或以特定的過量，它是經(jīng)計算用來提供完成想要的反應(yīng)所需數(shù)量的氫)之后，與氫源隔離開來。非必須地，也可加入足夠數(shù)量的惰性氣體如氮氣或二氧化碳，以防止在滲漏到大氣中時形成爆炸混合物。所述容器中的內(nèi)容物，接著進行強力攪拌以促進H2氣溶解到所述流化啤酒花樹脂酸中。在反應(yīng)完成之后，所有剩余過量的氫氣通過解除內(nèi)部容器壓力到大氣壓和用一種反應(yīng)惰性氣體如氮氣或二氧化碳置換的結(jié)合方法，將其除去。在某些情形中，我們發(fā)現(xiàn)這種用于無溶劑氫化反應(yīng)的方法，令人驚奇地可在室溫下進行。盡管如此，但是，特別地，當(dāng)啤酒花樹脂酸在室溫是很粘的情形時，可以發(fā)現(xiàn)加熱所述內(nèi)容物例如到約40-70℃是更為令人滿意的。在反應(yīng)完成之后，樹脂質(zhì)產(chǎn)物可接著通過過濾與催化劑分離開來。非必須地，根據(jù)顧客的特定要求，所述還原的啤酒花樹脂酸可轉(zhuǎn)化為一種便利的溶解的和稀釋的形式，例如，通過加入水和一種堿金屬氫氧化物。一種替代的且通常也是優(yōu)選的轉(zhuǎn)化還原啤酒花樹脂酸的方法，是向所述催化劑/樹脂混合物中加入溶解和稀釋試劑，然后采用如過濾或離心方法除去催化劑。
有些啤酒花樹脂酸在通常室溫時是特別粘的，或者可能甚至部分結(jié)晶或形成一種半固體漿糊。為了促進這類物質(zhì)的氫化反應(yīng)，我們的方法的一種可替代方式，可提高所述啤酒花樹脂酸基質(zhì)的流動性，從而使得氫化反應(yīng)能夠在較由于啤酒花樹脂酸/催化劑混合物的過分粘性而另外可能進行的更低的溫度下得以發(fā)生，另一種方案是，可使得氫化反應(yīng)在給定溫度具有提高反應(yīng)速率的效果。這種改進是通過引入CO2氣體到所述反應(yīng)釜中處于足夠高的分壓，以促使足夠的CO2溶解到所述基質(zhì)中，從而使得粘性基本降低到或超出特定點，在該點時樹脂/催化劑混合物的攪拌程度足以使氫化反應(yīng)能夠以有利的速率發(fā)生，并可部分地由于氫溶解度的提高(我們相信是由于CO2在啤酒花樹脂酸中的存在所引起的)而得到促進。加入的CO2氣體的壓力，通常較正好保證從反應(yīng)器中的所有滲漏不會是可燃的或可能爆炸所需要的數(shù)量是過量的，但是，它必須不足以引起液化作用發(fā)生的溫度低于臨界溫度(對于純CO2來說為31.0℃)。如果選用的反應(yīng)溫度超過臨界溫度，則沒有液化是可能的，壓力可允許略微超過在臨界溫度的壓力(1072psia)，但是不能達到某點(在該點的氣體密度超過在臨界點(在該環(huán)境下，CO2可認為是處于一種超臨界條件且可溶解至少一部分的啤酒花樹脂酸)的密度)。在其它方面，反應(yīng)條件可與如上所述的未改進方法的工作相似，或者甚至于相同，除非現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)可能獲得基本相同的想要的效果而且在一個選擇的較低的溫度下。
從上述任一方法制備的氫化啤酒花樹脂酸，隨后可從催化劑中分離出來，例如，通過樹脂/催化劑混合物在所述樹脂質(zhì)產(chǎn)物是足夠流化以促進所述分離方法的任意溫度時的過濾或離心分離進行。在某些情形中，澄清產(chǎn)物可然后具有這樣一種性質(zhì)，以致發(fā)現(xiàn)可適合被啤酒制造者用來加入到麥芽汁或啤酒之中。更經(jīng)常地，盡管希望轉(zhuǎn)化這種氫化的啤酒花樹脂為一種溶解的形式，最為普通地是作為一種標準濃度的含水堿性溶液，但是非強制地，是作為一種溶液，存在于食品級溶劑中如丙二醇或乙醇中。一種便利的但絕不意味著排他的方法，采用這種方法就可能獲得到前述物質(zhì)，它是通過在一個攪拌罐懸浮所述樹脂于某一溫度的水中，使得所述氫化啤酒花樹脂酸處于流體狀態(tài)，加入一種堿，如一種堿金屬氫氧化物的濃溶液，直到樹脂全部溶解。所得到的氫化啤酒花樹脂酸可接著以啤酒制造者想要添加風(fēng)味和/或其它性質(zhì)到麥芽汁或啤酒中的任意方式進行使用。
在另一種用來轉(zhuǎn)化所述氫化啤酒花樹脂酸/催化劑混合物為一種溶解形式的方法中，所述樹脂質(zhì)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為澄清和標準溶液的轉(zhuǎn)化，更為有利地可通過在與催化劑分離之前溶解所述樹脂而獲得。在我們的方法的這種變體中，其中的最后產(chǎn)物為一種含水堿性溶液，所述樹脂/催化劑混合物可便利地先懸浮在一定溫度的水中，所述樹脂在該溫度不是很粘性的，并進行攪拌，接著通過加入一種堿金屬氫氧化物如氫氧化鉀使之溶解。催化劑接著通過過濾或離心作用，從所述混合物中除去，較之通常處于樹脂質(zhì)狀態(tài)的氫化啤酒花樹脂酸中催化劑的分離，它是更加易于進行的。有時，如果所述溶液在催化劑除去之前是故意制成非常稀的溶液，則增溶樹脂的回收是最好的。在這種情形中，所述樹脂可容易地通過沉淀得以重新構(gòu)成，隨后以分離相進行收集，經(jīng)由添加一種濃的無機酸如50％硫酸到所述(攪拌)溶液，其用量足以轉(zhuǎn)化所述陰離子形式的樹脂回到其酸式非離子化狀態(tài)。物相的分離經(jīng)常地發(fā)現(xiàn)是在停止攪拌之后發(fā)生的，然后回收樹脂就是一種很容易的事情了，只要溫度保持足夠高以維持所述樹脂處于流化狀態(tài)即可。想要的含水堿性溶液，接著可在正確的濃度下通過懸浮在水中并添加堿而進行重新構(gòu)成，如前面對于形成的氫化樹脂酸產(chǎn)物一樣，在緊接氫化反應(yīng)之后通過澄清以除去催化劑。在一種包括樹脂的沉淀、分離和重新構(gòu)成步驟的方法中，其一個內(nèi)在的優(yōu)點是產(chǎn)物的純度可從而得到提高，這是由于所有高度酸性的有機污染物或氫化反應(yīng)的副產(chǎn)物，可能由分離步驟摒棄在所述含水酸性廢液中。
