Furaneoler en duftforstærker med den kemiske formel C6H8O3 og CAS 3658-77-3. Det fremstår som et hvidt til lysegult fast stof med en stærk karamelaroma samt en rig frugtagtig smag og marmelade. Når den er fortyndet, har den en hindbæraroma. Produktet er let at oxidere med luft, det opbevares fortyndet med propylenglycol, og dets duft er særligt stærk i svagt sure medier. Naturlige produkter findes i ananas, jordbær, vindruer, kaffe, mango, opvarmet oksekødssuppe, vin og meget mere. Spormængder findes i fødevarer, tobak og drikkevarer, og en dufttærskel på 0,04 ppb har en betydelig duftforstærkende effekt, hvilket gør den meget brugt som en duftforstærker i fødevarer, tobak og drikkevarer; Selvom furanon er meget til stede i naturlige produkter, kan dets lave indhold ikke opfylde daglige behov, og fødevareindustrien bruger for det meste syntetiske produkter.
|
|
|
|
Kemisk formel |
C6H8O3 |
|
Præcis masse |
128 |
|
Molekylvægt |
128 |
|
m/z |
128 (100.0%), 129 (6.5%) |
|
Elementær analyse |
C, 56.25; H, 6.29; O, 37.46 |
Furanoner (kemisk formel C6H8O3) er en klasse af heterocykliske forbindelser med unikke kemiske strukturer. Furanringen og ketoncarbonylgrupperne, der er til stede i deres molekyler, giver dem omfattende reaktivitet og biologisk aktivitet. Fra naturligt forekommende sporkomponenter til kunstigt syntetiserede industrielle råmaterialer har furanon vist forskellige anvendelsesværdier inden for områder som fødevarer, medicin, landbrug og materialevidenskab.
Med sin stærke karamelaroma og komplekse frugtaromaer (såsom jordbær, ananas, hindbær) er den blevet en stjerneingrediens inden for fødevareduft. Dens aromatærskel er ekstremt lav (0,04ppb), og tilføjelse af en lille mængde kan forbedre smagsniveauet af produktet markant. Det er meget udbredt i følgende scenarier:
1. Madkrydderi
Sød mad: I is, slik, gelatine og budding, ved at styrke karamel- og frugtbasen, maskeres bismagene fra kunstige sødestoffer, hvilket forstærker smagens blødhed. For eksempel begrænser FEMA (Food Flavor Extract Manufacturers Association) dets brug i slik til 10 mg/kg.
Bagte produkter: Synergistisk med vanillin og maltol, forstærker bagearomaen af brød og kager og forlænger smagsopbevaringstiden.
Kødprodukter: Simuler den rige smag af opvarmet oksekødssuppe og forbedre smagstabet af steriliserede kødprodukter ved lav-temperatur.
2. Drik aromaforbedring
Alkoholholdige drikkevarer: I vin og øl forstærker aromakoncentrationseffekten i et svagt surt medium vinens frugtige og lagrede tekstur. FEMA tillader dets brug i alkoholholdige drikkevarer i en dosis på op til 60 mg/kg.
Læskedrikke:Furaneolblandet med citronsyre og æblesyre for at skabe et tropisk frugtsmagssystem og reducere sukkerindholdet.
3. Daglig kemikalie og tobak
Daglige kemiske produkter: Som essensens råmateriale kan furanon give varig frugtduft til shampoo og brusegel og maskere den skarpe lugt af kemiske ingredienser.
Tobaksaroma: I cigaretfiltertilsætningsstoffer reducerer furanon tjæreirritation, øger rygekomforten og giver en unik karamel eftersmag.
Naturlig og syntetisk sammenligning: Selvom spormængder af furanon er til stede i naturlige ingredienser som ananas og jordbær, er deres indhold ikke tilstrækkeligt til at opfylde industrielle behov. Fødevareindustrien bruger generelt kemiske syntesemetoder (såsom hydroxyketonlaktonreaktion) til at fremstille furanon med høj-renhed, hvilket kun er 1/10 af omkostningerne ved naturlig ekstraktion.
