专利名称：啤酒花α-酸异构化成异-α-酸的改进方法
技术领域：
本发明涉及通过采用具有包含带孤对电子(孤对电子是未与其他原子成键或共享的价电子对)的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或它们的混合物)，通过异构化啤酒花α-酸(潷草酮)(例如处于啤酒花提取物形式)，用于生产异-α-酸(异潷草酮)的改进方法。本发明进一步涉及通过所述改进的异构化方法获得的异-α-酸组合物并且涉及所述异- α -酸组合物在食品和饮料应用中，尤其是作为苦味制剂，和/或作为用于获得还原或氢化的异-α -酸组合物来源的用途。
背景技术：
传统地，在酿造过程的麦芽汁煮沸阶段添加处于啤酒花球果或啤酒花颗粒形式的啤酒花。这会导致α-酸(潷草酮类，如潷草酮，加潷草酮，辅萎草酮，后潷草酮(posthumulone)和前_草酮(prehumulone))提取到甜麦芽汁中，其在温度的影响(热异构化)下部分地异构化成相应的异- α -酸(异潷草酮)。这些异- α -酸是形成啤酒花啤酒特有的苦味的原因。在麦芽汁煮沸开始时麦芽汁中典型的α-酸水平低于0.0lwt %(IOOppm以下)。这种造成苦味的传统啤酒花方法的缺点是在麦芽汁pH下，即pH5.2 5.4低效的α-酸提取和异构化，通常导致异-α-酸产率低于40% (GB1, 158,697)。应当清楚的是，通过在酿造过程之外进行α -酸异构化，并且特别是在碱性无机化合物的作用下，可以提高啤酒花的利用率。一个专利使用粉状啤酒花作为过程进料，该过程进料与碱土金属氧化物混合，并且随后在厌氧条件下加热(US4123561)。这种方法的缺点是有异味形成并且啤酒花利用率较低。因此，后来的发展使用啤酒花提取物，其通过从啤酒花花果，而不是粉状啤酒花中提取啤酒花树脂(除了别的之外，α -酸)而获得。使用啤酒花提取物代替传统的啤酒花产物有许多优点，其中存在更稳定和更一致的化学组合物。一般而言，这样的啤酒花提取物目前通过液体或超临界碳二氧化碳萃取获得，这消除了当使用有机萃取溶剂如己烷时之前经历的在提取物中存在杀虫剂和溶剂残留物的问题。二氧化碳啤酒花提取物主要提供^-酸(潷草酮)，其次是@-酸(蛇麻酮)，它们可以进一步分馏以获得富含α-酸啤的酒花提取物。从这些含有α -酸的提取物开始，可以通过两种方法采用碱金属和/或碱土金属基的化合物来实现酿造(麦芽汁煮沸)过程之外的α-酸“离线”预异构化。第一种方法使用无溶剂反应介质，而在另一种方法中，在加入溶剂，纯水或可替代地与有机溶剂混合的水之后进行转化。通常，第一种方法是基于碱土金属化合物，例如，碱土金属氧化物(例如，MgO)。这些无机加速剂与含有α-酸的提取物混合。然而，在这些异构化过程中，氧化物至少部分地溶解，并且因此，在升高温度下在较长反应时间后，获得异-α -酸产物，为碱土金属阳离子_异_草酸盐(isohumulate)复合物(US5015491),顺式-和反式-异- α -酸的异构体分布为50:50。为了获得异-α-酸作为有机相，需要额外的步骤，所述步骤涉及碱土金属异潷草酸盐的酸化(例如，用硫酸水溶液)。这会产生异-α-酸层，它可以从含有碱土金属硫酸盐的单独水层中滗析出来。为了获得商业产品，需要使用钾化合物的中和过程，这会产生溶解的异潷草酸钾盐的水溶液。这个过程类型意味着最初添加的碱土金属化合物不能原样地从产品中回收。在其他方法中，使用了碱金属盐和/或碱土金属盐，例如K2CO3和MgCl2溶液(US3, 765，903 ；US3, 952，061 ；US4, 002，683 ；US4, 758，445)。一般需要化学计算量的碱金属阳离子和高温在含水的反应介质中将α-酸转化成异α-酸。而且，为了分离异-α-酸，需要酸化和滗析步骤。此外，水的存在导致生成不想要的降解副产物，如潷草酸。在US5，370，897中，碱土金属盐(例如，MgSO4)和碱金属盐(K2CO3)结合到一个过程中用来加速α-酸异构化。US5，155，276描述了多相加速剂，即Al2O3的应用，另外地需要相对于α -酸反应物的以至少化学计量摩尔比的溶解碱金属盐。虽然在这个过程中使用在异构化反应之后通过过滤可以从反应混合物中分离出来的“不溶性催化剂”，多相加速剂本身并非有效，并且需要第二溶解的加速剂。 此外，需要额外的酸化和倾析步骤才能获得异-α -酸产物。以上清楚地表明，本领域中已知的啤酒花α-酸的异构化过程是复杂的操作，包括使用可溶性反应加速的无机化合物并包括用于除去无机加速剂的酸化和倾析步骤，从而产生高水平的废物，通常会不希望地生成降解副产物。因此，对于异构化啤酒花α-酸的改进方法仍存在需要。
发明内容
本发明提供了使用具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物用于将啤酒花α-酸(或(部分)氢化的α-酸，尤其是4Η-α-酸)异构化成异-α -酸(或(部分)氢化的异-α -酸，尤其是4Η-异-α -酸)的改进方法。本发明进一步涉及通过本发明的所述异构化可获得的异_α -酸组合物，及其用途。本发明的第一目的提供了将啤酒花α -酸异构化成啤酒花异-α _酸的方法，包括将含啤酒花α-酸的进料与至少一种具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物混合，并且因此使啤酒花α-酸经历异构化作用。优选地，所述含啤酒花α -酸的进料是啤酒花提取物，更优选通过用液体或超临界二氧化碳萃取获得。