CN104341465B - 亲水型烟草增香保润剂Mal‑Ala、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属烟用保润剂技术领域，具体涉及一种新型亲水型烟草增香保润剂Mal‑Ala、制备方法及其应用。所述Mal‑Ala结构式如下所示：
Description
技术领域
本发明属烟用保润剂技术领域，具体涉及一种新型亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala、制备方法及其应用。
背景技术
随着人们对吸烟与健康问题的逐渐重视，卷烟焦油量在进一步降低的同时，卷烟舒适性变差，集中体现在烟丝水分散失快、主流烟气水分偏低、刺激性偏大、口腔发干及痰多等。目前，我国卷烟中大量使用的保润剂主要有丙二醇、山梨醇等，使用此类保润剂目的是提高烟丝在加工过程中的含水率，提高烟丝耐加工性能，但上述保润剂对成品卷烟烟丝含水率的维持和感官舒适性的改善并不理想。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala、制备方法及其应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala，其结构式如下：
。
所述亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala的制备方法，其包括如下步骤：
将麦芽糖、无水甲醇和二甲基甲酰胺或丙二醇混合后，于70－90℃回流15－40min，然后加入丙氨酸再次回流15－40min，最后加入强酸性离子交换树脂和山奈酚回流反应1－6h，反应结束后经硅胶柱层析分离和重结晶即得；其中，投料比按照每1克麦芽糖添加0.099－0.247克丙氨酸、0.159－0.794克山奈酚、0.03－0.06克强酸性离子交换树脂、2.0－3.0mL无水甲醇、1.4－3.0mL二甲基甲酰胺或丙二醇计。
具体的，柱层析分离所用洗脱液为正丁醇、冰乙酸和水组成的混合液，三者的体积比为4：2：1，显色剂为茚三酮乙醇溶液。
所述Mal-Ala作为烟草增香保润剂在卷烟中的应用。
本发明设计的合成路线如下：
。
本发明化合物Mal-Ala为美拉德反应中间体，是一种潜香化合物，其裂解产物多为呋喃酮等可明显增加烟草的甜香和烘烤香，另外，其本身含有大量亲水基团，将该化合物作为烟草增香保润剂目前尚不多见。
和现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明首次以麦芽糖为起始原料，以固体酸为催化剂，以山奈酚为抑制剂，与丙氨酸反应，成功合成了一种美拉德反应中间体—Mal-Ala，研究并确定合成工艺技术条件及最佳方案。该方法工艺简单、原料易得、产率较高，适合工业化生产。
2、本发明开发出一种新型亲水型化合物，首次将Mal-Ala作为烟草增香保润剂应用于卷烟中，通过进行物理保润性能测试和内在感官质量评价，发现其对卷烟具有很好的物理保润作用，并且可降低卷烟刺激性和杂气，提高卷烟烟气圆润感和舒适性。
3、本发明的优点：根据已有文献分析，有关Mal-Ala的合成有鲜有报道，该路线具有原料易得、操作简便、产率显著提高等优点。本发明的目标产物由于对烟草制品的作用效果明显，因此具有显著的工业应用价值和推广应用的广阔前景。
附图说明
图1为目标产物Mal-Ala的红外光谱图；
图2为目标产物Mal-Ala的高分辨质谱图；
图3为目标产物Mal-Ala的核磁共振碳谱图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不限于此。
以下为实施例中所用部分试剂和仪器。
麦芽糖、丙氨酸（99%，阿拉丁化学试剂公司）；山奈酚（HPLC级，法国Extrasynthese公司）；无水甲醇、无水乙醇、二甲基甲酰胺、正丁醇、冰乙酸（AR，天津市凯通化学试剂有限公司）；Amberlite IR-120(H)离子交换树脂（Alfa Aesar）；硅胶（化学纯，青岛海洋化工有限公司）。
