（应用化学专业论文）Maillard反应制备两种天然食用香料化合物的研究.pdf

北京 商人学硕十学位论文 摘要 在目前对食品安全问题的高度关注下，消费者对非天然的食品添加剂的排斥 心理日益增强，因此天然食用香料化合物的开发越来越受到研究工作者的重视。 m a i l l a r d 反应是氨基酸与还原糖之间发生的一系列复杂反应，是热加工食品如肉 类、咖啡、面包、爆玉米花等产生色、香、味的主要途径，被广泛应用于食用香 精行业热反应香精的生产中。m a i l l a r d 反应通常产生非常复杂的混合产物，但也 有一些具有合成价值的m a i l l a r d 反应的报道，能高产率得到单一香料化合物。这 种以天然的氨基酸和还原糖类为原料得到的单一香料化合物被认为是天然的。 异戊醛和呋哺酮是两种重要的食用香料化合物，被广泛应用在食品、饮料、 烟草、保健品中，工业上主要通过化学方法合成得到。这种由传统化学合成方法 得到的非天然香料化合物显然会严重影响到消费者对产品的接受程度。因此研究 天然的异戊醛和呋喃酮制备方法具有重要的意义。在一些m a i l l a r d 模型反应体系 中发现有较大量的异戊醛和呋喃酮的形成。因此本论文研究了通过m a i l l a r d 反应 制备天然的异戊醛和呋哺酮的方法。 本论文以l 鼠李糖和【广脯氨酸为原料，通过单因素平行实验，考察了不同 的温度、摩尔比、p h 值以及不同的萃取溶剂对呋喃酮产率的影响。制备呋喃酮 的最佳条件：反应温度1 0 0 。c ，反应时间1 2 h ，p h 值为6 ，n ( l - 脯氨酸) ：n ( l 鼠李 糖) 为4 ：1 。由于呋喃酮极性较大，后处理分离比较困难，本论文探索了效果较好 的萃取条件。实验结果表明萃取溶剂采用体积比为4 ：1 乙酸乙酯和石油醚的混合 溶剂体系效果最好，得到呋喃酮粗产品产率最高可达到为4 3 7 。粗产品用乙醚 重结晶之后产率为4 0 左右，产品经气相色谱分析纯度9 9 以上。为了节省萃 取溶剂用量，论文还研究了利用液液连续萃取的方法分离呋哺酮，利用乙酸乙酯、 石油醚混合溶剂连续萃取1 2 h ，得到呋喃酮的产率约为4 1 ，但是溶剂使用量仅 为原来的1 4 。而以赖氨酸为原料与鼠李糖反应，得到呋喃酮产率只有约9 ，而 且副产物多。 论文研究了不同还原糖与l 亮氨酸反应形成异戊醛的情况，所选择的糖包 括d 葡萄糖、d 果糖、d 木糖和d 核糖。对每一种糖与l 厂亮氨酸反应，通过正 交实验和单冈素实验，考察不同的反应温度、摩尔比、p h 值等因素对异戊醛产 m a i l l a r d 反应制备两种大然食用香举 率的影响。实验结果表明d 葡萄糖与l 广亮氨酸反应，得到异戊醛产率最高，d 果糖其次，两个五碳糖d 木糖和d 核糖得到异戊醛产率要低得多。利用d 葡萄 糖和l ，亮氨酸反应制备异戊醛的最佳反应条件为：反应温度为1 5 0 ，n ( d 葡萄 糖) ：n ( l 厂亮氨酸) - - 4 ，p h = 5 ，最高产率约为3 2 。 论文还研究了m a i l l a r d 反应中还原糖的重要降解产物q 二羰基类化合物在 异戊醛形成中的作用。分别以乙二醛、丙酮醛或丁二酮为原料，与l 亮氨酸反 应，通过正交实验，考察不同的反应温度、摩尔比、p h 值等因素对异戊醛产率 的影响。实验结果表明，乙二醛体系形成的异戊醛最多，而丙酮醛的体系形成的 异戊醛最少。说明对于l ，亮氨酸发生的s t r e c k e r 反应，在糖的降解产物中乙二醛 最有利于异戊醛的形成。 本论文的研究基本确定了以l 鼠李糖和i 厂脯氨酸为原料制备天然呋喃酮以 及以d 葡萄糖和l 厂亮氨酸为原料制备天然异戊醛的最佳条件。尽管与传统的化 学合成方法相比，产率不是特别理想。但对于探索m a i l l a r d 反应在天然香料化合 物制备中的应用具有重要意义。 关键词：m a i l l a r d 反应；天然香料；异戊醛；呋喃酮 北京。l 商大学硕十学位论文 a b s t r a c t c o n s u m e r sh a v eb e e nr e p e l l i n ga r t i f i c i a lf o o da d d i t i v e sm o r er e c e n t l yd u et o h i g hc o n c e r no ff o o ds a f e t ya tp r e s e n t s ot h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fn a t u r a l f l a v o r sh a v eb e e np a i dm o r ea t t e n t i o nb yf l a v o rc h e m i s t s t h em a i l l a r dr e a c t i o nr e f e r s t oac a s c a d eo fc o m p l e xr e a c t i o n sb e t w e e na m i n oa c i d sa n dr e