CN103525869B - 黄嘌呤氧化酶降解类胡萝卜素制备烟用香料的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
黄嘌呤氧化酶降解类胡萝卜素制备烟用香料的方法及其应用，其特征在于：配制类胡萝卜素水溶液，取一定量类胡萝卜素水溶液分别加入缓冲溶液、有机溶剂、醛类和黄嘌呤氧化酶（XO），高速搅拌反应，反应物经萃取后挥干溶剂得降解产物。将本发明的类胡萝卜素降解产物以一定比例添加至卷烟中，可使卷烟香气质改善，杂气和刺激性降低，并赋予卷烟优雅的香气品质。本发明的最大特点是提供一种生物技术制备的新型烟用香料，该香料原料来源丰富，制备工艺简单，且添加后不改变卷烟的原有性能，不改变卷烟原有的加工工艺，提高了卷烟的感官品质，因此更具有实际生产的意义和价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物催化技术在烟用香料制备中的应用，具体是采用黄嘌呤氧化酶催化类胡萝卜素氧化降解制备烟用香料的方法及其应用。
背景技术
类胡萝卜素是广泛存在于动植物及微生物中的天然色素，通常是一类含有40个碳原子、由8个异戊二烯单元相连接的四萜化合物。其分子结构中的碳-碳双键是能量传递过程中最主要的结构，也是淬灭单线态氧的主要基础结构，因此，类胡萝卜素非常容易受到活泼基团的攻击从而被氧化。
类胡萝卜素的氧化降解产物中包括氧化异佛尔酮、β-环状柠檬醛、5,6-环氧-β-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、β-大马酮及二氢猕猴桃内酯等香气化合物，而这些化合物正是烟草中重要的致香物质。古昆等用硝酸银、重铬酸钾、高锰酸钾等6种方法对β-胡萝卜素进行氧化降解，发现β-胡萝卜素的氧化降解是一种具有实用价值的产生5,6-环氧-β-紫罗兰酮、β-大马酮、二氢猕猴桃内酯等重要香味物质的好方法（古昆,陈静波,李鲜等.β-胡萝卜素的氧化降解反应研究[C].精细化工(1999年增刊).1999:315～317.）。
近年来越来越多的研究者开始关注通过类胡萝卜素的降解来制备烟用香料。刘金霞等采用双氧水对从废弃烟叶中提取出来的β-胡萝卜素进行氧化降解，产物加入烤烟中可增补烟香，减轻杂气和刺激（刘金霞,李元实,赵铭钦等.β-胡萝卜素的化学降解及其降解物在卷烟加香中的应用[J].吉林农业大学学报,2011,33(3):260-263,268.）；河南中烟工业公司公开了一种通过化学降解β-胡萝卜素制备烟用香料的方法，利用双氧水或臭氧作为氧化剂，产物具有提高烟草自然芳香和改善吸食品质的作用（河南中烟工业公司.通过化学降解β-胡萝卜素制备烟用香料的方法:中国,CN200810049112.0[P].2009-7-22.）；华宝食用香精香料（上海）有限公司公开了一种烟用香料的制备方法与它的用途，利用空气氧化β-胡萝卜素，产物可用于烟丝的加香（华宝食用香精香料（上海）有限公司.一种烟用香料的制备方法与它的用途:中国,CN201210571653.6[P].2013-3-20.）；湖南中烟工业有限责任公司公开了一种脂肪氧化酶制备类胡萝卜素降解产物的方法及应用，利用脂肪氧化酶、亚油酸与β-胡萝卜素的共氧化反应制备降解产物，具有提高香气质和香气量、降低刺激和改善余味的作用（湖南中烟工业有限责任公司.一种亚油酸催化氧化制备类胡萝卜素降解产物的方法及应用:中国,CN201210562320.7[P].2013-5-29.）；中国烟草总公司郑州烟草研究院公开了一种超临界胡萝卜提取液及其在卷烟加香中的应用，采用双氧水对超临界胡萝卜提取液进行降解，产物可增加卷烟香气，赋予卷烟清甜优雅的风格，具有掩盖杂气、减少刺激及改善口感的作用（中国烟草总公司郑州烟草研究院.超临界胡萝卜提取液及其在卷烟加香中的应用:中国,CN200610017966.1[P].2006-11-15.）。
