CN114249815A - 基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体及其用途 - Google Patents

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CN114249815A CN202210008845.XA CN202210008845A CN114249815A CN 114249815 A CN114249815 A CN 114249815A CN 202210008845 A CN202210008845 A CN 202210008845A CN 114249815 A CN114249815 A CN 114249815A
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Abstract

一类基于蛋白质‑香料偶联物结构的香料前驱体及其用途。所述的香料前驱体具有式I所示结构。本发明所述的香料前驱体可以在酸性条件下达到香料缓释的效果。
Figure DDA0003456575750000011
式I为该类香料前驱体的结构，该结构为含巯基的蛋白质分子A与(6‑马来酰亚氨基己酰基)腙连接的酮类香料衍生物通过偶联获得的产物。式I中，A为牛血清白蛋白(BSA)或人血清白蛋白(HSA)等蛋白质或其还原产物，
Figure DDA0003456575750000012
为酮类香料分子
Figure DDA0003456575750000013
的一部分。n为1‑15的整数。本发明所合成的香料前驱体，在水溶液中具有良好的溶解性，且其腙键结构能够在弱酸性环境中发生断裂，逐步释放香料分子，产生良好的香气缓释效果。

Description

基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体及其用途
技术领域
本发明涉及一种基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体及其用途。
背景技术
香料分子是一类令人感受到愉悦的分子，广泛应用于食品、纺织、皮革、造纸、化妆品与洗涤剂等生活必需品。但香料分子往往是具有低分子量和高挥发性的物质，直接进行香料加香，会造成短时间内香味太浓而引起不悦，而且随后香味很快流失,难以达到持久留香的效果。因此，如何维持温和并且持续的香味、延长目标加香产品的留香时间，是香料香精领域的研究热点，也是非常具有挑战性的难点之一。
以微胶囊、纳米胶囊技术为主的物理封装技术都是通过物理的形式包裹住香精，实现持久的留香。特别是以形成核壳结构为特征的微胶囊技术是一种有效的解决方法(中国科学:化学.2019,49,575-580)。采用聚脲等聚合物形成可包裹香料分子的微胶囊,然后浸泡或者喷洒于丝绸、纸张以及皮革等表面进行加香，实现了长时间留香的效果。比如德国拜耳公司制备了聚氨酯香精微胶囊并喷涂于皮革表面(US 20060216509A1)；瑞士奇华顿公司开发了蜜胺树脂香精微胶囊，应用于纺织品的整理(CHIMIA International Journalfor Chemistry 2011,65,177-181)。但是该技术也存在一定不足之处，比如微胶囊易脱落、香气品质差和留香时间较短等等(香料香精化妆品,2008,3,22-25)。香料前驱体(即潜香体)的出现则为实现香气的可控缓释提供了另一种有效的解决方案。
潜香体需通过特征化学键(或氢键等非化学键)将具有高挥发性的香料分子连接到基质上，形成无挥发性或者低挥发性的分子，其在温和的环境条件下(如水汽、光照、氧气及温度等)发生化学键断裂释放出香料分子，达到控释香料的效果。潜香体的设计来源于药物传递中的“前药”(prodrug)，但其在释放分子的性质、控制条件以及应用对象上都有很大的区别。
实际应用中,需要考虑到潜香体在不同产品中的负载问题，这对潜香体的基质提出了要求:潜香体能在目标产品中具有良好的分散性和留香的持久性，并具有良好的稳定性，以及较好的生物相容性和一定的可降解能力。
因此，发展优异的基质及香料结构、丰富基质和香料连接的方式已达到温和仿生条件下的香料缓释成为该领域的研究重点。这一技术策略尚处于初步开发阶段，但是显示了光明的应用前景(CCS Chemistry 2020,2,478-487)，有望用于多种领域的各类产品当中。目前所采用的基底材料主要包括特殊有机分子和聚合物(如糖类分子)。但是，有机分子因其水溶性差和可降解能力不足，限制了最终所制备潜香体的应用范围。而以糖类为代表的聚合物也存在不易降解或可修饰能力差的缺点。因此开发新的生物友好性强、易修饰的基底材料并制备相应的潜香体，不仅能丰富潜香体的类型，而且有望在未来应用于包括生物体在内的更广泛领域的加香。