优选地，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物选自由以下组成的组中:氨基酸类、氨基酸衍生的酯化合物类、氨基酸衍生的酰胺化合物类、氨基酸衍生的所述盐化合物类、氨基酚类、氨基醇类、氨基糖类、胺类，亚胺类、肟类，羟胺类、脒类、胍类、酰胺类、酰亚胺类、脲类、嘧啶类、嘌呤类、以及这些化合物的(功能化的)低聚物或聚合物衍生物；并且这些化合物是非环状(脂族或不饱和的碳侧链)、环状(饱和的或不饱和的环)或杂环状(饱和的或不饱和的环)分子。优选地，具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的两性离子型含碳化合物具有含有PKb值低于6的(碱性)氮原子的至少一个官能团，更优选具有含有PKb值低于5的(碱性)氮原子的至少一个官能团，最优选具有含有PKb值低于4的(碱性)氮原子的至少一个官能团。可替代地，具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的非两性离子型含碳化合物优选包含键连于2个或3个碳原子的至少一个氮原子，例如在仲和叔氨基的情况下。所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的非两性离子型含碳化合物具有优选地含有PKb值低于9的(碱性)氮原子的至少一个官能团，更优选含有pKb值低于7的(碱性)氮原子的至少一个官能团，最优选含有PKb值低于5的(碱性)氮原子的至少一个官能团。在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是通常存在于啤酒产品中和/或人体中天然存在的化合物。更优选地所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是具有D-立体异构体构型的α -氨基酸、具有L-立体异构体构型的α -氨基酸、β -氨基酸或Y-氨基酸。最优选地，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是L-脯氨酸或β -丙氨酸。在本发明的另一个优选实施方式中，α-酸异构化反应发生在无氧气氛下。在本发明的另一个优选实施方式中，在反应介质中α-酸化合物的浓度，即在将具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物加入到含有α-酸的进料中之后，在异构化反应开始时为至少lwt%。在本发明的又另一个优选实施方式中，α-酸异构化反应发生在无溶剂或非水性条件下。可替代地，根据本发明的α-酸异构化反应，当所用的具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物不是氨基酸时，可以在溶剂或溶剂混合物中进行。可替代地，如果使用氨基酸，在根据本发明的α-酸异构化反应中，对于具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物，在反应介质中所述氨基酸相对于水的质量比优选至少5:1。如果异构化反应在水性条件下进行，α-酸异构化反应介质的pH为至少>5.5，优选>6.5，更优选>7.0，最优选>7.5。在本发明的另一个优选实施方式中，α-酸异构化反应发生在至少278K的温度下，更优选在323 383Κ的温度下。在本发明的又另一个优选实施方式中，α-酸异构化反应以在异构化反应开始时20:1 1:10的α -酸相对于具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的所述化合物的氮含量的摩尔比进行。另一个优选的实施方式提供了异构化啤酒花α-酸的方法，包括将含啤酒花α-酸的进料与至少一种具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物混合，并进一步包括氢化和/或还原反应步骤。优选地，所述氢化和/或还原反应在氢存在下采用多相金属基催化剂，优选贵金属基催化剂，在缺少或存在溶剂下，在至少278Κ的温度下进行。本发明的第二个目的提供了由包含异构化的啤酒花α-酸的啤酒花提取物和至少一种具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物制备或可制备的啤酒花异-α -酸组合物。优选地，所述啤酒花异-α -酸组合物的异-α _酸相对于所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的氮含量的摩尔比为20:1 1:10。更优选地，所述啤酒花异-α-酸组合物包含异-α-酸化合物与L-脯氨酸，异-α -酸相对于L-脯 氨酸的摩尔比为3:1 1: 3。根据本发明的所述异_ α -酸组合物可以包含部分地或完全地还原和/或氢化的啤酒花异— α-酸化合物。本发明的第三个目的涉及根据本发明的啤酒花异-α-酸组合物在食品、饮料或啤酒应用中的用途，尤其是作为啤酒和饮料产品的苦味制剂。而且，根据本发明的所述啤酒花异-α -酸组合物可以用作氢化和/或还原过程的进料用于生产部分地或完全地氢化或还原的异-α-酸。