目前多见类胡萝卜素的化学法降解，该法条件简单易行，但反应选择性较差，不易控制，容易造成过度氧化降解和香气成分的损失。而酶法催化降解条件相对温和，反应容易控制，但现有报道多采用脂肪氧化酶催化类胡萝卜素的氧化降解，其中采用亚油酸等长链多不饱和脂肪酸作为共氧化剂，成本相对较高且产物中同时存在大量的不饱和脂肪酸的氧化产物。
黄嘌呤氧化酶（XO）是另一种可产生活性氧基团的重要的氧化酶类，广泛存在于哺乳动物的组织中，尤其是牛乳及小牛的肝脏中。XO可以把黄嘌呤、次黄嘌呤氧化成尿酸；把脂肪族、芳香族醛氧化成羧酸；还能氧化嘧啶类、嘌呤类、蝶啶类物质及NADPH。XO是一种非特异性的酶，很多化合物都可以做其底物（电子供体）。醛类化合物可作为XO的底物，XO催化氧化醛类化合物产生超氧阴离子，进而和醛类化合物反应生成不同的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS），如OH·，R·，ROH·等。这些活性氧簇可与类胡萝卜素反应，同时也可与其降解产物发生反应，从而生成一系列降解产物。
发明内容
本发明的目的正是基于上述研究现状而提供的一种烟用香料的生物技术制备方法及其应用，采用黄嘌呤氧化酶（XO）催化类胡萝卜素的降解，该法条件温和易于控制降解产物组成，将制备的降解产物施加于卷烟中，可赋予卷烟清甜优雅的风格，改善卷烟的感官质量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种黄嘌呤氧化酶降解类胡萝卜素制备烟用香料的方法，先配制类胡萝卜素水溶液，然后在类胡萝卜素水溶液中依次加入缓冲溶液、有机溶剂、醛类和黄嘌呤氧化酶（XO），高速搅拌反应，反应物经萃取后挥干溶剂得类胡萝卜素降解产物，所述类胡萝卜素水溶液、缓冲溶液、有机溶剂、醛类和黄嘌呤氧化酶之间的体积比为：1∶10-50∶0-50∶0.01-0.1∶0.01-0.1。
所述类胡萝卜素为市售类胡萝卜素产品或从植物及微生物中提取而得或富含类胡萝卜素的提取液。所述类胡萝卜水溶液的配制方法为：将类胡萝卜素以有机溶剂溶解后加入乳化剂搅拌均匀，真空浓缩除去溶剂后加入水，摇匀定容待用，水溶液中类胡萝卜素含量为0.1-1.0 mg/mL。
所述溶解类胡萝卜素的有机溶剂为三氯甲烷、丙酮、石油醚等对类胡萝卜素具有良好溶解能力的有机溶剂。
所述乳化剂为亲水性乳化剂。
所述缓冲溶液为为硫酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液，浓度为0.01-0.2M ，pH为6-9。
有机溶剂为石油醚、正己烷、环己烷、二氯甲烷、丙酮中的一种。
所述醛类为脂肪族醛类化合物如乙醛、丙醛、丁醛或芳香族醛类化合物如苯甲醛、苯乙醛等。
在本发明的降解反应步骤中，反应温度为20-40℃，反应时间为2-15h，搅拌速率为100-1000rpm。
将本发明的类胡萝卜素降解产物添加到卷烟中，可使卷烟香气质改善，杂气和刺激性降低，并赋予卷烟优雅的香气品质。添加量为烟丝质量的0.001～0.01%，添加方式为用乙醇溶解配制成溶液，均匀喷洒到烟丝中或注射于空白烟支中。
本发明的最大特点是提供一种生物技术制备的新型烟用香料，该香料原料来源丰富，制备工艺简单，且添加后不改变卷烟的原有性能，不改变卷烟原有的加工工艺，提高了卷烟的感官品质，因此更具有实际生产的意义和价值。
具体实施方式
本发明以下结合实施例做进一步描述，但并不限制本发明。
实施例1：
称取一定量β-胡萝卜素，以少量三氯甲烷溶解后加入吐温80，混合均匀后减压浓缩挥干溶剂，以水溶解后配制成β-胡萝卜素浓度为0.5mg/mL的水溶液。量取2mL β-胡萝卜素水溶液，加入20mL pH为6的缓冲溶液，先后加入乙醛30μL、XO 20μL，400rpm搅拌，于室温反应10h，以二氯甲烷萃取，有机相经干燥、过滤、除溶剂后得到降解产物。经GC-MS分析检测，该降解产物中富含异佛尔酮、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、5,6-环氧-β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、3-氧代-β-紫罗兰酮等香味化合物，而这些化合物也是烟草特征香的重要化合物。
