新型高倍甜味劑n-3-3-羥基-4-甲氧基苯基丙基-阿斯巴甜的制備

1965年12月，美國伊利諾伊州阿什德有限公司的化學(xué)工作者史列奇發(fā)現(xiàn)了超市甜后，人們發(fā)現(xiàn)了二醇甜的實(shí)驗(yàn)序列。阿斯巴甜具有蔗糖樣的風(fēng)味,口感純正,甜度為蔗糖的180~200倍,安全性高,不會在人體內(nèi)蓄積,并且不會導(dǎo)致肥胖、齲齒、高血壓和心血管病的發(fā)生,在許多國家包括中國在內(nèi)已批準(zhǔn)使用。然而阿斯巴甜的酯鍵在高溫和低pH值環(huán)境下不穩(wěn)定。人們以阿斯巴甜為原型,研究了1000多種與之相關(guān)的二肽及二肽同型物,以期獲得一種更為理想的強(qiáng)力甜味劑,其中最具有代表性的就是紐甜(Neotame)。紐甜是通過對甜味機(jī)理的研究,在鈀碳催化劑作用下,通過在阿斯巴甜分子接上3,3-二甲基丙醛而得到的。紐甜不僅甜味更高,而且穩(wěn)定性好,在食品工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。在世界食品添加劑市場中,甜味劑約占20%,位居首位。甜味劑特別是高品質(zhì)的強(qiáng)力甜味劑,在現(xiàn)代食品工業(yè)朝著口味清淡化、低熱量化、低糖化發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。二肽甜味劑是強(qiáng)力甜味劑中非常重要的組成部分,因此,開發(fā)更多新型高甜度的二肽甜味劑對于食品工業(yè)具有重要的意義。1材料和方法1.1-甲氧基苯甲醛原料:阿斯巴甜,美國紐特公司;3-羥基-4-甲氧基苯甲醛,上海達(dá)瑞精細(xì)化學(xué)品有限公司;乙醛,上海達(dá)瑞精細(xì)化學(xué)品有限公司試劑:甲醇、無水乙醇、Pd/C催化劑、冰乙酸等。1.2旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀數(shù)顯恒溫水浴鍋、恒溫磁力攪拌器、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、精密電子天平、電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱、精密酸度計、紫外可見分光光度計、旋片真空泵、H2鋼瓶等。1.3準(zhǔn)備方法1.3.1生產(chǎn)工藝1.3.1.13-甲基苯基丙烯酸酯的制備在燒杯中加入依次加入3-羥基-4-甲氧基苯甲醛和乙醛(1:1)→常溫常壓下劇烈攪拌反應(yīng)→萃取→減壓蒸餾1.3.1.2n-3-3-羥基-4-甲基苯基丙基原料混合→調(diào)pH值→加氫合成→過濾→減壓蒸餾→結(jié)晶→粗產(chǎn)品→分離提純→真空干燥→成品1.3.2n-3-3-羥基-4-甲基苯基丙基1.3.2.-羥基-4-甲氧基苯丙醛的合成在燒杯中加入7.32g阿斯巴甜,2.84g3-羥基-4-甲氧基苯丙醛,以甲醇、水(3:2)做為反應(yīng)溶劑,并且加入0.5gPd/C催化劑。1.3.2.2.ph值滴加冰乙酸,調(diào)節(jié)pH至4.5~5.0.1.3.2.3.加氫合成將上述溶劑倒入反應(yīng)釜中,通入氫氣,用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?在恒溫下反應(yīng).1.3.2.4過濾常壓或減壓過濾除去Pd/C催化劑,得到澄清溶液。1.3.2.5.減壓蒸餾用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去上一步所得濾液中的甲醇和少量的水分。1.3.2.6.晶過濾將所得的液體靜置結(jié)晶,然后用蒸餾水洗滌沉淀數(shù)次以除去其中的水溶性雜質(zhì),過濾得到粗產(chǎn)物。1.3.2.7分離和提取通過重結(jié)晶等方法提純得到純度較高的產(chǎn)品。1.3.2.8.真空干燥將產(chǎn)品置于真空干燥箱中干燥,即得成品。2結(jié)果與討論2.1n-[3-3-羥基-4-甲氧基苯基丙基]-阿斯巴甜的紅外光譜表征阿斯巴甜與3,3-二甲基丁醛合成紐甜的過程中,首先3,3-二甲基丁醛的醛基和阿斯巴甜的末端活性氨基縮合反應(yīng)生成亞胺,再通過Pd/C催化劑在氫氣的條件下把亞胺的雙鍵還原從而得到紐甜產(chǎn)物。由上述反應(yīng)可推出,當(dāng)3-羥基-4-甲氧基苯丙醛與阿斯巴甜進(jìn)行反應(yīng)時,3-羥基-4-甲氧基苯丙醛的醛基與阿斯巴甜的氨基縮合后經(jīng)還原得到主要產(chǎn)物N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜,其結(jié)構(gòu)如圖:為了進(jìn)一步分析主要產(chǎn)物的結(jié)構(gòu),對其進(jìn)行紅外吸收光譜測定,如圖2。在圖譜中,3323cm-1處的吸收是典型的仲氨吸收峰,表明分子中含有-NH-鍵,苯環(huán)、吡啶環(huán)以及其他雜環(huán)芳烴的骨架伸縮振動位于1600~1400cm-1范圍內(nèi),這些結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)多條譜帶,圖中1524cm-1、1447cm-1可能是N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜中的苯環(huán)骨架伸縮振動引起的。3030cm-1處的吸收峰是苯環(huán)上的C-H伸縮振動的吸收位置,表明分子中確實(shí)存在苯環(huán)。