一种染料、其制备方法及用途
阅读说明：本技术 一种染料、其制备方法及用途 (Dye, preparation method and application thereof ) 是由 雷声 王晋 张翼鹏 李源栋 刘秀明 段焰青 刘亚 王猛 高莉 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种染料,所述染料为美拉德反应产物、或美拉德反应中间体、或两者的混合物。本发明还公开了所述染料的制备方法和用途。本发明的染料用于卷烟纸中色牢度高、不容易掉色、安全性高、成本低、且具有潜在特定香味的优点。(The invention discloses a dye, which is a Maillard reaction product, or a Maillard reaction intermediate, or a mixture of the Maillard reaction product and the Maillard reaction intermediate. The invention also discloses a preparation method and application of the dye. The dye disclosed by the invention has the advantages of high color fastness, high safety, low cost and potential specific fragrance when being used in cigarette paper.)
技术领域
本发明属于烟用材料领域，具体涉及一种染料、其制备方法及用途。
背景技术
目前所使用的彩色染料多以合成色素、天然色素或天然产物提取物为主。合成色素通常采用的为偶氮类染料，其材料本身及其燃烧裂解产物芳香胺含量较高，存在安全性风险，用于卷烟纸或入口食品包装纸存在安全隐患；天然色素或天然产物提取物安全性较好，但由于其稳定性差导致其色牢度较差，同时其成本也十分昂贵。
美拉德反应产物具有香气浓郁的特点，香味浓郁，安全性好，色泽深，可以用于染料；但是其美拉德反应产物易挥发、易逸失，使得产品香气色泽难以维持持久稳定。美拉德反应中间体鲜艳色泽，具有制备彩色卷烟纸的潜质，但美拉德反应中间体具有吸湿性，在湿热和有氧状态下稳定性较差；同时美拉德反应中间体为非挥发性的，其本身无气味，用于卷烟纸中在燃吸过程中能继续进行美拉德反应产生香气物质，具有增香物质的特性。
发明内容
本发明首次将美拉德反应产物、或美拉德反应中间体、或两者的混合物用于染料，并将此染料用于卷烟纸或入口食品彩色包装纸中。
本发明目的通过下列技术方案予以实现：
本发明第一方面公开了一种染料，所述染料为美拉德反应产物、或美拉德反应中间体、或两者的混合物。
优选地，所述美拉德反应产物为醇化及老化后的美拉德反应产物；所述美拉德反应中间体为饱和双氧水氧化后的美拉德反应中间体。
本发明第二方面公开了所述的染料的制备方法，所述醇化及老化后的美拉德反应产物的制备方法包括如下步骤：
①将1重量份的多肽化合物和2-5重量份的还原糖溶于4-20重量份的溶剂中，调节pH值至8-9，然后加热至100-180℃，反应5-8h后冷却到室温；
②调节pH值至8，在有氧环境、和温度60-90℃下，醇化及老化24-48h，得到美拉德反应产物分散液，除水干燥后即得到所述醇化及老化后的美拉德反应产物。
本发明第二方面还公开了所述的染料的制备方法，所述饱和双氧水氧化后的美拉德反应中间体的制备方法包括如下步骤：
(1)将1重量份的多肽和2-10重量份的还原糖溶于4-20重量份的溶剂中，调节pH值至7-9，然后加热至60-90℃，反应5-8h后冷却到室温；
(3)调节pH值至7-9，在温度100-120℃下加入0.5-1重量份的饱和双氧水，反应24-48小时后，得到美拉德中间体的分散液，除水干燥后即得到所述饱和双氧水氧化后的美拉德反应中间体。
优选地，所述多肽为小麦低聚肽、玉米低聚肽、大豆低聚肽或酶解酪素中的一种或几种，其分子量分别为500-2000；所述的还原糖为果糖、阿拉伯糖或蜂蜜中的一种或多种。
优选地，所述溶剂为水、丙二醇或甘油中的一种或多种混合物。
优选地，步骤①或步骤(1)调节pH值使用KOH，步骤②或步骤(2)调节pH值使用K2CO3。
本发明第三方面公开了所述的染料用于彩色卷烟纸的用途。
本发明第三方面还公开了所述的染料用于入口食品彩色包装纸的用途。
本发明的有益效果：
