由红曲红素和红斑素得到的水溶性色素作为食品着色剂的制作方法

专利名称：由红曲红素和红斑素得到的水溶性色素作为食品着色剂的制作方法消费者对食品品质的最初判断是通过食品的颜色，至少“食品技术”(Food Technology，1986年7月，第49页)是这样认为。食品工业即使实际上并不赞成这种看法，但是已经对产品的颜色给予充分的重视，包括不断研究可以作为合适食品着色剂使用的物质，以迎合消费者的审美观。虽然天然存在的色素必定是最先使用的食品着色剂，但是化学学科的发展产生了很多合成染料，尤其是苯胺类染料，取代了天然存在的色素作为食品添加剂。合成着色剂作为一个大类有很多优点，例如颜色均匀且可重复;颜色稳定;无味;氧化和/或热和/或光稳定性等都优于天然存在的色素;资源广阔，较少受作物产量变化的影响等。由此造成的合成着色剂的广泛使用至少是可以理解的。但是，随着消费界对食品添加剂了解的加深和某些代表性实例的试验增多，造成了对食品着色剂安全性的关注。近年来，已经有一些以前曾作为食品着色剂使用的物质经历从无可非议到受到怀疑乃至禁止使用或至少限制使用的全过程。例如，在美国和其它很多国家已经禁止使用FD&C 2号红和FD&C1号紫。因为FD&C 5号黄能在敏感个体体内诱发多种过敏反应，食品与药物管理局(FDA)最近规定用它着色的食品必须在产品标签上对此加以说明。因此，现在已再次倾向于使用天然存在的色素作为食品添加剂。由习生于东方各国稻米上的红曲霉属所产生的主要色素是橙色的，在水中溶解度很小，但是容易和含氨基的化合物反应而形成水溶性着色剂。红曲霉色素在东方各国作为普通食品着色剂和酒及豆腐的着色剂使用已有数百年之久。它们可以成为水溶性的或油溶性的，并且在pH2到10的范围内稳定。它们具有热稳定性，能够进行高压消毒处理。在东方各国这类微生物通常是长在稻粒上，一旦稻粒已被红色菌丝体浸透，则将整个稻粒磨细，所得的粉末作为食品着色剂使用。据报导红曲霉属能产生几种色素，但看来多数种产生一种橙色色素作为主要的着色剂。这种水不溶性色素是红曲红素和红斑素的混合物(参见结构式Ⅰ)，其结构已由B.C.Fielding等((Tetrahedr on Letters，5∶24-27，1960)和Kumasaki等(Terahedr on，18∶1171，1962)阐明，二者的不同在于红曲红素有一个7个碳原子的链与酮羰基相连，而红斑素是5个碳原子的链。所产生的红曲红素和红斑素的比例取决于发酵条件及所用的红曲霉的具体种属或菌株，但是此比例一般是在3∶2的量级。至少有某些种，特别是紫红曲霉(M.Purpureus)，产生黄色色素-红曲黄素，它是红斑素与两摩尔氢的反应产物，是母体发色团内的两个共轭烯键被还原的结果(Y.Inouye等，Tetrahedron，18∶1195，1962)。〔附带说明，人们可能会注意到这些作者声称红曲黄素是红曲红素的还原产物。但是，红曲红素和红斑素是同系物，其差别在于分别具有C7H15和C5H11酮基侧链，而红曲黄素确定具有C5H11侧链。因此其前体必定是红斑素。应该承认，多年来普遍将红曲红素和红斑素混淆起来，缺乏明确的区分，其后果尚未完全消除。〕作为红曲霉直接发酵产物而产生的橙色色素由红曲红素-红斑素混合物构成，虽然该混合物是水不溶性的，因此作为食品着色剂的用途有限，但是一段时间以来已经发现，这些物质与伯胺反应能形成红色着色剂，其中有很多是水溶性的。Yamaguchi在美国专利3，765，906中报导，橙色的不溶性色素，无论是在发酵介质中还是作为分离物，都和水溶性蛋白质、肽或氨基酸反应，得到红色的水溶性色素。