d u c i n gs u g a r sa n d c o n t r i b u t e st ot h ef o r m a t i o no fc o l o r , a r o m aa n dt a s t eo ft h e r m a lp r o c e s s e df o o d , s u c h a sm e a t ，c o f f e e ，b r e a d ，p o p c o r n i th a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ep r o d u c t i o no fp r o c e s s f l a v o r s t h em a i l l a r dr e a c t i o nu s u a l l yg i v e sv e r yc o m p l e xm i x t u r e s ，b u tt h e r ew e r ea f e wr e p o r t st h a ts o m em a i l l a r dm o d e lr e a c t i o n sc o u l db eo fs y n t h e t i cu t i l i t ya n dg i v e p u r ec h e m i c a l si nh i g hy i e l d s t h ef l a v o rc o m p o u n d so b t a i n e db yt h er e a c t i o n so f n a t u r a la m i n oa c i d sa n dr e d u c i n gs u g a r sa r er e g a r d e da sn a t u r a l i s o v a l e r a l d e h y d ea n df u r a n e o la r et w oi m p o r t a n tf l a v o rc o m p o u n d sa n da r eu s e d w i d e l yi nf o o d ，d r i n k ，t o b a c c o ，h e a l t h c a r ep r o d u c t s ，e t c t h ec o m m e r c i a l l ya v a i l a b l e i s o v a l e r a l d e h y d ea n df u r a n e o la r ep r o d u c e db yt r a d i t i o n a lc h e m i c a ls y n t h e s e s c o n s u m e r so f t e nr e f u s et oa c c e p tt h e s ea r t i f i c i a lp r o d u c t so b t a i n e db yc h e m i c a l s y n t h e s e s ，s os t u d yo nt h ep r e p a r a t i o no fn a t u r a li s o v a l e r a l d e h y d ea n df u r a n e o li so f s i g n i f i c a n c e ar e l a t i v el a r g ea m o u n to fi s o v a l e r a l d e h y d ea n df u r a n e o lw e r ef o u n dt o b ef o r m e di ns o m em a i l l a r dm o d e lr e a c t i o n s t h e p r e p a r a t i o n o fn a t u r a l i s o v a l e r a l d e h y d ea n df u r a n e o lb yt h em a i l l a r dr e a c t i o nw a ss t u d i e di nt h i st h e s i s t h ep r e p a r a t i o no fn a t u r a lf u r a n e o lw a ss t u d i e db yt h er e a c t i o no fl - r h a m n o s e w i t hl - p r o l i n e t h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e ，r e a c t a n tr a t i o ，p hv a l u ea n de x t r a c t i n g s o l v e n to nt h ey i e l do ff u r a n e o lw e r ei n v e s t i g a t e di nt u r n t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so f p r e p a r i n gf u r a n e o lw e r ea sf o l l o w s ：t e m p e r a t u r e1 0 0 。