Inden for medicin: En alsidig tilgang fra anti-infektion til anti-tumor
Furanons antibakterielle, anti-inflammatoriske og anti-biofilmaktiviteter har gjort det til et varmt emne i lægemiddeludvikling, og dets virkningsmekanisme dækker følgende retninger:
1. Bredspektret-antibakterielt middel
Gram positive/negative bakterier: Ved at forstyrre cellemembranpermeabiliteten hæmmer de dannelsen af biofilm af patogene bakterier som Escherichia coli og Staphylococcus aureus. For eksempel kan 2 (5H) - furanon reducere vedhæftningen af unge tykskallede muslinger og hæmme dannelsen af marin bakteriel biofilm.
Antifungal aktivitet: Undersøgelser har vist, at furanon inducerer trehaloseakkumulering i Candida albicans-celler, blokerer hyphal morfologisk transformation og udøver svampedræbende virkninger uden hæmolytisk toksicitet over for humane røde blodlegemer.
2. Anti-kræftpotentiale
Cellecyklusregulering: Furanonderivater hæmmer topoisomeraseaktivitet, blokerer cancercellers DNA-replikation og inducerer apoptose. For eksempel viste 3-hydroxy-4-methyl-5-ethyl-2 (5H) furanon inhiberende virkning på spredningen af brystkræft MCF-7 celler in vitro.
Anti angiogenese: Nogle furanonforbindelser kan hæmme ekspressionen af vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF), afskære tumorernæringsforsyningen og øge effektiviteten, når de kombineres med kemoterapimedicin.
3. Anti-inflammatoriske og antioxidante egenskaber
Ved at fjerne frie radikaler, hæmme NF - κ B-signalvejen og reducere inflammatoriske responser, har det vist terapeutisk potentiale i modeller af arthritis og enteritis. Dens antioxidantaktivitet (ORAC-værdi på 5000 μmol TE/g) gør det til et kandidatråmateriale til udvikling af sundhedsprodukter.
Anvendelsen af furanon og dets derivater i landbruget er ved at gå fra traditionelle pesticider til biologisk bekæmpelse, med de vigtigste retninger, herunder:
1. Plantebeskyttelsesmidler
Insekticid aktivitet: Flupyradifuron (udviklet af Bayer), som et fjerde generations neonikotinoid insekticid, kontrollerer effektivt piercing, sugende orale skadedyr såsom bladlus og hvidfluer ved at blokere insektacetylcholin-receptorer og er sikkert for ikke-målorganismer såsom bier. Dets formulerede produkter, såsom Sivanto Prime, er blevet registreret i over 50 lande verden over og bruges til afgrøder som tomater og citrus.
Antibakteriel og sygdomsforebyggelse: Furanonderivater kan inducere systemisk resistens (SAR) i planter, hvilket øger modstanden mod dunet og gråskimmel. For eksempel kan sprøjtning af furanonopløsning i druedyrkning reducere forekomsten af sygdomme med 40 %.
2. Biomasseomdannelse
Enzymatisk nedbrydning: Alfa-L-rhamnose (en furanosidase) kan hydrolysere polyrhamnose i plantecellevægge og frigive fermenterbare sukkerarter til produktion af bioethanol. Dette enzym har betydelig effektivitet i omdannelsen af landbrugsaffald såsom majskomfur og sukkerrørsbagasse, hvilket reducerer omkostningerne til biobrændstoffer.
Dens estergruppe og konjugerede dobbeltbinding giver den unik reaktivitet, hvilket gør den til et nøgleråmateriale til syntetisering af funktionelle materialer:
1. Biologisk nedbrydelig plast
Åben sløjfe-polymerisering kan fremstille polyestermaterialer med en bionedbrydningshastighed tre gange højere end traditionel PET og mekaniske egenskaber (trækstyrke op til 50 MPa), der opfylder kravene til emballagematerialer. For eksempel har YXY-processen udviklet af Avantium i Holland opnået industriel produktion af furanbaseret polyester (PEF).
2. Lægemiddelbærer
Nanopartikler modificeret med furanon, såsom polymælkesyrefuranoncopolymerer, kan opnå kontrolleret lægemiddelfrigivelse og forlænge blodets lægemiddelkoncentrations vedligeholdelsestid i tumormålrettet terapi. Eksperimenter har vist, at denne type bærer kan øge tumorhæmningen af doxorubicin med 25 %.
