EP4630411A1 - Formulierung zur aromatisierung eines lebensmittelproduktes - Google Patents

Formulierung zur aromatisierung eines lebensmittelproduktes

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Publication number
EP4630411A1
EP4630411A1 EP23806219.4A EP23806219A EP4630411A1 EP 4630411 A1 EP4630411 A1 EP 4630411A1 EP 23806219 A EP23806219 A EP 23806219A EP 4630411 A1 EP4630411 A1 EP 4630411A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
formula
alkyl
pyrazine
solvent
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23806219.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hadeel Aljendy
Agostino Biafora
Daniel Kodura
Christian Rösner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Doehler GmbH
Original Assignee
Doehler GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Doehler GmbH filed Critical Doehler GmbH
Publication of EP4630411A1 publication Critical patent/EP4630411A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D241/00—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings
    • C07D241/02—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings
    • C07D241/10—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D241/12—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D241/00—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings
    • C07D241/36—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PREPARATION OR TREATMENT THEREOF
    • A23L27/00—Spices; Flavouring agents or condiments; Artificial sweetening agents; Table salts; Dietetic salt substitutes; Preparation or treatment thereof
    • A23L27/20—Synthetic spices, flavouring agents or condiments
    • A23L27/205—Heterocyclic compounds
    • A23L27/2056—Heterocyclic compounds having at least two different hetero atoms, at least one being a nitrogen atom

Definitions

  • the invention relates to a formulation for flavouring a food, luxury food, cosmetic or pharmaceutical product as well as a food supplement, and to a process for producing this formulation.
  • pyrazines substituted with one or more alkyl or cycloalkyl groups include naturally occurring, highly potent flavorings that sometimes have a very low odor threshold.
  • alkylpyrazines such as 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine or 2,3-diethyl-5-methylpyrazine, have an earthy odor.
  • Corylon pyrazine also known as 5-methyl-6,7-dihydro-cyclopentapyrazine or nutty pyrazine
  • This odor can be described as sweet, nutty, fried, rusty, earthy, as well as cereal, coffee and popcorn-like tasty odor.
  • Corylon pyrazine is found in natural flavors of coffee and numerous nuts. In the flavoring industry, this compound is used, for example, to enhance the popcorn scent.
  • pyrazines can be prepared by condensation of 1,2-diaminoalkane with 1,2-dicarbonyl compounds, using copper(II) oxide and manganese oxide as oxidants.
  • pyrazines can be obtained by condensation of two molecules of an a-amino ketone or an a-amino aldehyde.
  • the resulting dihydropyrazines are converted into a pyrazine using an oxidizing agent, such as salts of divalent mercury:
  • Pyrazines can be prepared by various synthetic routes, but all currently known methods have certain disadvantages. These include, for example, the use of solvents and metal compounds, some of which are very toxic, as well as low yields of the target product and high reaction temperatures.
  • pyrazines Another way to obtain pyrazines is to isolate these compounds from animal material using known separation processes such as steam distillation of cooked pork liver. It is known that pyrazines, such as alkylpyrazines, acetylpyrazines, cyclopentapyrazines and quinoxalines, represent the largest group of flavourings in cooked pork liver (Mussinan CJ and Walradt JP (1974) Volatile Constituents of Pressure Cooked Pork Liver, J. Agrc. Food Chem., 22, No. 5, 827-831). Pyrazines are among the so-called reaction flavourings. These flavour-active compounds are formed during heating, cooking, frying and/or baking and are among the substances responsible for the typical flavour of processed foods.
  • reaction flavorings such as unsubstituted, mono- or polysubstituted pyrazines
  • reaction flavorings such as unsubstituted, mono- or polysubstituted pyrazines
  • Pyrazines are formed during the dimerization of a-amino ketones, which are formed during the oxidative deamination and decarboxylation of a-amino acids with the a-dicarbonyl compounds.
  • animal material is questionable for animal welfare reasons and is also not desired from a consumer perspective.
  • the quantities obtained are very small and therefore not economical.
  • the closest prior art to the present invention can be considered to be the document DE 20 2021 104 269 Ul, in which a process for producing a formulation containing at least one (alkyl)pyrazine is described.
  • a natural corylonpyrazine (CP) can be produced from cyclotene and L-serine with acetic acid, whereby neither metal compounds nor animal starting materials are used.
  • a disadvantage of the known process is that L-serine should be used in an excess: the ratio of cyclotene to L-serine is preferably 1:3.
  • the known process uses a highly flammable solvent such as diethyl ether to isolate the desired product.
  • This task was solved surprisingly easily by a process for preparing a formulation.
  • This process comprises the following steps: (a) providing at least one compound of formula (II) or (III) or (IIIa), preferably a compound of formula (II) or (III),
  • R 2 and R 3 are the same or different and independently represent hydrogen or C1-4-alkyl or
  • R 2 and R 3 are linked together and together form a group of the formula represent, where
  • A, B, C and D independently represent hydrogen or Ci-4-alkyl
  • step (c) bringing into contact at least one compound of formula (II) or formula (III) or formula (IIIa), preferably at least one compound of formula (II) or formula (III), and at least one alpha-amino acid from step (b), using at least one solvent suitable for the production of foodstuffs and having a boiling point of at least 140 °C, preferably propylene glycol, glycerol, triethyl citrate, diacetin, monoacetin and/or triacetin, and adding the solvent before step (c) and/or in step (c).
  • solvent suitable for the production of foodstuffs and having a boiling point of at least 140 °C, preferably propylene glycol, glycerol, triethyl citrate, diacetin, monoacetin and/or triacetin, and adding the solvent before step (c) and/or in step (c).
  • the reaction is therefore carried out in solution, using the solvent or solvent mixture described herein. It is particularly preferred to use a solvent mixture which comprises the solvent suitable for the production of foodstuffs and which has a boiling point of at least 140 °C.
  • boiling point used here is the boiling point at atmospheric pressure (1013.25 mbar).
  • the process according to the invention makes it possible to produce pyrazines that have not been used commercially up to now, such as 2,5(6)-diethyl-3,6(5)-dimethylpyrazine obtained from acetylpropionyl (10) with an amino acid.
  • the isolated isomer mixture has a potent peanut aroma even at low doses of 10 ppm in a product.
  • the product can be selected from the group consisting of food, luxury goods, cosmetic or pharmaceutical products and food supplements.
  • At least one of the solvents used has at least one hydroxyl group.
  • This hydroxyl group-bearing solvent can be selected from the group consisting of propylene glycol (PG), glycerol (also glycerin or glycerine), diacetin, monoacetin, triethyl citrate and mixtures thereof.
  • PG propylene glycol
  • glycerol also glycerin or glycerine
  • diacetin diacetin
  • monoacetin triethyl citrate
  • mixtures thereof mixtures thereof.
  • these hydroxyl group-bearing solvents can be mixed with at least one other solvent such as triacetin or water.
  • the alpha-amino acid preferably the alpha-amino acid of formula (IV) plays a crucial role, since its carbon skeleton is incorporated into the (alkyl)pyrazine.
  • the alpha-amino acid of formula (IV) not only functions as a nitrogen source, as described in the literature (J. AGR. FOOD CHEM., VOL. 20, NO. 5, 1972 1081), but also as a reducing agent in the context of Strecker degradation.
  • the production of (alkyl)pyrazines of formula (Ib) is highly preferred when using amino acids of formula (IV), since here the carbon skeleton of the amino acid is incorporated into the pyrazine.
  • the ratio of the two pyrazines such as (alkyl)pyrazine (Ia) and (alkyl)pyrazine (Ib)
  • hydroxyl-containing solvents preferably propylene glycol, Glycerol (also glycerin or glycerine), monoacetin, triethyl citrate and/or diacetin
  • hydroxyl-containing solvents preferably propylene glycol, Glycerol (also glycerin or glycerine), monoacetin, triethyl citrate and/or diacetin
  • triacetin or a combination of solvents containing triacetin should be used.
  • a mixture of triacetin and at least one solvent having at least one hydroxy group can be selected from the group consisting of propylene glycol, glycerol, diacetin, monoacetin, triethyl citrate, water and mixtures thereof.
  • the reaction time in a combination of solvents containing triacetin is shorter than the reaction time in pure triacetin as solvent.
  • Particular preference is given to a mixture of triacetin and diacetin or a mixture of triacetin and glycerol.
  • Triacetin (or glycerin triacetate, E 1518) is an ester of glycerin and acetic acid. In the food industry it is used as a softener for chewing gum or as a flavoring agent. Triacetin is a natural ingredient in papayas.
  • step (c) the reaction mixture has a ratio of triacetin to diacetin in the range from 99:1 to 1:1, preferably in the range from 20:1 to 5:1, particularly preferably 19:1. It was surprisingly found that Glycerin has just as significant an effect as diacetin, even in smaller amounts. It is particularly advantageous if in step (c) the reaction mixture has a ratio of triacetin to glycerin in the range from 99:1 to 99.99:0.01, preferably in the range from 99.5:0.5 to 99.9:0.1, particularly preferably 99.84:0.16.
  • the mixture obtained by the process according to the invention which contains (alkyl)pyrazines of the formula (Ia) and (alkyl)pyrazines of the formula (Ib), can be used for the production of products such as foodstuffs, luxury foods, cosmetic or pharmaceutical products and food supplements.
  • the (alkyl)pyrazines of the formula (Ia) and (alkyl)pyrazines of the formula (Ib) can be separated from one another.
  • any separation method known to the person skilled in the art can be used. Distillation, crystallization or chromatography can be used as a separation method, for example.
  • the (alkyl)pyrazines of the formula (Ia) or (alkyl)pyrazines of the formula (Ib) isolated by these separation processes can be used for the production of products such as foodstuffs, luxury foods, cosmetic or pharmaceutical products and food supplements.
  • the first pyrazine fraction contains (alkyl)pyrazines of formula (Ib), namely cocoa pyrazine, which is composed of two isomers (2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine and 2-ethyl-3,6-dimethylpyrazine).
  • the isomer ratio in the cocoa pyrazine product produced by the process according to the invention differs greatly from the isomer ratio in the commercially available cocoa pyrazine product. While the commercially available product has a ratio of cocoa pyrazine isomer 1 (2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine) to cocoa pyrazine isomer 2 (2-ethyl-3,6-dimethylpyrazine) of approximately 40:60, the fraction produced by the process according to the invention has a ratio of cocoa pyrazine isomer 1 to cocoa pyrazine isomer 2 of approximately 60:40 or higher.
  • cocoa pyrazine isomers has a strong effect on the sensory potency of the entire cocoa pyrazine product.
  • the cocoa pyrazine fraction produced by the process according to the invention is significantly more potent than the variant available on the market (such as ethyldimethylpyrazine from "Riverside Aromatics"), for example with approximately 20% more flavor. This makes the cocoa pyrazine product of the invention more economically viable (lower cost of use).
  • the invention relates to a formulation which contains 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine and 2-ethyl-3,6-dimethylpyrazine in a molar ratio of at least 50:50, preferably at least 55:45, particularly preferably at least 60:40.
  • the invention relates to a formulation which contains 2-ethyl-3,6-dimethylpyrazine and 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine in a molar ratio of at least 50:50, preferably at least 55:45, particularly preferably at least 60:40.
  • the invention also relates to a product, in particular food, luxury food, cosmetic or pharmaceutical product and food supplement, which contains such a formulation.
  • the present invention relates to a process for producing a formulation which contains 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine and 2-ethyl-3,6-dimethylpyrazine, wherein the process comprises reacting 2,3-pentanedione with an alpha-amino acid, preferably L-threonine, in a solvent mixture which contains at least one solvent which contains at least one hydroxy group, wherein the solvent mixture preferably contains triacetin and glycerin.
  • R 2 and R 3 are the same or different and independently represent hydrogen or C1-4-alkyl or
  • A, B, C and D independently represent hydrogen or Ci-4-alkyl
  • the solvent which contains at least one hydroxy group, is preferably selected from the group consisting of propylene glycol, glycerol (also glycerin or glycerine), monoacetin, citric acid triethyl ester, diacetin and mixtures thereof.
  • the solvent containing at least one hydroxy group is used in a ratio of 0.01-5 mol%, based on the compound of formula (II) or (III) or (IIIa).