c ，r e a c t i o nt i m e1 2 h ，p h6 ， n ( l - p r o l i n e ) n ( l - r h a m n o s e ) = 4 1 t h es e p a r a t i o no ff u r a n e o lf r o mt h er e a c t i o nm i x t u r e w a sk i n do fd i f f i c u l td u et oi t sh i g hp o l a r i t y , s ot h ee x t r a c t i n gc o n d i t i o nw a se x p l o r e d t h em i x t u r eo fe t h y la c e t a t ea n dp e t r o l e u me t h e ro fv o l u m er a t i o4 1g a v et h eb e s t r e s u l t t h ey i e l do fc r u d ep r o d u c tc o u l dr e a c ha b o u t4 3 7 a n di tw a so b t a i n e di n a b o u t4 0 y i e l da f t e rr e c r y s t a ll i z a t i o nw i t he t h y le t h e lt h ep u r i t yo ft h ep r o d u c tw a s i d e n t i f i e d 9 9 b yg c t os a v e t h ea m o u n to fe x t r a c t i n gs o l v e n t c o n t i n u o u s m a i l l a r d 反应制备两种天然食用香料化合物的研究 l i q u i d l i q u i de x t r a c tw a ss t u d i e dt ou s ei nt h es e p a r a t i o no ff u r a n e 0 1 t h ep r o d u c tw a s o b t a i n e di na b o u t4 1 b yc o n t i n u o u sl i q u i d - l i q u i de x t r a c t i n gw i t ht h em i x t u r eo fe t h y l a c e t a t ea n dp e t r o l e u me t h e rf o r12 h t h ea m o u n to fe x t r a c t i n gs o l v e n tw a sj u s t1 4o f t h a tu s e di nb a t c h e de x t r a c t i o n f u r a n e o lw a sg i v e no n l yi na b o u t9 y i e l di nt h e r e a c t i o no fl - r h a m n o s ew i t hd l y s i n ea n dm u c hm o r eb yp r o d u c t sw e r ef o r m e d t h ep r e p a r a t i o no fi s o v a l e r a l d e h y d ew a si n v e s t i g a t e db yt h er e a c t i o n so f d i f f e r e n tr e d u c i n gs u g a r sw i t hl - l e u c i n e t h es u g a r su n d e ri n v e s t i g a t i o ni n c l u d e d d - g l u c o s e ，d f r u c t o s e ，d x y l o s ea n dd - r i b o s e t h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e ，r e a c t a n t r a t i o ，a n dp hv a l u e so nt h ey i e l do fi s o v a l e r a l d e h y d ew e r es t u d i e db yo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t sa n dp a r a l l e le x p e r i m e n t so fe x a m