美国专利3，993，789报导了橙色水不溶性色素与氨基糖、氨基糖的聚合物、聚氨基酸和氨基醇的反应。Wong和Koehler(J.Food Science，48∶1200，1983)报导了利用不溶性橙色色素与氨基乙酸(甘氨酸)和氨基苯甲酸反应制造红色水溶性色素，他们还研究了这些色素的颜色特性及稳定性。所有上述水溶性红色色素据信具有以下的结构Ⅱ 其中结构Ⅱ是红曲红素-红斑素混合物，R1是C5H11或C7H15。尽管这些红色水溶性色素被许多文献引用而显得很重要，但是看来没有一种作为食品着色剂得到广泛的实际应用。由蛋白质水解产物与结构式Ⅰ的化合物反应得到的红色水溶性色素的混合物已在某些国家得到有限的使用。虽然这些混合物可能方便而廉价，但是它们的易变性使颜色的重复性出现一些问题，而且其组成的不定性使得为了批准它们在人用食品配方中作为食品着色剂所必需的安全性、毒性及药物/生理试验复杂化。美国专利3，993，789的专利权人Moll等指出了准确了解结构的重要性，该专利的部分目的是提供具有确定结构的红色着色剂。对于人用食品中使用的红色着色剂，合适的纯度规定为至少95%，先有技术中很少达到这一纯度。例如，Moll等用所谓红曲红素的““纯结晶形式”与各种胺反应，得到红色水溶性色素，其纯度难以描述。类似地，Wong和Koehler在所引的文献中将纯化过的重结晶母体色素(其纯度未测定)与甘氨酸、对氨基苯甲酸和L-谷氨酸反应，制得的着色剂未经分离。Kumasaki等在所引的文献中用母体色素与N-甲胺反应，产物经色谱法纯化，得到一种红色色素，其元素分析结果超过了与高纯度的正常理论值±0.3%偏差的界限。与先有技术不同，现已发现了常规制备具有适当纯度的红色色素的关键。一个关键是从红曲霉中得到高纯度的水不溶性橙色色素。第二个关键得自以下的观察结果，即，红曲红素-红斑素混合物以基本上定量的方式和实际上100%的选择性，与近似化学计量比数量的带伯 氨基的胺反应。其结果是得到纯度至少95%而且具有确定结构的红色色素。此外，其中有许多水溶性红色色素在足以使人用食品具有红色的数量下使用时没有不良味道。正如前面所提到的，某些红曲霉作为发酵产物形成水不溶性黄色色素，其结构似乎尚未阐明，但据认为是红斑素和红曲红素的还原产物，其中共轭链内的两个碳-碳双键被还原成碳-碳单键。在阐明其结构的过程中，Kumasaki等在所引的文献中制得了红曲红素-红斑素及其氨加成物的几种不同的还原产物，这取决于所采用的还原方法。与其它的还原剂不同，橙色水不溶性色素的氨加成物用硼氢化钠还原造成了异喹啉环的羰基专一性地还原成羟基。现已发现，如果红曲红素-红斑素混合物的胺反应产物(结构式Ⅱ)用硼氢化钠还原，观察到颜色由红变黄。因为目前很希望能取代称作FD&C 5号黄的煤焦油染料，所以这一观察结果刺激了进一步研究将这些还原产物作为食品着色剂使用的可能性。一种得到公认的黄色食品着色剂需要有足够的水溶性，在一定的pH范围内颜色稳定，应该具有黄色，其色调合乎食品工业现行的主观标准，并且强度较高，使其能在低浓度下使用，而且在使食品有效着色的浓度下没有明显的不良味道，最好是完全没有味道。现已确定，本发明的红色和黄色食品着色剂均符合所有这些标准。本发明的目的是提供一种高纯度的水溶性色素，尤其是能有效地作为红色或黄色食品着色剂的色素，更具体地说，是在人用食品配方中作为红色或黄色着色剂使用的色素，它在以能有效地赋予红色或黄色的数量使用时无不良味道。