光譜在1700cm-1處出現(xiàn)強(qiáng)的吸收峰,表明羰基官能團(tuán)C=O的存在。1747cm-1處的吸收峰表明分子中存在酯基。飽和烴的C-H伸縮振動位于3000~2700cm-1范圍,因此圖譜中的2994cm-1、2948cm-1、2731cm-1等位置的吸收峰由飽和烴的C-H鍵伸縮振動引起。圖譜中1250~1000cm-1范圍內(nèi)的吸收峰主要是苯環(huán)的面內(nèi)彎曲振動引起的,只要有取代基的苯環(huán)均會在這個區(qū)域有一系列弱而尖的特征峰存在,一般的C-C、C-O等單鍵的振動吸收峰也會出現(xiàn)在這一區(qū)域。通過紅外光譜的分析,所得N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的結(jié)構(gòu)與理論生成的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)一致。3-羥基-4-甲氧基苯丙醛與阿斯巴甜反應(yīng)生成N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的方程式如圖3。2.2相對酸度的測定先配制參照甜味劑濃度:蔗糖選擇2%、5%、10%三個濃度,阿斯巴甜選擇0.01%一個濃度,然后分別配制與上述四個濃度的參照甜味劑甜度相同的不同稀釋程度的N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜溶液,待所有樣品完全溶解后品嘗,品嘗結(jié)果用相對甜度來表示,計算公式如下:相對甜度=參照甜味劑濃度(%)÷(等甜度樣品-阿斯巴甜濃度(%))將各個參照甜味劑的濃度和等甜度的產(chǎn)物濃度代入以上公式即可計算出N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的相對甜度,結(jié)算結(jié)果見表1。與蔗糖溶液相比,N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜的甜味出現(xiàn)較慢,有一定的滯后性,但甜味持續(xù)的時間比蔗糖長,而且甜味純正,味感清新自然,和阿斯巴甜很相似,沒有某些強(qiáng)力甜味劑(如糖精、A-K糖等)明顯的后苦味和金屬味。2.3蛋白受體結(jié)構(gòu)在對經(jīng)過重結(jié)晶的N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜進(jìn)行甜味評定發(fā)現(xiàn),所得的結(jié)果與預(yù)期的一樣,具有高倍的甜味,約為蔗糖的24,000倍。根據(jù)AH,B,X甜味三角理論[6.7],X疏水基團(tuán)是影響化合物甜度的一個控制因素,若沒有X疏水基團(tuán),則甜味分子與甜味蛋白受體的結(jié)合力較弱而不會太甜。若在適當(dāng)位置引入合適的疏水基團(tuán)則可以有效的提高甜度。而所得的產(chǎn)物中有兩個疏水(親油)結(jié)合基團(tuán)“-OCH3”,“-OH”,和AH、B一起構(gòu)成生甜團(tuán),能與甜受體膜的疏水性部位相結(jié)合,從而產(chǎn)物易于被甜受體膜所吸附,增強(qiáng)了與甜味蛋白受體的作用力,從而大大提高了甜度。根據(jù)多點(diǎn)結(jié)合甜味理論,人體甜味蛋白受體最少包含八個基本的識別部位,分別為B,AH,XH,G1,G2,G3,G4和D,這些識別部位能夠與甜味分子相應(yīng)的結(jié)合部位發(fā)生相互作用,不同甜味分子的結(jié)合部位可以少于八個,通常都超過三個結(jié)合部位。除了結(jié)合部位D,其他結(jié)合部位均由兩個亞結(jié)合部位(又被稱為結(jié)合點(diǎn))組成,這些結(jié)合點(diǎn)分別為B1,B2,AH1,AH2,XH1,XH2,G1,E1,G2,E2,G3,E3,,G4,E4,D,通過離子鍵、氫鍵和空間立體作用(范德華力)等三種作用方式,與受體蛋白相應(yīng)識別部位發(fā)生相互作用。其中B1,B2是陰離子,如CO2-、SO3-、CN4-,或者氫鍵受體原子,如鹵素原子、氧原子;AH1,AH2,XH1,XH2是氫鍵供體基團(tuán),如NH+,NH,OH;E1,E2,E3,E4是氫鍵受體原子,如氮原子、氧原子、鹵素原子;G1,G2,G3,G4通過分子間空間作用力與受體識別部位結(jié)合,通常為非極性或弱極性小基團(tuán)、原子,如CH3,CH2,CH,F,極性大原子如Cl,Br,也能與識別部位有效結(jié)合;D通常是4-苯腈基團(tuán),通過氫鍵受體基團(tuán)CN與識別部位結(jié)合。阿斯巴甜是二肽甜味劑的典型代表,屬于B1,B2,AH1,XH1,XH2,G1,E1,G2,G4-型甜味劑。當(dāng)阿斯巴甜基團(tuán)上接上3-羥基-4-甲氧基苯甲醛時,得到的N-[3-(3-羥基-4-甲氧基苯基)丙基]-阿斯巴甜就屬于B1,B2,AH1,XH2,G1,E1,E2,E3,G2,E2,G4-型甜味劑,甜味為蔗糖的24,000倍,分子上G1、G2、G4三個結(jié)合點(diǎn)通過范德華力與受體蛋白結(jié)合,同時由于引入了具有強(qiáng)吸電子能力的甲氧基和羥基,使得脲基NH的酸性增強(qiáng),增加了產(chǎn)物與蛋白受體的親合力,從而提高了甜度,這就解釋了產(chǎn)物比阿斯巴甜甜度高的原因。多點(diǎn)結(jié)合模型見圖4。3.高硬度甜味劑的應(yīng)用甜味劑是人們?nèi)粘Ｉ钏仨毜恼{(diào)味品之一,隨著精細(xì)化工工業(yè)的發(fā)展,高甜度甜