i n i n gs i n g l ef a c t o r t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h er e a c t i o no fd g l u c o s ew i t hd l e u c i n eg a v ei s o v a l e r a l d e h y d ei nt h eh i g h e s t y i e l d ，a n dd f r u c t o s er a n k e dt h es e c o n d ，a n db o t hp e n t o s e sg a v et h ep r o d u c ti nm u c h l o w e ry i e l d s t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rt h er e a c t i o no fd - g l u c o s ew i t hl - l e u c i n e w e r ea sf o l l o w s ：t e m p e r a t u r e1 5 0 。c ，n ( d - g l u c o s e ) n ( l - l e u c i n e ) = 4 ，p h = 5 ，a n dt h e h i g l l e s ty i e l dw a sa b o u t3 2 t h er o l e so fq d i c a r b o n y lc o m p o u n d sf o r m e db yt h ed e g r a d a t i o no fr e d u c i n g s u g a r si nt h ef o r m a t i o no fi s o v a l e r a l d e h y d ew e r es t u d i e d t h er e a c t i o n so fg l y o x a l ， p y r u a l d e h y d e ，o r b u t a n d i o n ew i t hl - l e u c i n ew e r e i n v e s t i g a t e db yo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t s t h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e ，r e a c t a n tr a t i o ，p hv a l u eo nt h ey i e l do f i s o v a l e r a l d e h y d ew e r ee x a m i n e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es y s t e mc o n t a i n i n g g l y o x a lg a v et h ep r o d u c tm o s ta n dp y r u a l d e h y d el e a s t t h i sr e s u l ti n d i c a t e dt h a t g l y o x a la m o n gt h ed e g r a d a t i o np r o d u c t so fs u g a r sf a v o r e dt h es t r e c k e rr e a c t i o no f l - l e u c i n em o s t t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rt h ep r e p a r a t i o no fn a t u r a li s 0 v a l e r a l d e h y d ea n d f u r a n e o lb yt h em a i l l a r dr e a c t i o nh a v e b e e ne s t a b l i s h e di nt h i st h e s i s t h ey i e l d sw e r e n o tv e r yi d e a lc o m p a r e dt ot r a d i t i o n a lc h e m i c a ls y n t h e s i s b u tt h er e s u l t sa r e i m p o r t a n tt oe x p l o r et h ea p p l i c a t i o no ft h em a i l l a r dr e a c t i o no nt h ep r e p a r a t i o no f n a t u r a lf l a v o rc o m p o u n d s k e y w o r d s ：t h em a i l l a r dr e a c t i o n ；n a t u r a lf l a v o r s ，i s o v a l a r e a l d e h y d e ；f u r a n e o l i v 北京工商大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作所 取得的研究成果。