Furaneoler en duftforsterker med den kjemiske formelen C6H8O3 og CAS 3658-77-3. Den fremstår som et hvitt til lysegult fast stoff med en sterk karamellaroma, samt en rik fruktig og syltetøysmak. Når den er fortynnet, har den en bringebæraroma. Lett å oksideres med luft, produktet lagres fortynnet med propylenglykol, og duften er spesielt sterk i svake sure medier. Naturlige produkter finnes i ananas, jordbær, druer, kaffe, mango, oppvarmet biffsuppe, vin og mer. Spormengder finnes i mat, tobakk og drikke, og en duftterskel på 0,04 ppb har en betydelig duftforsterkende effekt, noe som gjør den mye brukt som en duftforsterker i mat, tobakk og drikkevarer; Selv om furanon er mye tilstede i naturlige produkter, kan det lave innholdet ikke dekke daglige behov, og næringsmiddelindustrien bruker for det meste syntetiske produkter.
|
|
|
|
Kjemisk formel |
C6H8O3 |
|
Nøyaktig messe |
128 |
|
Molekylvekt |
128 |
|
m/z |
128 (100.0%), 129 (6.5%) |
|
Elementær analyse |
C, 56.25; H, 6.29; O, 37.46 |
Furanoner (kjemisk formel C6H8O3) er en klasse av heterosykliske forbindelser med unike kjemiske strukturer. Furanringen og ketonkarbonylgruppene som er tilstede i molekylene deres, gir dem omfattende reaktivitet og biologisk aktivitet. Fra naturlig forekommende sporkomponenter til kunstig syntetiserte industrielle råvarer, furanon har vist ulike bruksverdier innen felt som mat, medisin, landbruk og materialvitenskap.
Med sin sterke karamellaroma og komplekse fruktige aromaer (som jordbær, ananas, bringebær) har den blitt en stjerneingrediens innen matduft. Aromaterskelen er ekstremt lav (0,04ppb), og tilsetning av en liten mengde kan øke smaksnivået til produktet betydelig. Det er mye brukt i følgende scenarier:
1. Matkrydder
Søt mat: I iskrem, godteri, gelatin og pudding, ved å styrke karamell- og fruktbunnen, maskeres bi-smakene til kunstige søtningsmidler, noe som forsterker mykheten i smaken. For eksempel begrenser FEMA (Food Flavor Extract Manufacturers Association) bruken i godteri til 10 mg/kg.
Bakte produkter: synergistisk med vanillin og maltol, forbedrer bakearomaen til brød og kaker, og forlenger smaksbevaringstiden.
Kjøttprodukter: Simuler den rike smaken av oppvarmet biffsuppe og forbedre smakstapet av steriliserte kjøttprodukter ved lav-temperatur.
2. Drikkearomaforbedring
Alkoholholdige drikker: I vin og øl forsterker aromakonsentrasjonseffekten i et svakt surt medium vinens fruktige og lagrede tekstur. FEMA tillater bruk i alkoholholdige drikker i en dose på opptil 60 mg/kg.
Brus:Furaneolsammensatt med sitronsyre og eplesyre for å skape et tropisk fruktsmakssystem og redusere sukkerinnholdet.
3. Daglig kjemikalie og tobakk
Daglige kjemiske produkter: Som essensens råmateriale kan furanon gi varig fruktduft for sjampo og dusjgelé, og maskere den skarpe lukten av kjemiske ingredienser.
Tobakkssmak: I sigarettfiltertilsetninger reduserer furanon tjæreirritasjon, øker røykekomforten og gir en unik karamellettersmak.
Naturlig og syntetisk sammenligning: Selv om spormengder av furanon finnes i naturlige ingredienser som ananas og jordbær, er ikke innholdet tilstrekkelig til å dekke industrielle behov. Næringsmiddelindustrien bruker vanligvis kjemiske syntesemetoder (som hydroksyketonlaktonreaksjon) for å fremstille furanon med høy-renhet, som bare er 1/10 av kostnadene ved naturlig ekstraksjon.