蛋白质作为一种天然化合物，是生物体的主要成分之一。蛋白质是一类水溶性好、易降解且无害的化合物，在功能性材料方面有着越来越广泛的应用。因此将可修饰的蛋白质作为基底材料，结合蛋白质修饰技术，有望给最终的香料前驱体化合物带来独特的性能和更广泛的应用范围。
发明内容
本发明的一个目的是解决已有技术存在的问题，提供一类基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体。本发明的该系列化合物均表现出较好的香料缓释性能。
本发明所述的香料前驱体，其具有式I所示的结构：
Figure BDA0003456575730000021
式I中，A为蛋白质或其还原产物，
Figure BDA0003456575730000022
为酮类香料分子
Figure BDA0003456575730000023
的一部分。n为1-15的整数。
其中A蛋白质为牛血清白蛋白(BSA)或人血清白蛋白(HSA)及其还原产物；
其中A蛋白质为牛血清白蛋白或人血清白蛋白及其还原产物，偶联香料为2-辛酮，即R1为甲基，R2为正己基；n为正整数。
在本发明的一个优选技术方案中，A为牛血清白蛋白的还原产物；偶联香料为2-辛酮，即R1为甲基，R2为正己基；n为7-15的奇数。
在本发明的又一个优选技术方案中，A为人血清白蛋白的还原产物；偶联香料为2-辛酮，即R1为甲基，R2为正己基；n为9-15的奇数。
其中A蛋白质为牛血清白蛋白或人血清白蛋白及其还原产物；偶联香料为覆盆子酮，即R1为甲基，R2为
Figure BDA0003456575730000024
n为正整数
在本发明的又一个优选技术方案中，A为牛血清白蛋白的还原产物；偶联香料为覆盆子酮，即R1为甲基，R2为
Figure BDA0003456575730000025
n为7-15的奇数。
在本发明的又一个优选技术方案中，A为人血清白蛋白的还原产物；偶联香料为覆盆子酮，即R1为甲基，R2为
Figure BDA0003456575730000026
n为9-15的奇数。
其中A蛋白质为牛血清白蛋白或人血清白蛋白及其还原产物；偶联香料为胡椒基丙酮，即R1为甲基，R2为
Figure BDA0003456575730000031
n为正整数。
在本发明的又一个优选技术方案中，A为牛血清白蛋白的还原产物；偶联香料为胡椒基丙酮，即R1为甲基，R2为
Figure BDA0003456575730000032
n为7-15的奇数。
在本发明的又一个优选技术方案中，A为人血清白蛋白的还原产物；偶联香料为胡椒基丙酮，即R1为甲基，R2为
Figure BDA0003456575730000033
n为9-15的奇数。
用现有制备技术可制备出式I所示一系列基于蛋白质-香料偶联物的香料前驱体。
式I为酮类香料通过腙键结合6-马来酰亚氨基己酰基后与含巯基的蛋白质分子A通过加成反应生成的偶联物。
本发明的另一个目的在于，揭示上述基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体(式I所示化合物)的用途，即本发明提供的基于蛋白质-香料偶联物(式I所示化合物)结构的香料前驱体香料的香气释放控制，并可以应用于棉织物作为香气缓释和持久留香材料。
本发明的创新之处在于通过将生物相容性高的蛋白质作为基质，结合“切块组装合成”思维，利用可断裂的腙键将香料与蛋白质进行连接，得到了一类具有持久释香能力的潜香体，具有广泛的应用前景。
本发明所合成的基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体，在水溶液中具有良好的溶解性，且腙键可以在弱酸性环境中发生断裂，逐步释放香料分子，产生良好的香料缓释效果，可用于香气释放控制使其可以应用于棉织物作为香气缓释。
附图说明
图1(a)本发明实施例1的蛋白-香料偶联物BSA-1-1的HR-ESI-MS谱图；
图1(b)本发明实施例2的蛋白-香料偶联物HSA-1-1的HR-ESI-MS谱图；
图2(a)本发明实施例3的蛋白-香料偶联物BSA-2-1的HR-ESI-MS谱图；
图2(b)本发明实施例4的蛋白-香料偶联物HSA-2-1的HR-ESI-MS谱图；
图3(a)本发明实施例5的蛋白-香料偶联物BSA-3-1的HR-ESI-MS谱图；
图3(b)本发明实施例6的蛋白-香料偶联物HSA-3-1的HR-ESI-MS谱图；