具体实施例方式说明因此，贯穿整个说明书使用的那些术语具有清楚的并且一致的含义，提供以下定乂:“孤对电子”是未与其他原子成键或共享的价电子对。“氨基酸”是含有氨基，羧酸基团和在不同氨基酸之间变化的(侧)链的分子。在α-氨基酸中，氨基连接至紧邻羧酸基团的碳原子(α-碳)。各种α-氨基酸在连接至其α -碳的侧链类型方面是不同的，并且能够在大小尺寸上从甘氨酸中的仅I个氢原子至色氨酸中的较大杂环基团发生变化。当氨基连接至不同碳原子时，存在其他类型的氨基酸；例如，在β_氨基酸(像例如，β_丙氨酸)中氨基处于离开羧酸基团的β_位置，而在Y-氨基酸(像例如，Y-氨基-丁酸)中氨基连接到其上的碳原子被两个其他碳原子与羧酸基团隔开。在本发明的上下文中，术语“α-酸”包括啤酒花或啤酒花提取物中天然存在的任何α-酸化合物，如潷草酮、加潷草酮、辅萎草酮、后潷草酮(posthumulone)和前潷草酮(prehumulone)，以及它们的氢化和/或还原的衍生物，包括2H-和4H-α -酸化合物，优选4Η-α -酸。同样地，在本发明的上下文中，术语“异- α -酸”包括作为异构化啤酒花α -酸化合物的任何化合物，如异潷草酮、异-加潷草酮、异-辅萎草酮、异-后潷草酮和异-前潷草酮，以及它们的氢化和/或还原的衍生物，包括2Η-异-α -酸、4Η-异-α -酸和6Η-异-α-酸化合物。本发明提供了采用具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物将啤酒花α -酸(或(部分)氢化的α -酸，尤其是4Η- α -酸)异构化成异-α -酸(或(部分)氢化的异-α -酸，尤其是4Η-异-α -酸)的改进方法。不受理论束缚，当向含啤酒花α-酸的进料中加入这些具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或其混合物)时，催化啤酒花α-酸异构化成异-α-酸。本发明进一步涉及通过本发明的所述α -酸异构化可获得的异-α -酸组合物，及其用途。因此，本发明的第一目的涉及用于异构化啤酒花α-酸(或(部分)氢化的α-酸)的方法，包括在缺少或存在溶剂下，优选在至少278Κ的反应温度下，并且优选在缺少氧气下使含α -酸的进料，优选啤酒花提取物，和具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或这类化合物的混合物)接触或混合。含α -酸的进料在本发明的上下文中，含α-酸的进料优选啤酒花提取物，所述啤酒花提取物优选通过液体或超临界二氧化碳萃取获得。含α-酸的进料可以是纯啤酒花α-酸，或富含啤酒花α -酸的啤酒花提取物，或啤酒花α -酸和啤酒花β -酸的混合物，或啤酒花α -酸、啤酒花酸和啤酒花油的混合物，或啤酒花α-酸、啤酒花β-酸、啤酒花油和啤酒花硬树脂的混合物，或啤酒花提取物，或二氧化碳啤酒花提取物的进料。含α-酸的进料还可以是啤酒花颗粒或粉状啤酒花。
在根据本发明的方法中，可以使用(天然地)包含具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的含α-酸进料，如果使用粉状啤酒花或啤酒花颗粒作为含α-酸的进料，情况就是如此。另一方面，在二氧化碳啤酒花提取物中，例如具有L-立体异构体构型的天然存在的α-氨基酸的含量非常低，因为氨基酸(以及还有寡肽和多肽)几乎不溶于稠密的二氧化碳中并且因此在啤酒花酸萃取过程期间不被萃取。然而，除了一种或多种可能已经天然存在的具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的所述含碳化合物之外，典型地将所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物加入到含啤酒花α-酸的进料中。具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物在本发明的上下文中，具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的适当的含碳化合物可以是但不限于，氨基酸、氨基酚、氨基醇、氨基糖、胺、亚胺、肟、酰胺、酰亚胺、脲、羟基胺、脒、胍、嘌呤、嘧啶、或它们的(功能化的)衍生物，或还可以是包含带孤对电子的至少一个(碱性)氮原子的低聚物或聚合物化合物(例如，寡肽或多肽/蛋白)。所述化合物在结构上可以是非环状(脂族或不饱和的碳侧链)，环状(饱和的或不饱和的环)，或杂环(饱和的或不饱和的环)分子。在优选的实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的至少一个官能团的含碳化合物能够以两性离子形式存在(如，氨基酸，例如，具有L-立体异构体构型的α-氨基酸或氨基酸如β-丙氨酸)。因此所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的至少一个官能团的两性离子型含碳化合物，除了其他官能团之外，还至少包含酸性中心(如，羧酸基团)和碱性中心(氨基)的组合。具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的至少一个官能团的优选的两性离子型含碳化合物是具有带有孤对电子的仅一个(碱性)氮原子的氨基酸(例如，甘氨酸，L-脯氨酸和β-丙氨酸)，更优选α-氨基酸，最优选其L-立体异构体，具有非极性侧链(例如，L-脯氨酸)或具有极性的不带电荷的侧链(例如L-苏氨酸)。根据本发明另一个优选的两性离子型含碳化合物是氨基酸，更优选α-氨基酸，最优选其L-立体异构体，具有带有孤对电子的至少2个(碱性)氮原子(例如，L-色氨酸)。所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的两性离子型含碳化合物具有优选地含有PKb值低于6的(碱性)氮原子的至少一个官能团(例如L-天冬酰胺)，更优选含有PKb值低于5的(碱性)氮原子的至少一个官能团(例如L-丙氨酸)，最优选含有PKb值低于4的(碱性)氮原子的至少一个官能团(例如L-脯氨酸)。pKb值定义为在标准条件下在水溶液中的解离常数；这类信息能够例如在《化学与物理CRC手册》(CRCHandbook of Chemistry and Physics)和其他参考著作中找到。在另一个优选的实施方式中，所述具有`包含带孤对电子的(碱性)氮原子的至少一个官能团的含碳化合物不能以两性离子形式存在。