一种变温水相制备Amadori化合物的方法与流程

本发明涉及一种化合物的制备方法，具体涉及一种变温水相制备Amadori化合物的方法。

背景技术：

美拉德反应是一种常见的非酶褐变现象，是构成加工食品、烟草等香味的重要来源。食品或烟草中的含氮化合物(蛋白质、肽、游离氨基酸等)和羰基化合物(酮类、醛类、还原糖类)经过复杂的反应过程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精。美拉德反应作为影响食品风味和色泽的重要反应，近年来已经成为食品，香料行业的研究热点。目前的咸味调味品常用配料是完全美拉德反应产物，虽然风味浓郁，但大多挥发性强，特别在烹饪、烘焙等高温加工条件下，难以维持稳定增香效果，香气损失与香味不持久的问题突出，应用受到很大限制。采用挥发性低、储存稳定的美拉德反应中间体制备加香产品，能够使风味在食品的加工过程中或卷烟的燃吸过程中受热释放，克服完全美拉德反应产物易挥发损失的缺陷，特别是在烹饪过程中让消费者特别是年轻人通过简单操作体验到趣味性，产生成就感和愉悦感，是我国风味工业发展的重要趋势。

美拉德反应的初级阶段为氨基酸和还原糖的缩合反应，含氨基的化合物和含醛基的化合物之间缩合形成希夫碱，经Amadori重排生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖，被称为Amadori重排产物(ARP)。ARP是一类极为重要的非挥发性风味前体物，具有良好的致香稳定性。同时，ARP还具有一定抗菌性、抗氧化性以及良好的降糖效果，还有报道表明其可作为重金属的解毒药物应用于临床治疗，表现出广阔的应用前景。

在目前已有技术中，ARP主要在有机溶剂中加热回流制备，通常选择甲醇作为有效的反应溶剂。甲醇作为反应溶剂应用于工业化生产具有较高的生产成本且不安全。甲醇遇热、或氧化剂易着火，遇明火会发生爆炸。甲醇还具有一定毒性，经呼吸道、胃肠道或者皮肤吸收后主要作用于神经系统，具有明显的麻醉作用，可引起脑水肿。甲醇对视神经和视网膜有特殊的选择作用，易引起视神经萎缩，导致双目失明。此外，甲醇蒸气对呼吸道粘膜还有强烈刺激作用，完全不适用于ARP的工业化生产。

因此有待出现一种水相合成ARP的工艺，实现其安全制备。以水为溶剂通过美拉德反应制备ARP，反应途径复杂、副反应较多，并且中间体分解速率较快，很难在常规的高温美拉德反应中将其捕获，ARP在水相中形成的临界条件不易确定。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种变温水相制备Amadori化合物的方法，利用半胱氨酸可以与ARP结合从而抑制美拉德反应褐变的原理，以水作溶剂，将氨基酸和糖在一定条件下加热反应，采用二阶段变温美拉德反应确定中间体形成的临界条件，在该临界条件水相制备中间体。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种变温水相制备Amadori化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、溶液制备：取一定质量份比的氨基酸和糖，加水溶解并调节pH制成溶液；

S2、低温美拉德反应：将上述溶液分为若干等份，分别倒入美拉德反应瓶中，进行低温美拉德反应，得到反应液；

S3、高温美拉德反应：冷却上述反应液，在每份反应液中，按一定质量份比加入半胱氨酸，并调节pH，进行高温美拉德反应，冰浴冷却后终止反应，得到变温反应液；

S4、确定最适反应条件：测定上述变温反应液在波长420nm下的吸光度值，将所得吸光度值结合步骤S2的低温反应时间，描绘关系曲线；根据变温反应液吸光度值最低点对应的低温反应时间，确定最适低温反应温度和时间；

S5、根据步骤S4确定的最适低温反应温度和时间，重复步骤S1-S3制得ARP变温反应液，经低温浓缩后可得到ARP固体化合物。

上述步骤S1中的氨基酸为赖氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸或上述氨基酸盐的一种或多种；所述糖为木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖的一种或多种。

上述步骤S1中糖：氨基酸：水的质量份比为10：1-10：100-1000。

上述步骤S3中半胱氨酸与步骤S1中氨基酸的质量份比为0.5-10：100。

上述步骤S1中PH为7-9。

上述步骤S2中反应温度为60-130℃，反应时间为20-200min。

上述步骤S3中PH为7-9，反应温度为100-150℃，反应时间为80-240min。

上述步骤S1中的等份数为5-8。

本发明的有益之处在于：本发明的水相低温制备Amadori化合物的方法相比现有技术具有以下优点：

1、在现有的技术中，Amadori化合物大都在无水甲醇中合成，这种制备方法污染严重、成本较高，在生产中存在较大的安全隐患，无法满足现代化工业生产的需要。而本发明所述水相低温制备技术是以水作为溶剂通过二阶段变温美拉德反应确定中间体生成的临界条件，进而在低温下水相制备Amadori化合物，大大降低了生产成本，满足现代工业所提出的绿色发展的设计要求，同时具有可食性，有望应用于食品或卷烟产品中。

2、以半胱氨酸为示踪剂，通过测定变温美拉德反应产物的色泽来判断ARP在水溶液中形成的临界条件，是重要的理论创新和技术创新，而且只需使用分光光度计就可确定对反应液的分析，无需标准品及其他试剂或分析仪器，操作简单、成本低廉，具有较强的应用价值。另外，在复杂的食品体系如蛋白质和肽的美拉德反应中，由于美拉德反应中间体的复杂性，很难利用高效液相色谱、质谱及光谱等手段对其进行有效分析，本发明所公开的变温美拉德反应则体现出无可比拟的优越性和普适性。