图4本发明实施例7的2-辛酮和蛋白-香料偶联物BSA-1-1的挥发浓度随时间的变化曲线；
图5本发明实施例8的2-辛酮和蛋白-香料偶联物HSA-1-1的挥发浓度随时间的变化曲线。
图6本发明实施例8的覆盆子酮和蛋白-香料偶联物BSA-2-1的挥发浓度随时间的变化曲线。
图7本发明实施例8的胡椒基丙酮和蛋白-香料偶联物HSA-3-1的挥发浓度随时间的变化曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，目的在于更好理解本发明的内容，所举之例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
Figure BDA0003456575730000041
在氮气保护氛围下，取6-马来酰基己酸酰肼(2.25g,10mmol)溶于30mL乙醇中，投入2-辛酮(6.41g,50mmol)，搅拌溶解后，加热回流5小时后停止加热。蒸除溶剂后化合物利用柱层析分离，最终获得2.82g固体产物1-1，产率84％。1H NMR(500MHz,MeOD)δ7.82(s,2H),3.89(t,J＝6.2Hz,2H),2.39-2.24(m,4H),1.89(s,2H),1.78-1.55(m,6H),1.47-1.28(m,8H),0.90(s,3H)ppm.13C NMR(126MHz,MeOD)δ172.6,168.5,156.5,136.5,42.0-39.6,30.9-27.5,25.4,11.7ppm.ESI-HRMS calcd for C18H30N3O3[(M+H)+]:336.2282,found:336.2618.
取BSA(6.64g,0.1mmol)溶于50mL去离子水中，加入TCEP(三(2-羧乙基)膦)的水溶液(0.5mL,1mol/L),室温搅拌30分钟。加入氢氧化钠水溶液(10μL，1mol/L)，取化合物1-1(0.4g,1.2mmol)溶于1mL乙醇中，缓慢滴加至BSA水溶液。室温搅拌5小时后，通过Zeba脱盐柱除去过量小分子。收集蛋白，冻干除去溶剂，获得6.36g蛋白-香料偶联物BSA-1-1。
参见图1(a)显示了该蛋白-香料偶联物的HR-ESI-MS谱图。
分析该数据可知，该化合物为部分还原后的BSA与化合物1-1的偶联产物，该条件下每个BSA分子均可偶联7-15个香料小分子，平均值约为11。
经检验，该物质在水中溶解性良好，其固体在室内室温下暴露放置15天后成分和结构未产生明显变化。
实施例2
Figure BDA0003456575730000042
与实施例1相同所不同的是：取HSA(6.63g,0.1mmol)溶于50mL去离子水中，加入TCEP的水溶液(0.5mL,1mol/L),室温搅拌30分钟。加入氢氧化钠水溶液(10μL，1mol/L)，取化合物1-1(0.4g,1.2mmol)溶于1mL乙醇中，缓慢滴加至HSA水溶液。室温搅拌5小时后，通过Zeba脱盐柱除去过量小分子。收集蛋白，冻干除去溶剂，获得6.33g蛋白-香料偶联物HSA-1-1。
参见图1(b)显示了该蛋白-香料偶联物的HR-ESI-MS谱图。
分析该数据可知，该混合物为部分还原后的HSA与化合物1-1的偶联产物，该条件下每个HSA分子均可偶联9-15个香料小分子，平均值约为11。
经检验，该物质在水中溶解性良好，其固体在室内室温下暴露放置15天后结构未产生明显变化。
实施例3
Figure BDA0003456575730000051
在氮气保护氛围下，取6-马来酰基己酸酰肼(2.25g,10mmol)溶于30mL乙醇中，投入覆盆子酮(8.2g,50mmol)，搅拌溶解后，加热回流5小时后停止加热。蒸除溶剂后化合物利用柱层析分离，最终获得2.98g固体产物2-1，产率81％。1H NMR(500MHz,MeOD)δ7.86(s,2H),6.95(t,J＝6.4Hz,2H),6.66(t,J＝6.4Hz,2H),3.94(s,2H),2.85(t,J＝6.2Hz,2H),2.57(t,J＝6.2Hz,2H),2.24(t,J＝6.2Hz,2H),1.90(s,3H),1.86-1.67(m,4H),1.33(t,J＝6.2Hz,2H)ppm.13C NMR(126MHz,MeOD)δ172.7,168.0,157.0,156.9,137.1,136.0,130.7,114.9,42.0-38.4,32.1-28.5,14.5ppm.ESI-HRMS calcd for C20H26N3O4[(M+H)+]:372.1918,found:372.2587.