优选地所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的非两性离子型含碳化合物包含键连于2个或3个碳原子上的至少一个氮原子，例如在仲氨基和叔氨基的情况中。不受理论束缚，在包括仲和/或叔氨基的这类化合物中氨基的反应活性通过连接到所述氨基上的含碳链的立体位阻进行平衡。所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的非两性离子型含碳化合物具有优选地含有PKb值低于9的(碱性)氮原子的至少一个官能团(例如，吡啶)，更优选含有PKb值低于7的(碱性)氮原子的至少一个官能团(例如，嘌呤)，最优含有pKb值低于5的(碱性)氮原子的选至少一个官能团(例如哌啶)。在本发明的优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是具有GRAS状态的安全化合物，和/或是人体中天然存在的或一般存在于饮料，尤其是啤酒产品中的化合物。这类优选的具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物，除了别的之外，包括天然存在的氨基酸，例如(α )氨基酸如甘氨酸，L-脯氨酸、β-丙氨酸、Y-氨基-丁酸、鸟氨酸等。更优选，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是α -氨基酸，最优选具有L-立体异构体构型，更具体地选自由以下组成的组中:L_丙氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯丙氨酸、L-色氨酸、L-蛋氨酸、L-脯氨酸、L-天冬氨酸、L-谷氨酸、L-谷氨酰胺、L-丝氨酸、L-苏氨酸、L-半胱氨酸、L-酪氨酸、L-天冬酰胺、L-组氨酸、L-赖氨酸、L-精氨酸和L-硒代半胱氨酸组成的组。最优选地，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是L-脯氨酸。有利地，当这些天然存在的化合物，尤其是具有L-立体异构体构型的α-氨基酸化合物，存在于啤酒和饮料中时，在异构化过程之后所述化合物不必从所获得的异- α -酸产物相中分离出来，因为这些天然存在的化合物，尤其是L-氨基酸，因此是啤酒相容性的。因此，通过实施根据本发明的方法所获得的异-α-酸产物，其中一种或多种天然存在的化合物(如，天然存在的(α )氨基酸，例如L-氨基酸(例如，L-脯氨酸))用作具有包含带有用于α -酸异构化反应的孤对电子的(碱性)氮原子的官能团的含碳化合物，能够原样应用，或可替代地稀释于食品-或啤酒-相容的溶剂(例如，水和/或乙醇)中，用于食品和饮料应用中，尤其是用于啤酒，特别是作为苦味制剂，在使用之前无需进行另外纯化。可替代地，可以通过分离技术如洗涤，萃取等，从具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物中(部分地)分离出异-α -酸产物。在本发明另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是具有D-立体异构体构型的α -氨基酸类型的氨基酸，更优选地选自由以 下组成的组中:D-丙氨酸，D-缬氨酸，D-亮氨酸，D-异亮氨酸，D-苯丙氨酸，D-色氨酸，D-甲硫氨酸，D-脯氨酸，D-天冬氨酸，D-谷氨酸，D-谷氨酰胺，D-丝氨酸，D-苏氨酸，D-半胱氨酸，D-酪氨酸，D-天冬酰胺，D-组氨酸，D-赖氨酸，D-精氨酸和D-硒代半胱氨酸。在本发明又另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是氨基并未处于羧酸基团的α位置的氨基酸，包括但不限于，氨基酸类型的氨基酸，比如丙氨酸，尼克酸(维生素Β3)，等等，或Y-氨基酸类型的氨基酸，比如Y-氨基-丁酸。在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是由氨基酸衍生的酯化合物，例如，通过L-或D-氨基酸与乙醇反应形成的酯化合物(例如L-脯氨酸乙酯)，或通过β-丙氨酸与乙醇反应形成的酯化合物，等等。在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是由氨基酸衍生的酰胺化合物，例如，通过L-或D-氨基酸与胺化合物反应形成的酰胺化合物(例如L-脯氨酰胺)，等等。
在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是由氨基酸衍生的盐化合物，例如谷氨酸单钠，谷氨酸单钾，等等。在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是氨基醇(即，除了其他官能团之外，具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的至少一个或多个官能团和至少一个醇基团的含碳化合物)，例如L-脯氨醇，鞘氨醇及其衍生物(鞘脂类)，三(羟甲基)氨基甲烷，三乙醇胺，等等。在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是氨基糖或其衍生物，例如葡甲胺，葡糖胺(及其聚合物衍生物，如壳聚糖)，核黄素(维生素B2)和核苷。