Innen medisin: en allsidig tilnærming fra antiinfeksjon til anti-svulst
De antibakterielle, anti-inflammatoriske og antibiofilmaktivitetene til furanon har gjort det til et hett tema i legemiddelutvikling, og virkningsmekanismen dekker følgende retninger:
1. Bredt-antibakterielt middel
Grampositive/negative bakterier: Ved å forstyrre cellemembranpermeabiliteten hemmer de dannelsen av biofilmer av patogene bakterier som Escherichia coli og Staphylococcus aureus. For eksempel kan 2 (5H) - furanon redusere festingen av juvenile tykke skjell og hemme dannelsen av marin bakteriell biofilm.
Antifungal aktivitet: Studier har vist at furanon induserer trehaloseakkumulering i Candida albicans-celler, blokkerer hyfemorfologisk transformasjon og utøver soppdrepende effekter uten hemolytisk toksisitet til menneskelige røde blodlegemer.
2. Anti-kreftpotensial
Cellesyklusregulering: Furanonderivater hemmer topoisomeraseaktivitet, blokkerer kreftcelle-DNA-replikasjon og induserer apoptose. For eksempel viste 3-hydroksy-4-metyl-5-etyl-2 (5H) furanon hemmende effekt på spredningen av brystkreft MCF-7 celler in vitro.
Anti-angiogenese: Noen furanonforbindelser kan hemme uttrykket av vaskulær endotelial vekstfaktor (VEGF), kutte tilførselen av tumorernæring og øke effektiviteten når de kombineres med kjemoterapimedisiner.
3. Anti-inflammatoriske og antioksidantegenskaper
Ved å fjerne frie radikaler, hemme NF - κ B-signalveien og redusere inflammatoriske responser, har det vist terapeutisk potensial i modeller for leddgikt og enteritt. Dens antioksidantaktivitet (ORAC-verdi på 5000 μmol TE/g) gjør den til en kandidatråvare for utvikling av helseprodukter.
Anvendelsen av furanon og dets derivater i landbruket går over fra tradisjonelle plantevernmidler til biologisk kontroll, med hovedretningene inkludert:
1. Plantevernmidler
Insektdrepende aktivitet: Flupyradifuron (utviklet av Bayer), som et fjerde generasjons neonikotinoid insektmiddel, kontrollerer effektivt piercing, sugende orale skadedyr som bladlus og hvitfluer ved å blokkere insektacetylkolinreseptorer, og er trygt for ikke-målorganismer som bier. Dens formulerte produkter, som Sivanto Prime, er registrert i over 50 land over hele verden og brukes til avlinger som tomater og sitrus.
Antibakteriell og sykdomsforebygging: Furanonderivater kan indusere systemisk resistens (SAR) i planter, og øke motstanden mot dunet og gråmugg. For eksempel kan sprøyting av furanonløsning i druedyrking redusere forekomsten av sykdommer med 40 %.
2. Biomassekonvertering
Enzymatisk nedbrytning: Alfa-L-rhamnose (en furanosidase) kan hydrolysere polyrhamnose i plantecellevegger, og frigjøre fermenterbart sukker for bioetanolproduksjon. Dette enzymet har betydelig effektivitet i konverteringen av landbruksavfall som maisstøver og sukkerrørbagasse, og reduserer kostnadene for biodrivstoff.
Estergruppen og den konjugerte dobbeltbindingen gir den unik reaktivitet, noe som gjør den til et nøkkelråmateriale for syntetisering av funksjonelle materialer:
1. Biologisk nedbrytbar plast
Åpen sløyfepolymerisering kan fremstille polyestermaterialer, med en biologisk nedbrytningshastighet som er tre ganger høyere enn tradisjonell PET, og mekaniske egenskaper (strekkstyrke opptil 50 MPa) som oppfyller kravene til emballasjematerialer. For eksempel har YXY-prosessen utviklet av Avantium i Nederland oppnådd industriell produksjon av furanbasert polyester (PEF).
2. Legemiddelbærer
Nanopartikler modifisert med furanon, slik som polymelkesyrefuranon-kopolymerer, kan oppnå kontrollert frigjøring av medikamenter og forlenge vedlikeholdstiden for legemiddelkonsentrasjon i blodet i tumormålrettet terapi. Eksperimenter har vist at denne typen bærer kan øke svulstinhiberingsraten for doksorubicin med 25 %.