取BSA(6.64g,0.1mmol)溶于50mL去离子水中，加入TCEP的水溶液(0.5mL,1mol/L),室温搅拌30分钟。加入氢氧化钠水溶液(10μL，1mol/L)，取化合物2-1(0.45g,1.2mmol)溶于1mL乙醇中，缓慢滴加至BSA水溶液。室温搅拌5小时后，通过Zeba脱盐柱除去过量小分子。收集蛋白，冻干除去溶剂，获得6.27g蛋白-香料偶联物BSA-2-1。
参见图2(a)显示了该蛋白-香料偶联物的HR-ESI-MS谱图。
分析该数据可知，该混合物为部分还原后的BSA与化合物2-1的偶联产物，该条件下每个BSA分子均可偶联7-15个香料小分子，平均值约为11。
经检验，该物质在水中溶解性良好，其固体在室内室温下暴露放置15天后成分和结构未产生明显变化。
实施例4
Figure BDA0003456575730000061
与实施例3相同所不同的是：取HSA(6.63g,0.1mmol)溶于50mL去离子水中，加入TCEP的水溶液(0.5mL,1mol/L),室温搅拌30分钟。加入氢氧化钠水溶液(10μL，1mol/L)，取化合物2-1(0.45g,1.2mmol)溶于1mL乙醇中，缓慢滴加至HSA水溶液。室温搅拌5小时后，通过Zeba脱盐柱除去过量小分子。收集蛋白，冻干除去溶剂，获得6.16g蛋白-香料偶联物HSA-2-1。
参见图2(b)显示了该蛋白-香料偶联物的HR-ESI-MS谱图。
分析该数据可知，该混合物为部分还原后的HSA与化合物2-1的偶联产物，该条件下每个HSA分子均可偶联9-15个香料小分子，平均值约为11。
经检验，该物质在水中溶解性良好，其固体在室内室温下暴露放置15天后成分和结构未产生明显变化。
实施例5
Figure BDA0003456575730000062
在氮气保护氛围下，取6-马来酰基己酸酰肼(2.25g,10mmol)溶于30mL乙醇中，投入胡椒基丙酮(9.6g,50mmol)，搅拌溶解后，加热回流5小时后停止加热。蒸除溶剂后化合物利用柱层析分离，最终获得2.99g固体产物3-1，产率75％。1H NMR(500MHz,MeOD)δ7.86(s,2H),6.96-6.67(m,3H),5.96(s,2H),3.86(s,2H),2.85(t,J＝6.2Hz,2H),2.45-2.34(m,4H),1.86(s,3H),1.64-1.36(m,6H)ppm.13C NMR(126MHz,MeOD)δ170.7,169.7,158.0,149.0,147.0,135.6,134.6,122.0,110.2,108.9,101.3,40.7,39.2,34.8,29.6,28.7,26.6,25.8,13.9ppm.ESI-HRMS calcd for C21H26N3O5[(M+H)+]:400.1867,found:400.3752.
