Furaneol CAS 3658-77-3

3. Daglig kemikalie och tobak
Dagliga kemiska produkter: Som essensens råmaterial kan furanon ge bestående fruktdoft för schampo och duschgel, och maskera den skarpa lukten av kemiska ingredienser.
Tobaksarom: I cigarettfiltertillsatser minskar furanon tjärirritation, ökar rökkomforten och ger en unik karamelleftersmak.
Naturlig och syntetisk jämförelse: Även om spårmängder av furanon finns i naturliga ingredienser som ananas och jordgubbar, är deras innehåll inte tillräckligt för att möta industriella behov. Livsmedelsindustrin använder i allmänhet kemiska syntesmetoder (som hydroxiketonlaktonreaktion) för att framställa furanon med hög -renhet, vilket bara är 1/10 av kostnaden för naturlig extraktion.

Inom medicinområdet: ett mångsidigt tillvägagångssätt från antiinfektion till anti-tumör

Furanons antibakteriella, anti-inflammatoriska och antibiofilmaktiviteter har gjort det till ett hett ämne inom läkemedelsutveckling, och dess verkningsmekanism täcker följande riktningar:

1. Brett-antibakteriellt medel
Grampositiva/negativa bakterier: Genom att störa cellmembranpermeabiliteten hämmar de bildandet av biofilmer av patogena bakterier som Escherichia coli och Staphylococcus aureus. Till exempel kan 2 (5H) --furanon minska vidhäftningen av unga tjockskalade musslor och hämma bildandet av marin bakteriell biofilm.

1. Hypotes om furanonsyntes i jordgubbar

Figur 1 Hypotes om biosyntesvägen för furanon i jordgubbsfrukt. 4-hydroxi-5-metyl-2-metylen-3 (2H)-furanon HMMF; 4-hydroxi-2, 5 - dimetyl-3 (2 h)-furanon HDMF; Jordgubbskinonoxidoreduktas (FaQR); F. Ananassa ketonoxidoreduktas FaEO; F. Ananassa O-metyltransferas FaOMT.

Rena sedan delvis ett enzym som är involverat i HDMF-biosyntes. Den observerade fördelningen av enzymaktivitet är relaterad till närvaron av en enda peptid. Sekvensanalys visade att enzymet är helt identiskt med proteinsekvensen för ett moget inducerbart auxinberoende kinonoxidoreduktas (FaQR). FaQR-protein uttrycks funktionellt i Escherichia coli och katalyserar bildningen av HDMF. 4-hydroxi-5-metyl-2-metyl-3 (2H) - furanon (HMMF) identifierades som ett naturligt substrat för FaQR och en prekursor för HDMF (Figur 1).

FaQR katalyserar reduktionen av alfa- och beta-omättade bindningar i högreaktivt keten HMMF, senare omdöpt till F Ananassa ketonoxidoreduktas (FaEO). FaEO reducerar inte dubbelbindningarna av rakkedjiga 2-enal och 2-enal, utan hydrerar snarare vissa HMMF-derivat substituerade med metylenfunktionella grupper. HMMF upptäcktes också i tomat- och ananasfrukter, vilket indikerar att HDMF syntetiseras genom liknande vägar i olika frukter. Kloning av Solanum lycopersicon EO (SlEO) från cDNA och identifiering av det rekombinanta proteinet. Biokemiska studier har bekräftat att SlEO är involverad i bildandet av HDMF i tomatfrukter. Jämfört med de andra två NAD (P) H-beroende icke-flavonreduktaserna, uppvisar FaEO och SlEO smalare substratspektra. Tills nyligen, för att belysa den molekylära mekanismen för den speciella reaktion som katalyserades av FaEO, bestämdes dess kristallstruktur i sex olika tillstånd eller komplex, inklusive komplex med HDMF och tre substratanaloger. Resultaten indikerar att 4R-hydriden av NAD (P) H överförs till den omättade yttre ringens C-6-kol i HMMF, vilket bildar en optiskt inaktiv enol-mellanprodukt, som sedan genomgår protonering för att bilda HDMF.