3. 3uraktivt middel
Furanonderivater (som sulfonsyresalter) har lav kritisk micellekonsentrasjon (CMC), som kan redusere overflatespenning og toksisitet for vannlevende organismer i vaskemidler, i tråd med trenden med grønn kjemi.
Biosyntesen avFuraneol
1. Hypotese om furanonsyntese i jordbær
Figur 1 Hypotese om biosynteseveien til furanon i jordbærfrukt. 4-hydroksy-5-metyl-2-metylen-3 (2H)-furanon HMMF; 4-hydroksy-2, 5 - dimetyl-3 (2 h)-furanon HDMF; Jordbærkinonoksidoreduktase (FaQR); F. Ananassa ketonoksidoreduktase FaEO; F. Ananassa O-metyltransferase FaOMT.
Deretter renser du delvis et enzym involvert i HDMF-biosyntese. Den observerte fordelingen av enzymaktivitet er relatert til tilstedeværelsen av et enkelt peptid. Sekvensanalyse viste at enzymet er helt identisk med proteinsekvensen til en moden induserbar auxinavhengig kinonoksidoreduktase (FaQR). FaQR-protein er funksjonelt uttrykt i Escherichia coli og katalyserer dannelsen av HDMF. 4-hydroksy-5-metyl-2-metyl-3 (2H) - furanon (HMMF) ble identifisert som et naturlig substrat for FaQR og en forløper for HDMF (figur 1).
FaQR katalyserer reduksjonen av alfa- og beta-umettede bindinger i svært reaktivt keten HMMF, senere omdøpt til F Ananassa ketonoksidoreduktase (FaEO). FaEO reduserer ikke dobbeltbindingene til rettkjedede 2-enal og 2-enal, men hydrogenerer heller noen HMMF-derivater substituert med metylenfunksjonelle grupper. HMMF ble også påvist i tomat- og ananasfrukter, noe som indikerer at HDMF syntetiseres gjennom lignende veier i forskjellige frukter. Kloning av Solanum lycopersicon EO (SlEO) fra cDNA og identifikasjon av det rekombinante proteinet. Biokjemiske studier har bekreftet at SlEO er involvert i dannelsen av HDMF i tomatfrukter. Sammenlignet med de to andre NAD (P) H-avhengige ikke-flavonreduktasene, viser FaEO og SlEO smalere substratspektre. Inntil nylig, for å belyse den molekylære mekanismen til den spesielle reaksjonen katalysert av FaEO, ble dens krystallstruktur bestemt i seks forskjellige tilstander eller komplekser, inkludert komplekser med HDMF og tre substratanaloger. Resultatene indikerer at 4R-hydridet til NAD (P) H overføres til den umettede ytre ringen C-6-karbon av HMMF, og danner et optisk inaktivt enol-mellomprodukt, som deretter gjennomgår protonering for å danne HDMF.
Det er verdt å merke seg at noen rapporter tyder på at produksjonen av furanon kanskje ikke er en direkte aktivitet av plantens metabolske veier, men snarere en felles innsats av jordbærplanter og en relatert bakterie - Methanobacterium. Den foreslåtte ruten er imidlertid ikke overbevisende ettersom det er motstridende rapporter om de siste trinnene til HDMF og DMMF, og sporstoffeksperimenter støtter ikke den foreslåtte konverteringen av mellomprodukter laktose og 6-deoksy-D-fruktose-1-fosfat til furanon.
2. Gjærsyntese avFuraneol
Som hovedsmakskomponenten i fermentert soyasaus har HEMF blitt isolert fra fermentert soyasaus for første gang. Dannelsen av HEMF ble fremmet ved å dyrke salttolerant gjær, Zygosaccharomyces rouxii, i et medium som inneholdt reaksjonsproduktene av ribose og glycinaminokarbonyl (Maillard). Mekanismen til forbindelsen ble studert ved å bruke dens stabile isotoper. Det femkantede skjelettet og sidekjedemetylet til HEMF er avledet fra ribose, mens etylgruppen er avledet fra D-glukose eller acetaldehyd. Rollen til gjær i dannelsen av HEMF er ikke bare å gi D-glukosemetabolitter (acetaldehyd), men også å binde Maillard-reaksjonsprodukter med D-glukosemetabolitter.