除了文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果完全由本人承担 学位论文作者签名。鍪i 查日期：沙。8年夕月z 乙日 北京工商大学学位论文授权使用声明 本人完全了解北京工商大学有关保留和使用学位论文的规定，即。研究生 在校攻读学位册问论文工作的知识产权单位属北京工商大学学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借 阕；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复 制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 学位论文电子版同意提交后，可于口当年口一年口二年后在学校图 书馆网站上发布，供校内师生测览。 学位论文作者签名：萎叁塑导师签名： 三! 三兰圣日期：z 口如年夕月谚日 北京 商人学硕十学位论文 第一章绪论 1 1m a i l l a r d 反应概述 早在1 9 1 2 年，法国化学家梅拉德( l o u i sm a i l l a r d ) 发现甘氨酸与葡萄糖的混 合物在加热时，发生颜色褐变反应形成类黑色素。后来人们发现这类反应不仅 影响食品的颜色，而且对其香味也有重要作用，并将此反应称为非酶褐变反应 ( n o n e n z y m i cb r o w n i n g ) ，也称m a i l l a r d 反应f 1 1 。 1 1 1m a i l l a r d 反应的机理 热加工食品中的m a i l l a r d 反应涉及的反应非常复杂，包括许多交叉反应和分 解反应，产生复杂混合物。对m a i l l a r d 反应已经有很多的研究报道，包括了醛、 酮、还原糖与胺、氨基酸、肽和蛋白质之间的反应。迄今为止，人们只是对该反 应产生低分子化合物的化学过程比较清楚，而对高分子聚合物的生成机理仍属空 白。 美国化学家h o d g e 【2 】对m a i l l a r d 反应机理进行研究，并作了系统的论述，认为 m a i l l a r d 反应一般可分为三个阶段：初级反应阶段，中级反应阶段，高级反应阶 段。至今仍被认为是m a i l l a r d 反应机理最简明扼要的阐述，反应机理【3 卅如图1 1 。 还原糖+ 游离氨基酸 i 葡萄糖基氨+ 果糖基氨 l s c h i f f s 碱 1 ，2 一烯醇化 二甲基呋喃 ia m a d o r i 重排或h e y s 重排= = = = = = 今 还原酮美矗氧还原酮 2 , 3 一烯醇化 羟甲基糖醛 i s t r e c k e r l 瓣 厂1一化合物nh h s 3 ，2 羟基丙酮 厶一雌 瞅莶儿口例 j环烯 丙酮醛 吡啶 呋喃酮 羟基乙醛 羟基乙醛 吡嗪 吡喃酮 甘油醛 吡咯 吡咯噻嗪 噻吩 咪唑 图1 1m a 川a r d 反f 照三个阶段机理图 m a i l l a r d 反应制备两种天然食用香料化合物的研究 ( 1 ) 初级反应阶段 初级阶段不引起食品褐变和产生食品风味，其中反应包括：( a ) 还原糖的 羰基与氨基酸或蛋白质中的游离氨基二者之间进行缩合。缩合物迅速失去一分子 水转变为希夫碱( s c h i f fb a s e ) ； ( b ) a m a d o r i 重排反应：希夫碱中间产物通过分 子重排，环化得氨基脱氧醛( 酮) 糖。 其中关键的步骤是a m a d o r i 重排，a m a d o r i 重排产物( a m a d o r ir e a r r a n g e m e n t p r o d u c t ，a r p ) 1 氨基1 脱氧2 酮糖是极为重要的不挥发的香味前体物。反应机 理如图1 2 。 h h 己糖 胺 h n - 一r h h h h o h o 多 一 ；= ! = 一u 几 一 中性，所以酸性条件比较好。 北京r ：商大学硕士学位论文 4 、最佳反应条件 温度、摩尔比、p h 值的极差r j 大小分别为1 7 0 ，4 8 ，4 3 ，排出各因 素对异戊醛产率影响的主次顺序为：温度 摩尔比 p h 值。因此，温度是影响异 戊醛产率的最主要因素。 正交实验最佳反应条件：反应温度1 4 0 ( 3 ，n ( d 葡萄糖) ：n ( i 广亮氨酸) = 4 ：1 ， p h = 6 ，得到异戊醛的最高产率为2 1 5 。 在正交实验的已确定最佳反应条件的基础上，继续进行单因素实验。固定反 应温度为1 5 0 c ，n ( d 葡萄糖) ：n ( 工广亮氨酸) 为4 ：1 ，做p h 值分别为3 ，4 ，5 ，6 的平行实验。实验结果见表3 5 。 