将降解产物用乙醇溶解配制成加香溶液，按烟丝重量的0.01%均匀喷洒到烟丝上，烘烤后卷制成卷烟。评吸结果表明，香气量明显增加，香气质改善，杂气降低，余味改善。
实施例2：
称取一定量叶黄素，以少量石油醚溶解后加入吐温20，混合均匀后减压浓缩挥干溶剂，以水溶解后配制成叶黄素浓度为1mg/mL的水溶液。量取1mL 叶黄素水溶液，加入50mL pH为8的缓冲溶液和10mL的正己烷，先后加入丙醛20μL、XO 30μL，700rpm搅拌，于室温反应8h，以二氯甲烷萃取，有机相经干燥、过滤、除溶剂后得到降解产物。经GC-MS分析检测，该降解产物中富含异佛尔酮、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、5,6-环氧-β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、3-氧代-β-紫罗兰酮等香味化合物，而这些化合物也是烟草特征香的重要化合物。
将降解产物用乙醇溶解配制成加香溶液，按烟丝重量的0.001%注射于空白卷烟中。评吸结果表明，烟气谐调，香气量增加，香气质改善，杂气减轻，透发性增加，细腻柔和程度提高，回甜增加，余味干净。
实施例3：
取一定量的富含类胡萝卜素的天然提取液，加入吐温80，混合均匀后减压浓缩挥干溶剂，以水溶解后配制成类胡萝卜素浓度为0.2mg/mL的水溶液。量取5mL 类胡萝卜素水溶液，加入150mL pH为7的缓冲溶液和40mL的丙酮，先后加入苯甲醛80μL、XO 100μL，200rpm搅拌，于室温反应12h，以二氯甲烷萃取，有机相经干燥、过滤、除溶剂后得到降解产物。经GC-MS分析检测，该降解产物中富含异佛尔酮、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、5,6-环氧-β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、3-氧代-β-紫罗兰酮等香味化合物，而这些化合物也是烟草特征香的重要化合物。
将降解产物用乙醇溶解配制成加香溶液，按烟丝重量的0.005%均匀喷洒到烟丝上，烘烤后卷制成卷烟。评吸结果表明，烟气谐调，香气量增加，杂气、刺激性减轻，透发性增加，细腻柔和程度提高，回甜增加。
附表一
降解产物主要香气化合物的含量（μg）
| 序号 | 化合物名称 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 1 | 2,2,6-三甲基环己酮 | 0.35 | 0.47 | 0.45 |
| 2 | 异佛尔酮 | 2.08 | 2.35 | 1.54 |
| 3 | 3,5,5-三甲基-2-环己烯-1-醇 | 0.04 | 0.05 | 0.66 |
| 4 | β-环柠檬醛 | 1.15 | 1.17 | 1.93 |
| 5 | 3,4-脱氢-β-紫罗兰酮 | 1.09 | 1.04 | 0.78 |
| 9 | 2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-乙醛 | 0.34 | 0.38 | 0.78 |
| 10 | β-紫罗兰酮 | 10.69 | 10.17 | 20.68 |
| 11 | 7,8-二氢-α-紫罗兰酮 | 0.13 | 0.13 | 0.22 |
| 12 | 5,6-环氧-β-紫罗兰酮 | 0.56 | 0.44 | 0.73 |
| 13 | 二氢猕猴桃内酯 | 9.70 | 11.75 | 10.79 |
| 14 | 3-氧代-β-紫罗兰酮 | 0.86 | 0.67 | 0.45 |
附表二
降解产物的卷烟应用评价分值
| 评价指标 | 空白 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 香 气 质 | 3 | 3.5 | 3.5 | 3 |