用于我們發(fā)明操作的另一種方法，可允許所述啤酒花樹脂酸/催化劑混合物更易于進行攪拌，對于啤酒花樹脂酸具有固有高粘性和氫化反應(yīng)釜不能含有充分高壓力以允許有效利用CO2氣體作為流化試劑的情形的操作，這種方法是特別適合的。在這種情形中，對于其中方法的最終產(chǎn)物為一種氫化啤酒花樹脂酸的含水堿性溶液的情形，它也是便利的，盡管不局限于這些。在我們發(fā)明的這種變體方法中，所述啤酒花樹脂酸和催化劑是懸浮在氫化反應(yīng)釜的水中，其溫度足以使所述啤酒化樹脂流動，這樣，當(dāng)攪拌混合物時，它就會形成可移動的液滴。所述攪拌的懸浮液的還原，接著是通過供入足量或過量的氫氣到所述反應(yīng)釜的預(yù)留空間，以提供使還原反應(yīng)完成所需要的數(shù)量的氫氣。另外，如果反應(yīng)釜可能會滲漏氣體到大氣中，或者，另一種可能是如果希望能有意地在反應(yīng)完成之后排放殘余氣體到大氣中，所述預(yù)留空間可填充有一種足夠數(shù)量的反應(yīng)惰性氣體如氮氣或CO2，以抑制可燃或易爆混合物的形成。所述反應(yīng)的產(chǎn)物可以多種不會損害我們發(fā)明的思想和效率的方法進行回收。
按照本發(fā)明的另一種實施方案以連續(xù)方式對啤酒花樹脂酸進行氫化也是可行的。在這種方案中，啤酒花樹脂酸為一種適合的液體狀態(tài)且含有完成所需反應(yīng)的足夠數(shù)量的溶解的(或部分溶解的)氫，流過一個貴金屬催化劑顆粒的床層，如Poliakoff在PCT國際申請WO97/38955中所描述的。想要的流動性是通過提高樹脂溫度足夠高的程度獲得的，或者通過在高壓下溶解CO2氣體到樹脂獲得，或者通過這兩種方法的結(jié)合而獲得。在每一種情形中，所述催化劑床和所有連接泵和管道都應(yīng)該維持在高于保持CO2溶解在所述啤酒花樹脂酸中所需要的壓力，優(yōu)選地，但不是必需的，也足以溶解需要數(shù)量的氫氣。在催化劑床中的反應(yīng)之后，氫化的產(chǎn)物樹脂接著可在降低的壓力下或在略高于大氣壓下進行收集，以釋放殘余氣體，包括未反應(yīng)的氫。如果需要，所述產(chǎn)物接著可轉(zhuǎn)化為一種含水堿水溶液，如前所述。
我們發(fā)明的特定實施方式通過下述實施例將變得更加清楚明了。實施例1A(異-α-酸樹脂的直接氫化)向一個配有一個PTFE涂覆的磁性攪拌棒的小型不銹鋼反應(yīng)釜(其內(nèi)容積為885ml)中，加入10.4g異-α-酸樹脂(“制劑1”，HPLC(@270nm)分析其中含有91.0％異-α-酸，以一種DCHA-反式-異-α-酸標準溶液為背景，峰面積純度為92.5％)，和0.552g的10％氧化鈀負載在炭上的催化劑(Johnson Mathey Type A11210-10，含有48.9％的水(“催化劑1”)。以干燥重量為基準，催化劑的添加為所述異-α-酸重量的3.0％。采用CO2氣體吹掃，將空氣從所述容器中除去，接著進行抽真空。接著引入氫氣達壓力為61psig(由附設(shè)的Bourdon表指示，所述反應(yīng)釜接著與氣體源隔離，并將所述容器部分地浸沒在一個含有溫水的燒杯中，它基本上維持在55±2℃的溫度。所述反應(yīng)釜的內(nèi)容物接著進行磁力攪拌，直到在10分鐘的間隔內(nèi)(1.8小時)中在氣體壓力下不再觀察到有小液滴。之后，所述內(nèi)容物通過浸沒所述容器到一個溫度21℃的水桶而得到冷卻。釋放氣體壓力，在打開所述容器之前用CO2對所述預(yù)留空間進行吹掃。取出一份內(nèi)容物樣品，并過濾流過一個玻璃纖維過濾器(Whatman GF/F)，以在對所述樹脂進行分析之前除去催化劑。
表1表明，在所述樹脂中的異-α-酸已經(jīng)有效地轉(zhuǎn)化為四氫異-α-酸，它在270nm處的HPLC峰面積純度為93.2％。僅觀察有痕量(0.1％)的特定中間體化合物二氫異律草酮，表明所述異-α-酸基本完成氫化。(所述二氫異律草酮是表示律草酮的氫化衍生物，其中，每摩爾的律草酮中已經(jīng)結(jié)合有一個H2分子，以還原所述異戊烯基側(cè)鏈的-CH＝CH-鍵為-CH2-CH2-單鍵)。
這樣，與先有技術(shù)的全部教導(dǎo)相反，在完全不存在有機溶劑的情況下就可實現(xiàn)異-α-酸轉(zhuǎn)化為四氫異-α-酸的氫化反應(yīng)。實施例1B(四氫異-α-酸樹脂轉(zhuǎn)化到含水溶液中和催化劑的除去)以它們自然的酸性和樹脂質(zhì)狀態(tài)存在的四氫異-α-酸，不適合被啤酒制造者所使用，這是因為它們將不能很容易地溶解和分散到啤酒之中。因此，為了便于啤酒制造者的使用，通常的商業(yè)實踐，是將四氫異-α-酸以一種它們鉀鹽的澄清含水略微堿性溶液存在，以適合用作一種后發(fā)酵添加劑。更為普通地，所述溶液中四氫異-α-酸的含量是調(diào)節(jié)到濃度為10％(w/w)。
本實施例將具體說明按上述方法制備的異-α-酸的直接氫化產(chǎn)物，是如何簡便地轉(zhuǎn)化為一種可用于啤酒制造廠的形式。
在打開所述容器之后，從實施例1A的反應(yīng)釜中取出4.02g氫化樹脂和催化劑的混合物，并轉(zhuǎn)移到一個燒杯中。向該混合物中接著加入150ml的55℃除離子水。所述燒杯的內(nèi)容物接著采用磁性攪拌棒進行攪拌，使所述樹脂以小液滴懸浮在水中，并從一個吸移管中添加1.0ml的45％(w/w)KOH溶液，從而使所述樹脂溶解。所述混合物接著在一個Buchner漏斗中過濾流過一個玻璃纖維薄片(Whatman GF/F)，回收得到一種澄清黃色的含水溶液(pH為11)。
HPLC分析表明，這種溶液(147.3g)具有的四氫異-α-酸的濃度為2.31％(w/w)，表明從所述氫化樹脂和催化劑混合物中回收四氫異-α-酸為99.6％。
表1反應(yīng)產(chǎn)物的純度(HPLC和分光光度法)
DHIH＝二氫異律草酮；THIAA＝四氫異-α-酸。
*THIAA的純度＝[THIAA峰的面積×100]/總的峰面積**％DHIH＝[DHID峰的面積×100]/總的峰面積N/M＝由于未知的干擾污染物而不可測量(注意所有HPLC峰檢測都是在270nm)這樣可以看出，采用實施例1A和1B的方法的結(jié)合，可以促進一種簡便直接的方法，它可用來由異-α-酸制備四氫異-α-酸而不需要采用任何溶劑，無論什么樣地，用來最終稀釋和溶解四氫異-α-酸的水當(dāng)然地是排除在外。