取BSA(6.64g,0.1mmol)溶于50mL去离子水中，加入TCEP的水溶液(0.5mL,1mol/L),室温搅拌30分钟。加入氢氧化钠水溶液(10μL，1mol/L)，取化合物3-1(0.45g,1.2mmol)溶于1mL乙醇中，缓慢滴加至BSA水溶液。室温搅拌5小时后，通过Zeba脱盐柱除去过量小分子。收集蛋白，冻干除去溶剂，获得6.02g蛋白-香料偶联物BSA-3-1。
参见图3(a)显示了该蛋白-香料偶联物的HR-ESI-MS谱图。
分析该数据可知，该混合物为部分还原后的BSA与化合物3-1的偶联产物，该条件下每个BSA分子均可偶联7-15个香料小分子，平均值约为11。
经检验，该物质在水中溶解性良好，其固体在室内室温下暴露放置15天后成分和结构未产生明显变化。
实施例6
Figure BDA0003456575730000071
与实施例5相同所不同的是：取HSA(6.63g,0.1mmol)溶于50mL去离子水中，加入TCEP的水溶液(0.5mL,1mol/L),室温搅拌30分钟。加入氢氧化钠水溶液(10μL，1mol/L)，取化合物3-1(0.45g,1.2mmol)溶于1mL乙醇中，缓慢滴加至HSA水溶液。室温搅拌5小时后，通过Zeba脱盐柱除去过量小分子。收集蛋白，冻干除去溶剂，获得6.16g蛋白-香料偶联物HSA-3-1。
参见图3(b)显示了该蛋白-香料偶联物的HR-ESI-MS谱图。
分析该数据可知，该混合物为部分还原后的HSA与化合物3-1的偶联产物，该条件下每个HSA分子均可偶联9-15个香料小分子，平均值约为11。
经检验，该物质在水中溶解性良好，其固体在室内室温下暴露放置15天后成分和结构未产生明显变化。
实施例7
利用固相微萃取-气质联用手段来检测香气物质的释放:
具体实施方法是：称取实施例1所获得的701mg(0.01mmol)偶联物BSA-1-1和2-辛酮20μL(16.4mg,0.128mmol)分别加入两个10mL的顶空瓶并编为1号和2号。敞口放置一夜，之后第二天分别向两个瓶中都加入2mL的磷酸缓冲盐溶液(PBS，pH＝3)和20μL浓度为100ppm(丙酮溶液)的邻二氯苯作为内标物，密封备用进行固相微萃取操作。
将SPME的萃取纤维头在气相色谱的进样口250℃老化30min，之后将老化好的纤维萃取头插入样品瓶中的顶空部分(注意不要让萃取头接触溶液，避免污染萃取头)，于40℃的条件下萃取20min，取出萃取头，迅速将针管插入气相色谱仪的进样口，安全快速地推出纤维头，在进样口解析5min，对吸附的香气成分进行热解析，同时启动气质联用仪采集数据。
改变平衡时间分别为20min，50min，80min，110min，140min，170min,200min,230min,290min,340min进行固相微萃取和气质联用分析，以平衡时间为横坐标，香料物质释放浓度参见图4中纵坐标作图测得数据。
其中，香料物质的释放浓度计算公式为：
Figure BDA0003456575730000072
式中A1为释放香料的气相色谱出峰面积，100为内标物浓度为100ppm，20为加入内标物的量为20μL，A2为内标物的出峰面积，10指的是顶空瓶体积为10mL。
SPME操作条件：40℃平衡20min，吸附萃取20min，GC-MS进样口解吸附5min，250℃。
实施例8
测试其他蛋白-香料偶联物(HSA-1-1,BSA-2-1,HSA-2-1,BSA-3-1,HAS-3-1)与其相应香料分子的香气释放，其测试条件及步骤与实施例7相同，测得结果见图5-7。
由以上数据可知，随着时间的推移，香气物质释放的量也在增加。但无论在什么时候，香料分子挥发浓度都要小于蛋白-香料偶联物挥发浓度，这是由于放置一夜后，香料化合物已挥发大部分，而蛋白-香料偶联物在酸性条件下发生腙键断裂缓慢释放香料分子，所以第二天检测的时候蛋白-香料偶联物中香料分子浓度相对要高。说明此类蛋白-香料偶联物对香料物质的释放起到了延缓的作用。
实施例9
本实施例为应用实例1：本发明提供的腙类衍生物应用在棉织物上的芳香效果。