Etter inkubasjon med noen fosfatkarbohydrater ble dannelsen av HMF funnet i cytoplasmatisk ekstrakt av Saccharomyces cerevisiae. Siden HMF spontant dannes fra ribulose-5-fosfat via Maillard-mellomproduktet 4,5-dihydroksy-2,3-pentandion, kan det antas at ribulose-5-fosfat blir enzymatisk generert i cytoplasmatiske ekstrakter og deretter omdannet til HMF gjennom kjemiske reaksjoner. Denne hypotesen ble bekreftet ved produksjon av hydroksymetylfurfural i en blanding som inneholder kommersielt tilgjengelige enzymer og isotopmerket D-glukose-6-fosfat. Interessant nok har HMF blitt identifisert som et ekstracellulært signalmolekyl Al-2 katalysert av LuxS-enzym og spiller en rolle i bakteriell intercellulær kommunikasjon. Den kjemiske dannelsen av Al-2 fra 5-fosfatribulose kan også skje in vivo, noe som kan være årsaken til den Al-2-lignende aktiviteten i organismer som mangler luxS-gener.
Prosessen med HDMF-dannelse i Z. rouxii-gjær under forskjellige kulturbetingelser ble studert ved å bruke D-1,6-difosfatfruktose som råmateriale. Når D-1,6-difosfatfruktose brukes som eneste karbonkilde, er veksten av Z. rouxii-gjær og dannelsen av HDMF ikke signifikant. Selv om Z. rouxii-gjærceller vokser i et medium med D-glukose som eneste karbonkilde, produseres HDMF bare når D-fruktose-1,6-difosfat tilsettes. HDMF-nivået er konsekvent korrelert med antall gjærceller og D-fruktose-1,6-difosfatkonsentrasjon. Etter tilsetning av 1-13C-D-fruktose-1,6-difosfat ble det kun dannet enkeltmerket HDMF, mens det etter tilsetning av 13C6-D-glukose ble dannet umerket furanon. Derfor er karbonet til HDMF helt avledet fra eksogent D-fruktose-1,6-difosfat. En høyere pH-verdi på kulturmediet har en positiv effekt på dannelsen av HDMF, men det kan forsinke celleveksten, så den optimale pH-verdien er 5,1. Saltstress stimulerte produksjonen av HDMF. Tilsetning av o-fenylendiamin (et innfangningsreagens for - dikarbonyl (Maillard) mellomprodukt) til kulturmediet kan gi tre kinolonderivater avledet fra D-fruktose-1,6-difosfat. Identifikasjonen av denne strukturen bekreftet for første gang den kjemiske dannelsen av 1-deoksy-2,3-heksadisase-6-fosfat, et mellomprodukt i HDMF-formasjonsveien som var allment forventet, men aldri oppdaget. På grunn av det faktum at HDMF kun er tilgjengelig i Z. Det ble oppdaget i nærvær av Rouxii-celler, derfor antas det at det er flere enzymtrinn involvert. Ved omgivelsestemperatur kan HDMF også genereres kjemisk i en løsning som inneholder D-fruktose-1,6-difosfat og NAD (P) H. NAD (P) H er nødvendig, og påføring av merkede forløpere indikerer at hydridet til D-fruktose-1,6-difosfat-ryggraden eller C-6 overføres til C-6. De biologiske og kjemiske prosessene for å generere HDMF fra D-fruktose-1,6-difosfat ser ut til å følge en lignende vei.
Naturlige produkter med optisk aktivitet viser unikt enantiomert overskudd under biosyntese på grunn av stereoselektivitet og enzymkatalyserte reaksjoner. Selv om det forventes at HDMF vil bli generert gjennom kombinasjonen av Z. rouxii gjær og fruktenzymer, er den naturlig forekommende forbindelsen racemisk. Den raske racemiseringen av HDMF forklarer dette fenomenet på grunn av tautomerismen til ketoenoler. 1H-NMR og kiral kapillærelektroforeseanalyse av protondeuteriumutveksling på furanonringen til C-2 viste at racemiseringshastigheten til HDMF var den laveste ved pH 4-5. Derfor, for å verifisere den enzymatiske dannelsen av HDMF, utførte vi inkubasjonseksperimenter med Z. rouxii gjær- og jordbærproteinekstrakt ved pH 5. Dannelsen av enantiomert anriket HDMF ble bekreftet i begge forsøkene, mens racemisk furanon ble påvist under nøytrale pH-forhold.
