CN115029185B - 一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种糖酯类化合物裂解的方法与应用，该方法是将金属盐催化剂加入糖酯类化合物中，在氮气或空气或氧气中，使其在低温下发生催化裂解反应，产生大量致香物质，其中，所述糖酯类化合物包括糖基部分和酸基部分，其中糖基部分为蔗糖、葡萄糖、果糖等糖类，所述酸基部分为C2‑C8脂肪酸。本发明使用金属盐催化剂，在氮气或空气或氧气中，使糖酯类化合物在低温下发生催化裂解反应释放大量致香物质，极大拓展了糖酯类化合物的使用温度范围。其中使用的催化剂为常见的金属盐催化剂，其成本较低，能够显著降低反应糖酯类化合物的裂解温度，是一种低成本高效的方法。
Description
技术领域
本发明涉及加热卷烟增香增浓技术领域，特别涉及一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法与应用。
背景技术
加热卷烟的使用在200-300℃左右，相对于常规卷烟，由于其较低的温度，烟气中有害成分明显较少，但烟草中含有的致香前体化合物在加热卷烟使用温度难以发生裂解反应，这造成了加热卷烟吃味较淡，香气不足的问题。因此，开发能够降低致香前体化合物裂解温度的方法是加热卷烟增香增浓研究中亟待解决的问题。
糖酯是烟草中重要的潜香类香味物质，它是由糖类和酸类物质酯化而产生的化合物。糖酯类化合物是烟叶中含有的重要的致香前体化合物，例如，蔗糖酯是香料烟和部分雪茄烟特有的一种酯类化合物。糖酯类化合物自身并无增香增甜作用，但其裂解后可以释放大量的香味成分，一般其裂解温度在300℃-500℃左右。由于其较高的裂解温度，极大的限制了糖酯类化合物在加热卷烟中的应用。
因此，开发糖酯类化合物低温裂解技术，使其在加热卷烟使用温度下（200-300℃）发生裂解反应，释放大量致香物质，能够显著提高加热卷烟的吸食品质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法与应用，其选取合适的催化剂，使糖酯类化合物发生催化裂解反应，在低温下释放致香物质，是一条可行的加热卷烟增香提质路线。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法，所述方法是将金属盐催化剂加入糖酯类化合物中，在反应气氛保护下，使其在低温下发生催化裂解反应，释放大量致香物质，其中，所述糖酯类化合物包括糖基部分和酸基部分，其中糖基部分为葡萄糖、果糖、麦芽糖或蔗糖等糖类化合物，所述酸基部分为乙酸、3-甲基丁酸和3-甲基戊酸等C2-C8脂肪酸。
优选地，上述技术方案中，所述糖酯类化合物为葡萄糖四乙酯、蔗糖四乙酯，麦芽糖二3-甲基丁酯、果糖四3-甲基戊酯、乙酰葡萄糖吡喃糖三戊酯等。
优选地，上述技术方案中，所述催化剂为金属盐催化剂，所述金属盐催化剂的阳离子为第ⅠA、ⅡA、ⅠB、ⅡB和Ⅷ中元素的一种或几种，阴离子为磷酸根阴离子、乙酸根阴离子、氯离子、碳酸根阴离子、碳酸氢根阴离子、硫酸根阴离子、硝酸根阴离子、氯离子、海藻酸根阴离子、苯甲酸根阴离子、柠檬酸根阴离子、酒石酸根阴离子中的一种或几种。
优选地，上述技术方案中，所述金属盐催化剂为醋酸钠、碳酸钾、氯化铁、氯化锌、硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴、醋酸钙、磷酸钾、碳酸氢钠、磷酸氢钾、硝酸镁、硝酸钙、硫酸钠、海藻酸钠、苯甲酸钠、柠檬酸钾以及酒石酸钠中的一种或几种。
优选地，上述技术方案中，所述催化剂的加入量为0.5%-30%。
优选地，上述技术方案中，所述催化剂的加入量为0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、10%、15%、20%、25%或30%。
优选地，上述技术方案中，所述低温为150-300℃。
优选地，上述技术方案中，反应气氛为氮气、空气或氧气中的一种或几种。
优选地，上述技术方案中，反应气氛为氮气、空气、氧气、10%氧气和90%氮气组合；和/或20%氧气和80%氮气组合中的一种或几种。
一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法在加热卷烟提质中的应用。
本发明上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明使用金属盐催化剂，在氮气或空气或氧气中，使糖酯类化合物在低温下发生催化裂解反应产生致香物质，其中裂解温度在150-300℃之间。其中使用的催化剂为常见的金属盐催化剂，其成本较低，能够显著降低反应糖酯类化合物的裂解温度，使其在加热卷烟使用温度下释放致香物质，是一种低成本高效的加热卷烟增香提质方法。
附图说明
图1为对比例1和实施例1的热重曲线。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
实施例1
一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法与应用，包括以下步骤：
将5%的醋酸钠加入50%的蔗糖四乙酯水溶液中，充分搅拌溶解后在100℃下烘干，称取10 mg加入催化剂的蔗糖四乙酯置于坩埚中，在氮气气氛下，由室温10℃/min升至550℃，升温的同时记录热重变化，其热重曲线如图1所示，最大失重速率温度如表1所示。
热重结果显示：加入醋酸钠催化剂后，蔗糖四乙酯的裂解温度由对比例1中的357℃降为289℃，降低幅度为68℃。
实施例2
一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法，包括以下步骤：
