本發(fā)明屬于食品添加劑加工領(lǐng)域，涉及美拉德反應(yīng)技術(shù)，具體為在低溫合成-減壓共沸脫水耦聯(lián)技術(shù)制備美拉德反應(yīng)中間體的方法。

背景技術(shù)：

美拉德反應(yīng)是在食品加工和儲藏過程中廣泛存在的非酶褐變反應(yīng)，直接影響著食品的風(fēng)味、滋味、色澤和營養(yǎng)價值，是食品化學(xué)領(lǐng)域重要的研究內(nèi)容。美拉德反應(yīng)技術(shù)是一項較新的香精香料生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)，在煙草香精及食品香精特別是肉類香精中有廣泛的應(yīng)用。

在美拉德反應(yīng)初級階段，還原糖的羰基與氨基之間進行加成，加成物迅速脫水轉(zhuǎn)變?yōu)橄７驂A，再經(jīng)環(huán)化形成相應(yīng)的N-取代的糖基胺，醛糖經(jīng)Amadori重排轉(zhuǎn)變成有反應(yīng)活性的1-氨基-1-脫氧-2-酮糖；酮糖則經(jīng)Heyns重排轉(zhuǎn)變成有反應(yīng)活性的2-氨基-2-脫氧-1-醛糖。初級美拉德反應(yīng)不產(chǎn)生香味，也不引起褐變，但其產(chǎn)物是極其重要的不揮發(fā)性香味前體物。相比于完全反應(yīng)后的終產(chǎn)物，這些美拉德反應(yīng)中間體在添加至食品或煙草中后不會直接引起顏色的加深和濃郁的香氣，但是在食品的深加工和煙草的燃吸過程中會裂解成為風(fēng)味物質(zhì)釋放出來，因此具有良好的致香穩(wěn)定性，表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

在目前已有技術(shù)中，Amadori重排產(chǎn)物(ARP)或Heyns重排產(chǎn)物(HRP)的制備主要采用甲醇回流法制備。甲醇高度易燃、易爆，而且具有一定毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，即使是甲醇的蒸氣也能造成人體呼吸道粘膜及視力的損害。以甲醇作溶劑加熱回流制備ARP和HRP不具備生產(chǎn)的安全性，生產(chǎn)成本和環(huán)境成本很高，不利于ARP和HRP的工業(yè)化生產(chǎn)，因此有待出現(xiàn)一種低成本、無污染的新型綠色方法替代現(xiàn)有工藝。二階段變溫美拉德反應(yīng)雖然實現(xiàn)了美拉德反應(yīng)中間體的水相制備，但是中間體的轉(zhuǎn)化率還有待提高，產(chǎn)物中存在較多的希夫堿(糖基胺)未完全轉(zhuǎn)化為ARP或HRP。因此在水相反應(yīng)的過程中需要脫除水分，以促進水相中希夫堿(糖基胺)向ARP或HRP的轉(zhuǎn)化，提高中間體轉(zhuǎn)化率，實現(xiàn)美拉德反應(yīng)中間體的安全、高效制備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明提供了一種低溫合成-減壓共沸脫水耦聯(lián)技術(shù)制備美拉德反應(yīng)中間體的方法。利用水作溶劑，將氨基酸和糖在一定條件下加熱發(fā)生美拉德反應(yīng)。常壓反應(yīng)之后在減壓脫水的過程中發(fā)生希夫堿脫水，促進ARP或者HRP的高效轉(zhuǎn)化，反應(yīng)完成后利用食品級乙醇與水的共沸除去干料中殘余的水分，并且進行初步分離純化，得到ARP或HRP。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種低溫合成-減壓共沸脫水耦聯(lián)技術(shù)制備美拉德反應(yīng)中間體的方法，其特征在于，包括以下工藝步驟：

(1)取一定量的氨基酸和還原糖，加水形成溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至7～8，加熱一段時間發(fā)生美拉德反應(yīng)；

