一種變溫水相制備Amadori化合物的方法與流程
本發明涉及一種化合物的制備方法，具體涉及一種變溫水相制備Amadori化合物的方法。
背景技術：
美拉德反應是一種常見的非酶褐變現象，是構成加工食品、煙草等香味的重要來源。食品或煙草中的含氮化合物(蛋白質、肽、游離氨基酸等)和羰基化合物(酮類、醛類、還原糖類)經過復雜的反應過程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質類黑精。美拉德反應作為影響食品風味和色澤的重要反應，近年來已經成為食品，香料行業的研究熱點。目前的咸味調味品常用配料是完全美拉德反應產物，雖然風味濃郁，但大多揮發性強，特別在烹飪、烘焙等高溫加工條件下，難以維持穩定增香效果，香氣損失與香味不持久的問題突出，應用受到很大限制。采用揮發性低、儲存穩定的美拉德反應中間體制備加香產品，能夠使風味在食品的加工過程中或卷煙的燃吸過程中受熱釋放，克服完全美拉德反應產物易揮發損失的缺陷，特別是在烹飪過程中讓消費者特別是年輕人通過簡單操作體驗到趣味性，產生成就感和愉悅感，是我國風味工業發展的重要趨勢。
美拉德反應的初級階段為氨基酸和還原糖的縮合反應，含氨基的化合物和含醛基的化合物之間縮合形成希夫堿，經Amadori重排生成1-氨基-1-脫氧-2-酮糖，被稱為Amadori重排產物(ARP)。ARP是一類極為重要的非揮發性風味前體物，具有良好的致香穩定性。同時，ARP還具有一定抗菌性、抗氧化性以及良好的降糖效果，還有報道表明其可作為重金屬的解毒藥物應用于臨床治療，表現出廣闊的應用前景。
在目前已有技術中，ARP主要在有機溶劑中加熱回流制備，通常選擇甲醇作為有效的反應溶劑。甲醇作為反應溶劑應用于工業化生產具有較高的生產成本且不安全。甲醇遇熱、或氧化劑易著火，遇明火會發生爆炸。甲醇還具有一定毒性，經呼吸道、胃腸道或者皮膚吸收后主要作用于神經系統，具有明顯的麻醉作用，可引起腦水腫。甲醇對視神經和視網膜有特殊的選擇作用，易引起視神經萎縮，導致雙目失明。此外，甲醇蒸氣對呼吸道粘膜還有強烈刺激作用，完全不適用于ARP的工業化生產。
因此有待出現一種水相合成ARP的工藝，實現其安全制備。以水為溶劑通過美拉德反應制備ARP，反應途徑復雜、副反應較多，并且中間體分解速率較快，很難在常規的高溫美拉德反應中將其捕獲，ARP在水相中形成的臨界條件不易確定。
技術實現要素：
為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種變溫水相制備Amadori化合物的方法，利用半胱氨酸可以與ARP結合從而抑制美拉德反應褐變的原理，以水作溶劑，將氨基酸和糖在一定條件下加熱反應，采用二階段變溫美拉德反應確定中間體形成的臨界條件，在該臨界條件水相制備中間體。
為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：
一種變溫水相制備Amadori化合物的方法，其特征在于，包括以下步驟：
S1、溶液制備：取一定質量份比的氨基酸和糖，加水溶解并調節pH制成溶液；
S2、低溫美拉德反應：將上述溶液分為若干等份，分別倒入美拉德反應瓶中，進行低溫美拉德反應，得到反應液；
S3、高溫美拉德反應：冷卻上述反應液，在每份反應液中，按一定質量份比加入半胱氨酸，并調節pH，進行高溫美拉德反應，冰浴冷卻后終止反應，得到變溫反應液；
S4、確定最適反應條件：測定上述變溫反應液在波長420nm下的吸光度值，將所得吸光度值結合步驟S2的低溫反應時間，描繪關系曲線；根據變溫反應液吸光度值最低點對應的低溫反應時間，確定最適低溫反應溫度和時間；
S5、根據步驟S4確定的最適低溫反應溫度和時間，重復步驟S1-S3制得ARP變溫反應液，經低溫濃縮后可得到ARP固體化合物。
上述步驟S1中的氨基酸為賴氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸或上述氨基酸鹽的一種或多種；所述糖為木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖的一種或多種。
上述步驟S1中糖：氨基酸：水的質量份比為10：1-10：100-1000。
上述步驟S3中半胱氨酸與步驟S1中氨基酸的質量份比為0.5-10：100。
上述步驟S1中PH為7-9。
上述步驟S2中反應溫度為60-130℃，反應時間為20-200min。
上述步驟S3中PH為7-9，反應溫度為100-150℃，反應時間為80-240min。
上述步驟S1中的等份數為5-8。
本發明的有益之處在于：本發明的水相低溫制備Amadori化合物的方法相比現有技術具有以下優點：
1、在現有的技術中，Amadori化合物大都在無水甲醇中合成，這種制備方法污染嚴重、成本較高，在生產中存在較大的安全隱患，無法滿足現代化工業生產的需要。而本發明所述水相低溫制備技術是以水作為溶劑通過二階段變溫美拉德反應確定中間體生成的臨界條件，進而在低溫下水相制備Amadori化合物，大大降低了生產成本，滿足現代工業所提出的綠色發展的設計要求，同時具有可食性，有望應用于食品或卷煙產品中。