對于上述方法，不背離本發(fā)明的主要精神的改進，是可以進行的，即，在不需采用任何添加的液態(tài)有機溶劑時令人驚奇的轉(zhuǎn)化酸式樹脂質(zhì)狀態(tài)異-α-酸為四氫異-α-酸的能力。例如，催化劑的除去可在水的加入之前通過過濾方法進行。實施例2(按US5013571方法，四氫異-α-酸的無溶劑制備方法)在本實施例中，我們證明在實施例1A中所述的異-α-酸的直接氫化反應(yīng)，不僅相對于預(yù)料來說可容易地且令人滿意地得以完成，不需要求助于采用過分和非正常的溫度和氫氣壓力，而且，實際上，發(fā)現(xiàn)它與前述提及的Hay先有技術(shù)(US5013571)相比，在直接可比的溫度、壓力和催化劑負載量條件下，是明顯更加有效的。
將36.7g含有28.0％(w/w)異-α-酸其pH為8.3(大約)的異-α-酸的鉀鹽的水溶液，轉(zhuǎn)移到實施例1A的反應(yīng)釜中，接著加入0.864g PdO/C催化劑(“催化劑1”)。以干燥重量為基準，催化劑占異-α-酸的比例因此為3.4％，它是如實施例1A中所述的氫化情形。之后，反應(yīng)釜采用CO2進行吹掃，立即進行抽真空處理。然后引入氫氣達到最終壓力為61psig，立即隔離所述容口袋的內(nèi)容物，并按實施例1A的方式進行加熱，所述反應(yīng)釜周圍的水的溫度55-56℃。在靜置3分鐘后，打開攪拌器。監(jiān)測到氫氣壓力下降，在經(jīng)2.9小時之后最后穩(wěn)定。殘余H2氣接著釋放到大氣中，如實施例1A一樣，所述容器在打開之前對其進行吹掃。對內(nèi)容物的檢測表明有一定數(shù)量的樹脂質(zhì)沉淀形成，可能是由于四氫異-α-酸的鉀鹽，在水溶液中較異-α-酸的鉀鹽具有已知更低的溶解度。完全是為分析的目的，從而將150ml甲醇添加到所述容器中，并攪拌混合物以保證所有沉淀的樹脂將會再次溶解。混合物接著過濾流過一種Whatman No。GF/F玻璃纖維過濾薄片，并對所得到澄清黃色溶液采用HPLC和分光光度法進行分析。結(jié)果(表1)說明，按Hay方法進行的氫化反應(yīng)制得一種產(chǎn)品，它劣于實施例1A或1B的產(chǎn)物，這可由顯著較低的純度(89.0％，HPLC方法)和較低的HPLC濃度與(非特定的)分光光度法濃度的比值得到證實。這就是說，盡管這樣，但是沒有不可接受程度過氫化反應(yīng)發(fā)生的跡象，這可由有利的A254nm/A270nm的比值為1.21得到證實。(參見Stegink，Guzinski & Todd在US5296637中的描述)。
因此，可以看出即使在相似的溫度、壓力和催化劑負載量的條件下，采用現(xiàn)有技術(shù)方法的氫化反應(yīng)，不僅較實施例1A的氫化反應(yīng)是以更慢的速率進行，(可能是由于前述的H2氣在水中的差的溶解性)，而且，還會導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)物可證實具有低的純度。也就是說，實施例1A的方法的限定，對于某些升高溫度操作來說是需要的，以避免由于在較低溫度的高粘性而引起的混合和分離的問題。表2表明了異-α-酸和四氫異-α-酸的粘性是如何隨著溫度改變而變化的。所以，可以預(yù)期，異-α-酸在過低的溫度下的直接氫化反應(yīng)將會傾向?qū)е虏煌耆磻?yīng)或“末尾”反應(yīng)(tailing reaction)。表2異-α-酸和四氫異-α-酸的粘度(cP)
下述實施例將具體說明在所述啤酒花樹脂酸/催化劑混合物處于不充分流體狀態(tài)的溫度下，由于其具有相對高的粘性時進行氫化反應(yīng)的困難。實施例3(異-α-酸在低溫時的直接氫化反應(yīng))在實施例1A的反應(yīng)釜中，裝入10.1g異-α-酸樹脂(“制劑1”)和0.553g PdO/C催化劑(“催化劑1”)，以干燥重量為基準，催化劑負載量占異-α-酸含量的3.1％。按實施例1A的方法，采用CO2氣體從所述容器中吹掃出空氣，接著進行抽真空處理。然后引入氫氣達到壓力為65psig。將所述反應(yīng)釜部分地浸沒在水溫為20℃的燒杯，并啟動磁性攪拌器。在反應(yīng)持續(xù)2.2小時之后，關(guān)閉攪拌器，將所述容器放置12℃的水浴中，殘余氣體壓力(在20℃為60.2psig)解壓到大氣壓。接著取出一份樹脂和催化劑混合物的樣品，通過聲裂法分散在甲醇中，過濾，并采用HPLC和分光光度法對濾出物進行分析。如表1所示，此時僅有13％的異-α-酸已經(jīng)轉(zhuǎn)化為四氫異-α-酸。所以，當(dāng)在降低的溫度下使得所述樹脂的粘性很大時，可以看出實施例1A的方法是最為無效的。這種降低的反應(yīng)速率不僅是由于通常認為的溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，本身在我們的隨后實施例中得到證明，它具體說明我們發(fā)明的另一種可替代的實施方式，它可使得氫化反應(yīng)能在降低的溫度下，通常是在室溫或約室溫下，得以實現(xiàn)。在前面提到，不充分的傳質(zhì)問題先前已經(jīng)通過溶解有機試劑到一種相對稠密的接近臨界液體或?qū)嵸|(zhì)超臨界流體狀態(tài)的載氣中。處于這種狀態(tài)的二氧化碳被提及，是一種特別合適于許多有機催化氫化反應(yīng)的溶劑，盡管試劑的濃度必然由其在載流體中的溶解性所限定。該實施例證明了，令人驚奇地，僅僅與處于其完全氣態(tài)的CO2相接觸，就可充分地降低其它非常粘的啤酒花樹脂酸的粘性，使得其直接氫化反應(yīng)隨后可以令人滿意的速率進行。實施例4(在低溫和高壓CO2氣體條件下的異-α-酸樹脂的直接氫化)將10.65g異-α-酸(“制液1”)和0.583g的10％PdO/C催化劑“催化劑1”，加入到反應(yīng)釜中。以干燥重量為基準，催化劑與異-α-酸的比例相應(yīng)地為3.1％，與用于實施例3的完全相同。所述反應(yīng)釜接著完全按實施例4所述吹掃除去空氣，進行抽真空，然后充入氫氣使其內(nèi)壓達到65psig。CO2氣體接著從一個含有液態(tài)CO2的實驗室氣體鋼瓶中加入到其中，使壓力在關(guān)閉氣體入口閥之前升高到715psig。所述反應(yīng)釜接著部分地浸沒在溫度維持在20℃的水浴中。所述反應(yīng)釜的內(nèi)容物進行磁力攪拌22分鐘，在此時間內(nèi)壓力降低到700psig。在對所述內(nèi)容物連續(xù)進行攪拌時，在一個很短時間內(nèi)，接著充入另外的CO2氣體，直到壓力升高到745psig，再次關(guān)閉所述入口閥。在經(jīng)25分鐘后，壓力下降到720psig，在該點再次手動提高壓力到730psig。在總混合時間達到2.2小時之后，最后停止攪拌器，在數(shù)分鐘的時間內(nèi)將氫化氣體排空到大氣中。所述容器接著打開，取出一份所述內(nèi)容物的樣品，稀釋到甲醇中并過濾，以用于隨后的分析。如表1所示，所述基質(zhì)樹脂的原始異-α-酸內(nèi)容物，已經(jīng)有效地轉(zhuǎn)化為四氫異-α-酸，其純度為93.6％(HPLC方法)，A254nm/A270nm的比值為1.19，表明只有很少的過氫化反應(yīng)。沒有原始異-α-酸或中間體二氫異-α-酸存在的痕跡，證實所述反應(yīng)進行完全。