在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是含氮低聚物或聚合物，例如寡肽，多肽，醣蛋白，类黑精，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯亚胺，等等。在本发明的另一个优选实施方式中，所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物选自胺类，羟胺类，脲类，嘌呤类，嘧啶类，唑类，亚胺类，肟类，酰胺类，酰亚胺类，脒类，胍类。这些化合物可以是非环状的(脂族或不饱和的碳侧链)，或环状的(饱和的或不饱和的环)或杂环的(饱和的或不饱和的环)。这些实例是吡啶，哌啶，吡咯烧，吡嗪，哌嗪，嘧唆，(咪)唑，嘌呤，甲基吡唆，二甲基吡唆，等等，以及它们的衍生物。在本发明的另一个优选实施方式中，当加入上述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的混合物时，催化α-酸异构化反应。应该理解的是，该列表并非限制性的并且所有具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物都可以用于本发明中。具体地，可以使用上述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的任何组合或混合物。α -酸异构化反应条件优选地，根据本发明的啤酒花α -酸异构化方法在反应混合物上大气中氧水平低于5%，4%，3%，2%或1%的情况下进行。更优选地，在根据本发明的啤酒花α-酸异构化过程期间，在反应混合物上维持无氧或惰性气氛。合适的惰性或无氧气氛可以通过使用气体如氮、氦、氩或二氧化碳，或通过在真空下工作而产生。根据本发明的异构化反应能够在无溶剂条件下，或在溶剂或溶剂的混合物存在下进行。在根据本发明方法的优选实施方式中，使用所述上述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的α-酸异构化在无溶剂条件下实施，如当将上述含碳化合物与通过液体或超临界二氧化碳萃取所获得的啤酒花提取物混合时的情况下，或在当在溶剂或溶剂混合物存在下实施时的非水性条件下。可替代地，根据本发明α -酸异构化可以在质子溶剂(例如，具有羟基)，包括H2O,EtOH等或其混合物的存在下进行。如果异构化反应在水性条件下进行，α-酸异构化的反应介质的PH为至少>5.5，优选>6.5，更优选>7.0，最优选>7.5。因此，应该理解的是，根据本发明异构化啤酒花α -酸的方法通常发生在不同于典型PH值约5.2的酿造方法的麦芽汁煮沸阶段的条件下。
根据本发明使用具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的α-酸异构化，优选在反应混合物中进行，所述反应混合物可以是无溶剂的或可以包含一种或多种溶剂，在异构化反应开始时α -酸含量为至少0.5wt%, lwt%或2wt%。在较低的α-酸含量下，例如在典型地α-酸含量低于0.01wt%的酿造过程的麦芽汁煮沸阶段中，通过具有包含(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物在α-酸异构化中异-α -酸的产率与在缺少具有包含(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物下进行的对照实验中的情况相同。如实施例6中所述，以在异构化反应开始时与α-酸等摩尔t匕，在除了在H2O中稀释(ρΗ=5)之外标准的α-酸异构化条件下，以实验方式证实采用据报告存在于啤酒中的吡啶，作为具有包含(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物。根据本发明采用具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的两性离子型含碳化合物(如，L-脯氨酸，β -丙氨酸，等等)的α -酸异构化，优选在反应混合物中缺少H2O的情况下，或在反应混合物中H2O含量低的情况下进行。更优选地，在反应混合物中具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的两性离子型含碳化合物相对于H2O的质量比为至少3:1，5:1，7:1或10:1。在反应混合物中H2O含量相对于具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的两性离子型含碳化合物的水平较高的情况下，例如，在酿造过程的麦芽汁煮沸阶段，所观察到的异-α -酸产率与在缺少具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的两性离子型含碳化合物的情况下对照实验中的情况相同(也参见实施例6)。优选地，根据本发明α-酸异构化反应容许进行一段足够的时间以实现α-酸反应物的大于50%，60%, 70%或80%的转化率，更优选α -酸反应物的至少90%的转化率，优选对于异- α -酸产物大于90%的选择性。如本领域普通技术人员所理解的，用于获得至少50%, 60%, 70%, 80%或90%的异-α -酸产率的反应时间，给出特定的含α -酸的进料(具有特定的组成和α -酸含量)，尤其依赖于所用的具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物，依赖于所施加的底物相对于所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的比率，并依赖于所采用的处理条件，如反应温度以及存在或不存在溶剂或溶剂混合物。在本发明方法的另一个优选实施方式中，采取在异构化反应开始时20:1 1:10，优选10:1 1:5或5:1 1:5，更优选3:1 1:3或2:1 1:2的α -酸相对于具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的氮含量的摩尔比来完成α-酸异构化。根据本发明啤酒花α -酸异构化成异-α _酸在至少278Κ的反应温度下进行。优选地，α -酸异构化在293Κ 388Κ，更优选323Κ 383Κ，最优选353Κ 378Κ的反应温度下进行。根据本发明的啤酒花α -酸异构化优选采用0.1 48h,更优选0.5 24h,最优选I 12h的反应时间完成。在获得α -酸反应物的足够的/希望的转化率(例如，在无溶剂条件下α -酸异构化的情况下)之后，可以降低在含有异-α -酸的产物相中具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合 物的浓度，或可以通过分离技术，如萃取，洗涤或本领域已知的更先进的分离技术来分离异- α -酸产物。
