專利名稱：啤酒花α-酸異構化成異-α-酸的改進方法
技術領域：
本發明涉及通過采用具有包含帶孤對電子(孤對電子是未與其他原子成鍵或共享的價電子對)的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或它們的混合物)，通過異構化啤酒花α-酸(潷草酮)(例如處于啤酒花提取物形式)，用于生產異-α-酸(異潷草酮)的改進方法。本發明進一步涉及通過所述改進的異構化方法獲得的異-α-酸組合物并且涉及所述異- α -酸組合物在食品和飲料應用中，尤其是作為苦味制劑，和/或作為用于獲得還原或氫化的異-α -酸組合物來源的用途。
背景技術：
傳統地，在釀造過程的麥芽汁煮沸階段添加處于啤酒花球果或啤酒花顆粒形式的啤酒花。這會導致α-酸(潷草酮類，如潷草酮，加潷草酮，輔萎草酮，后潷草酮(posthumulone)和前_草酮(prehumulone))提取到甜麥芽汁中，其在溫度的影響(熱異構化)下部分地異構化成相應的異- α -酸(異潷草酮)。這些異- α -酸是形成啤酒花啤酒特有的苦味的原因。在麥芽汁煮沸開始時麥芽汁中典型的α-酸水平低于0.0lwt %(IOOppm以下)。這種造成苦味的傳統啤酒花方法的缺點是在麥芽汁pH下，即pH5.2 5.4低效的α-酸提取和異構化，通常導致異-α-酸產率低于40% (GB1, 158,697)。應當清楚的是，通過在釀造過程之外進行α -酸異構化，并且特別是在堿性無機化合物的作用下，可以提高啤酒花的利用率。一個專利使用粉狀啤酒花作為過程進料，該過程進料與堿土金屬氧化物混合，并且隨后在厭氧條件下加熱(US4123561)。這種方法的缺點是有異味形成并且啤酒花利用率較低。因此，后來的發展使用啤酒花提取物，其通過從啤酒花花果，而不是粉狀啤酒花中提取啤酒花樹脂(除了別的之外，α -酸)而獲得。使用啤酒花提取物代替傳統的啤酒花產物有許多優點，其中存在更穩定和更一致的化學組合物。一般而言，這樣的啤酒花提取物目前通過液體或超臨界碳二氧化碳萃取獲得，這消除了當使用有機萃取溶劑如己烷時之前經歷的在提取物中存在殺蟲劑和溶劑殘留物的問題。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)，它們可以進一步分餾以獲得富含α-酸啤的酒花提取物。從這些含有α -酸的提取物開始，可以通過兩種方法采用堿金屬和/或堿土金屬基的化合物來實現釀造(麥芽汁煮沸)過程之外的α-酸“離線”預異構化。第一種方法使用無溶劑反應介質，而在另一種方法中，在加入溶劑，純水或可替代地與有機溶劑混合的水之后進行轉化。通常，第一種方法是基于堿土金屬化合物，例如，堿土金屬氧化物(例如，MgO)。這些無機加速劑與含有α-酸的提取物混合。然而，在這些異構化過程中，氧化物至少部分地溶解，并且因此，在升高溫度下在較長反應時間后，獲得異-α -酸產物，為堿土金屬陽離子_異_草酸鹽(isohumulate)復合物(US5015491),順式-和反式-異- α -酸的異構體分布為50:50。為了獲得異-α-酸作為有機相，需要額外的步驟，所述步驟涉及堿土金屬異潷草酸鹽的酸化(例如，用硫酸水溶液)。這會產生異-α-酸層，它可以從含有堿土金屬硫酸鹽的單獨水層中潷析出來。為了獲得商業產品，需要使用鉀化合物的中和過程，這會產生溶解的異潷草酸鉀鹽的水溶液。這個過程類型意味著最初添加的堿土金屬化合物不能原樣地從產品中回收。在其他方法中，使用了堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽，例如K2CO3和MgCl2溶液(US3, 765，903 ；US3, 952，061 ；US4, 002，683 ；US4, 758，445)。一般需要化學計算量的堿金屬陽離子和高溫在含水的反應介質中將α-酸轉化成異α-酸。而且，為了分離異-α-酸，需要酸化和潷析步驟。此外，水的存在導致生成不想要的降解副產物，如潷草酸。在US5，370，897中，堿土金屬鹽(例如，MgSO4)和堿金屬鹽(K2CO3)結合到一個過程中用來加速α-酸異構化。US5，155，276描述了多相加速劑，即Al2O3的應用，另外地需要相對于α -酸反應物的以至少化學計量摩爾比的溶解堿金屬鹽。雖然在這個過程中使用在異構化反應之后通過過濾可以從反應混合物中分離出來的“不溶性催化劑”，多相加速劑本身并非有效，并且需要第二溶解的加速劑。 此外，需要額外的酸化和傾析步驟才能獲得異-α -酸產物。以上清楚地表明，本領域中已知的啤酒花α-酸的異構化過程是復雜的操作，包括使用可溶性反應加速的無機化合物并包括用于除去無機加速劑的酸化和傾析步驟，從而產生高水平的廢物，通常會不希望地生成降解副產物。因此，對于異構化啤酒花α-酸的改進方法仍存在需要。
發明內容
本發明提供了使用具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物用于將啤酒花α-酸(或(部分)氫化的α-酸，尤其是4Η-α-酸)異構化成異-α -酸(或(部分)氫化的異-α -酸，尤其是4Η-異-α -酸)的改進方法。本發明進一步涉及通過本發明的所述異構化可獲得的異_α -酸組合物，及其用途。本發明的第一目的提供了將啤酒花α -酸異構化成啤酒花異-α _酸的方法，包括將含啤酒花α-酸的進料與至少一種具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物混合，并且因此使啤酒花α-酸經歷異構化作用。優選地，所述含啤酒花α -酸的進料是啤酒花提取物，更優選通過用液體或超臨界二氧化碳萃取獲得。