在一项概括的实施方案中，本发明是一种具有以下结构的水溶性色素 式中R1是C5H11或C7H15，或它们的混合物;R2是R2NH2的一部分，而R2NH2选自天然存在的氨基酸、氨基酸的烷基酯(其烷基最多含10个碳原子)、氨基醇、二肽、二肽的烷基酯(其烷基最多含10个碳原子)、含2至10个碳原子的脂族和脂环族胺、聚合胺;X为C＝O(即与前述的结构式Ⅱ相同)或为CHOH(即与后面的结构式Ⅲ相同)。一项较具体的实施方案是一种红色色素，其重量的至少95%由结构式Ⅱ的同系物构成。在一项更具体的实施方案中，R2是R2NH2的一部分，而R2NH2为天然存在氨基酸的烷基酯。在一项更为具体的实施方案中，该烷基酯是天然存在氨基酸的烷基酯，其中烷基部分含有1到4个碳原子。在另一项实施方案中，R2NH2是一种二肽或该二肽的烷基酯，其氨基酸组分均为天然存在的氨基酸。本发明的第二方面是一种使人用食品配方具有红色或黄色的方法，包括在配方中加入水溶性的红色色素，色素重量的至少95%由结构式Ⅱ的同系物构成。本发明的另一方面是提供一种能作为黄色食品着色剂使用的物质，尤其是在很多食品应用中代替FD&C 5号黄的物质。在一项具体的实施方案中，该着色剂具有以下结构式Ⅲ所示的结构。在一项更具体的实施方案中，此结构中的R2NH2基团是氨基醇。在更为具体的实施方案中，此氨基醇是多元氨基醇。在另一项实施方案中，R2NH2是一种二肽，其氨基酸组分均为天然存在的氨基酸。随后的讨论将使其它的实施方案显而易见。总之，本发明的一个方面是基于以下发现，即，如果用硼氢化钠还原红曲红素-红斑素混合物Ⅰ，则得到具有以下结构式Ⅳ的水不溶性黄色色素，它随后可以与伯胺反应，生成具有以下结构式Ⅲ的水溶性黄色色素。制造水溶性黄色色素的另一种方法是，先通过橙色母体色素与胺反应形成水溶性红色色素Ⅱ，接着用硼氢化钠将Ⅱ还原。 本发明还以能够由红曲红素-红斑素混合物产生红色色素为根据，该混合物重量的至少95%具有结构式Ⅱ。本发明在这一方面的成功是基于能够生产高纯度的红曲红素-红斑素混合物，即橙色母体色素的混合物，其重量的至少95%(一般是97%以上)相应于结构式Ⅰ的物质。在另一方面，本发明的成功是基于以下的观察结果，即，红曲红素-红斑素混合物以基本上定量而且实际上100%选择性的方式与近似化学计量的伯胺基团反应，形成结构式Ⅱ的产物。我们对大量的水溶性红色色素Ⅱ的鉴定表明，它们在足以使食品着色的数量下使用时无不良味道，因此本发明首次由红曲霉制得了能够代替FD&C 2号红及FD&C 40号红的红色食品着色剂。结构式Ⅱ或Ⅲ的水溶性色素在作为食品着色剂使用时，其用量在大约50ppm和0.6%(重量)之间，这取决于所要着色的食品、所要求的颜色强度、以及本发明的色素是否是红色或黄色的唯一来源。因为通常的作法是使用几种着色剂以使食品配方具有所要求的特定色调和强度，所以本发明的色素常常与其它的食品着色剂配合使用，不管它们可能是什么颜色。可以用在我们发明的食品着色剂中的一类胺是天然存在的氨基酸。它们都具有L构型(甘氨酸例外，它没有不对称碳原子)，包括丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、3，5-二溴酪氨酸、3，5-二碘酪氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、甲状腺素、色氨酸、酪氨酸和缬氨酸。很多由氨基酸形成的色素即使在食品着色所要求的低用量下，也有在某些情形下可能被认为是不良的特殊味道，因此优选羧酸基被“中和”的氨基酸衍生物，游离的羧酸基最好是发生酯化。饱和脂族醇的酯是合适的，优选酯中烷基最多含10个碳原子，特别是烷基含1至4个碳原子的烷基酯。上述天然氨基酸的甲酯、乙酯和丙酯在本发明的实施中特别理想。