(2)降低反應(yīng)體系氣壓至40mbar以下脫水，至無餾分流出時將體系真空度降為0，同時停止加熱，得到干料；

(3)向步驟(2)所得干料中加入一定量的食品級乙醇，將干料與食品級乙醇進行充分攪拌，得到混合物，將其進行減壓蒸發(fā)，脫除食品級乙醇和殘余水分，得到干料；

(4)向步驟(3)所得干料中加入一定量的食品級乙醇，將干料與食品級乙醇進行充分混合，減壓過濾，得到澄清濾液，將濾液減壓蒸發(fā)，再次得到干料；

(5)對步驟(4)所得干料重復(fù)步驟(4)的處理過程1-5次，最后將所得澄清濾液減壓蒸發(fā)，得到ARP或HRP的固體產(chǎn)品。

優(yōu)選地，步驟(1)中，所使用的氨基酸為賴氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸及所述氨基酸的鹽的一種或其組合；所使用的還原糖為木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖的一種或其組合。

優(yōu)選地，步驟(1)中，當(dāng)使用的還原糖的重量份為10時，所使用的氨基酸的重量份為2-20，水的重量份為100-800。

優(yōu)選地，步驟(1)中，加熱溫度為70-100℃，美拉德反應(yīng)時間為20-180min。

優(yōu)選地，步驟(3)中，所使用的乙醇為無水食品級乙醇；當(dāng)步驟(1)中使用的水的重量份為10時，步驟(3)中所使用的食品級乙醇的重量份為5-20。

優(yōu)選地，步驟(3)和步驟(4)中，所述減壓蒸發(fā)的溫度為20-40℃，真空度為0.02-0.06MPa。

本發(fā)明的低溫合成-減壓共沸脫水耦聯(lián)技術(shù)制備ARP或HRP的方法相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點：

(1)目前ARP與HRP通常在無水甲醇中加熱回流合成，并且使用具有刺激性、可燃性的有機酸作為催化劑，這些制備方法往往產(chǎn)生有毒污染物，在實際生產(chǎn)中存在較大的安全隱患，同時成本較高，難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因此美拉德反應(yīng)中間體的制備只停留在理論研究階段。本發(fā)明所述水相低溫制備技術(shù)則可實現(xiàn)水相制備美拉德反應(yīng)中間體，而且選用的加工助劑僅為食品級乙醇，降低了生產(chǎn)的會計成本、安全成本以及環(huán)境成本，其工藝技術(shù)滿足綠色、科學(xué)、可持續(xù)的工業(yè)設(shè)計理念，而且具有較高的食用安全性，可以作為食品添加劑直接應(yīng)用于食品或卷煙產(chǎn)品中。

(2)在傳統(tǒng)的有機溶劑回流制備ARP或HRP的技術(shù)中，反應(yīng)時間為4-8小時，而本發(fā)明所述的水相制備方法只需反應(yīng)20-180min即可獲得較高轉(zhuǎn)化率的ARP或HRP，大大縮短反應(yīng)時間，降低生產(chǎn)成本，具有較高的創(chuàng)新性和先進性。

(3)目前香精香料工業(yè)中美拉德反應(yīng)溫度通常在100℃-150℃，以獲得較多的風(fēng)味物質(zhì)。在這一反應(yīng)條件下，美拉德反應(yīng)速率快，副反應(yīng)較多，反應(yīng)機理復(fù)雜，美拉德反應(yīng)中間體不易富集，轉(zhuǎn)化率極低，不利于ARP與HRP的生產(chǎn)制備。本發(fā)明所公開的低溫合成-減壓共沸脫水耦聯(lián)技術(shù)降低了傳統(tǒng)美拉德反應(yīng)的反應(yīng)溫度，實現(xiàn)了反應(yīng)過程的可控性。