表3 - 5p h 值对产率的影响 由表3 5 可以看出，继续升高温度，异戊醛的产率继续升高。p h 值为3 ，4 ， 5 ，6 时，异戊醛的平均产率分别为2 9 2 ，3 1 6 ，3 2 2 ，2 6 9 ，当p h = 5 时， 反应得到异戊醛产率最高。 在n ( d - 葡萄糖) ：n ( i 广亮氨酸) = 4 ：1 ，p h = 5 条件下，继续升高反应温度至1 6 0 。c ， 得到异戊醛产率为2 4 2 。此时，反应温度升高，异戊醛产率反而下降。 通过正交实验和单因素实验，得到了d 葡萄糖和l 亮氨酸反应制各异戊醛 的最佳反应条件为：反应温度1 5 0 。c ，n ( d - 葡萄糖) ：n ( l 厂亮氨酸) = 4 ：1 ，p h = 5 ，得 到异戊醛的最高产率为3 2 2 。 3 2 2 2d 果糖和l 亮氨酸反应制备异戊醛 反应方程式 + h e a t | 卜 c o o h h c h 2 0 h d f r u c t o s e l l e u c i n e i s o v a l e r a l d e h y d e d 果糖和l _ 亮氨酸反应正交实验因素一水平表见表3 - 6 ，实验数据及结果分 析见表3 7 ，各因素影响结果见图3 - 5 3 - 7 。图3 8 为反应温度1 4 0 。c ，p h = 6 ， m a i l l a r d 反应制备两种天然食用香料化合物的研究 n ( d 果糖) ：n ( l ，亮氨酸) 为4 ：1 条件下，反应萃取物的g c 图。 表3 - 6d 果糖和l 广亮氨酸反应正交实验因素一水平表 表3 7d 果糖和【广亮氨酸反应l 9 ( 3 3 ) j 下交实验结果及分析 1 1 0 6 1 1 3 4 2 4 5 3 2 1 5 1 7 2 93321 2 2 3 2 1 2 3 2 3 1 3 1 1 2 3 1 2 3 1 2 1 1 1 2 2 2 3 3 1 2 3 4 5 6 7 8 北京一r 商大学硕士学位论文 2 0 o o 1 5 o o 整- 。o o 5 o o 0 o o l习 l o o1 2 01 4 0 温度( ) 图3 5 温度对产率的影响 、 二 n门 1 厂t 。， 246 n ( d - 果糖) ：1 1 ( l - 亮氮酸) 图3 - 6 摩尔比对产率的影响 图3 - 7 p h 值对产率的影响 吲a 雌吲跏哪呦i) 一乙醚 i 呦。 异戍醛 鼬 、 咖 十一烷 m n 皿n f 、， l208i d1 2n i l 图3 8d 果糖和l - 亮氨酸反应萃取产物g c 图 m a i l l a r d 反应制备两种大然食用香料化合物的研究 1 、温度对产率的影响 由图3 5 可以看出，反应温度从1 0 0 。c 升高到1 4 0 ，异戊醛的平均产率从 0 9 提高到1 7 o ，温度升高，产率增长较快。所以1 4 0 为最佳反应温度。 2 、摩尔比对产率的影响 由图3 - 6 可以看出，摩尔比为2 ，4 ，6 时，平均产率分别为8 7 ，6 7 ， 6 2 ，逐渐降低，因此可以得到果糖和亮氨酸反应的最佳摩尔比为2 ：1 。 3 、p h 值对产率的影响 由图3 7 可以看出，p h 值为6 ，7 ，8 时，异戊醛的平均产率分别为7 9 ， 5 4 ，8 3 ，不同p h 值条件下异戊醛的平均产率之间的关系为：碱性 酸性 中性。总体上碱性条件比较好。 4 、最佳反应条件 温度、摩尔比、p h 值的极差r j 大小分别为1 6 1 ，2 5 ，2 9 ，排出各因 素对实验异戊醛产率影响的主次顺序为：温度 摩尔l 七 p h 值。正交实验最佳反 应条件为a 3 b l c 3 ，即反应温度1 4 0 。c ，摩尔比2 ：1 ，p h = 8 。 在正交实验的已确定最佳反应条件的基础上继续进行单因素实验。进一步考 察投料比为1 ：1 时反应的情况。在p h = 8 时，固定摩尔比为1 ：1 ，做温度分别为 1 0 0 ，1 2 0 和1 4 0 * c 的平行实验，继续优化反应条件。实验结果见表3 8 。 表3 8 摩尔比为1 ：1 温度对产率的影响 由表3 8 的实验结果可以看出，摩尔比为1 ：1 时异戊醛的产率最大值为4 5 ， 而摩尔比为2 ：1 时的最高产率为2 1 5 ，后者远远大于前者，摩尔比为2 ：1 较佳。 固定n ( d - 果糖) ：n ( l 广亮氨酸) = 2 ：1 ，反应温度1 4 0 。c ，考察p h 值从4 到9 异 戊醛的产率，实验结果见表3 - 9 。 表3 - 9p h 值对产率的影响 由表3 - 9i 叮以看出，p h 值从4 到9 ，异戊醛的产率分别为7 2 ，1 3 7 ，1 7 2 ， 1 2 2 ，2 1 5 ，5 8 ，当p h = 8 时，异戊醛的产率最高，可达到2 1 5 ，最佳 北京上：商人学硕十学位论文 p h 值为8 。 固定n ( d 果糖) ：n ( l 广亮氨酸) 为2 ：1 ，p h = 8 的情况下，做1 5 0 c 、1 6 0 。c 的平 行实验，考察高温条件下的产率，得到异戊醛的产率分别为7 7 5 ，9 3 8 ，均 小于1 4 0 的产率。 