3、水相低温制备Amadori化合物的方法是以现有美拉德反应香精的加工工艺为基础的技术创新，所采用的反应方法、酸碱度调节方式、反应温度以及脱水温度等参数都与现有工艺保持一致，本发明水相低温制备ARP的技术可在低成本条件下直接应用于实际生产，具有较强的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明的实施例1的木糖-苯丙氨酸体系变温美拉德反应褐变关系图(吸光度值与第一阶段加热时间的关系图)。

图2为本发明的实施例1的ARP的总离子流色谱图(a)与质谱图(b)。

图3为本发明的实施例1的ARP的核磁共振氢谱图。

图4为本发明的实施例1的ARP的碳谱图。

图5为本发明的实施例2的木糖-苯丙氨酸体系变温美拉德反应褐变关系图(吸光度值与第一阶段加热时间的关系图)。

图6为本发明的实施例2的ARP的总离子流色谱图(a)与质谱图(b)。

图7为本发明的比较例3的不同反应时间下木糖-苯丙氨酸体系的ARP浓度关系图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

取18kg苯丙氨酸和33kg木糖，加800kg水形成溶液。

调节溶液pH至7.4后，将溶液平均分为6份，分别倒入美拉德反应瓶中，在80℃下加热发生美拉德反应，分别加热50、60、70、80、90和100min后冰浴停止反应，向反应液分别加入1.6kg半胱氨酸，并调节反应液pH至7.4，然后升温至120℃进行第二阶段高温美拉德反应90min，冰浴冷却后终止反应，得到变温美拉德反应液。

测定所得到的每份变温美拉德反应溶液在波长420nm下的吸光度值，描绘所得的吸光度值对应于低温反应时间的关系曲线如图1所示，根据变温美拉德反应液吸光度最低点对应的低温反应时间为70min，确定变温美拉德反应水相制备ARP的最适低温反应温度和时间，在此低温反应条件下制备ARP反应液，进一步经低温浓缩纯化后得到ARP的固体产品。

将所得固体溶于水后通过高效液相色谱串联质谱分析技术对其进行分析，得到总离子流色谱图和质谱图如图2所示；通过核磁共振技术对其结构进行表征，得到的核磁共振氢谱图3与碳谱如图4所示。

实施例2

取18kg丙氨酸和40kg阿拉伯糖，加800kg水形成溶液。

调节溶液pH至7.4后，将溶液平均分为6份，分别倒入美拉德反应瓶中，在90℃下加热发生美拉德反应，分别加热40、50、60、70、80和90min后冰浴停止反应，向反应液分别加入1.6kg半胱氨酸，并调节反应液pH至7.4，然后升温至120℃进行第二阶段高温美拉德反应120min，冰浴冷却后终止反应，得到变温美拉德反应液。

测定所得到的每份变温美拉德反应溶液在波长420nm下的吸光度值，描绘所得的吸光度值对应于低温反应时间的关系曲线如图5所示，根据变温美拉德反应液吸光度最低点对应的低温反应时间为50min，确定变温美拉德反应水相制备ARP的最适低温反应温度和时间，在此低温反应条件下制备ARP反应液，进一步经低温浓缩得到ARP的固体产品。

将所得固体溶于水后通过高效液相色谱串联质谱分析技术对其进行分析，得到总离子流色谱图和质谱图如图6所示。

比较例3

取18kg苯丙氨酸和33kg木糖，加800kg水形成溶液。

调节溶液pH至7.4后，倒入美拉德反应瓶中，在80℃下加热发生美拉德反应。取不同反应时间的反应液，利用高效液相色谱对其进行定量分析，不同反应时间的样品中ARP的浓度如图7所示。

由图1可得，木糖-苯丙氨酸体系的ARP在水相中形成的临界时间70min，与图7所表现的临界时间基本吻合。

根据图2质谱图的离子碎片信息可知，离子碎片为分子离子脱水或脱羧基形成，推断其分子离子峰MH⁺为298，该物质的相对分子质量为297，分子式为C₁₄H₁₉O₆N，结合图3中样品的核磁共振信息，确定该物质为木糖-苯丙氨酸体系的ARP。

由图5可得，阿拉伯糖-丙氨酸体系的ARP在水相中形成的临界时间50min。根据图6质谱图的离子碎片信息可知，离子碎片为分子离子脱水或脱羧基形成，推断其分子离子峰MH⁺为222，该物质的相对分子质量为221，分子式为C₈H₁₅O₆N，确定该物质为阿拉伯糖-丙氨酸体系的ARP。

上述实施例的实验使用的水为蒸馏水，糖和氨基酸使用食品级，其余化学试剂均为分析纯，高效液相色谱-质谱分析实验所用化学试剂均为色谱纯。高效液相色谱-质谱检测条件为：用于分析的分离柱是C₁₈反向高效液相色谱柱，使用的流动相是超纯水与乙腈，进样后用流动相进行梯度洗脱，流速为0.3mL/min，柱温是45℃。质谱分析选择的离子方式为ESI⁺，毛细管电压为3.5KV，锥孔电压为20V，离子源温度为100℃，脱溶剂气温度为400℃，脱溶剂气流速为700L/h，锥孔气流流速为50L/h，碰撞能量是6V，检测器电压是1800V。核磁共振分析时使用重水作溶剂。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。