3. Bakteriesyntese av furanon
HDMF ble påvist etter 4 dagers vekst av Pichia capsulata på kaseinpeptonmedium inneholdende L-rhamnose. Massespektrometrianalyse av stabilt isotopforhold bekreftet at L-rhamnose er karbonkilden til HDMF. Tidsforløpseksperimentet førte til hypotesen om at HDMF dannes av et mellomprodukt produsert av Pichia pastoris under den termiske steriliseringsprosessen av kulturmediet, som foreslått av den lutherske konjugative gjæren. Tilsvarende, i resultatene av Maillard-reaksjonen, ble HDMF påvist i mediet fremstilt ved oppvarming av sukker og aminosyrer. I samme fermenteringsmedium ble HDMF-nivåene også økt ved fermentering av Lactococcus lactis subsp. cremoris.
4. Sammendrag av syntesen av furanon
3 (2H) - furanonforbindelser har lave luktterskler og lokkende aromaegenskaper, noe som gjør dem til viktige aromatiske kjemikalier. De er kjemisk dannet av forskjellige karbohydrater under Maillard-reaksjonen, og finnes derfor i mange bearbeidede matvarer, og bidrar til produksjon av aroma. Men furanon kan også produseres av gjær, bakterier og planter, og dets fysiologiske funksjon kan være relatert til redoksaktivitet. Selv om deoksysukker som L-rhamnose er effektive forløpere for HDMF i Maillard-reaksjonen, har D-1,6-difosfatfruktose blitt identifisert som en naturlig forløper i frukt. I jordbærfrukt blir fosforylerte karbohydrater omdannet til HMMF ved eliminering av fosfat og vann, og HMMF reduseres til slutt til HDMF av FaEO (FaQR). Metyleringen av HDMF fører til akkumulering av DMMF og katalyseres av FaOMT. Totalt sett har det blitt gjort betydelige fremskritt i å belyse biosyntetiske veier for naturlig furanon i mikroorganismer og planter på grunn av bruken av isotopmerkede forløpere. I nær fremtid vil forståelsen av genomsekvensen til skogsjordbær bidra til å oppdage gener med manglende HDMF-veier, og forbedrede bildesystemer vil bidra til å lokalisere intracellulært furanon. Å forstå de relevante gener og enzymer vil gi et grunnlag for produksjon av naturlig furanon gjennom bioteknologi.
Biologiske og farmakologiske aktiviteter av furanon
1. Den antibakterielle effekten av furanon på menneskelige patogene bakterier og sopp
Furanon er en viktig aromatisk forbindelse som finnes i jordbær, ananas og bearbeidet mat, kjent for å ha flere biologiske aktiviteter i dyremodeller. Denne studien undersøkte den antibakterielle effekten av furanon på menneskelige patogene mikroorganismer. Resultatene viste at furanon har bred-antibakteriell aktivitet mot grampositive bakterier, gramnegative bakterier og sopp, og har ingen hemolytisk effekt på menneskelige røde blodlegemer. For å bekrefte den antifungale aktiviteten til furanon, undersøkte vi akkumulering av intracellulær trehalose som en stressresponsmarkør for giftige stoffer og dens effekt på dimorfismen til Candida albicans. Resultatene indikerer at furanon induserer en betydelig akkumulering av trehalose i celler og utøver sin antifungale effekt ved å forstyrre den seruminduserte hyfemorfologien. Disse resultatene tyder på at furanon kan være et terapeutisk middel med bred-antibakteriell aktivitet mot humane patogene mikroorganismer.