1、本发明首次将醇化及老化后的美拉德反应产物、或饱和双氧水氧化后的美拉德反应中间体、或两者的混合物用于染料，并用于卷烟纸或入口食品包装纸中。本发明的染料安全性高、成本低、且具有特定香味的优点，用于卷烟纸或入口食品包装纸中具有耐磨色牢度和光照色牢度高、不容易掉色的优点。本发明的染料可以与其他色素联合使用，提高染料的色彩色泽及其他品质。
2、本发明通过对美拉德反应产物进行醇化和老化，使得到的美拉德反应产物染料用于卷烟纸或入口食品包装纸中，色泽均匀稳定，耐磨色牢度和光照色牢度高，不容易掉色；香气和色泽能够维持持久稳定。
3、本发明首次使用经双氧水氧化后的美拉德中间体作为染料，用于卷烟纸或入口食品包装纸中具有耐磨色牢度和光照色牢度高、不容易掉色、安全性高、成本低、且具有潜在特定香味的优点。本发明通过控制温度和时间等反应条件，同时优选多肽，通过控制多肽与还原糖反应得到白色或乳白色美拉德反应中间体，通过饱和双氧水的氧化得到的美拉德反应中间体染料，用于卷烟纸或入口食品包装纸中，色泽均匀稳定，耐磨色牢度和光照色牢度高，不容易掉色；且具有提升卷烟抽吸品质的作用，安全性也能得到保证。
4、美拉德完全反应产物具有明显的特征香味，但挥发性较强且稳定性较差。而美拉德反应中间体无挥发性，其本身无气味，但在高温能够继续进行美拉德反应产生香气。本发明将美拉德反应产物和美拉德反应中间体的混合物作为染料用于卷烟纸中，本身具有特征香味，卷烟燃吸后进行香味释放，能够显著改善卷烟的燃吸品质。
5、本发明的染料的制备方法工艺简单，成本低，易于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的内容作进一步地解释说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：染料的制备并用于卷烟纸中。
步骤1、染料的制备：
称取分子量为2000的玉米低聚肽1重量份，果糖2重量份，加入到2重量份的水和2重量份的甘油中，完全溶解后，加入到水热反应釜中，用氢氧化钾调节pH值至8，密封，加热至100℃，反应5小时后取出反应釜；
然后用碳酸钾调节pH值至8，在温度60℃和敞开有氧环境下搅拌进行醇化及老化24小时后得到所述美拉德反应产物的分散液，备用。
步骤2、彩色卷烟纸的制备：
将分子量为1000的聚乙烯醇0.1重量份，加入1重量份的水中搅拌均匀后，加入步骤1美拉德反应产物的分散液(其中的含美拉德反应产物1重量份)，混合均匀后；加入20份碳酸钙、干重造纸木浆60份在配浆池中混合均匀后，在60℃下进行上色24hr；
按正常卷烟纸抄纸法生产工艺进行黑色卷烟纸的制备，卷烟纸助剂苹果酸钾1重量份在施胶段添加；得到黑色卷烟纸。卷烟纸黑色淡雅，有一定光泽，具有烘烤香。
实施例2：染料的制备并用于卷烟纸中。
步骤1、染料的制备：
称取分子量为500的大豆低聚肽1重量份，果糖2重量份、半乳糖3重量份，加入到15重量份水和5重量份丙二醇中，完全溶解后，加入到水热反应釜中，用氢氧化钾调节pH值至9，密封，加热至180℃，反应8h后取出反应釜；
然后用碳酸钾调节pH值至8，在温度90℃和敞开有氧环境下搅拌进行醇化及老化48小时后得到所述美拉德反应产物的分散液，备用。
步骤2、彩色卷烟纸的制备：
将分子量为10000的聚乙烯醇0.2重量份和分子量为5000的聚乙烯基吡咯烷酮0.3重量份，加入50重量份水中搅拌均匀后加入步骤1得到的美拉德反应产物的分散液(其中含美拉德反应产物5重量份)，混合均匀后；加入30重量份碳酸钙、造纸木浆干重100重量份在配浆池中混合均匀后，在60℃下进行上色48h；
按正常卷烟纸抄纸法生产工艺进行黑色卷烟纸的制备，卷烟纸助剂苹果酸钾1重量份和柠檬酸钾4重量份在施胶段添加；得到黑色卷烟纸。卷烟纸为黑棕色，具有坚果香。
实施例3：染料的制备并用于卷烟纸中。
步骤1、染料的制备：
称取分子量为1000的酶解酪素1重量份，果糖1重量份、黑蜂蜂蜜3重量份，加入到8重量份水和1重量份甘油中，完全溶解后，加入到水热反应釜中，用氢氧化钾调节pH值至8.5，密封，加热至150℃，反应7小时后取出反应釜；
然后用碳酸钾调节pH值至8，在温度80℃和敞开有氧环境下，搅拌进行醇化及老化36小时后得到所述美拉德反应产物的分散液，备用。
步骤2、彩色卷烟纸的制备：
向美拉德产物的分散液中加入适量的柠檬酸钾，加入水调整使得美拉德产物与水的质量比为1∶5，超声1h混合均匀即为着色剂溶液；然后对卷烟纸进行双面染色，干燥后即得到所需的美拉德产物的黑色卷烟纸；得到的卷烟纸黑色淡雅，有一定光泽，具有烘烤香。
实施例4：染料的制备并用于卷烟纸中。
步骤1、染料的制备：