比較實施例3和4的結(jié)果，說明那些假定是非常粘的樹脂的直接無溶劑氫化反應(yīng)，是如何通過采用高壓CO2氣體就可實現(xiàn)，而不需要求助于CO2將會轉(zhuǎn)化為液態(tài)或超臨界狀態(tài)的條件。以這種方法進行的CO2的加入，具有提供氣相非可燃性和非爆炸性的附加好處，從而可避免與采用純氫氣相連的火和點火所引發(fā)爆炸的嚴重危險。盡管不希望受理論的約束，據(jù)信，在相對高壓下，但還不是氣體狀態(tài)，足量的CO2氣體溶解到所述樹脂相中，使所述樹脂粘度得到充分降低的效果，能夠使基質(zhì)和產(chǎn)物分子有效地傳質(zhì)到催化劑活性位并有效地從其中傳出。而且，氫化速率通過提高H2氣在所述啤酒花樹脂酸中的溶解性而得以進一步地提高，可以認為是可行的，我們猜想它的發(fā)生可能是由于其中溶解有CO2而引起的。實施例5(在CO2氣體接近液化壓力下異-α-酸的直接氫化)該實施例具體說明在本發(fā)明中采用高壓CO2氣體，以提高啤酒花樹脂酸/催化劑混合物的流動性，它可采用包括溫度/壓力結(jié)合的方法，它們是亞臨界的(即＜31℃)，但接近于CO2將要液化的位置。
基本按實施例3的方法，所述反應(yīng)釜先充入10.34g異-α-酸樹脂(“制液1”)和0.564g的PdO/C催化劑“催化劑1”，以干燥重量為基準，催化劑為異-α-酸加入量的3.1％。所述容器接著進行吹掃并抽真空，然后引H2使其壓力達到65psig。通過加入CO2氣體使其壓力提高到800psig。所述容器接著浸沒在溫度維持在20℃的水浴中并開始攪拌。在1.7小時之后，壓力下降到755psig的穩(wěn)定值，此時關(guān)閉攪拌器，釋放氣體壓力到大氣壓并打開所述容器。取出一份所述內(nèi)容物的樣品，與甲醇混合并過濾，以用于隨后的分析。結(jié)果如表1所示，從中可以看出，產(chǎn)物與實施例3的產(chǎn)物具有非常相似的質(zhì)量，只有很少的過氫化反應(yīng)(A254nm/A270nm的比值為1.20)，沒有異-α-酸或二氫異-α-酸存在的痕跡，具有基本相同的純度為93.9％(HPLC方法)。
在20℃時，二氧化碳在大于約828psig的壓力下以液體形式存在(參見Handbook of Chemistry & Physics(54版)p B-94)。實施例5的反應(yīng)條件(其中所述CO2氣體的分壓為735psig)，因此是臨近的，盡管明確限定低于CO2液化的位置。很顯然，可以預(yù)期，溶解到所述異-α-酸樹脂中的CO2氣體的數(shù)量，將會隨著提高壓力而提高。這樣，可以相信，加入的CO2壓力越大，則溶解的CO2氣體的數(shù)量將會越大，從而在給定溫度在攪拌的樹脂中具有更低的粘性(和可能的更快的反應(yīng)速率)。實施例6(負載碳上的鈀作為異-α-酸樹脂直接氫化反應(yīng)催化劑的應(yīng)用)該具體說明我們的方法允許使用一種不是基于氧化鈀的催化劑的能力。這種用途多面性是Poyner等人的教導(dǎo)根本未曾預(yù)料到的，他們的工作表明僅采用非氧化的鈀金屬催化劑可能還原處于它們非離子形式的異-α-酸，而不會引發(fā)明顯和不受歡迎程度的過氫化反應(yīng)。
按實施例1的方法，所述反應(yīng)釜中加入11.4g異-α-酸樹脂(“制液1”)和0.571g的10％Pd/C催化劑(Johnson Mathey，Type A21108-10，含有46.3％水(“催化劑2”))。以干燥重量為基準，加入實際異-α-酸中的催化劑相應(yīng)地為3.0％。在經(jīng)用CO2吹掃和隨后的抽真空后，引入氫氣使其壓力達到60psig。隔離所述容器，并放置到一個盛有65℃水的燒杯中。在等待3分鐘后，開動磁力攪拌器，所述水浴溫度維持在56±1℃。2.4小時時監(jiān)測到壓力下降，此時壓力穩(wěn)定42.0psig。剩余H2氣接著排放到大氣中，打開所述容器，取出一份反應(yīng)混合物，溶解在乙醇中以便于分析，過濾并分析。結(jié)果(表1)表明，經(jīng)過形成二氫異-α-酸的中間階段，氫化反應(yīng)已經(jīng)進行完全，得到具有少量過氫化反應(yīng)(A254nm/A270nm＝1.21)的高純度產(chǎn)物(94.6％，HPLC方法)。
這種令人驚奇的沒有過氫化反應(yīng)不是由于對總的氫氣可用性的限制，它將由我們隨后的實施例得到說明，其中，對于基質(zhì)樹脂中每摩爾異-α-酸，有明顯過量的氫(即基本多于2摩爾的H2氣)可供利用。實施例7(在明顯過量氫氣存在下異-α-酸的直接氫化)基本按實施例5的方法，所述反應(yīng)釜中加入10.9g異-α-酸樹脂(93.6％異-α-酸(HPLC方法)，且具有峰面積純度為93.4％，“制劑2”)和0.571g的10％Pd/C催化劑“催化劑2”，，使得以干燥重量為基準，催化劑為異-α-酸量的3.1％。在按實施例5方法除去空氣后，所述容器接著充入H2使其壓力達到100psig。將所述容器浸沒在一個水溫為65℃的燒杯中，持續(xù)2分鐘，然后開動磁力攪拌器。水溫隨后維持在57±1℃。在1.7小時之后，氣體壓力穩(wěn)定在87.7psig。為了便于取樣，加入200ml冷的乙醇，先手動充分混合所述容器中的內(nèi)容物，然后進行過濾。澄清的濾出液(表1)的分析表明，異-α-酸完全轉(zhuǎn)化為四氫異-α-酸，純度為94.6％。明顯不存在顯著數(shù)量的過氫化的化合物，可由高的光譜比值得到證實(A254nm/A270nm的比值為1.19)。實施例8異-α-酸樹脂以一種含水懸浮液形式的直接氫化)如前所述，基于商業(yè)目的，異-α-酸轉(zhuǎn)化為四氫異-α-酸的氫化反應(yīng)的最為通常想要的最終產(chǎn)物，實際上不是四氫異-α-酸樹脂，而是一種濃度為10％(w/w)的鉀鹽的水溶液。在本實施例中，我們將說明四氫異-α-酸的水溶液的最終制劑的目的，是如何以一種新穎的方法實現(xiàn)的，同時還保持著想要的想法和異-α-酸樹脂直接氫化反應(yīng)的眾多優(yōu)點。