2、以半胱氨酸為示蹤劑，通過測定變溫美拉德反應產物的色澤來判斷ARP在水溶液中形成的臨界條件，是重要的理論創新和技術創新，而且只需使用分光光度計就可確定對反應液的分析，無需標準品及其他試劑或分析儀器，操作簡單、成本低廉，具有較強的應用價值。另外，在復雜的食品體系如蛋白質和肽的美拉德反應中，由于美拉德反應中間體的復雜性，很難利用高效液相色譜、質譜及光譜等手段對其進行有效分析，本發明所公開的變溫美拉德反應則體現出無可比擬的優越性和普適性。
3、水相低溫制備Amadori化合物的方法是以現有美拉德反應香精的加工工藝為基礎的技術創新，所采用的反應方法、酸堿度調節方式、反應溫度以及脫水溫度等參數都與現有工藝保持一致，本發明水相低溫制備ARP的技術可在低成本條件下直接應用于實際生產，具有較強的實際應用價值。
附圖說明
圖1為本發明的實施例1的木糖-苯丙氨酸體系變溫美拉德反應褐變關系圖(吸光度值與第一階段加熱時間的關系圖)。
圖2為本發明的實施例1的ARP的總離子流色譜圖(a)與質譜圖(b)。
圖3為本發明的實施例1的ARP的核磁共振氫譜圖。
圖4為本發明的實施例1的ARP的碳譜圖。
圖5為本發明的實施例2的木糖-苯丙氨酸體系變溫美拉德反應褐變關系圖(吸光度值與第一階段加熱時間的關系圖)。
圖6為本發明的實施例2的ARP的總離子流色譜圖(a)與質譜圖(b)。
圖7為本發明的比較例3的不同反應時間下木糖-苯丙氨酸體系的ARP濃度關系圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
實施例1
取18kg苯丙氨酸和33kg木糖，加800kg水形成溶液。
調節溶液pH至7.4后，將溶液平均分為6份，分別倒入美拉德反應瓶中，在80℃下加熱發生美拉德反應，分別加熱50、60、70、80、90和100min后冰浴停止反應，向反應液分別加入1.6kg半胱氨酸，并調節反應液pH至7.4，然后升溫至120℃進行第二階段高溫美拉德反應90min，冰浴冷卻后終止反應，得到變溫美拉德反應液。
測定所得到的每份變溫美拉德反應溶液在波長420nm下的吸光度值，描繪所得的吸光度值對應于低溫反應時間的關系曲線如圖1所示，根據變溫美拉德反應液吸光度最低點對應的低溫反應時間為70min，確定變溫美拉德反應水相制備ARP的最適低溫反應溫度和時間，在此低溫反應條件下制備ARP反應液，進一步經低溫濃縮純化后得到ARP的固體產品。
將所得固體溶于水后通過高效液相色譜串聯質譜分析技術對其進行分析，得到總離子流色譜圖和質譜圖如圖2所示；通過核磁共振技術對其結構進行表征，得到的核磁共振氫譜圖3與碳譜如圖4所示。
實施例2
取18kg丙氨酸和40kg阿拉伯糖，加800kg水形成溶液。
調節溶液pH至7.4后，將溶液平均分為6份，分別倒入美拉德反應瓶中，在90℃下加熱發生美拉德反應，分別加熱40、50、60、70、80和90min后冰浴停止反應，向反應液分別加入1.6kg半胱氨酸，并調節反應液pH至7.4，然后升溫至120℃進行第二階段高溫美拉德反應120min，冰浴冷卻后終止反應，得到變溫美拉德反應液。
測定所得到的每份變溫美拉德反應溶液在波長420nm下的吸光度值，描繪所得的吸光度值對應于低溫反應時間的關系曲線如圖5所示，根據變溫美拉德反應液吸光度最低點對應的低溫反應時間為50min，確定變溫美拉德反應水相制備ARP的最適低溫反應溫度和時間，在此低溫反應條件下制備ARP反應液，進一步經低溫濃縮得到ARP的固體產品。
將所得固體溶于水后通過高效液相色譜串聯質譜分析技術對其進行分析，得到總離子流色譜圖和質譜圖如圖6所示。
比較例3
取18kg苯丙氨酸和33kg木糖，加800kg水形成溶液。
調節溶液pH至7.4后，倒入美拉德反應瓶中，在80℃下加熱發生美拉德反應。取不同反應時間的反應液，利用高效液相色譜對其進行定量分析，不同反應時間的樣品中ARP的濃度如圖7所示。
由圖1可得，木糖-苯丙氨酸體系的ARP在水相中形成的臨界時間70min，與圖7所表現的臨界時間基本吻合。
根據圖2質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298，該物質的相對分子質量為297，分子式為C14H19O6N，結合圖3中樣品的核磁共振信息，確定該物質為木糖-苯丙氨酸體系的ARP。
由圖5可得，阿拉伯糖-丙氨酸體系的ARP在水相中形成的臨界時間50min。根據圖6質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222，該物質的相對分子質量為221，分子式為C8H15O6N，確定該物質為阿拉伯糖-丙氨酸體系的ARP。
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，其余化學試劑均為分析純，高效液相色譜-質譜分析實驗所用化學試劑均為色譜純。高效液相色譜-質譜檢測條件為：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。核磁共振分析時使用重水作溶劑。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。
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