優選地，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物選自由以下組成的組中:氨基酸類、氨基酸衍生的酯化合物類、氨基酸衍生的酰胺化合物類、氨基酸衍生的所述鹽化合物類、氨基酚類、氨基醇類、氨基糖類、胺類，亞胺類、肟類，羥胺類、脒類、胍類、酰胺類、酰亞胺類、脲類、嘧啶類、嘌呤類、以及這些化合物的(功能化的)低聚物或聚合物衍生物；并且這些化合物是非環狀(脂族或不飽和的碳側鏈)、環狀(飽和的或不飽和的環)或雜環狀(飽和的或不飽和的環)分子。優選地，具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的兩性離子型含碳化合物具有含有PKb值低于6的(堿性)氮原子的至少一個官能團，更優選具有含有PKb值低于5的(堿性)氮原子的至少一個官能團，最優選具有含有PKb值低于4的(堿性)氮原子的至少一個官能團。可替代地，具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的非兩性離子型含碳化合物優選包含鍵連于2個或3個碳原子的至少一個氮原子，例如在仲和叔氨基的情況下。所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的非兩性離子型含碳化合物具有優選地含有PKb值低于9的(堿性)氮原子的至少一個官能團，更優選含有pKb值低于7的(堿性)氮原子的至少一個官能團，最優選含有PKb值低于5的(堿性)氮原子的至少一個官能團。在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是通常存在于啤酒產品中和/或人體中天然存在的化合物。更優選地所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是具有D-立體異構體構型的α -氨基酸、具有L-立體異構體構型的α -氨基酸、β -氨基酸或Y-氨基酸。最優選地，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是L-脯氨酸或β -丙氨酸。在本發明的另一個優選實施方式中，α-酸異構化反應發生在無氧氣氛下。在本發明的另一個優選實施方式中，在反應介質中α-酸化合物的濃度，即在將具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物加入到含有α-酸的進料中之后，在異構化反應開始時為至少lwt%。在本發明的又另一個優選實施方式中，α-酸異構化反應發生在無溶劑或非水性條件下。可替代地，根據本發明的α-酸異構化反應，當所用的具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物不是氨基酸時，可以在溶劑或溶劑混合物中進行。可替代地，如果使用氨基酸，在根據本發明的α-酸異構化反應中，對于具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物，在反應介質中所述氨基酸相對于水的質量比優選至少5:1。如果異構化反應在水性條件下進行，α-酸異構化反應介質的pH為至少>5.5，優選>6.5，更優選>7.0，最優選>7.5。在本發明的另一個優選實施方式中，α-酸異構化反應發生在至少278K的溫度下，更優選在323 383Κ的溫度下。在本發明的又另一個優選實施方式中，α-酸異構化反應以在異構化反應開始時20:1 1:10的α -酸相對于具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的所述化合物的氮含量的摩爾比進行。另一個優選的實施方式提供了異構化啤酒花α-酸的方法，包括將含啤酒花α-酸的進料與至少一種具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物混合，并進一步包括氫化和/或還原反應步驟。優選地，所述氫化和/或還原反應在氫存在下采用多相金屬基催化劑，優選貴金屬基催化劑，在缺少或存在溶劑下，在至少278Κ的溫度下進行。本發明的第二個目的提供了由包含異構化的啤酒花α-酸的啤酒花提取物和至少一種具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物制備或可制備的啤酒花異-α -酸組合物。優選地，所述啤酒花異-α -酸組合物的異-α _酸相對于所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的氮含量的摩爾比為20:1 1:10。更優選地，所述啤酒花異-α-酸組合物包含異-α-酸化合物與L-脯氨酸，異-α -酸相對于L-脯 氨酸的摩爾比為3:1 1: 3。根據本發明的所述異_ α -酸組合物可以包含部分地或完全地還原和/或氫化的啤酒花異— α-酸化合物。本發明的第三個目的涉及根據本發明的啤酒花異-α-酸組合物在食品、飲料或啤酒應用中的用途，尤其是作為啤酒和飲料產品的苦味制劑。而且，根據本發明的所述啤酒花異-α -酸組合物可以用作氫化和/或還原過程的進料用于生產部分地或完全地氫化或還原的異-α-酸。