3. 3overfladeaktivt middel
Furanonderivater (såsom sulfonsyresalte) har lav kritisk micellekoncentration (CMC), som kan reducere overfladespænding og toksicitet for vandlevende organismer i rengøringsmidler, i tråd med trenden med grøn kemi.
Biosyntesen afFuraneol
1. Hypotese om furanonsyntese i jordbær
Figur 1 Hypotese om biosyntesevejen for furanon i jordbærfrugt. 4-Hydroxy-5-methyl-2-methylen-3 (2H)-furanon HMMF; 4-hydroxy-2, 5 --dimethyl-3 (2 h)-furanon HDMF; Jordbærquinonoxidoreduktase (FaQR); F. Ananassa ketonoxidoreduktase FaEO; F. Ananassa O-methyltransferase FaOMT.
Rens derefter delvist et enzym involveret i HDMF-biosyntese. Den observerede fordeling af enzymaktivitet er relateret til tilstedeværelsen af et enkelt peptid. Sekvensanalyse viste, at enzymet er fuldstændig identisk med proteinsekvensen af en moden inducerbar auxinafhængig quinonoxidoreduktase (FaQR). FaQR-protein udtrykkes funktionelt i Escherichia coli og katalyserer dannelsen af HDMF. 4-hydroxy-5-methyl-2-methyl-3 (2H) - furanon (HMMF) blev identificeret som et naturligt substrat for FaQR og en forløber for HDMF (figur 1).
FaQR katalyserer reduktionen af alfa- og beta-umættede bindinger i meget reaktivt keten HMMF, senere omdøbt til F Ananassa ketonoxidoreduktase (FaEO). FaEO reducerer ikke dobbeltbindingerne af ligekædet 2-enal og 2-enal, men hydrogenerer snarere nogle HMMF-derivater substitueret med methylenfunktionelle grupper. HMMF blev også påvist i tomat- og ananasfrugter, hvilket indikerer, at HDMF syntetiseres gennem lignende veje i forskellige frugter. Kloning af Solanum lycopersicon EO (SlEO) fra cDNA og identifikation af det rekombinante protein. Biokemiske undersøgelser har bekræftet, at SlEO er involveret i dannelsen af HDMF i tomatfrugter. Sammenlignet med de to andre NAD (P) H-afhængige ikke-flavonreduktaser, udviser FaEO og SlEO smallere substratspektre. Indtil for nylig, for at belyse den molekylære mekanisme af den specielle reaktion katalyseret af FaEO, blev dens krystalstruktur bestemt i seks forskellige tilstande eller komplekser, herunder komplekser med HDMF og tre substratanaloger. Resultaterne indikerer, at 4R-hydridet af NAD (P) H overføres til den umættede ydre ring C-6-carbon af HMMF, hvilket danner et optisk inaktivt enol-mellemprodukt, som derefter undergår protonering for at danne HDMF.
Det er værd at bemærke, at nogle rapporter tyder på, at produktionen af furanon muligvis ikke er en direkte aktivitet af plantens metaboliske veje, men snarere en fælles indsats af jordbærplanter og en beslægtet bakterie - Methanobacterium. Den foreslåede rute er dog ikke overbevisende, da der er modstridende rapporter om de sidste trin af HDMF og DMMF, og sporstofforsøg understøtter ikke den foreslåede konvertering af mellemprodukter laktose og 6-deoxy-D-fructose-1-phosphat til furanon.
2. Gærsyntese afFuraneol
Som den vigtigste smagskomponent i fermenteret sojasovs er HEMF blevet isoleret fra fermenteret sojasovs for første gang. Dannelsen af HEMF blev fremmet ved at dyrke salttolerant gær, Zygosaccharomyces rouxii, i et medium indeholdende reaktionsprodukterne af ribose og glycinaminocarbonyl (Maillard). Mekanismen af forbindelsen blev undersøgt ved hjælp af dens stabile isotoper. Det femkantede skelet og sidekæde-methyl af HEMF er afledt af ribose, mens ethylgruppen er afledt af D-glucose eller acetaldehyd. Gærens rolle i dannelsen af HEMF er ikke kun at give D-glucosemetabolitter (acetaldehyd), men også at binde Maillard-reaktionsprodukter med D-glucosemetabolitter.