向?qū)嵤├?-7所述反應(yīng)釜中，加入11.0g異-α-酸樹脂(“制劑1”)、11.0ml去離子水和0.561g的10％PdO/C催化劑(“催化劑1”)。以干燥重量為基準，催化劑量相應(yīng)地為2.9％。采用CO2進行吹掃以除去空氣，接著進行抽真空。然后引入氫氣，使最終壓力達到59psig，并使所述容器隔離開來。在初始溫度為75℃的水中經(jīng)短暫浸沒之后，起動磁力攪拌器，溫度維持在67-70℃之間。在攪拌約1.75小時之后，釋放剩余壓力，取出一等分試樣含水懸浮液用于分析。在本例中，發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)物沒有完全氫化，還存在有余量為0.8％的二氫律草酮(dihydrohumulone)(表1)。不過，四氫異-α-酸的純度與實施例2產(chǎn)物的純度是可比的。確實，要提及的是，盡管有低含量(但仍然是不希望的)二氫異-律草酮，但所述產(chǎn)物仍比實施例2的產(chǎn)物更為“澄清”，在實施例2中，甚至不能測量二氫異律草酮的含量，由于被其它污染物洗脫在HPLC圖的同一區(qū)域的嚴重干擾。這些后述的物質(zhì)，在我們新方法以其任意變體形式制備的產(chǎn)物中沒有發(fā)現(xiàn)任何有效程度的存在，(這可由上述實施例和表1的記錄得到說明)，這可以認為是我們的方法優(yōu)于先有技術(shù)的又一個優(yōu)點。實施例9(ρ-異-α-酸的直接氫化)向?qū)嵤├?A所述反應(yīng)釜中，加入10.3g ρ-異-α-酸樹脂和0708g的10％PdO/C催化劑(催化劑1)。采用CO2進行吹掃以除去空氣，并進行抽真空。然后引入氫氣，使壓力達到61psig。所述容器接著通過浸沒在水溫為70℃的燒杯中進行加熱。在2分鐘后，起動磁力攪拌器，水溫隨后維持在44-67℃之間。在2.7小時之后，壓力穩(wěn)定在48.0psig，此時水溫降低到23℃，將剩余氫氣釋放到大氣中。取出一份所述容器內(nèi)容物的樣品聲裂分散到甲醇中，過濾，并采用分光光度法和HPLC進行分析。發(fā)現(xiàn)所述ρ-異-α-酸已經(jīng)轉(zhuǎn)化為六氫異-α-酸，其HPLC峰純度為90.2％(它可通過與總峰面積的比較而得出)，分光光度法測得的總濃度為102％。
在我們隨后的兩個實施例中，我們將表明我們的方法可適用于β-酸樹脂的氫化反應(yīng)。純化的酒花的純化的β-酸部分，在正常室溫下是特別粘的，呈一種半結(jié)晶固體或極粘的漿糊，因此它不能容易地進行處理，除非它以顯著的加熱，通常加熱到高于50℃(例如，參見Forrest，Seaton & Moir在US4717580中所描述的內(nèi)容)。實施例10(β-酸樹脂的直接氫化)在實施例1A的反應(yīng)釜中加入含有(HPLC方法)81.0％β-酸(其中41.9％是以合蛇麻酮形式存在)的7.11g β-酸樹脂、6.8％α-酸和4.0％異-α-酸，接著加入0.662g 10％Pd/C催化劑(催化劑2)，使得以干燥重量計催化劑為β-酸量的6.2％。所述反應(yīng)釜接著部分浸沒在熱水中以流化所述樹脂。然后用CO2氣體從所述容器中吹掃除去空氣，接著抽真空。然后引入氫氣，使其壓力達到65psig，并將所述容器隔離開來。經(jīng)3分鐘后，起動磁力攪拌器，水溫維持在71±1℃，先前的實驗已經(jīng)證實在反應(yīng)釜中不可能攪拌β-酸樹脂(無論是否有氫存在)，除非溫度提高到高于室溫條件。監(jiān)測到氫的壓力下降，在經(jīng)4.0小時后，觀察到H2氣的消耗已經(jīng)停止，在此時關(guān)閉攪拌器。在此階段氣體壓力指示為56.5psig，表明每摩爾β-酸消耗了2.0摩爾H2。在溫度15℃的水浴中經(jīng)冷卻之后，釋放出剩余壓力，所述反應(yīng)最終用N2進行吹掃并打開。所述反應(yīng)混合物接著取樣，所述樣品通過聲裂分散在甲醇中，并過濾。采用HPLC法對澄清濾出液進行分析，表明有93％的原始β-酸已經(jīng)被氫化，主要轉(zhuǎn)化為六氫-和四氫-衍生物。
這樣，盡管所述樹脂本身具有高粘度，但是，使它實現(xiàn)很大程度的氫化仍是可行的。
我們隨后的實施例將說明，一種天然半固體啤酒花樹脂酸的氫化，是如何通過采用高壓CO2氣體在大于臨界溫度(31℃)的溫度下得到進一步推進的。實施例11(在高壓CO2氣體條件下β-酸樹脂的直接氫化)本次在實施例1A的反應(yīng)釜中加入7.21g與實施例9所述相同的β-酸樹脂。加入0.672g Pd/C催化劑(催化劑2)，使得以干燥重量計，催化劑為β-酸加入量的6.2％。所述反應(yīng)釜接著浸沒在52℃的水中持續(xù)一個很短的時間，以幫助使所述樹脂流化。然后采用實施例10的方法從所述容器中吹掃除去空氣，并引入氫氣使其壓力達到65psig。接著通過引入CO2氣體使壓力提高到800psig。接著將所述容器部分地浸沒在52℃的水中，持續(xù)3分鐘，然后起動磁力攪拌器。所述溫度維持在45-48℃，持續(xù)4.0小時，在該時刻關(guān)閉攪拌器，并將所述容器放置到溫度20℃的水浴中。在2-3分鐘的時間間隔內(nèi)，在輕輕地釋放氣體壓力后，打開所述容器。按實施例9的方法對樹脂質(zhì)產(chǎn)物和催化劑的混合物進行取樣，并采用HPLC法進行分析。分析結(jié)果表明，所述β-酸基本全部消失(＞99.5％還原)，已經(jīng)被一種氫化產(chǎn)物的復(fù)合混合物所代替，其約50％為六氫-β-酸形式。
這樣，可以清楚地看出，通過加入高壓CO2氣體，在相對較低溫度條件下(此時所述樹脂/催化劑混合物將具有很高粘性且是難以攪拌的)氫化啤酒花樹脂酸制劑是可能的。