已经发现，所具有的R2基团符合对R2NH2的这些要求的食品着色剂，表现出优异的水溶性和良好的红色特征，几乎没有不良的味道，因此是实施本发明的优选实施方案。另一类相应于结构式Ⅱ或Ⅲ的理想的食品着色剂是，R2N的母体胺R2NH2为二肽，特别是其组分均为上面列举的天然存在氨基酸的二肽。没有必要列出能用来实施本发明的各种二肽，因为二肽中的天然存在氨基酸可以随意取代。二肽中的羧基仍会造成不良的味道，因此推荐二肽的中性衍生物，特别是饱合脂族醇的酯，其烷基含有不多于10个碳原子，优选1至4个碳原子。天冬氨酸与苯丙氨酸缩合而成的二肽的甲酯，或天冬氨酸-苯丙氨酸〔N-L-α-天冬氨酰-L-苯丙氨酸1-甲酯;3-氨基-N-(α-羧苯乙基)琥珀酰胺酸N-甲酯;通常称为天冬甜素〕，是实施本发明的特别优选的二肽。另一类特别推荐的着色剂具有相应于氨基醇的R2NH2作为R2N基团的母体。可以使用最多含有约10个碳原子的简单氨基醇，但优选具有2至4个碳原子的氨基醇，包括直链的末端取代的氨基醇，例如2-氨基乙醇、3-氨基丙醇、4-氨基丁醇、5-氨基戊醇、6-氨基己醇、7-氨基庚醇、8-氨基辛醇、9-氨基壬醇、10-氨基癸醇。支链氨基醇也可以用，其实例有2-羟基丙胺、2-氨基丙醇-1、3-氨基丁醇-1、3-氨基丁醇-2、2-氨基丁醇-1、1-氨基丁醇-2、1-氨基丁醇-3等。在氨基醇中优选多元氨基醇。“多元氨基醇”是指氨基醇的每个分子中含有一个以上的羟基。其实例有糖胺，尤其是四糖、五糖、和六糖的胺，其通式为H2NCH2(CHOH)nCHO(其中n＝2、3或4)或HOCH2(CHOH)x(CHNH2)(CHOH)yCHO(其中x+y+1是2、3或4)，例如氨基山梨糖、葡糖胺、甘露糖胺和半乳糖胺。糖醇的胺类，尤其是末端羟甲基中的一个被转化成氨甲基而形成的那些糖醇胺，是另一类优选的多元醇，其通式为HOCH2(CHOH)nCH2NH2(其中n是2、3或4)或HOCH2(CHOH)x(CHNH2)(CHOH)yCH2OH(其中x+y+1是2、3或4)，例如1-氨基-1-脱氧-D-葡糖醇(1-氨基-1-脱氧山梨醇;还原葡糖胺)、刺桐胺、甘露糖胺、半乳糖胺、核糖胺、阿糖胺、来苏糖胺、2-氨基甘露糖醇、2-氨基葡糖醇和2-氨基核糖醇。可以成功地用于实施本发明的另一类着色剂，所含R2相应的R2NH2为含有2至10个碳原子的脂族和脂环族胺，尤其是含有2至6个碳原子的那些胺。这些胺包括乙胺、丙胺、丁胺、戊胺和己胺;环戊胺、环己胺、甲基环丁胺等。对这类烃基的主要限制是其链长不应使水溶性显著降低，因为本发明的食品着色剂需要有足够高的水溶性以便能作为食品着色剂使用。在实施本发明时也可以使用聚合胺，只要它们不影响所必需的溶解性。这类胺的实例包括聚(乙烯胺)、聚(烯丙胺)等。本发明的红色食品着色剂有几个对于它们成功地用于食品配方中来说很重要的特点。它们都在光谱的紫外-可见部分显示出吸收，吸收值与浓度和溶剂有关。但是，在浓度约为10-3M和溶剂含50-80%甲醇、50-20%pH为3的盐酸水溶液(10-3M)时，它们都在465-515纳米的范围内有一个吸收峰，吸收峰的位置最好是在480-505纳米范围，消化系数至少为4×104(Lcmmol-1)，优选至少为8×104，最优选的是至少约105。这些食品着色剂在用于例如使不起泡饮料着色时还必须能在水中充分溶解，以产生所要求的必要强度的红色。这种最低限度的溶解度当然取决于具体的食品着色剂的消光系数和所要求的颜色强度。最重要的要求大概是，在以能产生所要求的红色的用量使用时，食品着色剂一定不能使所着色的食品配方有任何不良味道。