  • the invention relates to the use of a solvent containing at least one hydroxy group to increase the yield in a process for producing
  • Alkyl in particular (alkyl)pyrazine of the formula (la), and/or (alkyl)pyrazine of formula (Ib) wherein
  • R 1 is hydrogen or methyl
  • R 2 and R 3 are the same or different and independently represent hydrogen or C 1-4 alkyl or
  • R 2 and R 3 are linked together and together form a group of the formula represent, wherein A, B, C and D independently represent hydrogen or Ci-4-alkyl.
  • said process for preparing (alkyl)pyrazine is the process described above, in which at least one solvent containing at least one hydroxy group is added before step (c) and/or in step (c).
  • the invention relates to a use of a solvent containing at least one hydroxy group for regulating the molar ratio of the (alkyl)pyrazines of the formula
  • R 1 is hydrogen or methyl
  • R 2 and R 3 are the same or different and independently represent hydrogen or C 1-4 alkyl or
  • R 2 and R 3 are linked together and together form a group of the formula wherein A, B, C and D independently represent hydrogen or Ci-4-alkyl.
  • said process for preparing (alkyl)pyrazine is the process described above, in which at least one solvent containing at least one hydroxy group is added before step (c) and/or in step (c).
  • the invention relates to a process for preparing a formulation comprising the following steps:
  • R 2 and R 3 are the same or different and independently represent hydrogen or C1-4-
  • R 2 and R 3 are linked together and together form a group of the formula represent, where
  • A, B, C and D independently represent hydrogen or Ci-4-alkyl
  • the method comprises the additional addition of at least one ammonium salt. It is particularly advantageous if at least one ammonium salt is present in one portion in step (c).
  • an alpha-amino acid preferably an alpha-amino acid of formula (IV)
  • the amount of amino acid can be reduced by 50%, while the yield of the target product - (alkyl)pyrazine of formula (Ib) - remains the same. If the amount of amino acid is not reduced, i.e. the molar ratio of the compound of formula (II) or (III) or (IIIa) to the alpha-amino acid remains 1:2, a significant increase in yield is achieved after addition of an ammonium salt, preferably 2 equivalents of the ammonium salt. Furthermore, it can also be observed that fewer by-products are formed during purification, which considerably simplifies the process.
  • An inorganic or organic ammonium salt is preferably used as the ammonium salt.
  • An ammonium salt is particularly preferably selected from the group consisting of ammonium halide, ammonium phosphates, ammonium sulphates, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate and ammonium carbamate, ammonium salt of an organic acid and mixtures thereof.
  • Ammonium chloride is very particularly preferred.
  • Ammonium salt is added here in a molar ratio to the amino acid, preferably to the amino acid of the formula (IV), the ratio being in a range from 4: 1 to 0.1: 1, preferably in the range from 2: 1 to 0.5: 1, most preferably in a ratio of 1: 1.
  • the solvent preferably at least one organic solvent, particularly preferably triacetin, can be added before step (c) and/or in step (c).
  • the solvent can be added before step (c) to the compound of formula (II) or (III) or (IIIa) and/or to a alpha-amino acid, preferably an alpha-amino acid of the formula (IV), can be added.
  • the process according to the invention comprises, before step (c), a further step cl) adding at least one solvent to the compound of the formula (II) or (III) or (IIIa), whereby a solution is obtained in which the amount of compound of the formula (II) or (III) or (IIIa) depends on the solubility of this compound(s) in the solvent or solvents used.
  • step (c) the solution obtained in step (cl) is added to the alpha-amino acid either dropwise or in one portion with constant stirring.
  • the mixture is heated to maximum temperatures of about 180 °C, preferably to about 100 to 140 °C, particularly preferably to 110 to 130 °C.
  • step (c) the solution obtained in step (cl) is divided into two portions, the ratio of the first portion to the second portion being in the range from 1:10 to 1:4, preferably in the range from 1:7 to 1:3, particularly preferably 1:4.
  • the process according to the invention comprises, after step (cl), a further step c2) mixing the first portion of the solution obtained in step (cl) with the alpha-amino acid, preferably with the alpha-amino acid of the formula (IV), and heating this mixture to maximum temperatures of about 180 °C, preferably to about 100 to 140 °C, particularly preferably to 110 to 130 °C.
  • step (c) the second portion of the solution obtained in step (c1) is added dropwise to the mixture obtained in step (c2) with constant stirring.
  • step (c) in addition to triacetin, water, in particular distilled water, is used as solvent. It has been found that the amount of water can have an influence on the yield. It is particularly advantageous if in step (c) the reaction mixture has a ratio of water to the compound of formula (II) or (III) or (IIIa) in Range of 40:1 to 10:1, preferably in the range of 30:1 to 20:1, particularly preferably 21:1.
  • the process according to the invention can additionally comprise the addition of water in step (c).
  • the water can be added in one portion to the mixture containing the alpha amino acid and the solution obtained in step (cl) with at least one compound of the formula (II) or (III) or (IIIa).
  • step (c) water is added dropwise to the mixture obtained in step (c2) with constant stirring.
  • the addition of water takes place simultaneously with the addition of the solution obtained in step (cl).
  • the water is added separately, i.e. without mixing with the second portion of the solution obtained in step (cl).
  • the rate of water addition is comparable to the rate of addition of the solution obtained in step (cl).
  • the radical “Ci-4-alkyl” in the compound of the formula (II) or (III) or (IIIa) is methyl, ethyl, propyl or butyl, preferably methyl.
  • the compound of formula (II) or (III) or (IIIa) is preferably selected from the group consisting of (1) 2-Hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-one (also known as Cycloten or MCP)
  • Acetylpropionyl (acetyl propionyl or 2,3-pentanedione) is particularly preferred.
  • the alpha-amino acid of formula (IV) is selected in particular from the group consisting of L-/ D- / (RS)-serine, L-/ D- / (7?.S)-cysteine, L-/ D- / (7?.S)-throconine and mixtures thereof, preferably L-/ D- / (7?.S)-serine and L-/ D- / (7?.S)-cystine. particularly preferably L-serine or L-cysteine, very particularly preferably L-serine.
  • the amino acids used can be obtained, for example, by the enzymatic hydrolysis of vegetable protein if the aroma-giving end products/final substances obtained from these amino acids are desired in a natural quality.
  • the molar ratio of a compound of formula (II) or (III) or (IIIa) to the alpha-amino acid, preferably to the alpha-amino acid of formula (IV), can be in the range from 1:1 to 1:5.
  • the preferred ratio of a compound of formula (II) or (III) or (IIIa) to the alpha-amino acid of formula (IV) is 1:3.
  • this ratio can be as low as 1:2, for example 1:1 to 1:2. This leads to economic advantages of the process according to the invention.
  • the reaction in step (c) takes place at maximum temperatures of about 180 °C, preferably at temperatures in the range of about 100 to 140 °C, particularly preferably in the range of about 110 to 130 °C, very particularly preferably 125 °C. During the course of the reaction, it was observed that water was formed.
  • the reaction in step (c) takes place in particular over a period of up to 40 hours, preferably over a period of up to 24 hours, preferably from 1 to 12 hours, particularly preferably up to 6 hours.
  • step (c) The progress of the reaction in step (c) can be monitored by GC analysis.
  • the reaction is stopped, e.g. the reaction mixture is cooled to room temperature and, if necessary, the reaction mixture is neutralized using a basic solution.
  • a solution of alkali hydroxides, such as sodium or potassium hydroxide solution, can preferably be used as the basic solution.
  • the method may additionally comprise a further step after step (c)
  • the isolation in step (cl) is preferably carried out by rectification, optionally under reduced pressure.
  • the crude product can be concentrated and purified by solid phase extraction (SPE).
  • SPE solid phase extraction
  • the fraction(s) containing (alkyl)pyrazine of the formula (la) and/or (Ib) can be obtained with a purity of at least 95% by weight.
  • the fractions obtained by the process according to the invention can contain one or more (alkyl)pyrazines.
  • the fraction containing several (alkyl)pyrazines can optionally be used further as formulation(s). For example, a fraction can be isolated which contains both trimethylpyrazine and tetramethylpyrazine.
  • the crude product can be further extracted from the reaction mixture by co-distillation with propylene glycol (PG).
  • PG propylene glycol
  • a mixture of glycerin and PG (3:2) is added to the reaction mixture at room temperature and then distilled under reduced pressure.
  • the PG distilled in this way serves as an entrainer for the pyrazine formed.
  • triacetin or the triacetin-containing mixtures are added as solvents, using 2-hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-one (cyclotene) as a compound of formula (II) or (III) and L-serine as an alpha-amino acid of formula (IV).
  • Triacetin can not only dissolve cyclotene, but also has enormous advantages in isolating the desired product, such as corylonpyrazine. Triacetin has a higher boiling point than corylonpyrazine, so that corylonpyrazine, as the target product, can be isolated to a desired purity by means of rectification.
  • the increase in the yield of the target product was also observed compared to the process known from DE 20 2021 104 269 Ul.
  • the yield of corylonpyrazine can be up to approx. 30 mol% in the present process according to the invention, whereas in contrast the yield of corylonpyrazine in the process described in DE 20 2021 104 269 Ul is only approx. 6 mol%.
  • the corylonpyrazine-containing fraction obtained after purification or isolation can have a purity of at least 95% by weight.
  • a further subject of the present invention is the formulation which is prepared in particular by the process according to the invention and which contains at least one (alkyl)pyrazine of the formula (la) contain, in which
  • R 2 and R 3 are the same or different and independently represent hydrogen or C 1-4 alkyl or
  • R 2 and R 3 are linked together and together form a group of the formula wherein A, B, C and D independently represent hydrogen or C 1 - alkyl.
  • the formulation according to the invention may additionally contain at least one (alkyl)pyrazine of the formula (Ib) contain, in which
  • R 1 is hydrogen or methyl
  • R 2 and R 3 are the same or different and independently represent hydrogen or C 1-4 alkyl or
  • R 2 and R 3 are linked together and together form a group of the formula where A, B, C and D independently represent hydrogen or Ci-4-alkyl.
  • the (alkyl)pyrazines of the formula (Ia) and (alkyl)pyrazines of the formula (Ib) can be separated from one another.
  • any separation method known to the person skilled in the art can be used. Distillation, crystallization or chromatography can be used as a separation method, for example.
  • the (alkyl)pyrazines of the formula (Ia) or (alkyl)pyrazines of the formula (Ib) isolated by these separation processes can be used for the production of products such as food, luxury foods, cosmetic or pharmaceutical products and food supplements.
  • This (alkyl)pyrazine of formula (Ib) can be prepared from at least one alpha-amino acid as the sole nitrogen source. It is preferred that a combination comprising at least one alpha-amino acid and at least one ammonium salt is used as the sole nitrogen source for the preparation of at least one (alkyl)pyrazine of formula (Ib). It is particularly preferred that a combination consisting of at least one alpha-amino acid and at least one ammonium salt is used as the sole nitrogen source for the preparation of at least one (alkyl)pyrazine of formula (Ib).
  • the formulation preferably contains at least about 99.9% by weight, preferably at least about 95% by weight of at least one (alkyl)pyrazine of formula (Ib).
  • the minimum amount of at least one (alkyl)pyrazine of formula (Ib) in the formulation according to the invention is about 0.01% by weight.
  • the formulation according to the invention can preferably contain at least about 0.1% by weight of at least one (alkyl)pyrazine of formula (Ib) in one or more solvents suitable for the production of a food.
  • a product in the case of isolation of the formulation by means of SPE, in which ethanol is used as solvent, a product can be obtained which contains at least about 0.1 to about 0.2% by weight of at least one (alkyl)pyrazine of formula (Ib).
  • a product in the case of co-distillation with PG, a product can be obtained which contains at least about 2 to about 3% by weight of at least one (alkyl)pyrazine of formula (Ib).
  • R 1 is hydrogen
  • R 2 and R 3 are linked together and together form a group of the formula represent, where A stands for methyl and B and C are hydrogen.
  • the formulation according to the invention is preferably free from alcohol, particularly preferably free from ethanol.
  • a formulation for flavoring a product such as food, luxury food, cosmetic or pharmaceutical product as well as food supplement, which contains at least 95% by weight of 5-methyl-6,7-dihydro-cyclopentapyrazine (corylon-pyrazine), represents a preferred subject matter of the invention.
  • a further subject of the present invention is the product, in particular food, luxury food, cosmetic or pharmaceutical product and food supplement, which contains a formulation according to the invention.