具體實施例方式說明因此，貫穿整個說明書使用的那些術語具有清楚的并且一致的含義，提供以下定乂:“孤對電子”是未與其他原子成鍵或共享的價電子對。“氨基酸”是含有氨基，羧酸基團和在不同氨基酸之間變化的(側)鏈的分子。在α-氨基酸中，氨基連接至緊鄰羧酸基團的碳原子(α-碳)。各種α-氨基酸在連接至其α -碳的側鏈類型方面是不同的，并且能夠在大小尺寸上從甘氨酸中的僅I個氫原子至色氨酸中的較大雜環基團發生變化。當氨基連接至不同碳原子時，存在其他類型的氨基酸；例如，在β_氨基酸(像例如，β_丙氨酸)中氨基處于離開羧酸基團的β_位置，而在Y-氨基酸(像例如，Y-氨基-丁酸)中氨基連接到其上的碳原子被兩個其他碳原子與羧酸基團隔開。在本發明的上下文中，術語“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、輔萎草酮、后潷草酮(posthumulone)和前潷草酮(prehumulone)，以及它們的氫化和/或還原的衍生物，包括2H-和4H-α -酸化合物，優選4Η-α -酸。同樣地，在本發明的上下文中，術語“異- α -酸”包括作為異構化啤酒花α -酸化合物的任何化合物，如異潷草酮、異-加潷草酮、異-輔萎草酮、異-后潷草酮和異-前潷草酮，以及它們的氫化和/或還原的衍生物，包括2Η-異-α -酸、4Η-異-α -酸和6Η-異-α-酸化合物。本發明提供了采用具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物將啤酒花α -酸(或(部分)氫化的α -酸，尤其是4Η- α -酸)異構化成異-α -酸(或(部分)氫化的異-α -酸，尤其是4Η-異-α -酸)的改進方法。不受理論束縛，當向含啤酒花α-酸的進料中加入這些具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或其混合物)時，催化啤酒花α-酸異構化成異-α-酸。本發明進一步涉及通過本發明的所述α -酸異構化可獲得的異-α -酸組合物，及其用途。因此，本發明的第一目的涉及用于異構化啤酒花α-酸(或(部分)氫化的α-酸)的方法，包括在缺少或存在溶劑下，優選在至少278Κ的反應溫度下，并且優選在缺少氧氣下使含α -酸的進料，優選啤酒花提取物，和具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或這類化合物的混合物)接觸或混合。含α -酸的進料在本發明的上下文中，含α-酸的進料優選啤酒花提取物，所述啤酒花提取物優選通過液體或超臨界二氧化碳萃取獲得。含α-酸的進料可以是純啤酒花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樹脂的混合物，或啤酒花提取物，或二氧化碳啤酒花提取物的進料。含α-酸的進料還可以是啤酒花顆粒或粉狀啤酒花。
在根據本發明的方法中，可以使用(天然地)包含具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的含α-酸進料，如果使用粉狀啤酒花或啤酒花顆粒作為含α-酸的進料，情況就是如此。另一方面，在二氧化碳啤酒花提取物中，例如具有L-立體異構體構型的天然存在的α-氨基酸的含量非常低，因為氨基酸(以及還有寡肽和多肽)幾乎不溶于稠密的二氧化碳中并且因此在啤酒花酸萃取過程期間不被萃取。然而，除了一種或多種可能已經天然存在的具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的所述含碳化合物之外，典型地將所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物加入到含啤酒花α-酸的進料中。具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物在本發明的上下文中，具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的適當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、亞胺、肟、酰胺、酰亞胺、脲、羥基胺、脒、胍、嘌呤、嘧啶、或它們的(功能化的)衍生物，或還可以是包含帶孤對電子的至少一個(堿性)氮原子的低聚物或聚合物化合物(例如，寡肽或多肽/蛋白)。所述化合物在結構上可以是非環狀(脂族或不飽和的碳側鏈)，環狀(飽和的或不飽和的環)，或雜環(飽和的或不飽和的環)分子。在優選的實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的至少一個官能團的含碳化合物能夠以兩性離子形式存在(如，氨基酸，例如，具有L-立體異構體構型的α-氨基酸或氨基酸如β-丙氨酸)。因此所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的至少一個官能團的兩性離子型含碳化合物，除了其他官能團之外，還至少包含酸性中心(如，羧酸基團)和堿性中心(氨基)的組合。具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的至少一個官能團的優選的兩性離子型含碳化合物是具有帶有孤對電子的僅一個(堿性)氮原子的氨基酸(例如，甘氨酸，L-脯氨酸和β-丙氨酸)，更優選α-氨基酸，最優選其L-立體異構體，具有非極性側鏈(例如，L-脯氨酸)或具有極性的不帶電荷的側鏈(例如L-蘇氨酸)。根據本發明另一個優選的兩性離子型含碳化合物是氨基酸，更優選α-氨基酸，最優選其L-立體異構體，具有帶有孤對電子的至少2個(堿性)氮原子(例如，L-色氨酸)。所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的兩性離子型含碳化合物具有優選地含有PKb值低于6的(堿性)氮原子的至少一個官能團(例如L-天冬酰胺)，更優選含有PKb值低于5的(堿性)氮原子的至少一個官能團(例如L-丙氨酸)，最優選含有PKb值低于4的(堿性)氮原子的至少一個官能團(例如L-脯氨酸)。pKb值定義為在標準條件下在水溶液中的解離常數；這類信息能夠例如在《化學與物理CRC手冊》(CRCHandbook of Chemistry and Physics)和其他參考著作中找到。在另一個優選的實施方式中，所述具有`包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的至少一個官能團的含碳化合物不能以兩性離子形式存在。