Thermo Nicolet Avatar370红外光谱仪（美国Nicolet公司）；Bruker AvanceAMX-400核磁共振谱仪（美国Bruker公司）；BS200SWE1型电子天平（感量：0.0001g，北京赛多丽丝天平有限公司）；R-215型旋转蒸发仪（瑞士BUCHI公司）；V-700真空泵（瑞士BUCHI公司）；DLSB -20/60℃低温冷却循环泵（上海美强仪器设备有限公司）；KDM型调温电热套（山东华鲁电热仪器有限公司）。
实施例1
一种亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala的制备方法，其包括如下步骤：
在带有温度计、冷凝管的三口烧瓶中加入1克麦芽糖、1.4mL二甲基甲酰胺、3.0mL无水甲醇，在70℃条件下回流15min；然后加入0.099克丙氨酸再次回流15min，最后加入0.03克强酸性离子交换树脂和0.159克山奈酚回流反应1h。反应结束后经硅胶柱层析分离和重结晶得到白色晶体状目标产物0.343克。其中，柱层析分离所用洗脱液为正丁醇、冰乙酸和水组成的混合液，三者的体积比为4：2：1，显色剂为茚三酮乙醇溶液；重结晶所用溶剂为体积比为1:1的无水乙醇和无水甲醇的混合溶液。
实施例2
一种亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala的制备方法，其包括如下步骤：
在带有温度计、冷凝管的三口烧瓶中加入1克麦芽糖、2.0mL二甲基甲酰胺、2.0mL无水甲醇，在83℃条件下回流26min；然后加入0.132克丙氨酸再次回流26min，最后加入0.04克强酸性离子交换树脂和0.637克山奈酚回流反应4.5h。反应结束后经硅胶柱层析分离和重结晶得到白色晶体状目标产物0.773克。其中，柱层析分离和重结晶的操作过程同实施例1。
实施例3
一种亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala的制备方法，其包括如下步骤：
在带有温度计、冷凝管的三口烧瓶中加入1克麦芽糖、3.0mL丙二醇和2.0mL无水甲醇，在90℃条件下回流40min，然后加入0.247克丙氨酸再次回流40min，最后加入0.06克强酸性离子交换树脂和0.794克山奈酚回流反应6h。反应结束后经硅胶柱层析分离和重结晶得到白色晶体状目标产物0.618克。其中，柱层析分离和重结晶的操作过程同实施例1。
（一）目标产物的结构表征
通过红外光谱（IR）、高分辨质谱（HR-MS）、核磁共振碳谱（13C-NMR）分别对实施例所得目标产物Mal-Ala进行结构表征，Mal-Ala的化学结构式如下所示：
。
、红外光谱
对所合成的产品采用美国Nicolet公司Thermo Nicolet Avatar370型红外光谱分析仪进行分析，结果见图1。如图所示，由于受氨基影响，羰基吸收峰向波数略低的方向移动，因此1619cm-1为氨基酸羰基特征吸收峰；3461cm-1和3419cm-1处的吸收峰表明了-NH或-OH的存在；1262cm-1为C-O-C反对称伸缩振动，1127cm-1的C-O-C对称伸缩振动；1183cm-1、1101cm-1和1082cm-1为吡喃果糖环上的C-O-C键振动偶合。由上所述，可知此红外光谱与Mal-Ala的结构相吻合。
2、高分辨质谱
由于该化合物极性比较强，并且对热比较敏感，故采用电喷雾离子源（ESI）高分辨率质谱（HR-MS）进行质谱分析（高分辨率质谱仪Exactive Orbitrap，美国Thermo公司）。溶剂选用50%的甲醇水溶液为流动相，结果见图2。
通过对其正离子模式图分析，可以得到样品分子离子峰[M+H]+为414.35802，加氢分子式为C15H28NO12，可判断其准分子为C15H27NO12，其相对分子量为413.35018，而Mal-Ala的理论分子式为C15H27NO12，其理论相对分子量413.35047，因此，样品分子元素组分与Mal-Ala的元素组分一致。根据N规律，分子中含有奇数个氮原子，符合理论氮原子个数。
3、核磁共振碳谱