(4)本發(fā)明所公開的低溫合成-減壓共沸脫水耦聯(lián)技術(shù)是以二階段變溫美拉德反應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)，在低溫反應(yīng)過程中減壓共沸脫水形成的新技術(shù)。與變溫美拉德反應(yīng)技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)大幅提高了中間體的轉(zhuǎn)化率，具有很強的創(chuàng)新性和顯著的進步性。

(5)已有的ARP或HRP的純化技術(shù)以離子交換色譜、硅膠柱色譜為主，這些方法操作繁瑣、成本較高并且存在較大的安全隱患。而本發(fā)明所述ARP或HRP的純化方法為沉淀法，利用ARP或HRP在乙醇中的良好的溶解性能與其他雜質(zhì)分離。操作簡單、成本低廉，具有較高的工業(yè)化應(yīng)用價值。

(6)水相低溫制備美拉德反應(yīng)中間體的方法是以現(xiàn)有美拉德反應(yīng)香精的加工工藝為基礎(chǔ)的技術(shù)創(chuàng)新，所采用的反應(yīng)方式、酸堿度調(diào)節(jié)方式以及脫水溫度等參數(shù)都與現(xiàn)有工藝保持一致，本發(fā)明水相低溫制備ARP或HRP的技術(shù)可在低成本條件下直接應(yīng)用于實際生產(chǎn)，具有較強的實際應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1是木糖-蛋氨酸體系A(chǔ)RP樣品的總離子流色譜圖

圖2是木糖-蛋氨酸體系A(chǔ)RP樣品的質(zhì)譜圖

圖3是木糖-半胱氨酸體系A(chǔ)RP樣品的總離子流色譜圖

圖4是木糖-半胱氨酸體系A(chǔ)RP樣品的質(zhì)譜圖

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

取20kg蛋氨酸和40kg木糖，加800kg水形成溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至7.5，80℃恒溫加熱發(fā)生美拉德反應(yīng)，80min后迅速降低體系氣壓至40mbar以下脫水，至無餾分流出時(15min)將體系真空度降為0，同時停止加熱，得到干料，向其中加入400kg的食品級乙醇，將干料與食品級乙醇進行充分混合后在30℃條件下進行減壓蒸發(fā)，脫除食品級乙醇和殘余水分，得到干料。將干料與食品級乙醇進行充分混合，減壓過濾，得到澄清濾液，重復(fù)蒸發(fā)、混合的步驟，最后將所得澄清濾液減壓蒸發(fā)，得到中間體固體產(chǎn)品。

將所得固體溶于水后通過高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析技術(shù)對其進行分析，得到總離子流色譜圖和質(zhì)譜圖(如圖1,圖2所示)。

實施例2

取8kg半胱氨酸和20kg木糖，加800kg水形成溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至7.5，90℃恒溫加熱發(fā)生美拉德反應(yīng)，70min后迅速降低體系氣壓至40mbar以下脫水，至無餾分流出時(15min)將體系真空度降為0，同時停止加熱，得到干料，向其中加入400kg的食品級乙醇，將干料與食品級乙醇進行充分混合后在30℃條件下進行減壓蒸發(fā)，脫除食品級乙醇和殘余水分，得到干料。將干料與食品級乙醇進行充分混合，減壓過濾，得到澄清濾液，重復(fù)蒸發(fā)、混合的步驟，最后將所得澄清濾液減壓蒸發(fā)，得到中間體固體產(chǎn)品。

將所得固體溶于水后通過高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析技術(shù)對其進行分析，得到總離子流色譜圖和質(zhì)譜圖(如圖3,圖4所示)。