優選地所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的非兩性離子型含碳化合物包含鍵連于2個或3個碳原子上的至少一個氮原子，例如在仲氨基和叔氨基的情況中。不受理論束縛，在包括仲和/或叔氨基的這類化合物中氨基的反應活性通過連接到所述氨基上的含碳鏈的立體位阻進行平衡。所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的非兩性離子型含碳化合物具有優選地含有PKb值低于9的(堿性)氮原子的至少一個官能團(例如，吡啶)，更優選含有PKb值低于7的(堿性)氮原子的至少一個官能團(例如，嘌呤)，最優含有pKb值低于5的(堿性)氮原子的選至少一個官能團(例如哌啶)。在本發明的優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是具有GRAS狀態的安全化合物，和/或是人體中天然存在的或一般存在于飲料，尤其是啤酒產品中的化合物。這類優選的具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物，除了別的之外，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、鳥氨酸等。更優選，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是α -氨基酸，最優選具有L-立體異構體構型，更具體地選自由以下組成的組中:L_丙氨酸、L-纈氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸、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-絲氨酸、L-蘇氨酸、L-半胱氨酸、L-酪氨酸、L-天冬酰胺、L-組氨酸、L-賴氨酸、L-精氨酸和L-硒代半胱氨酸組成的組。最優選地，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是L-脯氨酸。有利地，當這些天然存在的化合物，尤其是具有L-立體異構體構型的α-氨基酸化合物，存在于啤酒和飲料中時，在異構化過程之后所述化合物不必從所獲得的異- α -酸產物相中分離出來，因為這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，通過實施根據本發明的方法所獲得的異-α-酸產物，其中一種或多種天然存在的化合物(如，天然存在的(α )氨基酸，例如L-氨基酸(例如，L-脯氨酸))用作具有包含帶有用于α -酸異構化反應的孤對電子的(堿性)氮原子的官能團的含碳化合物，能夠原樣應用，或可替代地稀釋于食品-或啤酒-相容的溶劑(例如，水和/或乙醇)中，用于食品和飲料應用中，尤其是用于啤酒，特別是作為苦味制劑，在使用之前無需進行另外純化。可替代地，可以通過分離技術如洗滌，萃取等，從具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物中(部分地)分離出異-α -酸產物。在本發明另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是具有D-立體異構體構型的α -氨基酸類型的氨基酸，更優選地選自由以 下組成的組中:D-丙氨酸，D-纈氨酸，D-亮氨酸，D-異亮氨酸，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-絲氨酸，D-蘇氨酸，D-半胱氨酸，D-酪氨酸，D-天冬酰胺，D-組氨酸，D-賴氨酸，D-精氨酸和D-硒代半胱氨酸。在本發明又另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是氨基并未處于羧酸基團的α位置的氨基酸，包括但不限于，氨基酸類型的氨基酸，比如丙氨酸，尼克酸(維生素Β3)，等等，或Y-氨基酸類型的氨基酸，比如Y-氨基-丁酸。在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是由氨基酸衍生的酯化合物，例如，通過L-或D-氨基酸與乙醇反應形成的酯化合物(例如L-脯氨酸乙酯)，或通過β-丙氨酸與乙醇反應形成的酯化合物，等等。在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是由氨基酸衍生的酰胺化合物，例如，通過L-或D-氨基酸與胺化合物反應形成的酰胺化合物(例如L-脯氨酰胺)，等等。
在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是由氨基酸衍生的鹽化合物，例如谷氨酸單鈉，谷氨酸單鉀，等等。在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是氨基醇(即，除了其他官能團之外，具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的至少一個或多個官能團和至少一個醇基團的含碳化合物)，例如L-脯氨醇，鞘氨醇及其衍生物(鞘脂類)，三(羥甲基)氨基甲烷，三乙醇胺，等等。在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團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，如殼聚糖)，核黃素(維生素B2)和核苷。