通过正交实验和单因素实验考察，得到了d 果糖和l 广亮氨酸反应制备异戊 醛的最佳反应条件为：反应温度1 4 0 。c ，n ( d 一果糖) ：n ( i 广亮氨酸) 为2 ：1 ，p h = 8 ， 得到异戊醛的最高产率为2 1 5 。 3 2 2 3d 核糖和l 广亮氨酸反应制备异戊醛 反应方程式 c h o + c o o h o h o h o h c h 2 0 h h l l e u c i n e d - r i b o s e i s o v a l e r a l d e h y d e d 核糖和l 亮氨酸反应正交实验因素一水平表见表3 1 0 ，实验数据及结果 分析见表3 1 1 ，各因素影响结果见图3 9 , - - - 3 - 1 1 。图3 一1 2 为反应温度1 0 0 * c ，p h = 6 ， n ( d 核糖) ：n ( l 广亮氨酸) 为2 ：1 条件下，反应萃取物的g c 图；图3 - 1 3 为反应温度 1 4 0 c ，p h = 7 ，n ( d - 葡萄糖) ：n ( l 亮氨酸) 为6 ：1 条件下，反应萃取物的g c 图。 表3 1 0d 核糖和l 广亮氨酸反应正交实验因素一水平表 m a i l l a r d 反应制备两种天然食用香料化合物的研究 表3 1 1d 。核糖和l 广亮氨酸反应k 9 ( 3 3 ) 正交实验结果及分析 2 o 2 4 2 8 1 5 5 6 8 2 2 8 6 3 933 2 6 7 静4 瞄 茁 2 o o l o o l z ( ， 温度( 1 2 ) 图3 - 9 温度对产率的影响 l 2 3 2 3 1 3 1 1 2 3 l 2 3 1 2 1 1 1 2 2 2 3 3 1 2 3 4 5 6 7 8 北京工商人学硕十学位论文 6 0 0 r 瞄 2 0 0 0 0 0 9 5 246 n ( d 核糖) ：n ( l - 亮氨酸) 图3 1 0 摩尔比对产率的影响 图3 1 1 p h 值对产率的影响 f j i 纠鼋岫姗疆n d n 乙醚 l 岫一 渤一 异戍醛 m 十一烷 珊 哪- m - 砷- u 上 l 。 i ； ； 。 i 。 l 1 5嘧 图3 1 2d 核糖和l 广亮氨酸反应萃取产物g c 图 o o o o o o 6 4 z 鞋 m a i l l a r d 反应制备两种大然食用香料化合物的研究 图3 1 3d 核糖和l 亮氨酸反应萃取产物g c 图 1 、温度对产率的影响 由图3 - 9 可以看出，反应温度为1 0 0 ，1 2 0 ，1 4 0 时平均产率分别为2 4 ， 5 1 ，5 2 ，异戊醛的产率从1 0 0 到1 2 0 较快的增长，但是从1 2 0 到1 4 0 时产率几乎没有再增长。所以1 2 0 为较佳反应温度。 2 、摩尔比对产率的影响 由图3 1 0 可以看出，摩尔比为2 ，4 ，6 时，异戊醛的平均产率分别为2 1 ， 4 7 ，5 9 ，呈逐渐增加趋势。因此，摩尔比6 ：1 较好。 3 、 p h 值对产率的影响 由图3 1 1 可以看出，p h 值为6 ，7 ，8 时，异戊醛的平均产率分别为5 5 ， 3 5 ，3 7 ，不同p h 值条件下异戊醛的平均产率之间的关系为：酸性 碱性 中性，所以酸性条件比较好。 4 、最佳反应条件 温度、摩尔比、p h 值的极差r i 大小分别为5 5 ，3 5 ，3 7 ，排出各因 素对实验异戊醛产率影响的主次顺序为：摩尔比 温度 p h 值。由上述结果分析， 较优的反应条件为a 2 8 3 c 1 ，即反应温度1 2 0 。c ，摩尔比6 ：1 ，p h = 6 ，产率为8 2 。 在d 核糖和l 广亮氨酸反应的正交实验中发现，表3 1 2 中实验编号为5 、6 、 8 和9 的四个实验中出现了相同的一个副产物，经g c m s 分析确认为糠醛。通 过内标计算糠醛的产率如表3 1 2 所示。 北京： 商人学硕十学位论文 从反应条件来看，这四个产生糠醛的反应的共同点为，反应温度较高，都高 于1 2 0 ，d 核糖过量较多。由此可以推测高温和过量的d 核糖有利于糠醛的 形成。糠醛形成的机理推测如图3 1 4 所示。l 亮氨酸的氨基首先与d 核糖的醛 基发生亲核加成反应，生成亚胺中间体i ，然后脱水形成中间体i i ，中间体i i 的 烯醇结构发生互变异构得到含酮羰基的中间体i i i ，i i i 的亚胺基团发生水解，得 到3 脱氧葡萄酮糖。中间体w 5 位碳上的羟基与2 位羰基发生分子内的亲核 加成得到五元环状的中间体v ，脱水后形成糠醛。 o h o h o h c h 2 0 h n r o h c h 2 0 h i i h r n i - 1 2 ” l - ，一- n r o h o h c h 2 0 h l l l c h 2 0 h i c h 2 0 h l v v 图3 1 4d 核糖和l 亮氨酸反应彤成糠隘的反应机理 c h o m a i l l a r d 反应制备两种大然食用香料化合物的研究 3 2 2 4d 一木糖和l 亮氨酸反应制备异戊醛 反应方程式 o h h + o h h c h 2 0 h d - x y l o s e l l e u c i n ei s o v a l e r a l d e h y d e d 木糖和i 广亮氨酸反应正交实验因素一水平表见表3 1 3 ，实验数据及结果 分析见表3 1 4 ，各因素影响结果见图3 1 5 - 、, 3 1 7 。