在本发明方法的另一个优选实施方式中，具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的啤酒-相容的含碳化合物，具体地一般存在于啤酒产品中和/或人体中天然存在的那些，如氨基酸，尤其是丙氨酸或具有L-立体异构体构型的α-氨基酸，比如L-脯氨酸，在异构化反应之后并不从异- α -酸产物相中除去。应该理解的是，根据本发明的异构化反应可以在氢化和/或还原反应之前或之后进行，或基本上与氢化和/或还原反应同时进行，从而形成2Η-,4Η-和/或6Η-异- α -酸。因此，本发明还涉及由啤酒花α -酸制备衍生的(氢化和/或还原的)异-α -酸产物的方法，包括在缺少或存在溶剂下并且优选地在缺少氧气下将含啤酒花α-酸的进料与具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或所述化合物的混合物)混合作用的步骤，以及，可选地，进一步包括通过实施α -酸和/或异- α -酸的氢化和/或还原反应而进行氢化和/或还原反应的步骤。所述氢化和/或还原反应可以是导致2Η-，4Η-，和/或6Η-异-α -酸生成的任何过程。许多氢化和/或还原方法在本领域众所周知的。例如，对于生产2Η-异-α-酸(或经由4Η-异- α -酸中间体生产6Η-异- α -酸)的本领域已知的所有还原方法都采用硼氢化物介导的异-α -酸或其衍生物的还原(US3, 558，326 ；US4, 324，810)。用于生产4H-异-α -酸(或经由2Η-异- α -酸中间体生产6Η-异- α -酸)的氢化方法在H2存在下采用通常基于Pd (US5，013，571 ;US5，600，012)的多相贵金属催化剂来进行。在优选的实施方式中，所述氢化方法在H2存在下采用例如基于(贵)金属的金属基催化剂来完成。这些氢化方法在H2存在下采用基于例如Ag，Au，Co，Cu，Ir，Ni, Pd，Pt，Rh，Ru等的催化剂来完成。在优选的实施方式中，α-酸异构化与氢化反应的组合导致生成6H-异-α-酸，而不需要另外的还原反应，如碱金属硼氢化物还原。因此，本发明还涉及用于衍生α-酸的方法，包括以下步骤:(i)在缺少或存在溶剂下并且优选在缺少氧气下将含α-酸的进料，优选啤酒花提取物，和具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或这些化合物的混合物)混合，以及(ii)在缺少或存在溶剂下将所获得的异- α -酸与多相含钌催化剂接触，并在含氢气氛下(纯氢气或用另外的气体如惰性气体如氮，氦，氩，或二氧化碳或其混合物稀释的氢气)在至少278Κ的温度下保持该混合物。有利地，由于本发明的异构化反应，获得富含顺-异- α -酸的异_α -酸，它比反-异- α -酸在化学上更稳定。本发明容许获得顺:反比率优选地等于或高于65:35，更优选等于或高于70:30，并且最优选等于或高于75:25的异-α -酸。因此本发明涉及用于生产异-α-酸组合物的方法，其中顺:反比率优选至少65:35，更优选至少70:30或最优选至少75:25，该方法包括以下步骤:(i )在缺少或存在合适的溶剂下并且优选地在缺少氧气下将含α-酸的进料与具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或所述化合物的混合物)混合，以及(ii)使所述反应混合物经历至少278K的 温度。有利地，根据本发明α-酸异构化反应可以在不添加，并且根本不需要添加，无机化合物作为异构化加速剂的情况下，比如可溶性碱金属或碱土金属化合物，如本领域已知的异构化反应中使用的那些，来进行。具体地，不需要使用额外的氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化镁，氢氧化钙，氧化镁，氧化钙，碳酸钠，碳酸钾，碳酸镁，碳酸钙，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸氢镁或碳酸氢钙。而且，应该理解的是，这个列表是非限制性的。根据本发明的α -酸异构化方法可以在间歇式反应器中进行，由此在该过程开始时具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或这类化合物的组合)和含α-酸的进料装料至反应容器中。还可能使用化学过程技术人员通常已知的其他反应器操作和设计(例如，也用于连续模式的过程)。异-α -酸组合物本发明的第二个目的提供了通过根据本发明的方法可获得的异-α-酸组合物，其中所述异- α -酸组合物包含顺:反比率优选至少65:35，更优选至少70:30或最优选至少75:25的异-α -酸化合物。在优选的实施方式中，所述异-α -酸组合物，优选地由啤酒花提取物制备，包含一种或多种异- α -酸化合物(氢化或未氢化的和/或还原或未还原的)和一种或多种具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物。