實施例3

取15kg丙氨酸和30kg果糖，加700kg水形成溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至7.4，90℃恒溫加熱發(fā)生美拉德反應(yīng)，100min后迅速降低體系氣壓至40mbar以下脫水，至無餾分流出時(13min)將體系真空度降為0，同時停止加熱，得到干料，向其中加入700kg的食品級乙醇，將干料與食品級乙醇進行充分混合后在30℃條件下進行減壓蒸發(fā)，脫除食品級乙醇和殘余水分，得到干料。將干料與食品級乙醇進行充分混合，減壓過濾，得到澄清濾液，重復(fù)蒸發(fā)、混合的步驟，最后將所得澄清濾液減壓蒸發(fā)，得到中間體固體產(chǎn)品。

實施例4

取10kg甘氨酸和20kg半乳糖，加800kg水形成溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至8.0，90℃恒溫加熱發(fā)生美拉德反應(yīng)，90min后迅速降低體系氣壓至40mbar以下脫水，至無餾分流出時(15min)將體系真空度降為0，同時停止加熱，得到干料，向其中加入800kg的食品級乙醇，將干料與食品級乙醇進行充分混合后在30℃條件下進行減壓蒸發(fā)，脫除食品級乙醇和殘余水分，得到干料。將干料與食品級乙醇進行充分混合，減壓過濾，得到澄清濾液，重復(fù)蒸發(fā)、混合的步驟，最后將所得澄清濾液減壓蒸發(fā)，得到中間體固體產(chǎn)品。

比較例

按照二階段變溫美拉德反應(yīng)水相制備ARP的方法，取20kg蛋氨酸和40kg木糖，加800kg水形成溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至7.5置于美拉德反應(yīng)瓶中，先80℃反應(yīng)不同時間添加半胱氨酸，再提高溫度至120℃高溫反應(yīng)120min，測定變溫美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在波長420nm下的吸光度，確定色澤最淺的樣品對應(yīng)的低溫反應(yīng)條件(反應(yīng)時間95min)。在該反應(yīng)條件下(80℃)恒溫加熱發(fā)生美拉德反應(yīng)，95min后停止加熱，通過高效液相色譜測定蛋氨酸-木糖體系的美拉德反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)化率為11.45％。

根據(jù)圖2質(zhì)譜圖的離子碎片信息可知，離子碎片為分子離子脫水或脫羧基形成，推斷其分子離子峰MH⁺為282，該物質(zhì)的相對分子質(zhì)量為281，分子式為C₁₀H₁₉O₆NS，為木糖-蛋氨酸體系的ARP。

根據(jù)圖4質(zhì)譜圖的離子碎片信息可知，離子碎片為分子離子脫水或脫羧基形成，推斷其分子離子峰MH⁺為254，該物質(zhì)的相對分子質(zhì)量為253，分子式為C₈H₁₅O₆NS，為木糖-半胱氨酸體系的ARP。

通過高效液相色譜分別對比較例和實施例1所制備的美拉德反應(yīng)中間體進行分析，比較例制備的中間體轉(zhuǎn)化率為11.45％，而測得實施例1轉(zhuǎn)化率為53.82％，較現(xiàn)有的水相美拉德反應(yīng)方法提高370.0％，證實本發(fā)明水相低溫制備美拉德反應(yīng)中間體的方法具有較高的創(chuàng)新性和先進性。

上述實施例的實驗使用的水為蒸餾水，糖和氨基酸使用食品級，其余化學(xué)試劑均為分析純，高效液相色譜-質(zhì)譜分析實驗所用化學(xué)試劑均為色譜純。高效液相色譜-質(zhì)譜檢測條件為：用于分析的分離柱是C₁₈反向高效液相色譜柱，使用的流動相是超純水與乙腈，進樣后用流動相進行梯度洗脫，流速為0.3mL/min，柱溫是45℃。質(zhì)譜分析選擇的離子方式為ESI+，毛細管電壓為3.5kV，錐孔電壓為20V，離子源溫度為100℃，脫溶劑氣溫度為400℃，脫溶劑氣流速為700L/h，錐孔氣流流速為50L/h，碰撞能量是6V，檢測器電壓是1800V。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。