图3 1 8 为反应温度1 2 0 ， p h = 7 ，n ( d 一木糖) ：n ( l - 亮氨酸) 为2 ：1 条件下，反应萃取物的g c 图；图3 1 9 为反 应温度1 4 0 c ，p h = 6 ，n ( o - 木糖) ：n ( i 广亮氨酸) 为4 ：1 条件下，反应萃取物的g c 图。 表3 1 3d 木糖和l 广亮氨酸反应正交实验因素一水平表 表3 - 1 4d 木糖和l 广亮氨酸反应l 9 ( 3 3 ) 正交实验结果及分析 1 3 o 8 0 5 2 1 7 3 3 4 土+ h o h h 此京j ：商大学硕七学位论文 1 0 o o 7 5 0 蓑s 瞄 2 5 0 0 o o 8 o o 6 0 0 鞋4 0 0 2 0 0 o 0 0 1 0 0 1 2 0 温度( ) 图3 1 5 温度对产率的影响 246 摩尔比 图3 1 6 摩尔比对产率的影响 吲一口 f 川 飞。| p h 值 7 图3 - 1 7p h 值产牢的影响 m a i l l a r d 反应制备两种天然食用香料化合物的研究 图3 1 8d 木糖和l 亮氨酸反应萃取产物的g c 图 图3 1 9d 木糖和l 广亮氨酸反应萃取产物的g c 图 1 、温度对产率的影响 由图3 1 5 可以看出，反应温度为1 0 0 。c ，1 2 0 。c ，1 4 0 。c 时平均产率分别为 0 9 ，4 3 ，9 5 ，异戊醛的平均产率随温度升高逐渐增加，1 4 0 。c 为最佳温度 条件。 2 、摩尔比对产率的影响 由图3 1 6 可以看出，摩尔比为2 ，4 ，6 时，平均产率分别为4 0 ，6 6 ， 4 0 ，摩尔比从2 到4 ，产率呈增长趋势，但足当摩尔比增加到6 的时候，产率 4 2 北京i ：商大学硕士学位论文 反而减小了。因此，最佳摩尔比为4 。 3 、p h 值产率的影响 由图3 1 7 可以看出，p h 值为6 ，7 ，8 时，异戊醛的平均产率分别为5 4 ， 3 7 ，5 5 ，不同p h 值条件下异戊醛的平均产率之间的关系为：酸性：碱性 中性。酸性条件和碱性条件比较好。 4 、最佳反应条件 温度、摩尔比、p h 值的极差r j 大小分别为8 6 ，2 6 ，1 8 ，排出各因 素对实验异戊醛产率影响的主次顺序为：温度 摩尔f f 6 p h 值。 考察p h = 8 ，摩尔比为4 ：1 ，反应温度1 4 0 。c 时产率情况，得到异戊醛的产 率为1 0 6 ，所以，最佳反应条件为：温度1 4 0 ，摩尔比4 ：1 ，p h = 6 。 d 木糖和l 亮氨酸的有些反应也出现了糠醛的副产物，结果如表3 - 1 5 所示。 从反应条件来看高温和过量的d 木糖有利于糠醛的形成，其形成机理应该与d 核糖反应的情况类似。， 表3 1 5d 木糖和l 亮氨酸反应副产物糠醛的产率 3 2 2 5 小结 比较4 种糖类和l 广亮氨酸反应体系，得到以下结论： ( 1 ) d 葡萄糖，d 果糖，d 一木糖，d 核糖分别和l 亮氨酸在最佳反应条件 下得到异戊醛的产率分别为3 2 2 ，2 1 5 ，1 1 6 ，8 2 。四种还原糖中，六 碳糖d 葡萄糖和d 果糖形成异戊醛的产率要明显高于五碳糖，因此是制备异戊 醛优先选择的原料。而六碳的醛糖d 葡萄糖比六碳的酮糖d 果糖更有利于异戊 醛的形成。d 木糖和d 核糖为差向异构体，实验结果表明糖的立体结构对于 m a i l l a r d 反应的进程会产生一定的影响，因此两种异构体形成的异戊醛产率也不 相同。 ( 2 ) d 一葡萄糖和l 广亮氨酸反应制备异戊醛的最佳反应条件为：反应温度 1 5 00 c ，n ( d 葡萄糖) ：n ( l 一亮氨酸) 为4 ：1 ，p h = 5 ，最高产率为3 2 2 。 m a i l l a r d 反应制各两种天然食用香料化合物的研究 ( 3 ) d 果糖和l 亮氨酸反应制备异戊醛的最佳反应条件为：反应温度1 4 0 ， n ( d - 果糖) ：n ( l 广亮氨酸) 为2 ：1 ，p h = 8 ，得到异戊醛的最高产率为2 1 5 。 3 30 【二羰基类化合物与l - 亮氨酸反应制备异戊醛 大量的研究表明m a i l l a r d 反应中醛类产物是由初级阶段的产物c t - _ 二羰基类 化合物与氨基酸作用产生的。仅二羰基类化合物与氨基酸反应，首先形成s c h i f f 碱，然后经过重排、脱羧和水解生成氨基酮和醛，产物醛比原料氨基酸少一个 碳原子，又叫s t r e c k e r 醛。为了探讨甜二羰基类化合物在异戊醛形成中的作用， 本论文研究了m a i l l a r d 反应中典型的糖类降解产物乙二醛、丙酮醛和丁二酮对异 戊醛形成的影响。分别由上述三个c 【二羰基类化合物与i 广亮