即使食品着色剂的用量可能比较低，有些着色剂也会使所着色的食品产生显著的不良味道。这不仅取决于所用的具体食品着色剂，也取决于具体的食品配方。本发明的黄色食品着色剂有几个对于它们成功地用于食品配方中来说很重要的特点。它们都在光谱的紫外-可见部分显示出吸收，吸收值在某种程度上与浓度及溶剂有关。但是，在浓度约为10-3M和溶剂含50-80%甲醇、50-20%pH为3的盐酸水溶液(10-3M)时，它们都在465-515纳米的范围内有一个吸收峰，吸收峰的位置最好是在480-505纳米范围，消光系数至少为4×104(Lcm mol-1)，优选大于105。这些食品着色剂在用于例如使不起泡饮料着色时也必须能在水中充分溶解，以产生所要求的必要强度的黄色。这种最低限度的溶解度当然取决于具体的食品着色剂的消光系数和所要求的颜色强度。最重要的要求大概是，在用于人用食品配方中时，食品着色剂在能产生所要求的黄色的浓度下必须不使食品配方产生任何可觉察的不良味道。即使食品着色剂的用量可能很低，个别着色剂也会使所着色的配方产生显著的不良味道。这不仅取决于所用的具体食品着色剂，也取决于具体的食品配方。红色着色剂可以在低至约50ppm和高至0.6%(重量)的浓度下单独使用。在与其它着色剂配合使用时，本发明的红色食品着色剂可以以相应的较低用量使用，这取决于第二种着色剂的浓度、所要求的颜色及色调等。我们的食品着色剂可以用在许多种需要红色的食品配方中。可以使用我们这种着色剂的示例性但不完全的食品清单包括糖果、酸奶、冰激凌、其它速冻甜食、明胶胶冻、充气饮料和不起泡饮料、粉状干酪混合物、成形海产品及肉类。以下实施例只用来说明本发明，而决不限制本发明。红色色素的制备为制备红色色素Ⅱ，采用以下步骤，仅作微小的变动。在装有搅棒和气体入口(为形成氮气保护层)、pH电 和温度计的100毫升三颈圆底烧瓶中，装入0.2克橙色母体色素。为得到最佳结果应使用尽可能高纯度的母体色素，最好是纯度至少为96%的母体色素。加入30克甲醇，搅拌混合物直到均匀和pH读数恒定。在搅动的溶液中加入化学计量数量的胺，可以以游离碱或盐的形式加入。如果加胺后pH是酸性的，则加入碱，通常是加入0.01N的氢氧化钠，直到pH近似为7而且恒定。胺和母体色素之间的反应在室温下一般不超过2小时，但在大多数情况下反应在几分钟内即完成。然后减压蒸发掉甲醇，将产物重新溶在乙醇中，将该乙醇溶液过滤除掉无机盐，随后在30℃减压蒸除乙醇，得到红色色素，通常为晶状固体。为使结果最佳，推荐使用尽可能高纯度的母体色素。因为我们已经发现伯胺和母体色素之间的反应基本上是定量的，所以反应中只使用了化学计量数量的胺(或胺盐)。在pH为7左右或更高及室温下，反应通常很快发生。一般在几分钟内反应即完成，但是这取决于所用的胺、温度、母体色素的稀释程度、以及反应的规模。分析步骤用高效液相色谱法和分光光度法(紫外和可见光)相结合进行分析。用Hewlett Packard 1090型高效液相色谱仪进行色谱分析，该仪器带有在200-600纳米范围内敏感的二极管阵列检测器，使用2.1×200毫米的Hypersil C18柱，在室温和0.5毫升/分的流速下操作。在梯度洗脱中使用pH为3.0的盐酸水溶液和甲醇作为两种独立的溶剂体系。将浓度为3.0毫克/毫升的一份4微升的色素甲醇溶液注入柱中。根据着色剂的疏水性，采用的溶剂梯度是65-85%甲醇、50-70%甲醇或35-55%甲醇。所有的梯度均以每分钟1%的速度变化。在210纳米处监测洗脱液，并且在474纳米处监测母体色素或在510纳米处监测红色色素Ⅱ。根据所有有机物均在210纳米处有吸收的合理假定，在该波长处的吸收是有机物总量的量度。