  • the proportion of the formulation according to the invention in this product is up to about 1000 ppm, preferably from about 10' 3 ppm to about 750 ppm, particularly preferably from about 0.1 to 150 ppm.
  • the formulation according to the invention can be used to flavor a product, in particular food, luxury food, cosmetic or pharmaceutical product as well as food supplement.
  • the product in particular food, luxury food, cosmetic or pharmaceutical product as well as food supplement, is brought into contact with the formulation according to the invention.
  • the present invention relates to a process for producing a product, in particular foodstuffs, luxury foods, cosmetic or pharmaceutical products and food supplements, in which the formulation according to the invention is brought into contact with the product.
  • the invention will be explained using the attached example, but without being restricted to the specifically described embodiment.
  • the invention also relates to all combinations of preferred embodiments, provided that they do not exclude each other.
  • the terms "about” or “approx.” in conjunction with a numerical indication mean that values that are at least 10% higher or lower, or 5% higher or lower, and in any case 1% higher or lower are included.
  • L-serine 500 mmol, 52.5 g
  • cyclotene solution 5% solution in triacetin
  • the remaining cyclotene solution (448 g) and the distilled water are each placed in a dropping funnel and only added when the mixture temperature is 110 °C.
  • the mixture is stirred at 110 - 120 °C.
  • the progress of the reaction is monitored using GC analysis.
  • the reaction is stopped (e.g. by cooling to room temperature) and the mixture is processed using a rectification apparatus to obtain corylonepyrazine with a purity of at least 95% by weight.
  • the obtained product was analyzed by GC-FID.
  • L-serine (105 mmol, 11.1 g) is mixed with 116 g of cyclotene solution (5% solution in triacetin) and 20 g of distilled water. The mixture is heated to 120 °C with constant stirring. The progress of the reaction is monitored by GC analysis. When If no more cyclotene can be detected in the reaction mixture, the reaction is stopped and the mixture is worked up using a rectification apparatus to obtain corylonepyrazine with a purity of at least 95 wt.%.
  • L-serine (2500 mmol; 263 g) is mixed with 600 g of cyclotene solution (5% solution in triacetin) and heated to approx. 110 to 120 °C.
  • Another cyclotene solution (2280 g) and distilled water are placed in dropping funnels and only added when the mixture temperature is 110 °C.
  • the mixture is stirred at 110 to 120 °C.
  • the progress of the reaction is monitored using GC analysis. If no cyclotene can be detected in the mixture, the reaction is stopped and the mixture is adjusted to pH 12 using 30% NaOH solution.
  • the resulting mixture is passed through an SPE column and then eluted with ethanol.
  • This ethanolic extract contains 10,000 to 12,000 ppm corylonpyrazine and can be declared as a natural flavor extract.
  • L-serine (121 mmol; 13.9 g) is mixed with cyclotene (121 mmol; 13.9 g), 138 g glycerol, 91.8 g propylene glycol and 45.9 g water.
  • the mixture is heated to 120 °C.
  • the progress of the reaction is monitored by GC analysis. If no cyclotene is detected in the mixture, the reaction is stopped.
  • the mixture is distilled under reduced pressure (40 mbar) by slowly heating the mixture to 160 °C and reducing the pressure to 10 mbar.
  • the collected fraction contains 1000 to 5000 ppm corylonepyrazine in PG.
  • Triacetin (463 g) and diacetin (24.0 g).
  • Example 7 was carried out analogously to Example 5, except that in Example 5 the ratio of triacetin to diacetin in Example 7 was 19:1.
  • Examples 8 to 12 were carried out analogously to Example 6.
  • the components such as L-serine, ammonium chloride and solvents as well as their amounts were varied (see Table 1).
  • Table 1 As can be seen from Table 1, the addition of ammonium chloride leads to an increase in the yield. By using ammonium chloride in combination with a solvent mixture such as triacetin and diacetin (see Example 10), the amount of L-serine can be reduced by 50%, compared to the reaction without ammonium chloride and without diacetin (see Example 11).
  • Triacetin 55 mol, 12.1 kg
  • glycerol 8.8 mmol 0.8 g
  • the reactions described in examples 13-17 are reactions that were carried out in 20 mL crimp vials.
  • the aim was to investigate the different influence of the solvents and the ammonium salt on the ratio of pyrazine of formula (la) and (Ib).
  • 0.5 g of 2,3-pentadione (2 mmol) and 1.0 g of serine (10 mmol) were dissolved in 5 mL of the respective solvents.
  • the mixture was then heated to 140°C for 24 h with stirring. After cooling, the ratios of pyrazine la and Ib were determined using GC-FID.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Formulierung zur Aromatisierung eines Produktes, insbesondere Lebensmittels, Genussmittels, Kosmetik- oder Pharmaproduktes sowie Nahrungsergänzungsmittels, die bevorzugt mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ia) und/oder mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) enthält, worin R1, R2 und R3 für die in den Ansprüchen genannten Gruppen stehen.

Description

Formulierung zur Aromatisierung eines Lebensmittelproduktes
Die Erfindung betrifft eine Formulierung zur Aromatisierung eines Lebensmittel-, Genuss-, Kosmetikoder Pharmaproduktes sowie Nahrungsergänzungsmittel, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Formulierung.
Es ist bekannt, dass unter Pyrazine, die mit einem oder mehreren Alkyl- oder Cycloalkyl-Gruppen substituiert sind, natürlich vorkommende hochpotente Aromastoffe fallen, die eine teils sehr niedrige Geruchsschwelle aufweisen. Diese Alkylpyrazine wie z. B. 2-Ethyl-3,5-dimethylpyrazin oder 2,3- Diethyl-5-methylpyrazin haben einen erdigen Geruch. Corylon-Pyrazin (auch als 5-Methyl-6,7-dihydro- cyclopentapyrazin oder nutty pyrazine bekannt) stellt einen Aromastoff dar, der einen starken Geruch aufweist. Dieser Geruch kann als süßlichen, nussigen, gebratenen, rostigen, erdigen, sowie getreide-, kaffee- und popcorn-artigen schmackhaften Geruch beschrieben werden. Corylon-Pyrazin ist in natürlichen Aromen von Kaffee und zahlreichen Nüssen zu finden. In der Aromenindustrie wird diese Verbindung zum Beispiel zur Verstärkung des Popcomduftes verwendet.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Zugabe eines alkylsubstituierten Pyrazins, allein (US 3,579,353) oder in der Kombination mit anderen Verbindungen (GB1401096A), zu Nahrungsmitteln oder Delikatessen zur Verbesserung des Produktaromas führt. Für die Herstellung von alkylsubstituierten Pyrazinen werden in US 3,579,353 drei Reaktionen beschrieben: Diketon plus Ethylendiamin; Alkyllithium plus Dialkylpyrazine; und Natriumamid plus Alkylpyrazine.
In der Literatur sind verschiedene Ansätze für die Herstellung von Pyrazinen beschrieben (Ong et al., Borneo Journal of Resource Science and Technology, 2017, 7(2), S. 60-75). Die klassischen Synthesewege umfassen die Verwendung von verschiedenen Metallverbindungen. Zum Beispiel können Pyrazine durch Kondensation von 1,2-Diaminoalkan mit 1,2-Dicarbonylverbidnungen hergestellt werden, wobei als Oxidationsmittel Kupfer(II)oxid und Manganoxid verwendet werden.
1 ,2-Dicarbonyl 1 ,2-Diaminoethan Dihydropyrazin Pyrazin
Außerdem können Pyrazine durch eine Kondensation von zwei Molekülen eines a-Aminoketons oder eines a-Aminoaldehyds erhalten werden. Die gebildeten Dihydropyrazine werden mit Hilfe eines Oxidationsmittels, wie Salze des zweiwertigen Quecksilbers, in ein Pyrazin überführt:
Dihydropyrazine
Amino aldehyde Pyrazine
US 4,097,478A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Pyrazinen in einer Gasphasen- Kontaktreaktion bei 300-600 °C in Gegenwart eines Zinks enthaltenden Katalysators, bei dem Diole und Diamine als Ausgangsverbindungen verwendet werden:
Pyrazine
Aus DE 695 18 206 T2 (Firmenich S.A.) ist die Verwendung von zwei verschiedenen Hydroxyketonen für die Herstellung Asymmetrisch-substituierten Alkylpyrazine bekannt. Setzt man 1,3-Dihdroxypropan- 2-on mit einem Acyloin der Formel (III) um, so erhält man substituierte Pyrazine wie die in dem folgenden Schema dargestellt.
a) Ammoniumacetat, Lösungsmittel
Die verwendeten Hydroxyketone und Dihydroxyketone sind jedoch relativ instabil und teuer.
Pyrazine können durch verschiedene Synthesewege hergestellt werden, aber alle zurzeit bekannten Verfahren weisen bestimmte Nachteile auf. Dazu zählen beispielsweise der Einsatz von Lösungsmitteln und Metallverbindungen, die zum Teil sehr giftig sind, sowie niedrige Ausbeute des Zielproduktes und hohe Reaktionstemperaturen.
Die toxischen Eigenschaften von Katalysatoren und Lösungsmitteln können zu ökologischen und gesundheitlichen Risiken führen und müssen beim Arbeitsschutz sowohl bei der Herstellung als auch bei Anwendung dieser Katalysatoren berücksichtigt werden. Um die notwendige Sicherheit bei den toxikologischen bzw. gesundheitlichen Problemen, die überwiegend im beruflichen Bereich entstehen, zu gewährleisten, sind aufwendige und kostspielige Maßnahmen notwendig. Darüber hinaus sind die eingesetzten Katalysatoren zum Teil sehr teure Verbindungen, so dass die Anschaffung sowie Entsorgung oder Recycling dieser Katalysatoren auf den Preis des Endproduktes eine negative Auswirkung haben können.
Eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung von Pyrazinen umfasst die Isolierung dieser Verbindungen aus tierischem Material mit Hilfe bekannter Trennverfahren wie z.B. Wasserdampfdestillation von gekochter Schweineleber. Es ist bekannt, dass Pyrazine, wie Alkylpyrazine, Acetylpyrazine, Cyclopentapyrazine und Quinoxaline, die größte Gruppe der Aromastoffe in gekochter Schweineleber darstellen (Mussinan C.J. and Walradt J.P. (1974) Volatile Constituents of Pressure Cooked Pork Liver, J. Agrc. Food Chem., 22, Nr. 5, 827-831). Pyrazine gehören unter anderem zu den sog. Reaktionsaromen. Diese aromaaktiven Verbindungen entstehen beim Erhitzen, während eines Koch-, Brat- und/ oder Backvorganges und zählen zu den Stoffen, die für das typische Aroma von verarbeiteten Lebensmitteln verantwortlich sind. Gemäß der Aromenverordnung (EG) Nr. 1334/2008 darf zur Darstellung von Reaktionsaromen, die als Lebensmittelzusatzstoff Anwendung finden, die Erhitzung höchstens für 15 Minuten bei maximal 180 °C erfolgen. Diese Begrenzung soll dazu dienen, den sonst üblichen küchentypischen Gegebenheiten bei der Verarbeitung von Lebensmitteln in etwa zu entsprechen.
Im Bereich von Fleisch ist die Entstehung der Reaktionsaromastoffe, wie unsubstituierte, einfach- oder mehrfachsubstituierte Pyrazine, aus Aromavorläufem im Rahmen der Maillardreaktion und des Streckerabbaus der Aminosäuren bereits ausführlich erforscht (s. zum Beipiel: Belitz, H.-D., Grosch, W., Schieberle, P. (2007): Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 6. Auf!.. Verlag Springer, Heidelberg, S. 378- 382; und R. Wilhelm (2015), Vergleichende Untersuchungen zu flüchtigen Aromastoffen heim Braten von Rind- und Scheineleber sowie von gebratener Gänse- und Gänsestopfleber, Diss. Tierärztliche Hochschule Hannover). Pyrazine entstehen bei der Dimerisierung von a-Aminoketonen, die sich bei der oxidativen Desaminierung und Decarboxylierung von a-Aminosäuren mit den a-Dicarbonylverbindungen bilden. Jedoch ist das tierische Material als Ausgangsmaterial aus Tierwohlgründen fragwürdig und auch aus Verbraucher sicht nicht gewünscht. Des Weiteren sind die daraus gewonnenen Mengen sehr gering und damit nicht wirtschaftlich.