Det är värt att notera att vissa rapporter tyder på att produktionen av furanon kanske inte är en direkt aktivitet av växternas metaboliska vägar, utan snarare en gemensam ansträngning av jordgubbsplantor och en relaterad bakterie - Methanobacterium. Den föreslagna vägen är dock inte övertygande eftersom det finns motstridiga rapporter om de sista stegen av HDMF och DMMF, och spårämnesexperiment stöder inte den föreslagna omvandlingen av mellanprodukter laktos och 6-deoxi-D-fruktos-1-fosfat till furanon.

2. Jästsyntes avFuraneol

Som den huvudsakliga smakkomponenten i fermenterad sojasås har HEMF isolerats från fermenterad sojasås för första gången. Bildandet av HEMF främjades genom att odla salttolerant jäst, Zygosaccharomyces rouxii, i ett medium innehållande reaktionsprodukterna av ribos och glycinaminokarbonyl (Maillard). Mekanismen för föreningen studerades med hjälp av dess stabila isotoper. Det pentagonala skelettet och sidokedjans metyl av HEMF härrör från ribos, medan etylgruppen härrör från D-glukos eller acetaldehyd. Jästens roll i bildandet av HEMF är inte bara att tillhandahålla D-glukosmetaboliter (acetaldehyd), utan också att binda Maillard-reaktionsprodukter med D-glukosmetaboliter.

Efter inkubation med några fosfatkolhydrater hittades bildningen av HMF i det cytoplasmatiska extraktet av Saccharomyces cerevisiae. Eftersom HMF spontant bildas från ribulos-5-fosfat via Maillard-intermediären 4,5-dihydroxi-2,3-pentandion kan man anta att ribulos-5-fosfat enzymatiskt genereras i cytoplasmatiska extrakt och sedan omvandlas till HMF genom kemiska reaktioner. Denna hypotes bekräftades av produktionen av hydroximetylfurfural i en blandning innehållande kommersiellt tillgängliga enzymer och isotopmärkt D-glukos-6-fosfat. Intressant nog har HMF identifierats som en extracellulär signalmolekyl Al-2 katalyserad av LuxS-enzym och spelar en roll i bakteriell intercellulär kommunikation. Den kemiska bildningen av Al-2 från 5-fosfatribulos kan också ske in vivo, vilket kan vara orsaken till den Al-2-liknande aktiviteten i organismer som saknar luxS-gener.

Processen för HDMF-bildning i Z. rouxii-jäst under olika odlingsförhållanden studerades med användning av D-1,6-difosfatfruktos som råmaterial. När D-1,6-difosfatfruktos används som enda kolkälla är tillväxten av Z. rouxii-jäst och bildandet av HDMF inte signifikant. Även om Z. rouxii-jästceller växer i ett medium med D-glukos som enda kolkälla, produceras HDMF endast när D-fruktos-1,6-difosfat tillsätts. HDMF-nivån är konsekvent korrelerad med jästcellantal och D-fruktos-1,6-difosfatkoncentration. Efter tillsats av 1-13C-D-fruktos-1,6-difosfat bildades endast enkelmärkt HDMF, medan omärkt furanon efter tillsats av 13C6-D-glukos bildades. Därför är kolet i HDMF helt och hållet härlett från exogent D-fruktos-1,6-difosfat. Ett högre pH-värde i odlingsmediet har en positiv effekt på bildandet av HDMF, men det kan fördröja celltillväxt, så det optimala pH-värdet är 5,1. Saltstress stimulerade produktionen av HDMF. Tillsats av o-fenylendiamin (ett infångningsreagens för - dikarbonyl (Maillard) mellanprodukt) till odlingsmediet kan ge tre kinolonderivat härledda från D-fruktos-1,6-difosfat. Identifieringen av denna struktur bekräftade för första gången den kemiska bildningen av 1-deoxi-2,3-hexadisas-6-fosfat, en intermediär i HDMF-bildningsvägen som var allmänt förväntad men aldrig upptäckt. På grund av det faktum att HDMF endast är tillgängligt i Z Det detekterades i närvaro av Rouxii-celler, därför antas det att det finns fler enzymsteg involverade. Vid rumstemperatur kan HDMF också genereras kemiskt i en lösning innehållande D-fruktos-1,6-difosfat och NAD (P) H. NAD (P) H är nödvändigt, och appliceringen av märkta prekursorer indikerar att hydriden av D-fruktos-1,6-difosfatskelettet överförs till C-6. De biologiska och kemiska processerna för att generera HDMF från D-fruktos-1,6-difosfat verkar följa en liknande väg.