因此在210纳米处检测到的每个色谱峰的面积量度了与该峰相应的所有有机物的丰度。所以，210纳米处的纯度指的是相应于某个峰的所有有机物的纯度。另一方面，无论是474还是510纳米处的吸收，都只是所存在的有色物质的量度。因此，在474或510纳米处检测到的任何色谱峰的面积百分数都是其光谱纯度的量度，即，该峰对由474或510纳米处的吸收量度的所有生色峰的相对贡献。任何一个峰的均一性都可以通过在洗脱过程的不同时刻(例如刚好在最大峰值之前、在最大峰值时和在最大峰值稍后的时刻)得到的完整的紫外和可见光谱来确定。如果该峰实际上只代表一种组分，那么在峰洗脱期间的多少不同的时刻得到的三个谱图应该完全可以重叠。因此，对紫外光谱可重合性的偏离是任何一个峰的均一性或纯度的量度。用此方法来判断母体色素Ⅰ和红色色素Ⅱ的均一性。在所有的情况下都有两个经高效液相色谱洗脱出的主峰，其中之一相应于R1＝C5H11(红斑素或其红色色素衍生物)，是较早的洗脱峰，另一个则相应于R1＝C7H15(红曲红素或其红色色素类似物)，是较后的洗脱物。母体色素分析标准用制备高效液相色谱在前述的色谱柱上将两次重结晶的母体色素进一步纯化，用75%甲醇-25%pH为3的盐酸水溶液作为洗脱液。色素被分辨成两个级分，收集后减压蒸发洗脱液中的甲醇得到结晶物。过滤得到结晶，用水洗，真空干燥。经高效液相色谱分析发现，峰Ⅰ(R1＝C5H11)含有1.4%的C7同系物。峰Ⅱ(R1＝C7H15)是纯物质，不含可测到的其它组分。然后用这些纯化过的色素建立一条多点标准曲线，用于随后的母体色素分析。甘氨酸红色色素Ⅱ分析标准将溶在60℃甲醇中的浓度为3%(重量)的基本上纯的母体色素与等摩尔的浓度为40%(重量)的甘氨酸水溶液混合，在室温下用氢氧化钠调至pH为7.0。反应完全后，在45℃下减压蒸除甲醇和水。用制备高效液相色谱将生成的红色甘氨酸色素衍生物纯化，使衍生物分辨成一个较早的R1＝C5H11洗脱峰和一个较后的R1＝C7H15洗脱峰。用62%甲醇和38%pH为3.0的盐酸水溶液洗脱，得到两个级分，其洗脱时间与前述的两个分离峰相对应。将各级分用氢氧化钠中和至pH7，然后在45℃下减压除去甲醇和水。把这样得到的干燥物重新溶解在最低数量的纯异丙醇中，过滤除掉不溶解的盐类。然后减压蒸除异丙醇。经分析高效液相色谱发现，较早的洗脱峰含有1.4%的一种未经鉴定的杂质，它在510纳米处有吸收，保留时间较短。后面的洗脱峰也含有1.4%的第二种组分，看来是C5H11同系物。用这些纯化的色素建立一条多点标准曲线，用于甘氨酸红色色素的高效液相色谱分析。纯母体色素与纯甘氨酸的反应经上述分析方法和母体色素标准测定，分析纯的母体色素不含可测出的杂质，将它与分析纯级的甘氨酸反应，如前述分离出红色色素。反应产物一式三份用HPLC标准曲线分析红色甘氨酸色素，发现其纯度为102%，即，没有可测出的杂质存在。此实验的结果表明反应不仅是定量的，而且母体色素以100%的选择性参与转化。用简单的高效液相色谱分析得到的其它红色色素的纯度以上使用纯化的甘氨酸红色衍生物对其C5及C7形式进行严格的高效液相色谱分析，表明典型的甘氨酸红色色素生产过程只得到两种预期的色素。虽然还没有所合成的每种胺衍生物的纯度标准，但是可以用简单的高效液相色谱分析来分析这些衍生物的纯度，作法是测定红色色素峰的面积百分数，这些峰可以分离出来并且用510纳米波长光的吸收来量度。这些结果表明，纯化过的母体色素与不同胺的反应生成预期的两种化合物，用面积百分数计算出的光谱纯度通常高于95%。