在下述實施例12A-12F中，我們將證明CO2氣體出人意料的促進啤酒花樹脂酸氫化的能力，不僅僅是施加壓力的緣故，它可通過采用如氮氣等另外相對惰性非可燃氣體(它是經(jīng)常用來降低或消除可能從反應(yīng)釜中滲漏的氫氣著火的危險)來重復(fù)。實施例12A-12F(在反應(yīng)惰性氣體存在下異-α-酸的直接氫化)在六個不同的每個氫化反應(yīng)試驗中，在實施例1A的反應(yīng)釜中加入10.0-10.1g的異-α-酸樹脂(HPLC法其含有93.8％異-α-酸且峰面積純度為94.1％，制劑3)。然后加入0.451-0.454g 10％PdO/C催化劑(催化劑1)，并手動通過旋動整個容器使之分散到所述樹脂中。所述容器接著密封，并通過流過N2(僅對于實施例12E和12F)或CO2吹掃除去空氣，接著抽真空。然后引入氫氣使最終壓力為60psig。溫度維持在19℃，是通過浸入在水溫處于該溫度的燒杯中實現(xiàn)的。根據(jù)具體實驗的性質(zhì)，將N2或CO2氣體根據(jù)需要(如果需要)引入到其中，達到如表3所示的最終壓力。在3分鐘后，起動磁力攪拌器，以相同速率控制設(shè)定對所述樹脂/催化劑混合物進行攪拌。在2.0小時后，釋放壓力到大氣壓，打開所述容器，并將一份稱量的內(nèi)容物溶解到甲醇中，采用HPLC法進行分析。分析結(jié)果如表3中所示。表3反應(yīng)惰性氣體壓力對異-α-酸樹脂氫化反應(yīng)的影響
*轉(zhuǎn)化率％＝THIAA×100/[THIAA+IAA+DHIH]從表3可以看出，異-α-酸在實施例12A特定環(huán)境下于室溫時的差氫化反應(yīng)，在當(dāng)加入CO2氣體時得到很明顯的改善。在CO2氣體的分壓為300psig時(實施例12B)，異-α-酸轉(zhuǎn)化為四氫異-α-酸的轉(zhuǎn)化由工業(yè)無價值的僅為8％提高到69％，而當(dāng)起始值為550psig時(實施例12C)，反應(yīng)在2小時的時間間隔內(nèi)實際已經(jīng)完成，當(dāng)CO2分壓設(shè)定在700psig時(實施例12D)，也是這樣。相反地，即使采用700psig的N2氣，對于反應(yīng)速率也沒有什么任何明顯的影響。實施例12A-12F的結(jié)果，清楚地表明，CO2氣體在所述異-α-酸樹脂中具有高的溶解性，它足以可能對所述樹脂的粘性產(chǎn)生明顯的影響，從而說明(至少部分地)了已經(jīng)發(fā)生的反應(yīng)速率相當(dāng)大改善的原因。而且，據(jù)信氫溶解到啤酒花樹脂酸/催化劑混合物中的溶解性，可通過大量溶解的CO2的存在而得以顯著且有用地改善，當(dāng)氫化反應(yīng)是在中壓或高壓(分壓)的這種通常其它惰性氣體(它據(jù)信不直接參與氫化反應(yīng))存在下進行時，這種情形就會發(fā)生。
隨后的實施例將說明高壓下CO2氣體在啤酒花樹脂酸中的溶解性是明顯的，但是有限的。實施例13(CO2氣體在異-α-酸樹脂中的溶解性)將76.8g異-α-酸樹脂(“制劑3”)放置到實施例1A的反應(yīng)釜中。所述反應(yīng)釜部分地浸沒在溫度為19℃的水浴中。通過采用CO2吹掃從所述反應(yīng)釜中除去空氣，并隔離所述容器。然后慢慢地向所述反應(yīng)釜中引入CO2氣體，在7分鐘的時間間隔內(nèi)，使壓力達到數(shù)值為700psig。然后關(guān)閉入口閥，使所述反應(yīng)釜與加壓供源罐隔離開來。在經(jīng)3分鐘后，采用一個Teflon包裹的攪拌棒開始對所述樹脂進行攪拌。水浴溫度19℃。在1.3小時之后，可以觀察到，CO2壓力已經(jīng)穩(wěn)定在601psig，而在沒有任何異-α-酸樹脂存在下進行的先前對照實驗中，所述CO2壓力已經(jīng)從700psig降低到681psig。所以，由于CO2溶解到異-α-酸樹脂而引起的CO2壓力降為80psig。采用理想氣體方程，并考慮到被所述樹脂所占據(jù)的體積，壓力降的差值經(jīng)計算表明溶解到所述異-α-酸樹脂中的CO2數(shù)量為所述異-α-酸樹脂質(zhì)量的10.5％。
所以，與前述Poliakoff等人和Hill等人的教導(dǎo)相反，我們發(fā)現(xiàn)，在二氧化碳存在下的氫化反應(yīng)，可在下述環(huán)境下(其中，CO2不是作為一種所述啤酒花樹脂酸的很差的溶劑而存在，而是作為一種工作助劑，它可使得啤酒花樹脂酸的氫化能夠以高濃度形式和在相對低溫下進行，通常是在低于CO2臨界溫度甚至低于所述啤酒花樹脂酸正常可能會認為處于流化狀態(tài)的溫度之下，這通?？赏ㄟ^采用CO2氣體壓力低于或甚至基本低于這種氣體的臨界壓力而獲得的。
下述實施例14A-14C將要說明本發(fā)明是如何用來制備一種氫化異構(gòu)化的啤酒花樹脂酸的水溶液，它具有商業(yè)可接受的濃度，且適合用來有利地改善啤酒泡沫。實施例14A(異-α-酸樹脂的直接氫化)
將10.1g異-α-酸樹脂(HPLC法，93.8％異-α-酸，“制劑3”)，和0.453g 10％PdO/C催化劑(催化劑1)放入到實施例1A的反應(yīng)釜中，以干燥重量為基準，催化劑為異-α-酸加入量的2.4％。采用CO2通過吹掃從所述容器中除去空氣，接著進行抽真空。然后將氫氣引入到所述容器中，直到壓力達到60psig。所述樹脂/催化劑混合物接著通過加溫度為65℃的水到一個燒杯(所述反應(yīng)釜部分地浸沒在其中)中而對其進行加熱。在3分鐘后，起動磁力攪拌器，水溫維持在53-56℃。在攪拌1.7小時之后，氫氣壓力穩(wěn)定在44psig。所述反應(yīng)釜接著放入到溫度15℃的水浴中，并解壓到大氣壓。在打開所述容器之后，取出一等分反應(yīng)混合物樣品，并聲裂分散甲醇中，過濾，然后采用HPLC法進行分析。第二等分試樣直接過濾以除去催化劑(采用Whatman GF/F玻璃微纖維過濾器)，然后稀釋到甲醇中。這些等分試樣具有幾乎相等的純度(分別為94.5％和94.7％)。每個樣品都是只有非常低水平的過氫化，可由其高光譜比值(A254nm/A270nm＝1.21)得到證實。