在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團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，類黑精，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯亞胺，等等。在本發明的另一個優選實施方式中，所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物選自胺類，羥胺類，脲類，嘌呤類，嘧啶類，唑類，亞胺類，肟類，酰胺類，酰亞胺類，脒類，胍類。這些化合物可以是非環狀的(脂族或不飽和的碳側鏈)，或環狀的(飽和的或不飽和的環)或雜環的(飽和的或不飽和的環)。這些實例是吡啶，哌啶，吡咯燒，吡嗪，哌嗪，嘧唆，(咪)唑，嘌呤，甲基吡唆，二甲基吡唆，等等，以及它們的衍生物。在本發明的另一個優選實施方式中，當加入上述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的混合物時，催化α-酸異構化反應。應該理解的是，該列表并非限制性的并且所有具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物都可以用于本發明中。具體地，可以使用上述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的任何組合或混合物。α -酸異構化反應條件優選地，根據本發明的啤酒花α -酸異構化方法在反應混合物上大氣中氧水平低于5%，4%，3%，2%或1%的情況下進行。更優選地，在根據本發明的啤酒花α-酸異構化過程期間，在反應混合物上維持無氧或惰性氣氛。合適的惰性或無氧氣氛可以通過使用氣體如氮、氦、氬或二氧化碳，或通過在真空下工作而產生。根據本發明的異構化反應能夠在無溶劑條件下，或在溶劑或溶劑的混合物存在下進行。在根據本發明方法的優選實施方式中，使用所述上述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的α-酸異構化在無溶劑條件下實施，如當將上述含碳化合物與通過液體或超臨界二氧化碳萃取所獲得的啤酒花提取物混合時的情況下，或在當在溶劑或溶劑混合物存在下實施時的非水性條件下。可替代地，根據本發明α -酸異構化可以在質子溶劑(例如，具有羥基)，包括H2O,EtOH等或其混合物的存在下進行。如果異構化反應在水性條件下進行，α-酸異構化的反應介質的PH為至少>5.5，優選>6.5，更優選>7.0，最優選>7.5。因此，應該理解的是，根據本發明異構化啤酒花α -酸的方法通常發生在不同于典型PH值約5.2的釀造方法的麥芽汁煮沸階段的條件下。
根據本發明使用具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的α-酸異構化，優選在反應混合物中進行，所述反應混合物可以是無溶劑的或可以包含一種或多種溶劑，在異構化反應開始時α -酸含量為至少0.5wt%, lwt%或2wt%。在較低的α-酸含量下，例如在典型地α-酸含量低于0.01wt%的釀造過程的麥芽汁煮沸階段中，通過具有包含(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物在α-酸異構化中異-α -酸的產率與在缺少具有包含(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物下進行的對照實驗中的情況相同。如實施例6中所述，以在異構化反應開始時與α-酸等摩爾t匕，在除了在H2O中稀釋(ρΗ=5)之外標準的α-酸異構化條件下，以實驗方式證實采用據報告存在于啤酒中的吡啶，作為具有包含(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物。根據本發明采用具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的兩性離子型含碳化合物(如，L-脯氨酸，β -丙氨酸，等等)的α -酸異構化，優選在反應混合物中缺少H2O的情況下，或在反應混合物中H2O含量低的情況下進行。更優選地，在反應混合物中具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的兩性離子型含碳化合物相對于H2O的質量比為至少3:1，5:1，7:1或10:1。在反應混合物中H2O含量相對于具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的兩性離子型含碳化合物的水平較高的情況下，例如，在釀造過程的麥芽汁煮沸階段，所觀察到的異-α -酸產率與在缺少具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的兩性離子型含碳化合物的情況下對照實驗中的情況相同(也參見實施例6)。優選地，根據本發明α-酸異構化反應容許進行一段足夠的時間以實現α-酸反應物的大于50%，60%, 70%或80%的轉化率，更優選α -酸反應物的至少90%的轉化率，優選對于異- α -酸產物大于90%的選擇性。如本領域普通技術人員所理解的，用于獲得至少50%, 60%, 70%, 80%或90%的異-α -酸產率的反應時間，給出特定的含α -酸的進料(具有特定的組成和α -酸含量)，尤其依賴于所用的具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物，依賴于所施加的底物相對于所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的比率，并依賴于所采用的處理條件，如反應溫度以及存在或不存在溶劑或溶劑混合物。