Efter inkubation med nogle fosfatkulhydrater blev dannelsen af HMF fundet i det cytoplasmatiske ekstrakt af Saccharomyces cerevisiae. Da HMF spontant dannes fra ribulose-5-phosphat via Maillard-mellemproduktet 4,5-dihydroxy-2,3-pentandion, kan det antages, at ribulose-5-phosphat enzymatisk dannes i cytoplasmatiske ekstrakter og derefter omdannes til HMF gennem kemiske reaktioner. Denne hypotese blev bekræftet af produktionen af hydroxymethylfurfural i en blanding indeholdende kommercielt tilgængelige enzymer og isotopmærket D-glucose-6-phosphat. Interessant nok er HMF blevet identificeret som et ekstracellulært signalmolekyle Al-2 katalyseret af LuxS-enzym og spiller en rolle i bakteriel intercellulær kommunikation. Den kemiske dannelse af Al-2 fra 5-phosphatribulose kan også forekomme in vivo, hvilket kan være årsagen til den Al-2-lignende aktivitet i organismer, der mangler luxS-gener.
Processen med HDMF-dannelse i Z. rouxii-gær under forskellige kulturbetingelser blev undersøgt under anvendelse af D-1,6-diphosphatfructose som råmateriale. Når D-1,6-diphosphatfructose bruges som den eneste kulstofkilde, er væksten af Z. rouxii-gær og dannelsen af HDMF ikke signifikant. Selvom Z. rouxii-gærceller vokser i et medium med D-glucose som den eneste kulstofkilde, produceres HDMF kun, når der tilsættes D-fructose-1,6-diphosphat. HDMF-niveauet er konsekvent korreleret med gærcelletal og D-fructose-1,6-diphosphatkoncentration. Efter tilsætning af 1-13C-D-fructose-1,6-diphosphat blev der kun dannet enkeltmærket HDMF, mens der efter tilsætning af 13C6-D-glucose blev dannet umærket furanon. Derfor er kulstoffet i HDMF udelukkende afledt af eksogent D-fructose-1,6-diphosphat. En højere pH-værdi af dyrkningsmediet har en positiv effekt på dannelsen af HDMF, men det kan forsinke cellevækst, så den optimale pH-værdi er 5,1. Saltstress stimulerede produktionen af HDMF. Tilsætning af o-phenylendiamin (et indfangningsreagens for - dicarbonyl (Maillard) mellemprodukt) til dyrkningsmediet kan give tre quinolonderivater afledt af D-fructose-1,6-diphosphat. Identifikationen af denne struktur bekræftede for første gang den kemiske dannelse af 1-deoxy-2,3-hexadisase-6-phosphat, et mellemprodukt i HDMF-dannelsesvejen, som var almindeligt forventet, men aldrig opdaget. På grund af det faktum, at HDMF kun er tilgængelig i Z. Det blev påvist i nærvær af Rouxii-celler, derfor antages det, at der er flere enzymtrin involveret. Ved omgivelsestemperatur kan HDMF også dannes kemisk i en opløsning indeholdende D-fructose-1,6-diphosphat og NAD (P) H. NAD (P) H er nødvendig, og anvendelsen af mærkede prækursorer indikerer, at hydridet af D-fructose-1,6-diphosphat-rygraden overføres til C-6. De biologiske og kemiske processer til at generere HDMF fra D-fructose-1,6-diphosphat ser ud til at følge en lignende vej.
Naturlige produkter med optisk aktivitet udviser unikt enantiomert overskud under biosyntese på grund af stereoselektivitet og enzymkatalyserede reaktioner. Selvom det forventes, at HDMF vil blive genereret gennem kombinationen af Z. rouxii gær og frugtenzymer, er den naturligt forekommende forbindelse racemisk. Den hurtige racemisering af HDMF forklarer dette fænomen på grund af ketoenolers tautomerisme. 1H-NMR og chiral kapillærelektroforeseanalyse af protondeuteriumudveksling på furanonringen af C-2 viste, at racemiseringshastigheden af HDMF var den laveste ved pH 4-5. For at verificere den enzymatiske dannelse af HDMF udførte vi derfor inkubationsforsøg med Z. rouxii gær- og jordbærproteinekstrakt ved pH 5. Dannelsen af enantiomert beriget HDMF blev bekræftet i begge forsøg, mens racemisk furanon blev påvist under neutrale pH-betingelser.