Als nächstliegender Stand der Technik zur vorliegenden Erfindung kann das Dokument DE 20 2021 104 269 Ul angesehen werden, in welchem ein Verfahren zur Herstellung einer Formulierung, die mindestens ein (Alkyl-)pyrazin enthält, beschrieben ist. Durch das bekannte Verfahren kann ein natürliches Corylonpyrazin (CP) aus Cycloten und L-Serin mit Essigsäure hergestellt werden, wobei weder Metallverbindungen noch tierische Ausgangsmaterialien verwendet werden. Ein Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, dass L-Serin in einem Überschuss verwendet werden soll: das Verhältnis Cycloten zur L-Serin beträgt bevorzugt 1:3. Darüber hinaus wird im bekannten Verfahren ein leichtentzündliches Lösungsmittel wie Diethylether für die Isolierung des gewünschten Produktes verwendet.
Daher besteht weiterhin ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung einer Formulierung, die mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin enthält, das keine der oben genannten Nachteile aufweist und bei dem weiterhin weder Metallkatalysatoren noch Material tierischen Ursprungs verwendet werden. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, dabei möglichst wirtschaftlich und ressourcenschonend vorzugehen.
Diese Aufgabe konnte überraschend einfach durch ein Verfahren zur Herstellung einer Formulierung gelöst werden. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte: (a) Bereitstellen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa), bevorzugt einer Verbindung der Formel (II) oder (III),
R2-C(O)-C(O)-R3 (II) oder R2-C(O)-C(OH)=R3 (III) oder R2-C(O)-CH(OH)-R3 (Illa), worin
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, wobei
A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen,
(b) Bereitstellen einer alpha-Aminosäure
(c) In Kontakt bringen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder der Formel (III) oder der Formel (Illa), bevorzugt mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder der Formel (III), und mindestens einer alpha-Aminosäure aus dem Schritt (b) wobei mindestens ein für die Herstellung von Lebensmitteln geeignetes Lösungsmittel, das einen Siedepunkt von mindestens 140 °C aufweist, bevorzugt Propylengykol, Glycerol, Citronensäuretriethylester, Diacetin, Monoacetin und/oder Triacetin, verwendet wird, und wobei das Lösungsmittel vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird.
Die Umsetzung wird erfmdungsgemäß also in Lösung durchgeführt, unter Verwendung des hierin beschriebenen Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches. Es ist besonders bevorzugt, ein Lösungsmittelgemisch zu verwenden, welches das für die Herstellung von Lebensmitteln geeignete Lösungsmittel, das einen Siedepunkt von mindestens 140 °C aufweist, umfasst. Der hier verwendete Begriff „Siedepunkt“ ist der Siedepunkt bei Atmosphärendruck (1013,25 mbar).
Es ist also auch möglich, eine Lösungsmittelkombination zu verwenden, bei der mindestens eines der Lösungsmittel einen Siedepunkt von mindestens 140 °C aufweist. Das Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von mindestens 140 °C wird bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die aus Propylenglykol, Glycerol, Diacetin, Monoacetin, Triacetin, Citronensäuretriethylester oder Mischungen davon besteht. Wasser, Ethanol und/ oder Propanol können als zusätzliches Lösungsmittel zugegeben werden.
Dabei läuft die unten aufgezeigte chemische Transformation ab.
Für die Herstellung eines (Alkyl-)pyrazins der Formel (la) kann eine beliebige alpha-Aminosäure verwendet werden, wobei die proteinogenen alpha- Aminosäuren bevorzugt sind. Die proteinogene alpha- Aminosäure wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus Alanin, Arginin, Asparagin, Asparaginsäure, Cystein, Glutamin, Glutaminsäure, Glycin, Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Prohn, Serin, Selenocy stein, Threonin, Tryptophan, Tyrosin, Valin und Mischungen davon besteht.
Durch das erfmdungsgemäße Verfahren können bisher kommerziell ungenutzte Pyrazinen, wie zum Beispiel die aus Acetylpropionyl (10) mit einer Aminosäure gewonnenen 2,5(6)-Diethyl-3,6(5)- dimethylpyrazine, hergestellt werden. Die isolierte Isomerenmischung besitzt schon bei geringen Dosen von 10 ppm in einem Produkt ein potentes Erdnuss Aroma. Das Produkt kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukten sowie Nahrungsergänzungsmittel besteht.
(10) (la) Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders bevorzugt, wenn mindestens eines der verwendeten Lösungsmittel mindestens eine Hydroxylgruppe aufweist. Dieses Hydroxylgruppe-tragende Lösungsmittel kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Propylenglykol (PG), Glycerol (auch Glycerin oder Glyzerin), Diacetin, Monoacetin, Citronensäuretriethylester und Mischungen davon besteht. Diese Hydroxylgruppe-tragenden Lösungsmittel können mit mindestens einem weiteren Lösungsmittel wie Triacetin oder Wasser gemischt werden.
Wenn nur ein Diketon der Formel (II) oder (III) mit mindestens einer alpha- Aminosäure nach erfindungsgemäßem Verfahren in Kontakt gebracht wird, kann mindestens ein „symmetrisches“ (Alkyl-)pyrazin der Formel (la) in beiden Regioisomeren erhalten werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren können zum Beispiel folgende „symmetrische“ (Alkyl-)pyrazine der Formel (la) erhalten werden:
2,5-Diethyl-3,6-dimethyl pyrazine
Pyrazin
2,3,5,6-Tetraethylpyrazine ,12-dimethyl-2,8-diazatricyclo[7.3.0.03,7]dodeca-l,3(7),8-triene ,10-dimethyl-2,8-diazatricyclo[7.3.0.03,7]dodeca-l(9),2,7-triene ,2,3,4,6,7,8,9-octahydrophenazine ,5 (6)-Diethylpyrazin ,5 (6)-Dimethylpyrazin Wenn zwei oder mehr unterschiedliche Diketone der Formel (II) oder (III) in der Anwesenheit mindestens einer alpha- Aminosäure nach erfindungsgemäßem Verfahren in Kontakt gebracht werden, kann mindestens ein „asymmetrisches“ (Alkyl-)pyrazin der Formel (Ia‘) erhalten werden. Unter einem „asymmetrischen“ (Alkyl-)pyrazin der Formel (Ia‘) wird ein Pyrazin verstanden, in dem der Pyrazin-Ring aus zwei unterschiedlichen Diketonen der Formel (II) oder (III) gebildet wird.
Wobei im (Alkyl-)pyrazin der Formel (Ia‘)
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel o er darstellen, worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1 - Alkyl stehen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können zum Beispiel folgende „asymmetrische“ (Alkyl-)pyrazine der Formel (Ia‘) erhalten werden: -Methylpyrazin -Ethylpyrazin ,3-Dimethylpyrazin ,3-Diethylpyrazine ixr ^ -Ethyl-3-methylpyrazin 2-Ethyl-5(6)-dimethylpyrazine (Cocoa Pyrazin)
2,3-Diethyl-5-methylpyrazin
Corylone Pyrazin (oder 5-methyl-6,7-dihydro-5H-cyclopentapyrazine)
2(3),5-Dimethyl-6,7-dihydro-5H-cyclopentapyrazin
2,3,5-Trimethyl-6,7-5H-dihydro-cyclopentapyrazin 2-Ethyl-3,5,6-trimethylpyrazin
2,3 ,5 -Trimethylpyrazin
5 , 6,7, 8 -tetrahy droquinoxaline (Cyclohexapyrazine)
Methyl- 5 ,6,7,8 -tetrahydro quinoxaline
Überraschend wurde festgestellt, dass bei Verwendung von einer Verbindung der Formel (II) oder (III) in Kombination mit mindestens einer alpha-Aminosäure, bevorzugt einer alpha-Aminosäure der Formel (IV), neben (la) ein zweites (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) entsteht.
(II) / (III) (IV) (la) (Ib)
In der alpha-Aminosäure der Formel (IV) steht E für S oder O und R1 steht für Wasserstoff oder Methyl.
Die alpha-Aminosäure der Formel (IV) umfassen Serin, Cystein, Threonin und Mischungen davon.
Für das (Alkyl-)Pyrazin der Formel (lb) spielt die alpha-Aminosäure, bevorzugt die alpha-Aminosäure der Formel (IV), eine entscheidende Rolle, da dessen Kohlenstoffgerüst in das (Alkyl-)Pyrazin eingebaut wird. D.h. die alpha-Aminosäure der Formel (IV) fungiert hier nicht nur, wie in der Literatur (J. AGR. FOOD CHEM., VOL. 20, NO. 5, 1972 1081) beschrieben ist, als Stickstoffquelle, sondern auch als Reduktionsmittel im Rahmen des Strecker- Abbaus.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in dem Verfahren, mit Ausnahme der alpha- Aminosäure^), keine organische Säure verwendet, wie beispielsweise Essigsäure oder Propionsäure. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Formulierungen, mit Ausnahme der alpha-Aminosäure(n), keine organischen Säuren, wie beispielsweise Essigsäure oder Propionsäure.
Einfluss des Lösungsmittels auf das Verhältnis der beiden (Alkyl-)Pyrazine (la) und (Ib) in der Reaktion mit der Aminosäure, bevorzugt der Aminosäure der Formel (IV):
Wie bereits oben erwähnt, ist die Gewinnung von (Alkyl-)Pyrazinen der Formel (Ib) stark bevorzugt bei der Verwendung von Aminosäuren der Formel (IV), da hier das Kohlenstoffgerüst der Aminosäure in das Pyrazin eingebaut wird. Durch das in der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren kann das Verhältnis der beiden Pyrazine, wie (Alkyl-)Pyrazin (la) und (Alkyl-)Pyrazin (Ib), durch selektive Wahl der Reaktionsparameter deutlich beeinflusst werden, um das gewünschte (Alkyl-)Pyrazin in hoher Ausbeute zu erhalten.
Es wurde überraschend gefunden, dass die Wahl des Lösungsmittels im erfmdungsgemäßen Verfahren, insbesondere die Zugabe von Hydroxygruppen tragenden Lösungsmitteln, bevorzugt Propylenglykol, Glycerol (auch Glycerin oder Glyzerin), Monoacetin, Citronensäuretriethylester und / oder Diacetin, einen Einfluss auf das Verhältnis der beiden Pyrazine der Formel (la) und (Ib) sowie deren Gesamtausbeute haben kann.
Wenn ein Hydroxygruppe(n) tragendes Lösungsmittel, bevorzugt Glycerin oder Propylenglycol, als einziges Lösungsmittel verwendet wird, wurde festgestellt, dass besonders bevorzugt und in kurzen Reaktionszeiten das (Alkyl-)pyrazin der Formel (la) gebildet wird. Senkt man den Anteil des Hydroxygruppe(n) tragenden Lösungsmittels herab (und erhöht entsprechend den Anteil an Triacetin), steigt der Anteil des gebildeten (Alkyl-)Pyrazins der Formel (Ib). Da dies aber auch einen negativen Effekt auf die Reaktionsgeschwindigkeit hat, kann die Gesamtausbeute, bestehend aus (Alkyl-)Pyrazin (la) und (Ib), bei Weglassen der Hydroxygruppe(n) tragendes Lösungsmittel sinken, sowie Mehrkosten durch lange Reaktionszeiten verursachen. Es wurde beobachtet, dass die Zugabe von katalytischen Mengen an mindestens einem Hydroxygruppe(n) tragenden Lösungsmittel, wie z.B. Glycerin oder Propylenglycol, d.h. von 0,01-5 mol% bezogen auf die Verbindung der Formel (II) oder (III), den größten ausbeutesteigemden Effekt zeigt.
Diese Lösungsmittelabhängige Produktselektivität ermöglicht nun auch den kosteneffizienten Zugang zu neuen, bisher kommerziell ungenutzten Pyrazinen, wie zum Beispiel die aus Acetylpropionyl (10) mit einer Aminosäure der Formel (IV) gewonnenen 2,5(6)-Diethyl-3,6(5)-dimethylpyrazine. Die isolierte Isomerenmischung (d.h. die Mischung aus 2,5-Diethyl-3,6-dimethylpyrazin und 2,6-Diethyl-3,5- dimethylpyrazin) besitzt schon bei geringen Dosen von 10 ppm in einem Produkt wie z.B. Lebensmittelprodukt ein potentes Erdnuss Aroma. Wie in der untenstehenden Tabelle dargestellt, kann durch die Wahl des Lösungsmittel ein größeres Verhältnis von 2,5(6)-Diethyl-3,6(5)-dimethylpyrazine (la) zum (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) gebildet werden.