本實施例說明了由異-α-酸的無溶劑氫化所制得并按實施例1A所述方法通過樹脂/催化劑混合物的直接過濾進行回收的四氫異-α-酸，是如何在不損失純度或不需要先溶解到一種溶劑中就可能實現(xiàn)。實施例14B(四氫異-α-酸水溶液的形成)向源自實施例14A的6.88g氫化異-α-酸/催化劑混合物中加入250ml的溫度為60℃的去離子水，并對混合物進行攪拌。接著慢慢地加入45％KOH溶液直到pH達到11.5，所述樹脂質(zhì)部分溶解(1.56ml的45％KOH)。將全部混合物接著過濾流過一種玻璃微纖維過濾器(Whatman GF/F)。得到243g淺黃色含水濾出物，HPLC法測得具有的四氫異-α-酸濃度為2.47％。由此可計算得到從所述催化劑中回收的四氫異-α-酸為98.1％。然后，對濾出液加熱到60℃，攪拌，并加入3.2ml的50％H2SO4，使pH達到1.7，從而使四氫異-α-酸以一種流動樹脂形式沉淀出來。在使所述混合物在一個分離漏斗中靜置約40分鐘后，收集下層樹脂相，剩余炭催化劑通過過濾流過一個粗過濾紙(Whatman No.4)將其除去。向4.70g所述過濾的四氫異-α-酸樹脂中，接著加入33ml溫度為40℃的去離子水。對所述混合物進行攪拌，并加入5.25ml 9.0％KOH，從而在pH為9.5時完全溶解所述樹脂。最后，通過添加水調(diào)節(jié)四氫異-α-酸的濃度到10.2％(紫外光譜分析)。根據(jù)HPLC法，這種最終產(chǎn)品具有的四氫異-α-酸的濃度為9.6％，為一種不正常的灰白色(黃色)，表明有相對低含量的未知發(fā)色化合物存在，它們正常地污染還原的異構(gòu)化的異-α-酸的商業(yè)制備。所述HPLC純度為94.4％。
所以，一種具有通常商業(yè)濃度(10％w/w，紫外光譜)的高質(zhì)量四氫異-α-酸產(chǎn)品的堿性含水鉀鹽的制備，是可以從由異-α-酸樹脂的直接氫化制備得到的四氫異-α-酸容易地獲得的。實施例14C(通過添加溶解的四氫異-α-酸改善啤酒的泡沫)將實施例14B的四氫異-α-酸溶液(10.2％w/w，紫外光譜分析)，進一步在水中稀釋到四氫異-α-酸的濃度為3.55mg/ml(紫外光譜分析)。然后，向兩個12盎司啤酒瓶(Bud Light)的每一個之中，加入0.75ml這種溶液(使四氫異-α-酸在啤酒中的總濃度為7.5ppm)。接著將所述瓶蓋上帽，并冷凍3天。相似地，兩瓶啤酒采用商業(yè)可獲得的四氫異-α-酸產(chǎn)品進行處理，另外兩瓶采用由異-α-酸的鉀鹽水溶液組成的異構(gòu)化萃取物進行處理。這些啤酒瓶采用Smith & Wilson的方法(PCT國際申請WO93/02177)測試其相對泡沫穩(wěn)定性。這些測試結(jié)果如表4所示。表4用異-α-酸和四氫異-α-酸增強的啤酒的相對泡沫穩(wěn)定性
它清楚地說明了實施例14B的產(chǎn)品具有改善泡沫的能力，它至少是大于商業(yè)可得的四氫異-α-酸產(chǎn)品的穩(wěn)定能力，顯著大于由按比例添加的未還原異-α-酸的穩(wěn)定能力，證明它適合用作一種后發(fā)酵啤酒泡沫促進劑。實施例15(鉑催化劑的應(yīng)用)本實施例將說明本發(fā)明并不限于采用鈀催化劑，一般地應(yīng)當(dāng)理解為包括采用已被證明適合用于本目的的任意貴金屬催化劑。
將10.2 g異-α-酸樹脂(HPLC法，93.8％異-α-酸，“制劑3”)，和1.167g 5％負載在炭上的鉑催化劑(Johnson Mtthey型18M)放入到實施例1A的反應(yīng)釜中，以干燥重量為基準，催化劑為異-α-酸加入量的5.9％。采用CO2通過吹掃從所述容器中除去空氣，接著進行抽真空。然后將氫氣引入到所述容器中，直到壓力達到60psig。所述樹脂/催化劑混合物接著通過加溫度為65℃的水到一個燒杯(所述反應(yīng)釜部分地浸沒在其中)中而對其進行加熱。在3分鐘后，起動磁力攪拌器，水溫維持在56-59℃。在攪拌2.4小時之后，氫氣壓力穩(wěn)定在43psig。所述反應(yīng)釜接著放入到溫度13℃的水浴中，并釋放內(nèi)壓至大氣壓，之后，采用CO2通過吹掃除去剩余的氫氣，并抽真空。在釋放真空至大氣壓后，取出一份反應(yīng)混合物樣品，充分地分散在甲醇中，過濾，然后采用HPLC法進行分析。樣品具有的四氫異-α-酸純度為93.9％。該純度與實施例14A采用氧化鈀催化劑獲得的純度是非常相似的。該樣品具有低水平的過氫化，可由其光譜比值A(chǔ)254nm/A270nm＝1.19得到證實。
由前述可以看出，我們新穎方法的特殊優(yōu)點可允許我們在完全沒有傳統(tǒng)有機溶劑存在下進行啤酒花樹脂酸基質(zhì)尤其是異-α-酸和ρ-異-α-酸的催化多相氫化反應(yīng)，只要非強制地溶解氣態(tài)二氧化碳到所述基質(zhì)中即可。令人驚奇地，我們發(fā)現(xiàn)按照這種方法實現(xiàn)想要的有效轉(zhuǎn)化基質(zhì)為具有高收率并以便于控制經(jīng)濟的工業(yè)方法進行操作的氫化產(chǎn)物，是可行的。而且，本發(fā)明不僅可以間歇方法進行生產(chǎn)，而且也可以連續(xù)或半連續(xù)方法進行生產(chǎn)，從而可做出一種選擇，它考慮到其它相關(guān)的可能喜歡一種類型操作而不是另一種類型操作的情形。
而且，從前述可以看出，按我們新穎方法由異-α-酸所形成的四氫異-α-酸，當(dāng)在合適的條件下進行時，它能夠很好地適合用作采用傳統(tǒng)方法制備六氫異-α-酸的起始原料。
本發(fā)明是能容許對其進行改進的。例如，沒有根本遠離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的其它可實現(xiàn)氫化啤酒花樹脂酸的增溶的方法，都可采用。
盡管前述的工作實施例具體說明了優(yōu)選的實施方式，但是，本發(fā)明不受由上述實施例約束條件的限定，應(yīng)該理解為包括落入我們的權(quán)利要求書的廣闊概念之中的反應(yīng)和情形的所有方式。
權(quán)利要求
1.一種以它們天然酸式狀態(tài)存在的流化啤酒花樹脂酸的氫化方法，它包括在一種貴金屬催化劑存在下和沒有液態(tài)有機溶劑存在下使啤酒花樹脂酸與氫氣進行接觸。
2.權(quán)利要求1所述方法，其中所述催化劑的貴金屬是鈀或鉑。
3.權(quán)利要求2所述方法，其中所述鈀呈負載在炭上的氧化鈀或負載在炭上的鈀的形式。