3. Bakteriesyntese af furanon
HDMF blev påvist efter 4 dages vækst af Pichia capsulata på casein-peptonmedium indeholdende L-rhamnose. Massespektrometrianalyse af stabilt isotopforhold bekræftede, at L-rhamnose er kulstofkilden til HDMF. Tidsforløbseksperimentet førte til den hypotese, at HDMF er dannet af et mellemprodukt produceret af Pichia pastoris under den termiske steriliseringsproces af dyrkningsmediet, som foreslået af den lutherske konjugative gær. Tilsvarende blev HDMF i resultaterne af Maillard-reaktionen påvist i mediet fremstillet ved opvarmning af sukker og aminosyrer. I det samme fermenteringsmedium blev HDMF-niveauer også øget ved fermentering af Lactococcus lactis subsp. cremoris.
4. Sammenfatning af syntesen af furanon
3 (2H) - furanonforbindelser har lave lugtgrænser og lokkende aromaegenskaber, hvilket gør dem til vigtige aromatiske kemikalier. De er kemisk dannet af forskellige kulhydrater under Maillard-reaktionen og findes derfor i mange forarbejdede fødevarer, hvilket bidrager til produktionen af aroma. Men furanon kan også produceres af gær, bakterier og planter, og dets fysiologiske funktion kan være relateret til redoxaktivitet. Selvom deoxysukkere såsom L-rhamnose er effektive forløbere for HDMF i Maillard-reaktionen, er D-1,6-diphosphatfructose blevet identificeret som en naturlig forløber i frugter. I jordbærfrugt omdannes phosphorylerede kulhydrater til HMMF ved eliminering af fosfat og vand, og HMMF reduceres i sidste ende til HDMF af FaEO (FaQR). Methyleringen af HDMF fører til akkumulering af DMMF og katalyseres af FaOMT. Samlet set er der gjort betydelige fremskridt med at belyse de biosyntetiske veje for naturlig furanon i mikroorganismer og planter på grund af anvendelsen af isotopmærkede prækursorer. I den nærmeste fremtid vil forståelsen af genomsekvensen af skovjordbær hjælpe med at opdage gener med manglende HDMF-veje, og forbedrede billeddannelsessystemer vil hjælpe med at lokalisere intracellulært furanon. Forståelse af de relevante gener og enzymer vil danne grundlag for produktionen af naturligt furanon gennem bioteknologi.
Biologiske og farmakologiske aktiviteter af furanon
1. Furanons antibakterielle virkning på humane patogene bakterier og svampe
Furanon er en vigtig aromatisk forbindelse, der findes i jordbær, ananas og forarbejdede fødevarer, kendt for at have flere biologiske aktiviteter i dyremodeller. Denne undersøgelse undersøgte den antibakterielle virkning af furanon på humane patogene mikroorganismer. Resultaterne viste, at furanon har bredspektret antibakteriel aktivitet mod grampositive bakterier, gramnegative bakterier og svampe og ikke har nogen hæmolytisk effekt på menneskelige røde blodlegemer. For at bekræfte den svampedræbende aktivitet af furanon undersøgte vi akkumuleringen af intracellulær trehalose som en stressresponsmarkør for toksiske stoffer og dens effekt på dimorfismen af Candida albicans. Resultaterne indikerer, at furanon inducerer en signifikant akkumulering af trehalose i celler og udøver sin antifungale virkning ved at forstyrre den seruminducerede hyfemorfologi. Disse resultater tyder på, at furanon kan være et terapeutisk middel med bred- antibakteriel aktivitet mod humane patogene mikroorganismer.