优选地，所述异-α -酸组合物是液体异-α -酸组合物。所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物可以是上述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物中任何一种，但是优选地所述含碳化合物是具有GRAS状态的安全化合物，和/或是人体中天然存在的或通常存在于饮料，尤其是啤酒产品中的化合物，如天然存在的氨基酸，尤其是具有L-立体异构体构型的α -氨基酸。优选地，在所述异- α -酸组合物中异- α -酸相对于氨基酸或具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的另外的含碳化合物的氮含量的摩尔比为20:1 1:10，优选10:1 1:5或5:1 1:5，更优选3:1 1:3或2:1 1:2。在更优选的实施方式中，所述异-α -酸组合物包含一种或多种异-α -酸化合物(氢化或未氢化的和/或还原或未还原的)和氨基酸，异 -α -酸相对于所述氨基酸的摩尔比为3:1 1: 3，最优选2:1 1:2。优选地，所述氨基酸是L-脯氨酸或β-丙氨酸。根据本发明的异-α -酸组合物能够用作氢化和/或还原过程的过程进料用于产生氢化或还原的异-α -酸，如2Η-异-α -酸、4Η-异-α -酸、6Η-异-α -酸等等。可替代地，可以通过分离技术如冲洗，萃取或更先进的步骤等等从根据本发明的异-α -酸组合物中分离异-α -酸产物，并且因此用作氢化和/或还原过程的进料用于产生氢化或还原的异-α-酸化合物。在优选的实施方式中，根据本发明的所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物在氢化和/或还原反应之前并不从所述异-α -酸组合物中分离出来。因此，本发明还涉及通过根据本发明的方法可获得的异-α-酸组合物，其中所述异-α -酸组合物包含(异-α -酸异构体和/或氢化或还原的异-α -酸化合物)的顺:反比率优选至少65:35，更优选至少70:30的异- α-酸化合物。在优选的实施方式中，所述异-α -酸组合物包含异-α -酸化合物和/或氢化或还原的异-α -酸化合物，如2Η-异-α -酸，4Η-异-α -酸和/或6Η-异_ α -酸。在优选的实施方式中，所述异-α -酸组合物包含一种或多种异-α -酸化合物(氢化或未氢化的和/或还原或未还原的)和具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的一种或多种含碳化合物。所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物可以是上述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物中任何一种。在更优选的实施方式中，所述异_α -酸组合物包含由啤酒花产物衍生的一种或多种异-α -酸化合物(氢化或未氢化的和/或还原或未还原的)以及人体中天然存在的和/或通常存在于啤酒产品中的具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的一种或多种含碳化合物，如天然存在的氨基酸，尤其是具有L-立体异构体构型的α -氨基-酸，比如L-脯氨酸。可替代地，可以通过分离技术，如冲洗，萃取或更先进的方法等等从根据本发明的异-α -酸组合物中分离异-α -酸产品(氢化或未氢化的和/或还原或未还原的)。根据本发明的所述异-α -酸组合物(包含一种或多种异-α -酸化合物(氢化或未氢化的和/或还原或未还原的))能够原样使用，或稀释于食品-相容的或饮料-相容的溶齐U，优选啤酒-相容的溶剂中，作为啤酒的苦味制剂。在优选的实施方式中，根据本发明的具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或其混合物)并未从异- α -酸化合物(氢化或未氢化的和/或还原或未还原的)中分离出来。以下将参考实 施例说明本发明的细节:实施例1.在363Κ下采用具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物无溶剂异构化α -酸(含有α -酸和异-α -酸的α -酸进料)为了统计的可靠性，所有无溶剂异构化实验都一式三份地进行。所述α-酸进料的初始组成为:94.1% α -酸和5.9%异-α -酸。将不同量的所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物加入到0.36ga -酸进料( l(T3mol a -酸反应物)中。接着，反应混合物进行搅拌并加热至363K持续6h。所有反应容器都用0.2MPa氮气加压。通过配备有二元泵、真空脱气装置、自动进样器、柱温箱、和二极管阵列检测器的HPLC仪进行样品分析。串联使用两个Zorbax Extend C18柱(150mm长X4.6mm内径,填充5 μ m颗粒)。用氨(A溶剂)和由60 %乙腈(60 % )和40 %乙醇(v/v)组成的混合物(B溶齐U)将由处于20% (v/v)乙醇中的5mM醋酸铵组成的流动相调节至pH9.95。流动速率设定为 0.4mL/min 并进行溶剂梯度洗脱:0-12min:0-16% B, 12_14min:16%-25% B, 14_44min:25% -40% B，44-54min:40% -60% B，54_64min:60% -90% B，64_70min:90% -100% B。柱温保持于308K。注入100 μ L体积的过滤样品。在256nm下进行异-α -酸产物的UV检测并且在330nm下进行α -酸底物的UV检测。在加入ImL乙醇之后分析来自无溶剂异构化实验的样品。表1.在363Κ下采用具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物无溶剂异构化α -酸(含有α -酸和异-α -酸的α -酸进料)