在本發明方法的另一個優選實施方式中，采取在異構化反應開始時20:1 1:10，優選10:1 1:5或5:1 1:5，更優選3:1 1:3或2:1 1:2的α -酸相對于具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的氮含量的摩爾比來完成α-酸異構化。根據本發明啤酒花α -酸異構化成異-α _酸在至少278Κ的反應溫度下進行。優選地，α -酸異構化在293Κ 388Κ，更優選323Κ 383Κ，最優選353Κ 378Κ的反應溫度下進行。根據本發明的啤酒花α -酸異構化優選采用0.1 48h,更優選0.5 24h,最優選I 12h的反應時間完成。在獲得α -酸反應物的足夠的/希望的轉化率(例如，在無溶劑條件下α -酸異構化的情況下)之后，可以降低在含有異-α -酸的產物相中具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合 物的濃度，或可以通過分離技術，如萃取，洗滌或本領域已知的更先進的分離技術來分離異- α -酸產物。
在本發明方法的另一個優選實施方式中，具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的啤酒-相容的含碳化合物，具體地一般存在于啤酒產品中和/或人體中天然存在的那些，如氨基酸，尤其是丙氨酸或具有L-立體異構體構型的α-氨基酸，比如L-脯氨酸，在異構化反應之后并不從異- α -酸產物相中除去。應該理解的是，根據本發明的異構化反應可以在氫化和/或還原反應之前或之后進行，或基本上與氫化和/或還原反應同時進行，從而形成2Η-,4Η-和/或6Η-異- α -酸。因此，本發明還涉及由啤酒花α -酸制備衍生的(氫化和/或還原的)異-α -酸產物的方法，包括在缺少或存在溶劑下并且優選地在缺少氧氣下將含啤酒花α-酸的進料與具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或所述化合物的混合物)混合作用的步驟，以及，可選地，進一步包括通過實施α -酸和/或異- α -酸的氫化和/或還原反應而進行氫化和/或還原反應的步驟。所述氫化和/或還原反應可以是導致2Η-，4Η-，和/或6Η-異-α -酸生成的任何過程。許多氫化和/或還原方法在本領域眾所周知的。例如，對于生產2Η-異-α-酸(或經由4Η-異- α -酸中間體生產6Η-異- α -酸)的本領域已知的所有還原方法都采用硼氫化物介導的異-α -酸或其衍生物的還原(US3, 558，326 ；US4, 324，810)。用于生產4H-異-α -酸(或經由2Η-異- α -酸中間體生產6Η-異- α -酸)的氫化方法在H2存在下采用通常基于Pd (US5，013，571 ;US5，600，012)的多相貴金屬催化劑來進行。在優選的實施方式中，所述氫化方法在H2存在下采用例如基于(貴)金屬的金屬基催化劑來完成。這些氫化方法在H2存在下采用基于例如Ag，Au，Co，Cu，Ir，Ni, Pd，Pt，Rh，Ru等的催化劑來完成。在優選的實施方式中，α-酸異構化與氫化反應的組合導致生成6H-異-α-酸，而不需要另外的還原反應，如堿金屬硼氫化物還原。因此，本發明還涉及用于衍生α-酸的方法，包括以下步驟:(i)在缺少或存在溶劑下并且優選在缺少氧氣下將含α-酸的進料，優選啤酒花提取物，和具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或這些化合物的混合物)混合，以及(ii)在缺少或存在溶劑下將所獲得的異- α -酸與多相含釕催化劑接觸，并在含氫氣氛下(純氫氣或用另外的氣體如惰性氣體如氮，氦，氬，或二氧化碳或其混合物稀釋的氫氣)在至少278Κ的溫度下保持該混合物。有利地，由于本發明的異構化反應，獲得富含順-異- α -酸的異_α -酸，它比反-異- α -酸在化學上更穩定。本發明容許獲得順:反比率優選地等于或高于65:35，更優選等于或高于70:30，并且最優選等于或高于75:25的異-α -酸。因此本發明涉及用于生產異-α-酸組合物的方法，其中順:反比率優選至少65:35，更優選至少70:30或最優選至少75:25，該方法包括以下步驟:(i )在缺少或存在合適的溶劑下并且優選地在缺少氧氣下將含α-酸的進料與具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或所述化合物的混合物)混合，以及(ii)使所述反應混合物經歷至少278K的 溫度。有利地，根據本發明α-酸異構化反應可以在不添加，并且根本不需要添加，無機化合物作為異構化加速劑的情況下，比如可溶性堿金屬或堿土金屬化合物，如本領域已知的異構化反應中使用的那些，來進行。具體地，不需要使用額外的氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鎂，氫氧化鈣，氧化鎂，氧化鈣，碳酸鈉，碳酸鉀，碳酸鎂，碳酸鈣，碳酸氫鈉，碳酸氫鉀，碳酸氫鎂或碳酸氫鈣。而且，應該理解的是，這個列表是非限制性的。根據本發明的α -酸異構化方法可以在間歇式反應器中進行，由此在該過程開始時具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或這類化合物的組合)和含α-酸的進料裝料至反應容器中。還可能使用化學過程技術人員通常已知的其他反應器操作和設計(例如，也用于連續模式的過程)。異-α -酸組合物本發明的第二個目的提供了通過根據本發明的方法可獲得的異-α-酸組合物，其中所述異- α -酸組合物包含順:反比率優選至少65:35，更優選至少70:30或最優選至少75:25的異-α -酸化合物。