2. De vigtigste fødevarerFuraneol(4-hydroxy-2,5-dimethyl-3 (2H) - furanon) og Sotolon (3-hydroxy-4,5-dimethyl-2 (5H) - furanon) aktiverer specifikt forskellige lugtreceptorer
Furanoner dannet i Maillard-reaktionen er typisk naturlige aromatiske nøgleforbindelser, der findes i mange fødevarer. Økonomisk betydningsfulde er de strukturelle isomerer furanon og Sotoketone, som har unikke karamel- og smagssmag og er vigtige naturlige krydderiforbindelser. Dette kan dog ikke forudsiges af formen af lugtmolekyler. Tværtimod kan aktiveringsparametrene for deres receptorer hjælpe med at afkode kodningen af lugtkvalitet. Her indikerer de unikke lugtegenskaber af furanon og Sotoketone, at mindst to af vores omkring 400 forskellige typer lugtreceptorer er aktiveret, hvilket tjener som molekylære biosensorer for vores kemiske lugte. Når en lugtreceptor er blevet identificeret som Sotoketone, er den receptorspecifikke furanon stadig uklar. I et luminescensassay baseret på HEK-293-celler brugte vi en tovejs screeningsmetode ved hjælp af 616 receptorvarianter og 187 vigtige fødevarelugte. Vi har for nylig opdaget, at OR5M3 er en receptor, der specifikt aktiveres af furanon og sojasovsketon (Homofuranonel, 5-ethyl-4-hydroxy-2-methyl-3 (2H) - furanon).
OR5M3 er en receptor, der er specifikt aktiveret af furanon og homofuranoneol (5-ethyl-4-hydroxy-2-methyl-3 (2H)-furanon)
3. En gennemgang af det kemiske og farmakologiske potentiale af furanonskelettet
Furanonstrukturer er en vigtig klasse af heterocykliske forbindelser, der ofte optræder i naturlige produkter med betydelige farmakologiske effekter, og forskningsfeltet udvides konstant. De har en bred vifte af farmakologiske aktiviteter: anti katarakt, anti-kræft, antibakteriel, anti-inflammatorisk og antikonvulsiv. Denne artikel giver en gennemgang af forskningsfremskridt, syntesemetoder og biologiske virkninger af naturlige furanonforbindelser. Fastfasemetode, krydskoblingsreaktion, Maillard-reaktion, cycloadditionsreaktion mellem alkohol og phenyloxidnitril og sidekædemodifikationsreaktion er flere typer reaktioner til fremstilling af furanonderivater. Denne artikel gennemgår fremstillingsmetoder og farmakologiske aktiviteter af furanonskeletter, som vil hjælpe medicinske kemikere med at designe og implementere nye metoder til at søge efter nye lægemidler.
4. Identifikation af 2,5-dimethyl-4-hydroxy-3 [2H]-Furaneol-d-glucuronsyre som hovedmetabolit af menneskelige jordbærsmagskomponenter
2,5-dimethyl-4-hydroxy-3 [2H] furanone ®, DMHF [3658-77-3] er en vigtig aromakomponent i jordbærfrugt. Bestem udskillelsen ved at påvise niveauer af DMHF og DMHF glucuronsyre i urinen. DMHF glucuronsyre blev syntetiseret, og dens struktur blev identificeret ved 1H, 13C, 2D kernemagnetisk resonans og massespektrometridata. Indholdet af DMHF glucuronsyre i human urin blev bestemt ved omvendt fase højtydende væskekromatografi (XAD-2) fastfaseekstraktion, online ultraviolet/synlig spektroskopi (UV/VIS) eller elektrospray - tandem massespektrometri (elektrospray - tandem massespektrometri). Mandlige og kvindelige frivillige udskilte henholdsvis 59-69% og 81-94% af den samlede DMHF-dosis (frit og glykosidbundet DMHF i jordbær) i urinen inden for 24 timer i form af DMHF-glucuronid. I jordbærfrugt er udskillelsen af DMHF uafhængig af doseringen af DMHF og forholdet mellem frie og glykosidbindende former. Dihydrofuran, dihydrofuran glucosid og deres 6'-o-malonyl-derivater, der er naturligt til stede i jordbær, blev ikke påvist i human urin.
Populære tags: furaneol cas 3658-77-3, leverandører, producenter, fabrik, engros, køb, pris, bulk, til salg