Wenn ein höherer Anteil an (Alkyl-)Pyrazinen der Formel (Ib) in der Reaktion mit der alpha-Aminosäure der Formel (IV) gewünscht wird, sollte Triacetin oder eine Kombination von Lösungsmitteln, die Triacetin enthält, verwendet werden. Bevorzugt ist eine Mischung aus Triacetin und mindestens einem Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe aufweist. Dieses Hydroxygruppe(n) tragende Lösungsmittel kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Propylenglykol, Glycerol, Diacetin, Monoacetin, Citronensäuretriethylester, Wasser und Mischungen davon besteht. Die Reaktionszeit in einer Kombination von Lösungsmitteln, die Triacetin enthält, ist kürzer als die Reaktionszeit in reinem Triacetin als Lösungsmittel. Besonderes bevorzugt ist eine Mischung aus Triacetin und Diacetin oder eine Mischung aus Triacetin und Glycerol.
Triacetin (oder auch Glycerintriacetat, E 1518) ist ein Ester aus Glycerin und Essigsäure. In der Lebensmittelindustrie wird es unter anderem als Weichmacher für Kaugummi oder als Aromaträger verwendet. Triacetin ist ein natürlicher Inhaltsstoff von Papayas.
Für die Ausbeute des (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) ist besonders vorteilhaft, wenn im Schritt (c) die Reaktionsmischung ein Verhältnis von Triacetin zu Diacetin im Bereich von 99 : 1 bis 1 : 1, bevorzugt im Bereich von 20 : 1 bis 5 : 1, besonders bevorzugt 19 : 1 aufweist. Es wurde überraschend festgestellt, dass Glycerin auch bei geringeren Mengen einen ebenso deutlichen Effekt wie Diacetin besitzt. Besonders vorteilhaft ist, wenn im Schritt (c) die Reaktionsmischung ein Verhältnis von Triacetin zu Glycerin im Bereich von 99 : 1 bis 99,99 : 0,01, bevorzugt im Bereich von 99,5 : 0,5 bis 99,9 : 0,1, besonders bevorzugt 99,84 : 0,16 aufweist.
Die nach erfmdungsgemäßem Verfahren erhaltene Mischung, die (Alkyl-)Pyrazine der Formel (la) und (Alkyl-)Pyrazine der Formel (Ib) enthalten, können für die Herstellung von Produkten, wie Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukten sowie Nahrungsergänzungsmittel verwendet werden.
Die (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la) und (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) können voneinander getrennt werden. Zu diesem Zweck kann jede dem Fachmann bekannte Trennmethode angewendet werden. Als Trennmethode kann zum Beispiel Destillation, Kristallisation oder Chromatografie verwendet werden. Die durch diese Trennverfahren isolierten (Alkyl-)Pyrazine der Formel (la) oder (Alkyl-)Pyrazine der Formel (Ib) können für die Herstellung von Produkten, wie Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukten sowie Nahrungsergänzungsmittel verwendet werden.
So konnten zum Beispiel, bei der Umsetzung von 2,3-Pentandion mit L-Threonin in einem Lösungsmittelgemisch, das Triacetin und Glycerin (in katalytischen Mengen) enthält, mindestens zwei verschiedene Pyrazin-Fraktionen isoliert bzw. voneinander getrennt werden. Die erste Pyrazin-Fraktion enthält (Alkyl-)Pyrazine der Formel (Ib), nämlich Cocoa-Pyrazin, welches aus zwei Isomeren (2-Ethyl- 3,5-dimethylpyrazin und 2-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin) zusammengesetzt ist. Dabei wurde festgestellt, dass das Isomerenverhältnis im Cocoa-Pyrazin-Produkt, welches durch das erfmdungsgemäße Verfahren hergestellt wurde, stark vom Isomerenverhältnis im kommerziell erhältlichen Cocoa-Pyrazin-Produkt abweicht. Während das kommerziell erhältliche Produkt das Verhältnis von Cocoa-Pyrazin Isomer 1 (2- Ethyl-3,5-dimethylpyrazin) zu Cocoa-Pyrazin Isomer 2 (2-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin) ca. 40:60 beträgt, wird in der durch das erfmdungsgemäße Verfahren hergestellte Fraktion das Verhältnis von Cocoa- Pyrazin Isomer 1 zu Cocoa-Pyrazin Isomer 2 ca. 60:40 oder höher erreicht. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass das Verhältnis von Cocoa-Pyrazin-Isomeren eine starke Auswirkung auf die sensorische Potenz des gesamten Cocoa-Pyrazin-Produktes hat. Die durch das erfmdungsgemäße Verfahren hergestellte Cocoa-Pyrazin-Fraktion ist deutlich potenter als die auf dem Markt verfügbare Variante (wie zum Beispiel Ethyldimethylpyrazine von „Riverside Aromatics“), also beispielsweise mit ca. 20% mehr Geschmack. Dies macht das erfmdungsgemäße Cocoa-Pyrazin-Produkt wirtschaftlich rentabler (niedrigere Kosten für die Verwendung). Daher betrifft die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform eine Formulierung, die 2-Ethyl-3,5- dimethylpyrazin und 2-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin in einem molaren Verhältnis von mindestens 50:50, bevorzugt mindestens 55:45, besonders bevorzugt mindestens 60:40, enthält. Besonders bevorzugt ist eine Formulierung, die 2-Ethyl-3,5-dimethylpyrazin und 2-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin in einem molaren Verhältnis von zwischen 50:50 und 70:30, bevorzugt zwischen 55:45 und 65:35 enthält. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Formulierung, die 2-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin und 2-Ethyl-3,5-dimethylpyrazin in einem molaren Verhältnis von mindestens 50:50, bevorzugt mindestens 55:45, besonders bevorzugt mindestens 60:40, enthält. Besonders bevorzugt ist eine Formulierung, die 2-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin und 2-Ethyl-3,5-dimethylpyrazin in einem molaren Verhältnis von zwischen 50:50 und 70:30, bevorzugt zwischen 55:45 und 65:35 enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Produkt, insbesondere Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukt sowie Nahrungsergänzungsmittel, das eine solche Formulierung enthält. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Formulierung, die 2-Ethyl-3,5-dimethylpyrazin und 2- Ethyl-3,6-dimethylpyrazin enthält, wobei das Verfahren eine Umsetzung von 2, 3 -Pentandion mit einer alpha- Aminosäure, bevorzugt L-Threonin, in einem Lösungsmittelgemisch umfasst, das mindestens ein Lösungsmittel enthält, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, wobei das Lösungsmittelgemisch bevorzugt Triacetin und Glycerin enthält.
Als zweite Pyrazin-Fraktion wurden die (Alkyl-)Pyrazine der Formel (la), nämlich die Isomerenmischung aus 2,5-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin und 2,6-Ethyl-3,5-dimethylpyrazin, gewonnen. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Formulierung, das folgende Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa)
R2-C(O)-C(O)-R3 (II) oder R2-C(O)-C(OH)=R3 (III) oder R2-C(O)-CH(OH)-R3 (Illa), worin
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, wobei
A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen,
(b) Bereitstellen einer alpha- Aminosäure, insbesondere einer proteinogenen alpha- Aminosäure,
(c) In Kontakt bringen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder der Formel (III) oder der Formel (Illa) und mindestens einer alpha-Aminosäure, wobei mindestens ein Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird. Die Umsetzung wird erfindungsgemäß also in Lösung durchgeführt, unter Verwendung des hierin beschriebenen Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches.
Das Lösungsmittel, welches mindestens eine Hydroxygruppe enthält, wird bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe die aus Propylenglykol, Glycerol (auch Glycerin oder Glyzerin), Monoacetin, Citronensäuretriethylester, Diacetin und Mischungen davon besteht.
Es ist bevorzugt, dass das Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, Teil eines Lösungsmittelgemisches ist, welches vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform macht das Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, zwischen 0,01 und 10 Gewichtsprozent des Lösungsmittelgemisches aus. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Lösungsmittelgemisch ein Lösungsmittel, welches keine Hydroxygruppe enthält, bevorzugt Triacetin.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, in einem Verhältnis von 0,01-5 mol%, bezogen auf die Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa), verwendet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Lösungsmittels, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, zur Steigerung der Ausbeute in einem Verfahren zur Herstellung von
(Alkyl-)Pyrazin, insbesondere (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la), und/oder (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) worin
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht,
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen.
Besonders bevorzugt ist das besagte Verfahren zur Herstellung von (Alkyl-)Pyrazin das oben beschriebene Verfahren, bei dem mindestens ein Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Lösungsmittels, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, zur Regulierung des molaren Verhältnisses der (Alkyl-)Pyrazine der Formel
(la) und der Formel (Ib) in einem Verfahren zur Herstellung von (Alkyl-)Pyrazinen, worin
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht,
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen. Besonders bevorzugt ist das besagte Verfahren zur Herstellung von (Alkyl-)Pyrazin das oben beschriebene Verfahren, bei dem mindestens ein Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Formulierung, das folgende Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder (III)
R2-C(O)-C(O)-R3 (II) oder R2-C(O)-C(OH)=R3 (III), worin
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-4-
Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, wobei
A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen,
(b) Bereitstellen einer alpha- Aminosäure, insbesondere einer proteinogenen alpha- Aminosäure,
(c) In Kontakt bringen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder der Formel (III) und mindestens einer alpha-Aminosäure, wobei die Umsetzung in Lösung durchgeführt wird, und wobei mindestens ein für die Herstellung von Lebensmitteln geeignetes Lösungsmittel, das einen Siedepunkt über 140 °C aufweist, verwendet wird. Die Merkmale der Ausgestaltungen auch verschiedener Aspekte der Erfindung sind kombinierbar.
Zusatz von Ammoniumsalz
Aufgrund der recht hohen Kosten von Aminosäuren in natürlicher Qualität, insbesondere L-Serin, welche im erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 als einzige Stickstoffquelle verwendet wurde, wurde nach einer kostengünstigeren Alternative gesucht.
Diese Aufgabe konnte überraschend einfach durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 gelöst werden. Das Verfahren umfasst die zusätzliche Zugabe mindestens eines Ammoniumsalzes. Besonders vorteilhaft, wenn mindestens ein Ammoniumsalz in einer Portion im Schritt (c) zugegen wird.
Es wurde festgestellt, dass durch die Verwendung von Ammoniumsalz die Menge einer alpha- Aminosäure, bevorzugt einer alpha-Aminosäure der Formel (IV), um 50% reduziert werden kann, wobei die Ausbeute des Zielproduktes - (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) - gleichbleibt. Wenn die Menge der Aminosäure nicht reduziert wird, d.h. das molare Verhältnis der Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) zur alpha-Aminosäure 1 : 2 bleibt, wird nach Zugabe eines Ammoniumsalzes, bevorzugt 2 Äquivalente des Ammoniumsalzes, eine deutliche Erhöhung der Ausbeute erzielt. Weiterhin kann auch beobachtet werden, dass bei der Aufreinigung weniger Nebenprodukte entstehen, was das Verfahren erheblich vereinfacht.
Als Ammoniumsalz wird bevorzugt ein anorganisches oder organisches Ammoniumsalz verwendet. Besonders bevorzugt wird ein Ammoniumsalz aus der Gruppe ausgewählt, die aus Ammoniumhalogenid, Ammoniumphosphate, Ammoniumsulphate, Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumcarbamat, Ammoniumsalz einer organischen Säure sowie deren Mischungen besteht. Ganz besonders bevorzugt ist Ammoniumchlorid.
Ammoniumsalz wird hier im molaren Verhältnis zur Aminosäure, bevorzugt zur Aminosäure der Formel (IV), zugegeben, wobei das Verhältnis in einem Bereich von 4: 1 bis 0,1: 1, bevorzugt im Bereich 2: 1 bis 0,5: 1, ganz besonders bevorzugt im Verhältnis 1: 1 hegt.
Das Lösungsmittel, bevorzugt mindestens ein organisches Lösungsmittel, besonders bevorzugt Triacetin, kann vor dem Schritt (c) und / oder in Schritt (c) zugegeben werden. Insbesondere kann das Lösungsmittel vor dem Schritt (c) zur Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) und/ oder zu einer alpha-Aminosäure, bevorzugt einer alpha-Aminosäure der Formel (IV), zugegeben werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfmdungsgemäße Verfahren vor dem Schritt (c) einen weiteren Schritt cl) Zugabe mindestens eines Lösungsmittels zur Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa), wobei eine Lösung erhalten wird, in der die Menge an Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) von der Löslichkeit dieser Verbindung(en) im verwendenden Lösungsmittel bzw.