赖氨酸是一个例外，它既有α-氨基又有ε-氨基，因此能够形成四种衍生物。与甘氨酸乙酯的反应也生成四种衍生物，这是因为与用作反应溶剂的甲醇发生酯基转移作用。甲基和乙基衍生物的存在都已独立地由核磁共振分析所证实。使用红斑素和红曲红素的纯结晶母体色素，提供了一种可靠的方法用来生产纯的红色色素衍生物，其中没有可测出的由其它色素、副产物或分解产物造成的污染。表1 红色色素Ⅱ的光谱纯度R2NH2光谱纯度a甘氨酸 100乙醇胺 93甘氨酸乙酯b 99赖氨酸c 96谷氨酸 100还原葡糖胺 96a.检测器在510纳米处测得的色素峰相对于高效液相色谱洗脱的物质总量的百分数。b.既含甲酯又含乙酯，见正文。c.既含α-又含ε-胺衍生物。表2 典型色素Ⅱa的光谱特性胺b 最大吸收波长c εd还原葡糖胺 518 52836葡糖胺 510 38687牛磺酸 510 63884天冬甜素 506 49182甘氨酸乙酯 510 41664甘氨酸 510 65306亮氨酸 510 42215异丁胺 510 99699乙醇胺 516 96863a.由大约60/40的C7H15/C5H11同系物混合物构成的色素。b.R2NH2。c.使用50-80%甲醇-10-3M HCl水溶液时的最大吸收波长(纳米)。d.消光系数(Lcm mol-1)。红色色素Ⅱ在不起泡饮料中的不良气味阈值制备了几种pH为3.4的不起泡饮料，其中Ⅱ的含量相当于1.3、4、12、36、108和324ppm。由专家评味小组对制备物取样，测定所选择的红色着色剂不良味道的发生，结果总结于表3中。阈值越高，色素味道的不良程度越小。表3 不合格气味的阈值(ppm)R2NH2阈值D-还原葡糖胺 108甘氨酸 36L-谷氨酸 108L-赖氨酸 324单乙醇胺 36这些结果表明，各种胺的不良味道阈值有很大差别，甘氨酸和单乙醇胺显示出最强烈的不良味道。合成黄色食品着色剂Ⅲ的一般步骤在一个配有瓶塞、搅棒和pH电极的100毫升三颈圆底烧瓶中，装入0.1克结构式Ⅱ的水溶性红色色素，再加入15克甲醇。在红色色素完全溶解后，加入固体硼氢化钠，其数量等于1/4的化学计量数量再过量5%(重量)。立即形成黄到褐-橙色，在23℃下将混合物搅动约30分钟。滴加0.01M HCl水溶液，使pH近似为5.3，以便分解过量的硼氢化钠，然后加入20毫升无水乙醇。在30℃于30磅/平方英寸的真空度下蒸发乙醇，然后将得到的固体重新溶解在乙醇中。将乙醇混合物过滤除去无机物，然后除掉乙醇，得到产物黄色色素Ⅲ，用于进一步的试验和鉴定。用高效液相色谱分析黄色食品着色剂的纯度采用实施例1给出的色谱条件，根据225纳米处的紫外吸收确定纯度。将着色剂溶在甲醇中，浓度为3.0毫克/毫升，将4微升溶液注入柱中。根据着色剂的疏水性，所用的溶剂梯度为65-85%甲醇、50-70%甲醇、或35-55%甲醇，梯度以每分钟1%变化。在205纳米处监测洗脱液，对甲醇的吸收作校正。对色谱图作积分，着色剂洗脱峰(由482纳米处的吸收确定)的纯度由它在205纳米处的吸收与色谱图在205纳米处的总吸收的相对数值确定。黄色色素Ⅲ的紫外光谱对于与C5H11和C7H15异构体相应的主要级分，从200到600纳米进行紫外光谱扫描。洗脱物的扫描图是在与洗脱液最高浓度相应的时刻得到的，该浓度由在482或205纳米处工作的紫外检测器确定。下面的表4总结了黄色色素Ⅲ的一些更突出的特点。