2. NøkkelmatenFuraneol(4-hydroksy-2,5-dimetyl-3 (2H) - furanon) og Sotolon (3-hydroksy-4,5-dimetyl-2 (5H) - furanon) aktiverer spesifikt forskjellige luktreseptorer
Furanoner dannet i Maillard-reaksjonen er typisk naturlige aromatiske nøkkelforbindelser som finnes i mange matvarer. Økonomisk viktige er de strukturelle isomerene furanon og Sotoketone, som har unike karamell- og smakssmaker og er viktige naturlige krydderforbindelser. Dette kan imidlertid ikke forutsies av formen på luktmolekyler. Tvert imot kan aktiveringsparametrene til reseptorene deres bidra til å dekode kodingen av luktkvalitet. Her indikerer de unike luktegenskapene til furanon og Sotoketone at minst to av våre rundt 400 forskjellige typer luktreseptorer er aktivert, og fungerer som molekylære biosensorer for vår kjemiske lukt. Når en luktreseptor er identifisert som Sotoketon, er det reseptorspesifikke furanonet fortsatt uklart. I en luminescensanalyse basert på HEK-293-celler brukte vi en toveis screeningsmetode med 616 reseptorvarianter og 187 viktige matlukter. Vi har nylig oppdaget at OR5M3 er en reseptor spesifikt aktivert av furanon og soyasausketon (Homofuranonel, 5-etyl-4-hydroksy-2-metyl-3 (2H) - furanon).
OR5M3 er en reseptor spesifikt aktivert av furanon og homofuranoneol (5-etyl-4-hydroksy-2-metyl-3 (2H) - furanon)
3. En gjennomgang av det kjemiske og farmakologiske potensialet til furanonskjelett
Furanonstrukturer er en viktig klasse av heterosykliske forbindelser som ofte forekommer i naturlige produkter med betydelige farmakologiske effekter, og forskningsfeltet utvides stadig. De har et bredt spekter av farmakologiske aktiviteter: anti katarakt, anti-kreft, antibakteriell, anti-inflammatorisk og antikonvulsiv. Denne artikkelen gir en gjennomgang av forskningsfremgangen, syntesemetoder og biologiske effekter av naturlige furanonforbindelser. Fastfasemetode, krysskoblingsreaksjon, Maillard-reaksjon, cykloaddisjonsreaksjon mellom alkohol og fenyloksidnitril og sidekjedemodifikasjonsreaksjon er flere typer reaksjoner for fremstilling av furanonderivater. Denne artikkelen gjennomgår forberedelsesmetodene og farmakologiske aktiviteter til furanonskjeletter, som vil hjelpe medisinske kjemikere med å designe og implementere nye metoder for å søke etter nye medisiner.
4. Identifikasjon av 2,5-dimetyl-4-hydroksy-3 [2H]-Furaneol-d-glukuronsyre som hovedmetabolitten av menneskelige jordbærsmakskomponenter
2,5-dimetyl-4-hydroksy-3 [2H] furanone ®, DMHF [3658-77-3] er en viktig aromakomponent i jordbærfrukt. Bestem utskillelse ved å påvise nivåer av DMHF og DMHF glukuronsyre i urin. DMHF-glukuronsyre ble syntetisert og dens struktur ble identifisert av 1H, 13C, 2D kjernemagnetisk resonans og massespektrometridata. Innholdet av DMHF-glukuronsyre i human urin ble bestemt ved revers-fase høyytelses væskekromatografi (XAD-2) fastfaseekstraksjon, online ultrafiolett/synlig spektroskopi (UV/VIS) eller elektrospray - tandem massespektrometri (elektrospray - tandem massespektrometri). Mannlige og kvinnelige frivillige utskilte henholdsvis 59-69 % og 81-94 % av den totale DMHF-dosen (fri og glykosidbundet DMHF i jordbær) i urinen i løpet av 24 timer i form av DMHF-glukuronid. I jordbærfrukt er utskillelsen av DMHF uavhengig av doseringen av DMHF og forholdet mellom frie og glykosidbindende former. Dihydrofuran, dihydrofuran-glukosid og deres 6'-o-malonyl-derivater som er naturlig tilstede i jordbær, ble ikke påvist i menneskelig urin.
Populære tags: furaneol cas 3658-77-3, leverandører, produsenter, fabrikk, engros, kjøp, pris, bulk, til salgs