| 香 气 量 | 3 | 3.5 | 3.3 | 3.5 |
| 杂 气 | 2.5 | 3 | 3.4 | 3.5 |
| 透 发 性 | 3 | 3 | 3.3 | 3.3 |
| 劲 头 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
| 浓 度 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 细腻柔和程度 | 3 | 3 | 3.5 | 3.4 |
| 刺激程度 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 3 |
| 干燥程度 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| 回 甜 | 3 | 3 | 3.5 | 3.5 |
| 余 味 | 3 | 3.3 | 3.5 | 3 |
Claims (9)
1.一种黄嘌呤氧化酶降解类胡萝卜素制备烟用香料的方法，其特征在于：先配制类胡萝卜素水溶液，然后在类胡萝卜素水溶液中依次加入缓冲溶液、有机溶剂、醛类和黄嘌呤氧化酶，高速搅拌反应，反应温度为20-40℃，反应时间为2-15h，搅拌速率为100-1000rpm，反应物经萃取后挥干溶剂得类胡萝卜素降解产物，所述类胡萝卜素水溶液、缓冲溶液、有机溶剂、醛类和黄嘌呤氧化酶之间的体积比为：1∶10-50∶0-50∶0.01-0.1∶0.01-0.1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述类胡萝卜素为市售类胡萝卜素产品或从植物及微生物中提取而得或富含类胡萝卜素的提取液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述类胡萝卜水溶液的配制方法为：将类胡萝卜素以有机溶剂溶解后加入乳化剂搅拌均匀，真空浓缩除去溶剂后加入水，摇匀定容待用，水溶液中类胡萝卜素含量为0.1-1.0 mg/mL。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述有机溶剂为对类胡萝卜素具有良好溶解能力的三氯甲烷、丙酮或石油醚；所述乳化剂为亲水性乳化剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述缓冲溶液为硫酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液，浓度为0.01-0.2M，pH为6-9。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：有机溶剂为石油醚、正己烷、环己烷、二氯甲烷、丙酮中的一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述醛类为乙醛、丙醛、丁醛、苯甲醛或苯乙醛。
8.一种黄嘌呤氧化酶降解类胡萝卜素制备烟用香料的方法所得的类胡萝卜素降解产物的方法，其特征在于：先配制类胡萝卜素水溶液，然后在类胡萝卜素水溶液中依次加入缓冲溶液、有机溶剂、醛类和黄嘌呤氧化酶，高速搅拌反应，反应温度为20-40℃，反应时间为2-15h，搅拌速率为100-1000rpm，反应物经萃取后挥干溶剂得类胡萝卜素降解产物，所述类胡萝卜素水溶液、缓冲溶液、有机溶剂、醛类和黄嘌呤氧化酶之间的体积比为：1∶10-50∶0-50∶0.01-0.1∶0.01-0.1；将类胡萝卜素降解产物添加到卷烟中，可使卷烟香气质改善，杂气和刺激性降低，并赋予卷烟优雅的香气品质。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：类胡萝卜素降解产物烟用香料添加量为烟丝质量的0.001～0.01%，添加方式为用乙醇溶解配制成溶液，均匀喷洒到烟丝中或注射于空白烟支中。
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