称取分子量为500的小麦低聚肽1重量份，果糖2重量份，加入溶剂水3重量份和丙二醇1重量份，完全溶解后，加入反应釜中，氢氧化钾调节pH值至7，密封，加热至60℃下，反应8h，冷却到室温。然后用碳酸钾调节pH值至7，在温度100℃，加入0.5重量份的饱和双氧水，搅拌反应48小时，得到美拉德中间体的分散液。
步骤2、彩色卷烟纸的制备：
向美拉德中间体的分散液中加入适量的柠檬酸钾，加入水调整使得美拉德中间体与水的质量比为1∶5，超声1h混合均匀即为着色剂溶液；然后对卷烟纸进行双面染色，干燥后即得到所需的含美拉德中间体的彩色卷烟纸；得到的卷烟纸为淡黄色，色泽鲜艳，具有一定的烤香。
实施例5：染料的制备并用于卷烟纸中。
步骤1、染料的制备：
称取分子量为2000的玉米低聚肽0.5重量份、分子量为1000的大豆低聚肽0.5重量份，果糖5重量份、阿拉伯糖5重量份，加入溶剂水18重量份和甘油2重量份，完全溶解后，加入反应釜中，氢氧化钾调节pH值至9，密封，加热至90℃，反应8h，冷却至室温。然后用碳酸钾pH值至9，在温度120℃，加入1重量份的饱和双氧水，搅拌反应24小时，得到美拉德中间体的分散液。
步骤2、彩色卷烟纸的制备：
将分子量为2000的聚乙烯醇0.3重量份，加入25重量份的水中搅拌均匀后，加入步骤1得到的美拉德中间体的分散液(其中含美拉德中间体3重量份)，混合均匀后；加入25重量份碳酸钙、造纸木浆干重85重量份在配浆池中混合均匀后，在60℃下进行上色36hr；
按正常卷烟纸抄纸法生产工艺进行黑色卷烟纸的制备，卷烟纸助剂苹果酸钾1重量份在施胶段添加；得到黑色卷烟纸。卷烟纸为黑色，有磨砂感，具有坚果香。
实施例6：混合染料的制备并用于卷烟纸中。
步骤1、染料的制备：
将实施例1的美拉德反应产物的分散液、和实施例4的美拉德中间体的分散液混合，使得美拉德反应产物和美拉德中间体的质量比为1∶1。
步骤2、彩色卷烟纸的制备：
向上述混合物中加入适量的苹果酸钾，加入水调整使得美拉德中间体与水的质量比为1∶2，超声1h混合均匀即为着色剂溶液，对卷烟纸进行双面染色，即得到所需的含美拉德中间体的彩色卷烟纸；得到的卷烟纸为黑色，具有烘烤香。
对照例1
采用实施例3相同的制备方法，但对美拉德反应产物不进行醇化及老化步骤，制备得到对照卷烟纸1#，将实施例3卷烟纸和对照卷烟纸1#放置在40℃、相对湿度60％的恒温恒湿箱中一周，然后采用色差仪进行分析其色差，所得数据如下表1所示：
色差计算公式如下：
式中，L表示明度，A表示红绿色差，B表示蓝黄色差。
表1
实施例3卷烟纸
对照卷烟纸1#
色差ΔE
2.331
8.961
由表1可知，未进行醇化老化步骤所得的卷烟纸，其色牢度明显降低。
对照例2
采用实施例4相同的制备方法，不进行饱和双氧水处理步骤，制备得到对照卷烟纸2#，将实施4的卷烟纸和对照卷烟纸2#放置在40℃、相对湿度60％的恒温恒湿箱中一周，然后采用色差仪进行分析其色差，所得数据如下表2所示。
表2色牢度数据
ID
实施例4卷烟纸
对照卷烟纸2#
色差ΔE
3.682
8.792
由表2可知，未进行饱和双氧水处理步骤所得的彩色卷烟纸，其色牢度明显降低。
对照例3
选择与实施例6相同物理特性的白色卷烟纸a、国外某品牌合成色素棕色卷烟纸b、国产某品牌天然色素棕色卷烟纸c、以及实施例6所得的黑色卷烟纸进行以下对照试验。
偶氮检测：
按照YQ/T 62-2015《烟用纸张中可释放出特定芳香胺的偶氮染料的测定气相色谱-质谱联用法》所得数据如下表3所示。
表3芳香胺含量数据
ID
a
b
c
实施例6得到的黑色卷烟纸
总芳香胺含量：ng/Kg
1.2
243.5
24.3
2.8
由表3可知，本发明所得的黑色卷烟纸中的芳香胺含量远低于对照样，具有较好的安全性。
色牢度检测：
将上述a、b和c卷烟纸及实施例6得到的黑色卷烟纸放置在太阳光下照射一周，然后采用色差仪进行分析其色差，所得数据如下表4所示：
表4色牢度数据
ID
a
b
c
实施例6得到的黑色卷烟纸
色差ΔE
0.412
1.321
6.871
1.035
由表4可知，本发明所得的黑色卷烟纸的日照色牢度明显的优于对照样，具有较好的色牢度。
卷烟感官评价：
将上述卷烟纸采用云南中烟工业有限责任公司某牌号的叶组配方制备成卷烟烟支进行感官评价，其香气评价结果如表5所示：
表5感官评价数据
由表5可知，本发明所得的黑色卷烟纸卷制的烟支，其特征香气风格明显。因此本发明的混合染料用于卷烟纸中，本身具有特征香味，卷烟燃吸后香味特征更加明显，香气量明显提升，烟气协调性较好。能够显著改善卷烟的燃吸品质。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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