在優選的實施方式中，所述異-α -酸組合物，優選地由啤酒花提取物制備，包含一種或多種異- α -酸化合物(氫化或未氫化的和/或還原或未還原的)和一種或多種具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物。優選地，所述異-α -酸組合物是液體異-α -酸組合物。所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物可以是上述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物中任何一種，但是優選地所述含碳化合物是具有GRAS狀態的安全化合物，和/或是人體中天然存在的或通常存在于飲料，尤其是啤酒產品中的化合物，如天然存在的氨基酸，尤其是具有L-立體異構體構型的α -氨基酸。優選地，在所述異- α -酸組合物中異- α -酸相對于氨基酸或具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的另外的含碳化合物的氮含量的摩爾比為20:1 1:10，優選10:1 1:5或5:1 1:5，更優選3:1 1:3或2:1 1:2。在更優選的實施方式中，所述異-α -酸組合物包含一種或多種異-α -酸化合物(氫化或未氫化的和/或還原或未還原的)和氨基酸，異 -α -酸相對于所述氨基酸的摩爾比為3:1 1: 3，最優選2:1 1:2。優選地，所述氨基酸是L-脯氨酸或β-丙氨酸。根據本發明的異-α -酸組合物能夠用作氫化和/或還原過程的過程進料用于產生氫化或還原的異-α -酸，如2Η-異-α -酸、4Η-異-α -酸、6Η-異-α -酸等等。可替代地，可以通過分離技術如沖洗，萃取或更先進的步驟等等從根據本發明的異-α -酸組合物中分離異-α -酸產物，并且因此用作氫化和/或還原過程的進料用于產生氫化或還原的異-α-酸化合物。在優選的實施方式中，根據本發明的所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物在氫化和/或還原反應之前并不從所述異-α -酸組合物中分離出來。因此，本發明還涉及通過根據本發明的方法可獲得的異-α-酸組合物，其中所述異-α -酸組合物包含(異-α -酸異構體和/或氫化或還原的異-α -酸化合物)的順:反比率優選至少65:35，更優選至少70:30的異- α-酸化合物。在優選的實施方式中，所述異-α -酸組合物包含異-α -酸化合物和/或氫化或還原的異-α -酸化合物，如2Η-異-α -酸，4Η-異-α -酸和/或6Η-異_ α -酸。在優選的實施方式中，所述異-α -酸組合物包含一種或多種異-α -酸化合物(氫化或未氫化的和/或還原或未還原的)和具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的一種或多種含碳化合物。所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物可以是上述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物中任何一種。在更優選的實施方式中，所述異_α -酸組合物包含由啤酒花產物衍生的一種或多種異-α -酸化合物(氫化或未氫化的和/或還原或未還原的)以及人體中天然存在的和/或通常存在于啤酒產品中的具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的一種或多種含碳化合物，如天然存在的氨基酸，尤其是具有L-立體異構體構型的α -氨基-酸，比如L-脯氨酸。可替代地，可以通過分離技術，如沖洗，萃取或更先進的方法等等從根據本發明的異-α -酸組合物中分離異-α -酸產品(氫化或未氫化的和/或還原或未還原的)。根據本發明的所述異-α -酸組合物(包含一種或多種異-α -酸化合物(氫化或未氫化的和/或還原或未還原的))能夠原樣使用，或稀釋于食品-相容的或飲料-相容的溶齊U，優選啤酒-相容的溶劑中，作為啤酒的苦味制劑。在優選的實施方式中，根據本發明的具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或其混合物)并未從異- α -酸化合物(氫化或未氫化的和/或還原或未還原的)中分離出來。以下將參考實 施例說明本發明的細節:實施例1.在363Κ下采用具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物無溶劑異構化α -酸(含有α -酸和異-α -酸的α -酸進料)為了統計的可靠性，所有無溶劑異構化實驗都一式三份地進行。所述α-酸進料的初始組成為:94.1% α -酸和5.9%異-α -酸。將不同量的所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物加入到0.36ga -酸進料( l(T3mol a -酸反應物)中。接著，反應混合物進行攪拌并加熱至363K持續6h。所有反應容器都用0.2MPa氮氣加壓。通過配備有二元泵、真空脫氣裝置、自動進樣器、柱溫箱、和二極管陣列檢測器的HPLC儀進行樣品分析。串聯使用兩個Zorbax Extend C18柱(150mm長X4.6mm內徑,填充5 μ m顆粒)。用氨(A溶劑)和由60 %乙腈(60 % )和40 %乙醇(v/v)組成的混合物(B溶齊U)將由處于20% (v/v)乙醇中的5mM醋酸銨組成的流動相調節至pH9.95。流動速率設定為 0.4mL/min 并進行溶劑梯度洗脫: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。柱溫保持于308K。注入100 μ L體積的過濾樣品。在256nm下進行異-α -酸產物的UV檢測并且在330nm下進行α -酸底物的UV檢測。在加入ImL乙醇之后分析來自無溶劑異構化實驗的樣品。表1.在363Κ下采用具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物無溶劑異構化α -酸(含有α -酸和異-α -酸的α -酸進料)