图3为所得化合物的13C-NMR谱，图中给出的15条谱峰代表了分子中15种化学环境不同的碳原子，根据谱峰强度判断δ由低场到高场碳原子数目简比为1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1:1，其数字之和为15，与Mal-Ala分子式中碳原子数目一致。由图可初步将碳归属为：δ=174.152ppm为C3〞，δ=104.135ppm为C1′，δ=96.216ppm为C2，δ=79.238ppm为C4，δ=78.463ppm为C5′，δ=71.590ppm为C2′，δ=70.712ppm为C3′，δ=70.589ppm为C4′，δ=69.317ppm为C5，δ=68.833ppm为C3，δ=65.776ppm为C6，δ=64.572ppm为C6′，δ=58.086ppm为C1〞，δ=57.719ppm为C1，δ=17.557ppm为C2〞。由上所述，此13C-NMR谱与目标物Mal-Ala的结构吻合。
综上所述，结合红外光谱（IR）、高分辨率质谱(HR-MS)和核磁共振碳谱（13C-NMR）可确定所得化合物即为Mal-Ala。
（二）目标产物在烟草中的应用研究
1、目标产物的物理保润性能测试
为考察目标产物的物理保润性能，以空白卷烟为载体，将实施例2所得目标产物Mal-Ala和传统烟草保润剂丙二醇进行物理保润性能对比测试研究。首先利用50V%的乙醇水溶液将目标产物和丙二醇分别配制成质量分数为10%的溶液，然后分别均匀喷加到空白烟丝中，添加量为烟丝重量的0.3%，其中空白对照烟丝喷入等量50V%的乙醇水溶液。然后将加样后的3种烟丝样品在相对湿度（60±2）%，温度（22±1）℃条件平衡48h，然后各取4份烟丝，每份10g，其中两份置于相对湿度45%、温度22℃恒温恒湿测试实验箱测试环境中，另外两份置于相对湿度85%、温度22℃恒温恒湿测试实验箱测试环境中，每6h称重一次，对即时含水率的变化进行分析，考察其物理保润效果。根据与初始重量的重量差异及初始含水率计算样品烟丝的平衡含水率，测试结果取2个平行样平均值，测试一直持续至烟丝失水或吸水达到平衡，目标产物和丙二醇的物理保润性能效果见下表。
试验结果可知，在相对湿度45%、温度22℃的干燥条件下，添加目标产物和丙二醇的烟丝的平衡含水率均高于空白烟丝，其中添加Mal-Ala的物理保润性能最好，其次是丙二醇；在相对湿度85%、温度22℃的条件下，添加Mal-Ala的烟丝平衡含水率略高于丙二醇，表明本发明所公开的化合物对烟丝具有较好的保润作用。
2、目标产物的感官保润性能测试
以20%V乙醇水溶液作溶剂，将实施例2所得目标产物Mal-Ala配成质量分数1%的溶液。分别取0.100g、0.500g、2.500g、5.000g、10.000g、15.000g和20.000g上述含目标产物的溶液，然后均匀喷加到七份未加香加料的100g空白卷烟烟丝中，卷制，各挑选出100支同一重量卷烟，置于温度22℃±1℃，湿度60%±2%的恒温恒湿箱中平衡48h，评吸。对照样为空白卷烟，对照样同样在相同温、湿度条件下平衡48h。
评吸结果（见表1）表明，目标产物对卷烟的主要作用表现为使烟气明显变得圆润、柔和，口感舒适性提升，杂气和刺激性降低。当目标产物用量较小时，其对卷烟作用不是很明显；当其用量超过1‰时，出现尖刺感增加，浓度降低的现象；当其用量为1‰时吸食品质最好。因此，在100g卷烟中添加0.10g目标产物时效果最佳，即最适宜用量为1‰。
表1 Mal-Ala的加香评吸结果
Claims (2)
1.一种亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala的制备方法，其特征在于，该亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala的结构式如下：
；
具体包括如下步骤：
将麦芽糖、无水甲醇和二甲基甲酰胺或丙二醇混合后，于70－90℃回流15－40min，然后加入丙氨酸再次回流15－40min，最后加入强酸性离子交换树脂和山奈酚回流反应1－6h，反应结束后经硅胶柱层析分离和重结晶即得；其中，投料比按照每1克麦芽糖添加0.099－0.247克丙氨酸、0.159－0.794克山奈酚、0.03－0.06克强酸性离子交换树脂、2.0－3.0mL无水甲醇、1.4－3.0mL二甲基甲酰胺或丙二醇计。
2.采用权利要求1所述制备方法制备得到的亲水型烟草增香保润剂Mal-Ala作为烟草增香保润剂在卷烟中的应用。
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