4.權(quán)利要求1所述方法，包括加熱所述啤酒花樹脂酸到足以使所述啤酒花樹脂酸和它們的反應(yīng)產(chǎn)物流化的步驟。
5.權(quán)利要求1所述方法，其中所述氫化反應(yīng)的產(chǎn)物要經(jīng)過一個分離步驟以除去多相催化劑。
6.權(quán)利要求5所述方法，其中分離的反應(yīng)產(chǎn)物是通過加入水和一種堿金屬氫氧化物而轉(zhuǎn)化為一種水溶液的。
7.權(quán)利要求6所述方法，其中所述堿金屬是鉀。
8.權(quán)利要求1所述方法，包括在水中懸浮所述氫化的啤酒花樹脂酸產(chǎn)物、添加足量堿金屬氫氧化物以溶解所述氫化啤酒花樹脂和分離所得到混合物以獲得一種以其堿金屬鹽形式存在的所述氫化啤酒花樹脂酸產(chǎn)物的溶液的步驟。
9.權(quán)利要求8所述方法，其中所述堿金屬是鉀。
10.權(quán)利要求8所述方法，包括采用添加無機酸酸化所得到的溶液以沉淀所述氫化啤酒花樹酸和回收作為分離相的所述沉淀樹脂的步驟。
11.權(quán)利要求10所述方法，包括在水中懸浮所回收的樹脂和添加足量堿金屬氫氧化物以使所述樹脂溶解的步驟。
12.權(quán)利要求11所述方法，其中所述堿金屬是鉀。
13.一種以它們酸式狀態(tài)存在的啤酒花樹脂酸在沒有液態(tài)有機溶劑存在下的氫化方法，該方法是采用在一種貴金屬催化劑存在下于二氧化碳(CO2)分壓下，使所述啤酒花樹脂酸的反應(yīng)混合物與氫氣進行接觸，所述CO2氣體的壓力(a)足以使所述反應(yīng)混合物流化，和(b)低于所述CO2在低于CO2臨界溫度將要液化的壓力，或如果所述溫度處于或高于所述臨界溫度，處于低于所述CO2氣體密度大于其在臨界點密度時的壓力。
14.權(quán)利要求13所述方法，其中二氧化碳氣體的分壓是所述CO2氣體在低于臨界溫度下將要液化時壓力的0.4-0.9倍。
15.權(quán)利要求13所述方法，其中所述溫度是在10-100℃之間。
16.權(quán)利要求13所述方法，其中所述溫度是在15-50℃之間。
17.權(quán)利要求1所述方法，其中所述氫氣是以等于或大于完全轉(zhuǎn)化所述啤酒花樹脂酸為一種確定的分子結(jié)構(gòu)(或同族系列結(jié)構(gòu))的氫化產(chǎn)物的理論摩爾比進行進料的。
18.權(quán)利要求13所述方法，其中所述氫氣是以等于或大于完全轉(zhuǎn)化所述啤酒花樹脂酸為一種確定的分子結(jié)構(gòu)(或同族系列結(jié)構(gòu))的氫化產(chǎn)物的理論摩爾比進行進料的。
19.權(quán)利要求17所述方法，其中所述氫氣是以摩爾比為完全反應(yīng)的理論需要量的1.0-2.0倍。
20.權(quán)利要求18所述方法，其中所述氫氣是以摩爾比為完全反應(yīng)的理論需要量的1.0-2.0倍。
21.權(quán)利要求1所述方法，包括在所述氫化反應(yīng)之前在水中懸浮所述氫化的啤酒花樹脂酸和貴金屬催化劑混合物的步驟。
22.權(quán)利要求21所述方法，包括采用向所述水中添加一種堿金屬的氫氧化物以溶解所述氫化反應(yīng)產(chǎn)物和采用過濾方法除去不溶的催化劑的步驟。
23.權(quán)利要求22所述方法，其中所述堿金屬是鉀。
24.一種啤酒花樹脂酸氫化的連續(xù)方法，包括以下步驟轉(zhuǎn)化所述啤酒花樹脂酸為一種流體狀態(tài)；在高壓下向所述啤酒花樹脂酸中供入氫氣，其數(shù)量至少為足以完成所需反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)量；使所形成的均勻樹脂和氫混合物流過貴金屬催化劑顆粒床層；和在等于或接近大氣壓的壓力下收集所得到的產(chǎn)物。
25.權(quán)利要求24所述方法，其中所述啤酒花樹脂酸是采用加熱方法實現(xiàn)流化的。
26.權(quán)利要求24所述方法，其中所述啤酒花樹脂酸是通過溶解CO2氣體到其中而實現(xiàn)流化的，其數(shù)量不超過在樹脂進入和流出催化劑床層的維持壓力下它將要飽和所述樹脂的數(shù)量。
27.權(quán)利要求26所述方法，其中加熱所述啤酒花樹脂酸以進一步提高其流動性。
28.權(quán)利要求1的產(chǎn)品。
29.權(quán)利要求13的產(chǎn)品。
30.權(quán)利要求24的產(chǎn)品。
31.按照權(quán)利要求1所述方法由異-α-酸制備得到的四氫異-α-酸。
32.按照權(quán)利要求13所述方法由異-α-酸制備得到的四氫異-α-酸。
33.按照權(quán)利要求24所述方法由異-α-酸制備得到的四氫異-α-酸。
34.按照權(quán)利要求1所述方法由ρ-異-α-酸制備得到的六氫異-α-酸。
35.按照權(quán)利要求13所述方法由ρ-異-α-酸制備得到的六氫異-α-酸。
36.按照權(quán)利要求24所述方法由ρ-異-α-酸制備得到的六氫異-α-酸。
37.按照權(quán)利要求1所述方法制備得到氫化β-酸。
38.按照權(quán)利要求13所述方法制備得到氫化β-酸。
39.按照權(quán)利要求24所述方法制備得到氫化β-酸。
40.按照權(quán)利要求1所述方法制備的含有氫化啤酒花樹脂酸的啤酒。
41.按照權(quán)利要求13所述方法制備的含有氫化啤酒花樹脂酸的啤酒。
42.按照權(quán)利要求24所述方法制備的含有氫化啤酒花樹脂酸的啤酒。
全文摘要
一種用于在沒有液態(tài)有機溶劑存在下啤酒花樹脂酸直接氫化反應(yīng)的方法,是通過在一種貴金屬存在下,在一定溫度下使所述啤酒花樹脂酸與氫進行反應(yīng),在該溫度下所述樹脂酸是充分流化的可以容易地與所述催化劑進行混合并適合促進所述氫化反應(yīng)。一種替代方案是,所需要的流動性可在相對較低溫度獲得,是通過使反應(yīng)試劑經(jīng)過高壓CO
文檔編號C07B61/00GK1384872SQ99817007
公開日2002年12月11日 申請日期1999年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月18日
發(fā)明者R·J·史密斯, R·J·H·威爾森 申請人:S.S.斯坦納公司