权利要求
1.一种用于将啤酒花α-酸异构化成啤酒花异-α-酸的方法，包括将含啤酒花α-酸的进料与至少一种具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含啤酒花α-酸的进料是啤酒花提取物。
3.根据权利要求1 2所述的方法，其中在所述异构化反应开始时在反应介质中所述α -酸化合物的浓度为至少I重量％。
4.根据权利要求1 3所述的方法，其中所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物选自由以下组成的组中:氨基酸类、由氨基酸衍生的酯化合物、由氨基酸衍生的酰胺化合物、由氨基酸衍生的盐化合物、氨基酚类、氨基醇类、氨基糖类、胺类、亚胺类、肟类、羟基胺类、脒类、胍类、酰胺类、酰亚胺类、脲类、嘧啶类、嘌呤类、以及这些化合物的(功能化的)低聚物或聚合物衍生物；并且其中这些化合物是非环状(脂族或不饱和碳侧链)、环状(饱和或不饱和环)、或杂环状(饱和或不饱和环)分子。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是通常存在于啤酒产物中或天然存在于人体中的化合物。
6.根据权利要求4和5所述的方法，其中所述氨基酸是具有D-立体异构体构型的α -氨基酸、具有L-立体异构体构型的α -氨基酸、β -氨基酸、或Y -氨基酸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述氨基酸是L-脯氨酸或β-丙氨酸。
8.根据权利要求1 7所述的方法，其中所述异构化反应发生在无溶剂或非水性条件下。
9.根据权利要求1 5所述 的方法，其中所述异构化反应发生在溶剂或溶剂混合物中，并且其中所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物不是氨基酸。
10.根据权利要求6和7所述的方法，其中所述异构化反应发生在水存在下并且其中所述氨基酸相对于水的质量比为至少5:1。
11.根据权利要求1 10所述的方法，其中所述异构化反应发生在无氧的气氛下。
12.根据权利要求1 11所述的方法，其中所述异构化反应发生在至少278Κ的温度下。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述异构化反应在323 383Κ的温度下进行。
14.根据权利要求1 13所述的方法，由此α-酸相对于具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的所述化合物的氮含量的摩尔比为20:1 1:10。
15.根据权利要求1 14所述的方法，进一步包括进行氢化和/或还原反应。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述氢化和/或还原反应用非均相金属类催化剂在氢存在下，在不存在或存在溶剂下，在至少278Κ的温度下进行。
17.一种可由包含啤酒花异- α -酸化合物和至少一种具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的啤酒花提取物制备的啤酒花异-α -酸组合物。
18.根据权利要求17所述的啤酒花异-α-酸组合物，其中异-α -酸相对于所述至少一种具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物的氮含量的摩尔比为20:1 1:10。
19.根据权利要求18所述的啤酒花异-α -酸组合物，其中所述具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物是L-脯氨酸或β -丙氨酸，并且其中异-α-酸相对于L-脯氨酸或相对于丙氨酸的摩尔比为3:1 1:3。
20.根据权利要求17 19所述的啤酒花异-α-酸组合物，其中所述啤酒花异-α -酸化合物被部分或完全还原和/或氢化。
21.根据权利要求17 20所述的啤酒花异-α -酸组合物在食品、饮料或啤酒应用中的用途。
22.根据权利要求17 20所述的啤酒花异-α-酸组合物作为啤酒和饮料产品的苦味制剂的用途。
23.根据权利要求17 19所述的啤酒花异-α-酸组合物作为用于生产部分或完全氢化或还原的异-α -酸 的氢化和/或还原过程进料的用途。
全文摘要
本发明涉及由α-酸起始用于生产异-α-酸的方法，其中在无溶剂条件下或在溶剂存在下并且优选地在无氧的气氛下使含有α-酸的啤酒花提取物与具有包含带孤对电子的(碱性)氮原子的一个或多个官能团的含碳化合物(或它们的混合物)混合。使得到的混合物经受至少278K的温度持续足以将所述α-酸反应物预期地转化成所述异-α-酸产物的一段时间。本发明进一步涉及通过所述改进的异构化方法获得的异-α-酸组合物并且涉及所述异-α-酸组合物作为苦味制剂和/或作为用于获得还原或氢化的异-α-酸组合物的来源的用途。
文档编号C12C3/12GK103180428SQ201180046369
公开日2013年6月26日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年9月30日
发明者迪尔克·德福斯, 帕斯卡尔·默腾斯 申请人:Ifast 公众有限责任公司