Lösungsmittelkombination abhängig ist. Bevorzugt ist eine maximal mit der Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) gesättigte Lösung. Besonders bevorzugt beträgt die Menge der Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) im Lösungsmittel bis zu 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt ca. 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht dieser Lösung.
Im Schritt (c) wird die im Schritt (cl) erhaltene Lösung entweder tropfenweise oder in einer Portion unter ständigem Rühren zur alpha-Aminosäure zugegeben. Die Mischung wird auf maximalen Temperaturen von ca. 180 °C, bervorzugt auf ca. 100 bis 140 °C, besonders bevorzugt auf 110 bis 130 °C erhitzt.
Es wurde gefunden, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn vor dem Schritt (c) die im Schritt (cl) erhaltene Lösung auf zwei Portionen geteilt wird, wobei das Verhältnis erste Portion zu zweiter Portion im Bereich von 1 : 10 bis 1 : 4, bevorzugt im Bereich von 1 : 7 bis 1 : 3, besonders bevorzugt 1 : 4 hegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erfmdungsgemäße Verfahren nach dem Schritt (cl) einen weiteren Schritt c2) Vermischen der ersten Portion der im Schritt (cl) erhaltene Lösung mit der alpha-Aminosäure, bevorzugt mit der alpha-Aminosäure der Formel (IV), und Erhitzen dieser Mischung auf maximale Temperaturen von ca. 180 °C, bervorzugt auf ca. 100 bis 140 °C, besonders bevorzugt auf 110 bis 130 °C.
Im Schritt (c) wird zur im Schritt (c2) erhaltenen Mischung tropfenweise unter ständigem Rühren die zweite Portion der im Schritt (cl) erhaltenen Lösung zugegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird neben Triacetin als Lösungsmittel auch Wasser, insbesondere destilliertes Wasser verwendet. Es wurde herausgefunden, dass die Menge an Wasser einen Einfuss auf die Ausbeute haben kann. Besonders vorteilhaft ist, wenn im Schritt (c) die Reaktionsmischung ein Verhältnis von Wasser zur Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) im Bereich von 40 : 1 bis 10 : 1, bevorzugt im Bereich von 30 : 1 bis 20 : 1, besonders bevorzugt 21 : 1 aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zusätzlich in Schritt (c) die Zugabe von Wasser umfassen. Das Wasser kann in einer Portion zur Mischung, die alpha- Aminosäure und der im Schritt (cl) erhaltenen Lösung mit mindestes einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) enthält, zugegeben werden.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass besondere Vorteile in der Erhöhung der Ausbeute und in der Verkürzung der Reaktionszeit durch die Zugabe einer Lösungsmittelmischung, wie Triacetin und Diacetin, in der Kombination mit der Zugabe mindestens eines Ammoniumsalzes, erzielt werden.
Außerdem wurde festgestellt, dass durch die gewonnene Reaktionskontrolle bei der Zugabe eines Ammoniumsalzes zusätzlich auch die Menge an Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelmischung reduziert werden kann. Das Gesamtvolumen der Reaktion kann ohne großen Ausbeuteverlust (unter 4 mol-%) halbiert werden, was ohne Zugabe eines Ammoniumsalzes nicht möglich war. Das erhöht nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, sondern führt zu einer vereinfachten Aufreinigung, vergleichbar höheren Ausbeute und nicht zuletzt einer umweltfreundlicheren Alternative mit halbierter Abfallmenge.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt (c) der im Schritt (c2) erhaltenen Mischung unter ständigem Rühren tropfenweise Wasser zugegeben. Die Zugabe von Wasser erfolgt gleichzeitig mit der Zugabe der im Schritt (cl) erhaltenen Lösung. Das Wasser wird jedoch dabei separat zugegeben, d.h. ohne Vermischung mit der zweiten Portion der in Schritt (cl) erhaltene Lösung. Die Geschwindigkeit der Wasserzugabe ist vergleichbar mit der Geschwindigkeit der Zugabe der in Schritt (cl) erhaltenen Lösung.
In Rahmen der vorliegenden Erfindung steht der Rest „Ci-4-Alkyl“ in der Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) für Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl, bevorzugt für Methyl.
Die Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) ist bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die aus (1) 2-Hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-on (auch als Cycloten oder MCP bekannt)
(2) Glyoxal
(3) 2-Oxopropanal
(4) Diacetyl
(5) 2-Hydroxycyclopentanon (2-Hydroxycyclopent-2-en-l-on)
(6) 2-Hydroxy-3-methyl-cyclopentanon (7) 2-Hydroxy-3 ,4-dimethylcyclopentanon (2-Hydroxy-3 ,4-dimethylcyclopent-2-en- 1 -on)
(8) 3,5-Dimethylcyclopentandion (2 -Hydroxy-3, 5-dimethyl-2-cyclopenten- 1-on)
(9) 2-Hydroxycyclohexanon (2-hydroxycyclohex-2-en-l-on)
(10) Acetylpropionyl (acetyl propionyl oder 2,3-pentanedion)
(11) 3,4-Hexanedion besteht, wobei
(1) 2-Hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-on (Cycloten) oder
(10) Acetylpropionyl (acetyl propionyl oder 2,3-pentanedion) besonders bevorzugt wird.
Die alpha-Aminosäure der Formel (IV) ist insbesondere aus der Gruppe ausgewählt, die aus L-/ D- / (RS)- Serin, L-/ D-/ (7?.S)-Cy stein. L-/ D-/ (7?.S)-Thrconin und Mischungen davon besteht, bevorzugt L-/ D- / (7?.S)-Scrin und L-/ D-/ (7?.S)-Cystcin. besonders bevorzugt L-Serin oder L- Cystein, ganz besonders bevorzugt L-Serin. Die verwendeten Aminosäuren können z.B. durch die enzymatische Hydrolyse von pflanzlichem Protein gewonnen werden, wenn die aus diesen Aminosäuren gewonnen aromagebenden Endprodukte/ Finalstoffe in einer natürlichen Qualität gewünscht sind.
Das molare Verhältnis einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) zur alpha-Aminosäure, bevorzugt zur alpha-Aminosäure der Formel (IV), kann im Bereich von 1: 1 bis 1:5 hegen. Im aus DE 202021104269 Ul bekannten Verfahren wird als bevorzugtes Verhältnis einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) zur alpha-Aminosäure der Formel (IV) 1:3 genannt. Überraschend wurde gefunden, dass im erfmdungsgemäßen Verfahren dieses Verhältnis lediglich 1:2, beispielsweise 1: 1 bis 1:2, betragen kann. Dies führt zu wirtschaftlichen Vorteilen des erfmdungsgemäßen Verfahrens. Die Reaktion in Schritt (c) erfolgt bei maximalen Temperaturen von ca. 180 °C, bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von ca. 100 bis 140°C, besonders bevorzugt im Bereich von ca. 110 bis 130°C, ganz besonders bevorzugt 125 °C. Im Laufe der Reaktion wurde beobachtet, dass Wasser entsteht. Die Reaktion in Schritt (c) erfolgt insbesondere über einen Zeitraum von bis zu 40 Stunden, bevorzugt über einen Zeitraum von bis zu 24 Stunden, bevorzugt von 1 bis zu 12 Stunden, besonders bevorzugt von bis zu 6 Stunden.
Der Fortschritt der Reaktion in Schritt (c) kann mittels GC-Analytik überwacht werden. Wenn keine Verbindung der Formel (II) oder (III) mehr zu detektieren ist, wird die Reaktion gestoppt, z.B. wird die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur gekühlt und ggf. wird die Reaktionsmischung mittels einer basischen Lösung, neutralisiert. Als basische Lösung kann bevorzugt eine Lösung von Alkalihydroxiden, wie zum Beispiel Natrium- oder Kaliumhydroxid-Lösung, verwendet werden.
Das Verfahren kann nach Schritt (c) zusätzlich einen weiteren Schritt
(cl) Isolieren des erhaltenen (Alkyl-)pyrazins der Formel (la) und/ oder (b) aus dem nach Schritt (c) erhaltenen Rohprodukt enthalten.
Das Isolieren in Schritt (cl) wird bevorzugt durch Rektifikation ggf. unter vermindertem Druck durchgeführt. Alternativ kann, nach Anpassung des pH-Wertes, das Rohprodukt durch eine Festphasenextraktion (SPE) aufkonzentriert und aufgereinigt werden. Die (Alkyl -)pyrazin der Formel (la) und/ oder (Ib) haltige Fraktion(en) kann(können) mit einer Reinheit von mindestens 95 Gew.-% erhalten werden. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Fraktionen können ein oder mehrere (Alkyl-)pyrazine enthalten. Die Fraktion, die mehrere (Alkyl-)pyrazine enthalten, können gegebenenfalls als Formulierung(en) weiterverwendet werden. So zum Beispiel kann eine Fraktion isoliert werden, die sowohl Trimethylpyrazin als auch Tetramethylpyrazin enthält.
Eine weitere Gewinnung des Rohproduktes aus der Reaktionsmischung kann mittels Ko-destillation mit Propylenglykol (PG) stattfmden. Dabei wird eine Mischung aus Glycerin und PG (3:2) zur Reaktionsmischung bei Raumtemperatur hinzugegeben und anschließend bei vermindertem Druck destilliert. Das so destillierte PG dient als Schleppmittel für das gebildete Pyrazin. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Triacetin oder die Triacetin - haltigen Mischungen als Lösungsmittel zugegeben, wobei 2-Hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-on (Cycloten) als Verbindung der Formel (II) oder (III) und L-Serin als alpha-Aminosäure der Formel (IV) verwendet werden. Triacetin kann nicht nur Cycloten lösen, sondern auch bei der Isolierung des gewünschten Produktes, wie Corylonpyrazin, enorme Vorteile aufweisen. Triacetin hat einen höheren Siedepunkt als Corylonpyrazin, so dass Corylonpyrazin, als Zielprodukt, mittels Rektifikation auf eine gewünschte Reinheit isoliert werden kann.
Die weitere Verbesserung des Verfahrens in der Ausbeute, Selektivität and Atomökonomie wird bei der Zugabe eines Lösungsmittelgemisches, das Triacertin und Diacetin enthält, in der Kombination mit der Zugabe von Ammoniumchlorid beobachtet.
Im nächstliegenden Stand der Technik - das Dokument DE 20 2021 104 269 Ul - wird die Isolierung des gewünschten Produktes, wie Corylonpyrazin, mittel Extraktion im Likens-Nickerson-Apparat mit Diethylether beschrieben. Diethylether bildet leichtentzündliche Dampf-Luft-Gemische, was seine Verwendung in der Industrie unerwünscht macht. Durch den Einsatz von Triacetin als Lösungsmittel ist es möglich, die Verwendung von Diethylether zu vermeiden.
Überraschend wurde auch die Steigerung der Ausbeute des Zielproduktes im Vergleich zum aus DE 20 2021 104 269 Ul bekannten Verfahren beobachtet. Die Ausbeute von Corylonpyrazin kann bis zu ca. 30 mol-% im vorliegenden erfmdungsgemäßen Verfahren betragen, wobei im Gegensatz dazu die Ausbeute von Corylonpyrazin im aus DE 20 2021 104 269 Ul beschriebenen Verfahren nur ca. 6 mol.-% beträgt. Die nach Aufreinigung bzw. Isolierung erhaltene Corylonpyrazin-haltige Fraktion kann eine Reinheit von mindestens 95 Gew.-%aufweisen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Formulierung, die insbesondere mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren hergestellt ist und die mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la) enthalten, worin
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1 - Alkyl stehen.
Die erfindungsgemäße Formulierung kann zusätzlich mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) enthalten, worin
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht,
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen. Die (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la) und (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) können voneinander getrennt werden. Zu diesem Zweck kann jede dem Fachmann bekannte Trennmethode angewendet werden. Als Trennmethode kann zum Beispiel Destillation, Kristallisation oder Chromatografie verwendet werden. Die durch diese Trennverfahren isolierten (Alkyl-)Pyrazine der Formel (la) oder (Alkyl-)Pyrazine der Formel (Ib) können für die Herstellung von Produkten, wie Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukten sowie Nahrungsergänzungsmittel verwendet werden.