表4 典型色素Ⅲ的部分特性胺a 纯度b λCmax εd无 72.2 482 127147还原葡糖胺 96.2 478 64300牛磺酸 76.2 476 76247天冬甜素 81.8 490 225517甘氨酸乙酯 81.1 484 60269甘氨酸 87.5 476 245359亮氨酸 96.8 482 191953异丁胺 95.1 482 100663乙醇胺 98.7 482 166341a.R2NH2，其中R2指的是Ⅲ中的R2。b.纯度由高效液相色谱数据(在λ＝205纳米处的检测器)，利用C5H11和C7H15异构体的面积百分数计算。c.在紫外-可见光谱中的最大吸收波长(纳米);溶剂为40-80%甲醇-10-3M HCl水溶液。d.消光系数(Lcm mol-1)。核磁共振谱数据橙色水不溶性母体色素Ⅰ的结构由C-13核磁共振数据得到证实，利用了由INADEQUATE(难以置信的天然丰度双量子转移实验)脉冲序列得到的C-C连接关系资料。对R2＝-CH2COOC2H5的色素Ⅲ进行了类似的实验。此实验的结果证实了黄色色素的结构为Ⅲ，该实验的详情可在索要时提供。对于溶解在甲醇-d4中的几个色素Ⅲ样品得到了C-13核磁共振谱。碳谱是在NT300谱仪上于75MHz得到的，采用了双能级宽带质子去耦(0.5和5瓦)，45°脉冲，扫描宽度10000Hz，8K数据点，脉冲之间的延迟时间为2秒。位移参照溶剂CD3OD峰，该峰出现在以四甲基硅烷为基准的49ppm处。结果总结于下面的表5中。表中所用的编号系统见下图，其中数字1-5是侧链R1的碳原子。权利要求1.一种具有以下结构的水溶性色素其中R1是C5H11或C7H15，或是它们的混合物；R2是R2NH2的一部分，而R2NH2选自天然存在的氨基酸、氨基酸的烷基酯(其烷基最多含有10个碳原子)、氨基醇、二肽、二肽的烷基酯(其烷基最多含有10个碳原子)、含2至10个碳原子的脂族和脂环族胺、聚合胺；X为C=O或CHOH。2.权利要求1的色素，其中R2NH2是氨基醇。3.权利要求2的色素，其中氨基醇是多元氨基醇。4.权利要求1的色素，其中R2NH2是天然存在的氨基酸。5.权利要求1的色素，其中R2NH2是天然存在氨基酸的烷基酯，其烷基部分含有1至4个碳原子。6.权利要求1的色素，其中R2NH2是二肽，它的每个氨基酸组分都是天然存在的氨基酸。7.权利要求1的色素，其中R2NH2是二肽的烷基酯，它的每个氨基酸组分都是天然存在的氨基酸，酯基的烷基部分最多含10个碳原子。8.权利要求7的色素，其中二肽酯是天冬甜素。9.权利要求1的色素，其中R2NH2是还原葡糖胺。10.权利要求1的色素，其中X为C＝O，颜色为红色，其结构是权利要求1的色素，其中X为CHOH，颜色为黄色，其结构是11.一种使人用食品配方产生红色的方法，该方法包括在所述食品配方中加入其数量足以产生所述红色的权利要求10所限定的水溶性红色色素。12.一种使人用食品配方产生黄色的方法，该方法包括在所述食品配方中加入其数量足以产生所述黄色的权利要求11所限定的水溶性黄色色素。全文摘要由红曲霉产生的橙色水不溶性色素红曲红素和红斑素，通过与化学计量数量的带伯胺官能基有机物反应，可转化成高纯度的红色水溶性色素；通过与化学计量数量的带伯胺官能基有机物反应并随后将环羰基还原成羟基，可转化成高纯度的黄色水溶性色素。这些红色色素适合作为许多种食品配方，尤其是人用食品配方的着色剂，并且常常作为FD&C2号红和4号红的合适替代物。黄色色素是理想的食品着色剂，在有效的用量下不使食品产生不良味道。文档编号C07D491/048GK1058519SQ9110528公开日1992年2月12日 申请日期1991年8月3日 优先权日1990年8月3日发明者爱德华·J·圣马丁, 保罗·R·库列克, 伊莱恩·T·舒马赫, 罗纳德·P·罗尔巴赫 申请人:美国环球油品公司