權利要求
1.一種用于將啤酒花α-酸異構化成啤酒花異-α-酸的方法，包括將含啤酒花α-酸的進料與至少一種具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物混合。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述含啤酒花α-酸的進料是啤酒花提取物。
3.根據權利要求1 2所述的方法，其中在所述異構化反應開始時在反應介質中所述α -酸化合物的濃度為至少I重量％。
4.根據權利要求1 3所述的方法，其中所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物選自由以下組成的組中:氨基酸類、由氨基酸衍生的酯化合物、由氨基酸衍生的酰胺化合物、由氨基酸衍生的鹽化合物、氨基酚類、氨基醇類、氨基糖類、胺類、亞胺類、肟類、羥基胺類、脒類、胍類、酰胺類、酰亞胺類、脲類、嘧啶類、嘌呤類、以及這些化合物的(功能化的)低聚物或聚合物衍生物；并且其中這些化合物是非環狀(脂族或不飽和碳側鏈)、環狀(飽和或不飽和環)、或雜環狀(飽和或不飽和環)分子。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是通常存在于啤酒產物中或天然存在于人體中的化合物。
6.根據權利要求4和5所述的方法，其中所述氨基酸是具有D-立體異構體構型的α -氨基酸、具有L-立體異構體構型的α -氨基酸、β -氨基酸、或Y -氨基酸。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述氨基酸是L-脯氨酸或β-丙氨酸。
8.根據權利要求1 7所述的方法，其中所述異構化反應發生在無溶劑或非水性條件下。
9.根據權利要求1 5所述 的方法，其中所述異構化反應發生在溶劑或溶劑混合物中，并且其中所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物不是氨基酸。
10.根據權利要求6和7所述的方法，其中所述異構化反應發生在水存在下并且其中所述氨基酸相對于水的質量比為至少5:1。
11.根據權利要求1 10所述的方法，其中所述異構化反應發生在無氧的氣氛下。
12.根據權利要求1 11所述的方法，其中所述異構化反應發生在至少278Κ的溫度下。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述異構化反應在323 383Κ的溫度下進行。
14.根據權利要求1 13所述的方法，由此α-酸相對于具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的所述化合物的氮含量的摩爾比為20:1 1:10。
15.根據權利要求1 14所述的方法，進一步包括進行氫化和/或還原反應。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述氫化和/或還原反應用非均相金屬類催化劑在氫存在下，在不存在或存在溶劑下，在至少278Κ的溫度下進行。
17.一種可由包含啤酒花異- α -酸化合物和至少一種具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的啤酒花提取物制備的啤酒花異-α -酸組合物。
18.根據權利要求17所述的啤酒花異-α-酸組合物，其中異-α -酸相對于所述至少一種具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物的氮含量的摩爾比為20:1 1:10。
19.根據權利要求18所述的啤酒花異-α -酸組合物，其中所述具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物是L-脯氨酸或β -丙氨酸，并且其中異-α-酸相對于L-脯氨酸或相對于丙氨酸的摩爾比為3:1 1:3。
20.根據權利要求17 19所述的啤酒花異-α-酸組合物，其中所述啤酒花異-α -酸化合物被部分或完全還原和/或氫化。
21.根據權利要求17 20所述的啤酒花異-α -酸組合物在食品、飲料或啤酒應用中的用途。
22.根據權利要求17 20所述的啤酒花異-α-酸組合物作為啤酒和飲料產品的苦味制劑的用途。
23.根據權利要求17 19所述的啤酒花異-α-酸組合物作為用于生產部分或完全氫化或還原的異-α -酸 的氫化和/或還原過程進料的用途。
全文摘要
本發明涉及由α-酸起始用于生產異-α-酸的方法，其中在無溶劑條件下或在溶劑存在下并且優選地在無氧的氣氛下使含有α-酸的啤酒花提取物與具有包含帶孤對電子的(堿性)氮原子的一個或多個官能團的含碳化合物(或它們的混合物)混合。使得到的混合物經受至少278K的溫度持續足以將所述α-酸反應物預期地轉化成所述異-α-酸產物的一段時間。本發明進一步涉及通過所述改進的異構化方法獲得的異-α-酸組合物并且涉及所述異-α-酸組合物作為苦味制劑和/或作為用于獲得還原或氫化的異-α-酸組合物的來源的用途。
文檔編號C12C3/12GK103180428SQ201180046369
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月29日 優先權日2010年9月30日
發明者迪爾克·德福斯, 帕斯卡爾·默騰斯 申請人:Ifast 公眾有限責任公司