Dieses (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) kann aus mindestens einer alpha-Aminosäure als einziger Stickstoffquelle hergestellt sein. Bevorzugt ist, dass eine Kombination, die mindestens eine alpha- Aminosäure und mindestens ein Ammoniumsalz umfasst, als einzige Stickstoffquelle für die Herstellung mindestens eines (Alkyl-)Pyrazins der Formel (Ib) verwendet wird. Besonders bevorzugt ist, dass eine Kombination, die aus mindestens einer alpha-Aminosäure und mindestens einem Ammoniumsalz besteht, als einzige Stickstoffquelle für die Herstellung mindestens eines (Alkyl-)Pyrazins der Formel (Ib) verwendet wird.
Die Formulierung enthält bevorzugt mindestens ca. 99,9 Gew.-%, bevorzugt mindestens ca.95 Gew.-% von mindestens einem (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib). Darüber hinaus beträgt die minimale Menge an mindestens einem (Alkyl -)Pyrazin der Formel (Ib) in der erfindungsgemäßen Formulierung ca. 0,01 Gew.-%. Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Formulierung wenigstens ca. 0,1 Gew.-% von mindestens einem (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) in einem oder mehreren für die Herstellung eines Lebensmittels geeigneten Lösungsmittel enthalten. So kann zum Beispiel im Falle einer Isolierung der Formulierung mittels SPE, in welchem Ethanol als Lösungsmittel verwendet wird, ein Produkt erhalten werden, in dem mindestens ca. 0,1 bis ca. 0,2 Gew.-% von mindestens einem (Alkyl -)Pyrazin der Formel (Ib) enthalten ist. Im Falle einer Ko-destillation mit PG, kann ein Produkt erhalten werden, in dem mindestens ca. 2 bis ca. 3 Gew.-% von mindestens einem (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) enthalten ist.
Besonders bevorzugt sind die (Alkyl-)pyrazine der Formel (Ib), in den
R1 für Wasserstoff steht und
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, wobei A für Methyl steht und B sowie C Wasserstoff bedeuten.
Ganz besonders bevorzugt sind die (Alkyl-)Pyrazine der Formel (la) oder (Ib), die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus
5-Methyl-6,7-dihydro-cyclopentapyrazin (Corylon-Pyrazin)
Pyrazin
2-Methylpyrazin
2,5-Dimethylpyrazin ,5 ,6-Trimethylpyrazin -Ethyl-3 ,6-dimethylpyrazin -Methyl-6,7-dihydro-5H-cyclopenta[b]pyrazin ,6,7,8-Tetrahydroquinoxaline (Cyclohexapyrazine) 2-Methyl-5,6,7,8-tetrahydroquinoxaline
2,5-Diethyl-3,6-dimethyl pyrazin
2,6-Diethyl-3,5-dimethyl pyrazin
besteht.
Die erfindungsgemäße Formulierung ist bevorzugt frei von Alkohol, besonders bevorzugt frei von Ethanol.
Eine Formulierung zur Aromatisierung eines Produktes, wie Lebensmittels, Genussmittels, Kosmetikoder Pharmaproduktes sowie Nahrungsergänzungsmittels, welches wenigstens 95 Gew.-% an 5-Methyl- 6,7-dihydro-cyclopentapyrazin (Corylon-Pyrazin) enthält, stellt einen bevorzugten Erfindungsgegenstand dar.
Eine Formulierung zur Aromatisierung eines Produktes, wie Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukt sowie Nahrungsergänzungsmittel, welches wenigstens 95 Gew.-% an 2,5(6)-Diethyl- 3,6(5)-dimethylpyrazin enthält, stellt einen bevorzugten Erfindungsgegenstand dar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Produkt, insbesondere Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukt sowie Nahrungsergänzungsmittel, das eine erfindungsgemäße Formulierung enthält. Der Anteil an der erfmdungsgemäßen Formulierung in diesem Produkt beträgt bis zu ca. 1000 ppm, bevorzugt von ca. 10'3 ppm bis zu ca. 750 ppm, besonders bevorzugt von ca. 0,1 bis zu 150 ppm.
Die erfindungsgemäße Formulierung kann zur Aromatisierung eines Produktes, insbesondere Lebensmittels, Genussmittels, Kosmetik- oder Pharmaproduktes sowie Nahrungsergänzungsmittel verwendet werden. Hierfür wird das Produkt, insbesondere Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaproduktes sowie Nahrungsergänzungsmittel, mit der erfmdungsgemäßen Formulierung in Kontakt gebracht. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Produktes, insbesondere Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaproduktes sowie Nahrungsergänzungsmittel, in dem die erfmdungsgemäße Formulierung mit dem Produkt in Kontakt gebracht wird.
Die Erfindung soll anhand des beigefügten Beispiels erläutert werden, ohne jedoch auf die speziell beschriebene Ausführungsform beschränkt zu sein. Die Erfindung bezieht sich auch auf sämtliche Kombinationen von bevorzugten Ausgestaltungen, soweit diese sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Angaben „etwa“ oder „ca.“ in Verbindung mit einer Zahlenangabe bedeuten, dass zumindest um 10 % höhere oder niedrigere Werte oder um 5 % höhere oder niedrigere Werte und in jedem Fall um 1 % höhere oder niedrigere Werte eingeschlossen sind.
Beispiel 1
Ausgangsstoffe:
L-Serin (500 mmol, 52,5 g),
Cycloten (250 mmol, 28 g) als 5 %ige Lösung in Triacetin (560 g) destilliertes Wasser (95 g)
L-Serin (500 mmol, 52,5 g) wird mit 112 g Cycloten-Lösung (5 %ige Lösung in Triacetin) gemischt und die Mischung wird auf ca. 110 °C erhitzt.
Die restliche Cycloten-Lösung (448 g) und das destillierte Wasser werden jeweils in einem Tropftrichter vorgelegt und erst zudosiert, wenn die Mischungstemperatur bei 110 °C ist. Die Mischung wird bei 110 -120 °C gerührt. Der Fortschritt der Reaktion wird mittels GC-Analytik überwacht. Wenn kein Cycloten mehr in der Reaktionsmischung zu detektieren ist, wird die Reaktion (z.B. durch Abkühlung auf Raumtemperatur) gestoppt und die Mischung mittels Rektifikationsapparat aufgearbeitet, um Corylonpyrazin mit einer Reinheit von mindestens 95 Gew.-% zu erhalten.
Das erhalte Produkt wurde mittels GC-FID untersucht.
Beispiel 2
L-Serin (105 mmol, 11,1 g) wird zusammen mit 116 g Cycloten-Lösung (5%ige Lösung in Triacetin) und 20 g destilliertes Wasser gemischt. Die Mischung wird unter ständigem Rühren auf 120 °C erhitzt. Der Fortschritt der Reaktion wird mittels GC-Analytik überwacht. Wenn kein Cycloten mehr in der Reaktionsmischung zu detektieren ist, wird die Reaktion gestoppt und die Mischung mittels Rektifikationsapparat aufgearbeitet, um Corylonpyrazin mit Reinheit von mindestens 95 Gew.-% zu erhalten.
Beispiel 3
L-Serin (2500 mmol; 263 g) wird zusammen mit 600 g Cycloten-Lösung (5%ige Lösung in Triacetin) gemischt und auf ca. 110 bis 120 °C erhitzt. Eine weitere Cycloten Lösung (2280 g) und destilliertes Wasser werden jeweils in Tropftrichtem vorgelegt und erst zudosiert, wenn die Mischungstemperatur bei 110 °C ist. Die Mischung wird bei 110 bis 120 °C gerührt. Der Fortschritt der Reaktion wird mittels GC - Analytik überwacht. Wenn kein Cyclotene in der Mischung zu detektieren ist, wird die Reaktion gestoppt und die Mischung wird mittels 30%ige NaOH Lösung auf pH 12 eingestellt. Die so erhaltene Mischung wird durch eine SPE- Säule geleitet und anschließend mit Ethanol eluiert. Dieser ethanolische Extrakt enthält 10000 bis 12000 ppm Corylonpyrazin und kann als natürlicher Aromaextrakt deklariert werden.
Beispiel 4
L-Serin (121 mmol; 13,9 g) wird mit Cycloten (121 mmol; 13,9 g), 138 g Glycerin; 91,8 g Propylenglycol und 45,9 g Wasser zusammengemischt. Die Mischung wird auf 120 °C erhitzt. Der Fortschritt der Reaktion wird mittels GC Analytik überwacht. Wenn kein Cycloten in der Mischung zu detektieren ist, wird die Reaktion gestoppt. Die Mischung wird unter vermindertem Druck (40 mbar) destilliert, indem die Mischung langsam auf 160 °C erhitzt wird und der Druck auf 10 mbar reduziert wird. Die gesammelte Fraktion enthält 1000 bis 5000 ppm Corylonpyrazin in PG.
Beispiel 5
L-Serin (420 mmol, 44,2 g) wird zusammen mit Cycloten (210 mmol, 24,3 g) in einer Triacetin/ Diacetin-Gemisch mit einer Verhältnis von Triacetin zu Diacetin 9: 1 (1L) vorgelegt. Die Mischung wird unter ständigem Rühren auf 125 °C erhitzt. Der Fortschritt der Reaktion wird mittels GC -Analytik überwacht. Wenn kein Cycloten mehr in der Reaktionsmischung zu detektieren ist und ca. 19 mol-% Corylonpyrazin erreicht sind, was nach ca. 72 h der Fall ist, wird die Reaktion gestoppt und die Mischung mittels Rektifikationsapparat aufgearbeitet, um Corylonpyrazin mit Reinheit von mindestens 95 Gew.-% zu erhalten. Beispiel 6
Ausgangsstoffe:
L-Serin (420 mmol, 44,1 g);
Cycloten (210 mmol, 24,3 g);
Ammoniumchlorid (420 mmol, 22,5 g);
Triacetin (463 g) und Diacetin (24,0 g).
L-Serin (2 Äq.), Ammoniumchlorid (2 Äq.) und Cycloten (1 Äq.), werden zusammen mit Triacetin (10 Äq.) und Diacetin (0,6 Äq.) in einem 1 Liter 3 -Hals-Kolben, der mit einem Rückflusskühler sowie KPG-Rührstab ausgestattet ist, vorgelegt. Die Mischung wird unter ständigem Rühren auf 125 °C erhitzt. Der Fortschritt der Reaktion wird mittels GC -Analytik überwacht. Wenn kein Cycloten mehr in der Reaktionsmischung zu detektieren ist (nach ca. 32 Stunden), wird die Reaktion gestoppt. Die Ausbeute wurde mittels GC -Analytik bestimmt und beträgt ca. 29,3 mol-%, bezogen auf die eingesetzte Molmenge von Cycloten. Die Rohmischung wurde mittels Rektifikationsapparat aufgearbeitet.
Beispiele 7-11
Das Beispiel 7 wurde analog zu Beispiel 5 durchgeführt, wobei im Unterschied zum Beispiel 5 das Verhältnis von Triacetin zu Diacetin im Beispiel 7 19: 1 betrug.
Die Beispiele 8 bis 12 wurden analog zu dem Beispiel 6 durchgeführt. Dabei wurden im Vergleich zum Beispiel 6 die Komponenten, wie L-Serin, Ammoniumchlorid und Lösungsmittel, sowie deren Mengen variiert (s. Tabelle 1).
Tabelle 1: Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, führt die Zugabe von Ammoniumchlorid zur Erhöhung der Ausbeute. Durch die Verwendung von Ammoniumchlorid in der Kombination mit einer Lösungsmittelmischung, wie Triacetin und Diacetin (s. Bsp. 10), kann die Menge an L-Serin um 50% reduziert werden, wobei im Vergleich zur Reaktion ohne Ammoniumchlorid und ohne Diacetin (s. Bsp.
8) eine vergleichbare Ausbeute des Zielproduktes - Corylonpyrazin - innerhalb kürzerer Reaktionszeit erzielt wird.
Wenn die Menge an L-Serin nicht reduziert wird, wird nach Zugabe eines Ammoniumsalzes in der Kombination mit einer Lösungsmittelmischung, wie Triacetin und Diacetin, (s. Bsp. 6) eine deutliche Erhöhung der Ausbeute und weitere Verkürzung der Reaktionszeit beobachtet. Weiterhin kann auch beobachtet werden, dass weniger bei der Aufreinigung störende Nebenprodukte entstehen, was den Prozess erheblich vereinfacht.