将7%的碳酸钾加入50%的蔗糖四乙酯水溶液中，充分搅拌溶解后在100℃下烘干，称取10 mg加入催化剂的蔗糖四乙酯置于坩埚中，在空气气氛下，由室温10℃/min升至550℃，升温的同时记录热重变化。
热重结果显示：加入碳酸钾催化剂后，蔗糖四乙酯的裂解温度为282℃，降低幅度为75℃。
实施例3
一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法，包括以下步骤：
将15%磷酸钠加入50%的葡萄糖四乙酯水溶液中，充分搅拌溶解后在100℃下烘干，称取10 mg加入催化剂的葡萄糖四乙酯置于坩埚中，在氧气气氛下，由室温10℃/min升至550℃，升温的同时记录热重变化。
热重结果显示：加入磷酸钠催化剂后，葡萄糖四乙酯的裂解温度为295℃，降低幅度为87℃。
实施例4
将10%醋酸镁加入50%的乙酰葡萄糖吡喃糖三戊酯水溶液中，充分搅拌溶解后在100℃下烘干，称取10 mg加入催化剂的乙酰葡萄糖吡喃糖三戊酯置于坩埚中，在10%氮气+90%氧气下，由室温10℃/min升至550℃，升温的同时记录热重变化。
热重结果显示：加入醋酸镁催化剂后，乙酰葡萄糖吡喃糖三戊酯的裂解温度为278℃，降低幅度为67℃。
实施例5
将15%醋酸钙加入50%的麦芽糖二3-甲基丁酯水溶液中，充分搅拌溶解后在100℃下烘干，称取10 mg加入催化剂的麦芽糖二3-甲基丁酯置于坩埚中，在50%氮气+50%氧气气氛下，由室温10℃/min升至550℃，升温的同时记录热重变化。
热重结果显示：加入醋酸钙催化剂后，麦芽糖二3-甲基丁酯的裂解温度为264℃，降低幅度为68℃。
实施例6
一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法，包括以下步骤：
将12%硝酸锌加入50%的蔗糖四乙酯水溶液中，充分搅拌溶解后在100℃下烘干，称取10 mg加入催化剂的蔗糖四乙酯置于坩埚中，在空气气氛下，由室温10℃/min升至550℃，升温的同时记录热重变化。
热重结果显示：加入硝酸锌催化剂后，蔗糖四乙酯的裂解温度为307℃，降低幅度为50℃。
对比例1
一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法，包括以下步骤：
蔗糖四乙酯裂解行为通过热重分析确定，使用梅特勒tga2热重分析仪开展实验，具体地，称取10 mg 蔗糖四乙酯置于坩埚中，在氮气气氛下，由室温10℃/min升至550℃，升温的同时记录蔗糖四乙酯的热重变化。对比例1的热重曲线如图1所示，本申请中使用最大失重速率温度表征其裂解温度，其裂解温度为357℃，如表1所示。
表1 各实施例中的使用的催化剂及裂解温度
| 糖酯类化合物 | 催化剂 | 裂解气氛 | 裂解温度（最大失重速率温度） | |
| 对比例1 | 蔗糖四乙酯 | 无 | 氮气 | 357℃ |
| 实施例1 | 蔗糖四乙酯 | 5%醋酸钠 | 氮气 | 289℃ |
| 实施例2 | 蔗糖四乙酯 | 7%碳酸钾 | 空气 | 282℃ |
| 实施例3 | 葡萄糖四乙酯 | 15%磷酸钠 | 氧气 | 295℃ |
| 实施例4 | 乙酰葡萄糖吡喃糖三戊酯 | 10%醋酸镁 | 10%氮气+90%氧气 | 278℃ |
| 实施例5 | 麦芽糖二3-甲基丁酯 | 15%醋酸钙 | 50%氮气+50%氧气 | 264℃ |
| 实施例6 | 蔗糖四乙酯 | 12%硝酸锌 | 空气 | 307℃ |
我们通过上述实施例与对比例的对比可以发现，通过实用催化剂进行催化裂解，糖酯的裂解温度在150℃-300℃，而不使用催化剂的热裂解过程，糖酯的裂解温度一般在300℃以上，因此本申请中的所用的方法能够促使糖酯类化合物在低温下发生裂解反应，释放香气，能够显著提高加热卷烟的吸食品质。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种不同的选择和修改，因此本发明的保护范围由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (5)
1.一种催化糖酯类化合物低温裂解的方法，其特征在于，所述方法是将金属盐催化剂加入糖酯类化合物中，在反应气氛保护下，使其在150-300℃低温下发生催化裂解反应，释放大量致香物质，其中，所述糖酯类化合物为葡萄糖四乙酯、蔗糖四乙酯，麦芽糖二3-甲基丁酯或乙酰葡萄糖吡喃糖三戊酯；
所述金属盐催化剂为醋酸钠、碳酸钾、磷酸钠、硝酸锌、醋酸钙或醋酸镁；
所述反应气氛为氮气、空气或氧气中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的催化糖酯类化合物低温裂解的方法，其特征在于，所述催化剂的加入量为0.5%-30%。
3.根据权利要求1所述的催化糖酯类化合物低温裂解的方法，其特征在于，所述催化剂的加入量为0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、10%、15%、20%、25%或30%。
4.根据权利要求1所述的催化糖酯类化合物低温裂解的方法，其特征在于，所述反应气氛为氮气、空气、氧气、10%氧气和90%氮气组合、20%氧气和80%氮气组合中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一所述的催化糖酯类化合物低温裂解的方法在加热卷烟增香提质中的应用。
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