Naturliga produkter med optisk aktivitet uppvisar unikt enantiomert överskott under biosyntes på grund av stereoselektivitet och enzymkatalyserade reaktioner. Även om det förväntas att HDMF kommer att genereras genom kombinationen av Z. rouxii-jäst och fruktenzymer, är den naturligt förekommande föreningen racemisk. Den snabba racemiseringen av HDMF förklarar detta fenomen på grund av ketoenolernas tautomerism. 1H-NMR och kiral kapillärelektroforesanalys av protondeuteriumutbyte på furanonringen av C-2 visade att racemiseringshastigheten för HDMF var den lägsta vid pH 4-5. Därför, för att verifiera den enzymatiska bildningen av HDMF, genomförde vi inkubationsexperiment med Z. rouxii-jäst- och jordgubbsproteinextrakt vid pH 5. Bildandet av enantiomeriskt anrikat HDMF bekräftades i båda experimenten, medan racemisk furanon detekterades under neutrala pH-förhållanden.

3. Bakteriesyntes av furanon

HDMF detekterades efter 4 dagars tillväxt av Pichia capsulata på kaseinpeptonmedium innehållande L-rhamnos. Stabil isotopförhållande masspektrometrianalys bekräftade att L-rhamnos är kolkällan för HDMF. Tidsförloppsexperimentet ledde till hypotesen att HDMF bildas av en mellanprodukt som produceras av Pichia pastoris under den termiska steriliseringsprocessen av odlingsmediet, som föreslagits av den lutherska konjugativa jästen. På liknande sätt, i resultaten av Maillard-reaktionen, detekterades HDMF i mediet som framställts genom upphettning av socker och aminosyror. I samma fermenteringsmedium ökade HDMF-nivåerna också genom fermentering av Lactococcus lactis subsp. cremoris.

4. Sammanfattning av syntesen av furanon

3 (2H) - furanonföreningar har låga lukttrösklar och lockande aromegenskaper, vilket gör dem till viktiga aromatiska kemikalier. De bildas kemiskt av olika kolhydrater under Maillard-reaktionen och finns därför i många bearbetade livsmedel, vilket bidrar till produktionen av arom. Men furanon kan också produceras av jäst, bakterier och växter, och dess fysiologiska funktion kan vara relaterad till redoxaktivitet. Även om deoxisocker såsom L-rhamnos är effektiva prekursorer för HDMF i Maillard-reaktionen, har D-1,6-difosfatfruktos identifierats som en naturlig prekursor i frukt. I jordgubbsfrukter omvandlas fosforylerade kolhydrater till HMMF genom eliminering av fosfat och vatten, och HMMF reduceras slutligen till HDMF av FaEO (FaQR). Metyleringen av HDMF leder till ackumulering av DMMF och katalyseras av FaOMT. Sammantaget har betydande framsteg gjorts för att klarlägga de biosyntetiska vägarna för naturligt furanon i mikroorganismer och växter på grund av tillämpningen av isotopmärkta prekursorer. Inom en snar framtid kommer förståelsen av genomsekvensen för skogsjordgubbar att hjälpa till att upptäcka gener med saknade HDMF-vägar, och förbättrade avbildningssystem kommer att hjälpa till att lokalisera intracellulärt furanon. Att förstå de relevanta generna och enzymerna kommer att ge en grund för produktion av naturligt furanon genom bioteknik.