Außerdem wurde festgestellt, dass auch die Menge an Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelmischung reduziert werden kann (s. Bsp. 12). Das Gesamtvolumen der Reaktion kann ohne großen Ausbeuteverlust halbiert werden, was ohne Zugabe eines Ammoniumsalzes nicht möglich war. Das erhöht nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, sondern führt zu einer vereinfachten Aufreinigung, vergleichbar höheren Ausbeuten und nicht zuletzt einer umweltfreundlicheren Alternative mit halbierter Abfallmenge.
Beispiel 12
Ausgangsstoffe:
L-Threonin (22 mol, 2,62 kg);
2,3-Pentadion (11 mol, 1,1 kg);
Ammoniumchlorid (22 mol, 1,12 kg);
Triacetin (55 mol, 12,1 kg) und Glycerin (8,8 mmol 0,8 g).
L-Threonin (2 Äq.), Ammoniumchlorid (2 Äq.) und 2,3-Pentadion (1 Äq.), werden zusammen mit Triacetin (5 Äq.) und Glycerin (0,0008 Äq.) in einem 20 Liter 3 -Hals-Kolben, der mit einem Rückflusskühler sowie KPG-Rührstab ausgestattet ist, vorgelegt. Die Mischung wird unter ständigem Rühren auf 140 °C erhitzt. Der Fortschritt der Reaktion wird mittels GC- Analytik überwacht. Wenn kein 2,3-Pentadion mehr in der Reaktionsmischung zu detektieren ist (nach ca. 8 Stunden), wird die Reaktion gestoppt. Die Ausbeute wurde mittels GC -Analytik bestimmt und beträgt ca. 40 mol-% für die Isomerenmischung von 2-Ethyl-3,5(6)-dimethyl Pyrazin ((Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib)) sowie 20 mol-% für die Isomerenmischung von 2,5- Diethyl-3,6(5)-dimethyl Pyrazin ((Alkyl-)Pyrazin der Formel (la)), bezogen auf die eingesetzte Molmenge von 2,3 -Pentadion. Die Rohmischung wurde mittels Rektifikationsapparat aufgearbeitet.
Beispiele 13-17
Bei den in Beispiel 13-17 geschilderten Reaktionen handelt es sich um Reaktionen, die in 20 mL Crimp-Vials durchgeführt wurden. Dabei sollte der unterschiedliche Einfluss der Lösungsmittel sowie des Ammoniumsalzes auf das Verhältnis von Pyrazin der Formel (la) und (Ib) untersucht werden. Dazu wurden jeweils 0,5 g 2,3-Pentadione (2 mmol), 1,0 g Serin (10 mmol) in 5 mL der jeweiligen Lösungsmittel gelöst. Danach wurde unter Rühren für 24 h auf 140°C geheizt. Nach dem Abkühlen wurden die Verhältnisse von Pyrazin la und Ib mittels GC-FID ermittelt.
Tabelle 2:
Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich ist, führt die Zugabe von Ammoniumchlorid zur Erhöhung der Gesamtausbeute an Pyrazinen. Dies zeigt sich insbesondere im Beispiel 16, in welchem die Gesamtausbeute mit nur 25,6% signifikant geringer ist als in den Beispielen 13-15 und 17 erreichten Gesamtausbeuten von 55,2-66,7%.
Wie im Vergleich von Beispiel 13 mit den Beispielen 14-17 ersichtlich, kann die Zugabe von Hydroxy-Gruppen tragenden Lösungsmittel wie Glycerin und Propylenglycol das Verhältnis an erhaltenen Pyrazin der Formel (la) erhöhen. In katalytischen Mengen (Beispiele 14+15, Glycerin 0,15%) erhöht diese die Gesamtausbeute, während bei Verwendung als alleiniges Lösunsgmittel (Beispiel 17) die Seletivität stark zu Pyrazin der Formel (la) geschoben wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Formulierung, das folgende Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa)
R2-C(O)-C(O)-R3 (II) oder R2-C(O)-C(OH)=R3 (Ill)oder R2-C(O)-CH(OH)-R3 (Illa), worin
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, wobei
A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen,
(b) Bereitstellen einer alpha- Aminosäure, insbesondere einer proteinogenen alpha- Aminosäure,
(c) In Kontakt bringen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder der Formel (III) oder der Formel (Illa) und mindestens einer alpha-Aminosäure, wobei mindestens ein für die Herstellung von Lebensmitteln geeignetes Lösungsmittel, das einen Siedepunkt von mindestens 140 °C aufweist, verwendet wird, insbesondere Propylengykol, Glycerol, Citronensäuretriethylester, Diacetin, Monoacetin und/oder Triacetin, und wobei das Lösungsmittel vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren in Anwesenheit mindestens eines Ammoniumsalzes durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die alpha-Aminosäure im Schritt (b) eine alpha- Aminosäure der Formel (IV) ist, worin E für O oder S steht und
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht. rfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus
(1) 2-Hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-on (Cycloten)
(2) Glyoxal
(3) 2-Oxopropanal
(4) Diacetyl (5) 2-Hydroxycyclopentanon (2-Hydroxycyclopent-2-en-l-on)
(6) 2-Hydroxy-3-methyl-cyclopentanon
(7) 2 -Hydroxy-3 ,4-dimethylcyclopentanon (2-Hydroxy-3 ,4-dimethylcyclopent-2-en- 1 -on)
(8) 3,5-Dimethylcyclopentandion (2-Hydroxy-3,5-dimethyl-2-cyclopenten-l-on) und
(9) 2-Hydroxycyclohexanon (2-hydroxycyclohex-2-en-l-one) (10) Acetylpropionyl (2,3-Pentandion)
(11) 3 ,4-Hexanedion
(12) Methylglyoxal besteht, wobei
(1) 2-Hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-on (Cycloten)
(10) Acetylpropionyl (2,3-Pentandion) bevorzugt wird. . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alpha- Aminosäure im Schritt (b) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus L-/ D- / (7?.S')-Scrin. L-/ D-/ (RS)- Cystein, L-/ D-/ (7?.S')-Thrconin und Mischungen davon besteht, bevorzugt L-/ D- / (7?.S -Scrin und L-/ D-/ (7?.S)-Cystcin. besonders bevorzugt L-Serin oder L- Cystein, ganz besonders bevorzugt L-Serin. . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa) zur alpha- Aminosäure 1 : 1 bis 1:5, bevorzugt 1:2, beträgt. . Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von Ammoniumsalz zu mindestens einer Aminosäure in einem Bereich von 4: 1 bis 0,1: 1, bevorzugt im Bereich 2: 1 bis 0,5: 1, ganz besonders bevorzugt im Verhältnis 1: 1 hegt. . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Propylenglykol, Glycerol, Diacetin, Monoacetin, Triacetin, Citronensäuretriethylester oder Mischungen davon besteht, wobei Wasser, Ethanol, Propanol zusätzlich als Lösungsmittel zugegeben werden kann. . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion im Schritt (c)
bei maximalen Temperaturen von ca. 180 °C, bevorzugt im Bereich von ca. 100 bis 140 °C erfolgt, besonders bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von ca. 110 bis 130 °C und insbesondere über einen Zeitraum von bis zu 40 Stunden, bevorzugt über einen Zeitraum von bis zu 24 Stunden, bevorzugt von 1 bis zu 12 Stunden, besonders bevorzugt von bis zu 6 Stunden durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltene Formulierung mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la) enthält, worin
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltene Formulierung mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la) und mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) enthält, worin
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht,
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel
A B C oder A B C D darstellen worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen. Formulierung, insbesondere mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist, enthaltend mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la), und/oder mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) worin
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht,
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen. Formulierung gemäß Anspruch 12, welche mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la) und mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) enthält. Formulierung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la) und (Ib) bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus
5-Methyl-6,7-dihydro-cyclopentapyrazin (Corylon-Pyrazin), Pyrazin, 2-Methylpyrazin,
2.6-Dimethylpyrazin
2.5-Dimethylpyrazin 2,3-Dimethylpyrazin,
2.5.6-Trimethylpyrazin, 2-Methyl-6,7-dihydro-5H-cyclopenta[b]pyrazin,
2.5-Dimethyl-6,7-dihydro-5H-cyclopenta[b]pyrazin, 5,6,7,8-tetrahydroquinoxaline (Cyclohexapyrazine) und 2-Methyl-5,6,7,8-tetrahydroquinoxalin 2-Ethyl-3-methylpyrazin 2-Ethyl-3,5-dimethylpyrazin 2-Ethyl-3 ,6-dimethylpyrazin
2-Ethyl-3,5,6-trimethylpyrazin
2.3-Diethyl-5-methylpyrazin
2-Ethylpyrazin,
2.5-Diethyl-3,6-dimethyl pyrazin,
2.6-Diethyl-3,5-dimethyl pyrazin,
2.3-Diethyl-5,6-dimethyl pyrazin,
Tetraethyl pyrazin und
2.3-Diethyl pyrazin besteht, wobei 5-Methyl-6,7-dihydro-cyclopenta pyrazine (Corylon-Pyrazin) oder 2,5(6) Diethyl-3, 6(5)- dimethylpyrazin besonders bevorzugt ist. Formulierung nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass sie 2-Ethyl-3,5- dimethylpyrazin und 2-Ethyl-3,6-dimethylpyrazin in einem molaren Verhältnis von mindestens 50:50, bevorzugt mindestens 55:45, besonders bevorzugt mindestens 60:40, enthält. Ein Produkt, insbesondere Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukt sowie Nahrungsergänzungsmittel, das eine Formulierung gemäß einem der Ansprüche 12-15 enthält. Ein Produkt, insbesondere Lebensmittel, Genussmittel, Kosmetik- oder Pharmaprodukt sowie Nahrungsergänzungsmittel, das mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) enthält, das mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11 hergestellt ist. Formulierung, insbesondere mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11 hergestellt, enthaltend mindestens ein (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib), worin
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht, R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-4-
Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen.
19. Verfahren zur Herstellung einer Formulierung, das folgende Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa)
R2-C(O)-C(O)-R3 (II) oder R2-C(O)-C(OH)=R3 (Ill)oder R2-C(O)-CH(OH)-R3 (Illa), worin
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, wobei
A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen,
(b) Bereitstellen einer alpha- Aminosäure, insbesondere einer proteinogenen alpha- Aminosäure,
(c) In Kontakt bringen mindestens einer Verbindung der Formel (II) oder der Formel (III) oder der Formel (Illa) und mindestens einer alpha-Aminosäure, wobei mindestens ein Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, Propylenglykol, Glycerol (auch Glycerin oder Glyzerin), Monoacetin, Citronensäuretriethylester und / oder Diacetin ist. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, Teil eines Lösungsmittelgemisches ist, welches vor dem Schritt (c) und/oder in Schritt (c) zugegeben wird. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, zwischen 0,01 und 10 Gewichtsprozent des Lösungsmittelgemisches ausmacht, bevorzugt zwischen 0,05 und 1 Gewichtsprozent. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Lösungsmittelgemisch ein Lösungsmittel umfasst, das keine Hydroxygruppe enthält, bevorzugt Triacetin. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-23, wobei das Lösungsmittel, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, in einem Verhältnis von 0,01-5 mol.-%, bezogen auf die Verbindung der Formel (II) oder (III) oder (Illa), verwendet wird. Verwendung eines Lösungsmittels, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, zur Steigerung der Ausbeute in einem Verfahren zur Herstellung von (Alkyl -)Pyrazin, insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 19-24, insbesondere (Alkyl-)Pyrazin der Formel (la), und/oder (Alkyl-)Pyrazin der Formel (Ib) worin R1 für Wasserstoff oder Methyl steht,
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen. . Verwendung eines Lösungsmittels, das mindestens eine Hydroxygruppe enthält, zur Regulierung des molaren Verhältnisses der (Alkyl-)Pyrazine der Formel (la) und der Formel (Ib) in einem Verfahren zur Herstellung von (Alkyl-)Pyrazinen, insbesondere in einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 19-24, worin
R1 für Wasserstoff oder Methyl steht,
R2 und R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für Wasserstoff oder C 1-4- Alkyl stehen oder
R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Gruppe der Formel darstellen, worin A, B, C und D unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Ci-4-Alkyl stehen.
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