具体实施方法：首先称量0.6g蛋白-香料偶联物BSA-1-1于50mL的去离子水中，之后再加入水溶性的聚氨酯衍生物5g，十二烷基苯磺酸钠0.1g，脂肪醇聚氧乙烯醚0.05g，高速搅拌4h，之后把10cm×15cm的纯棉布完全浸没在乳液中30min，拿出拧干后自然晾干过夜。然后取和混合物等摩尔量的2-辛酮,重复上述操作。
得到的棉布具有香气。室温室内放置5天后，能明显感到加入BSA-1-1后的棉布仍具有一定香气，而加入香料的棉布香气则几乎不存在香气。
选在其他蛋白-香料偶联物和相应香料化合物，重复上述实验，可得类似结果。
实施例10
本实施例为应用实例2：本发明提供的腙类衍生物应用在纤维纸张上的释香效果。
具体实施方法：首先称量0.6g蛋白-香料偶联物BSA-1-1于50mL的去离子水中，十二烷基苯磺酸钠0.1g，脂肪醇聚氧乙烯醚0.05g，高速搅拌4h，之后把10cm×15cm的原纸完全浸没在乳液中浸润2小时，拿出晾干。然后取和混合物等摩尔量的2-辛酮,重复上述操作。
得到的纸上具有香气。室温室内放置5天后，依然明显感到加入BSA-1-1后的纸张仍具有一定香气，而加入纯香料的纸张，挥发完毕而几乎不存在香气。
选在其他蛋白-香料偶联物和相应香料化合物，重复上述实验，可得类似结果。
实施例11
本实施例为应用实例3：本发明提供的硫脲衍生物应用在丝织物上的释香效果。
具体实施方法：首先称量0.6g蛋白-香料偶联物BSA-1-1于50mL的去离子水中，之后再加入水溶性的聚氨酯5g，十二烷基苯磺酸钠0.1g，脂肪醇聚氧乙烯醚0.05g，高速搅拌4h，之后把10cm×15cm的丝织物完全浸没在乳液中30min，拿出拧干后自然晾干过夜。然后取和混合物等摩尔量的2-辛酮,重复上述操作。
得到的丝织物具有香气。室温室内放置5天后，依然明显感到加入BSA-1-1后的丝织物上仍具有一定香气，而加入纯香料的丝织物上则几乎不存在香气。
选在其他蛋白-香料偶联物和相应香料化合物，重复上述实验，可得类似结果。
由实施例9-11可知，本发明提供的香料前驱体不仅可以应用到棉质衣物上，而且和香料结合还可以达到香气缓释留香持久的效果。

Claims (7)

1.一种基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体，其由下述结构式I表示：
Figure FDA0003456575720000011
式I中，A为蛋白质或其还原产物，
Figure FDA0003456575720000012
为酮类香料分子
Figure FDA0003456575720000013
的一部分。
n为1-15的整数。
2.如权利要求1所述的基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体，其中A蛋白质为牛血清白蛋白或人血清白蛋白及其还原产物。
3.如权利要求1所述的基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体，其中A蛋白质为牛血清白蛋白或人血清白蛋白及其还原产物，偶联香料为2-辛酮，即R1为甲基，R2为正己基；n为正整数。
4.如权利要求1所述的基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体，其中A蛋白质为牛血清白蛋白或人血清白蛋白及其还原产物；偶联香料为覆盆子酮，即R1为甲基，R2为
Figure FDA0003456575720000014
n为正整数。
5.如权利要求1所述的基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体，其中A蛋白质为牛血清白蛋白或人血清白蛋白及其还原产物；偶联香料为胡椒基丙酮，即R1为甲基，R2为
Figure FDA0003456575720000015
n为正整数。
6.如权利要求1所述的基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体的用途，用于香料的香气释放控制。
7.如权利要求6所述的基于蛋白质-香料偶联物结构的香料前驱体的用途，应用于棉织物作为香气缓释和持久留香材料。
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