Furaneol CAS 3658-77-3

3. مواد شیمیایی و تنباکو روزانه
محصولات شیمیایی روزانه: فورانون به عنوان ماده اولیه اسانس، می تواند عطر میوه ای ماندگار را برای شامپو و ژل دوش فراهم کند و بوی تند مواد شیمیایی را بپوشاند.
طعم دهنده تنباکو: در افزودنی های فیلتر سیگار، فورانون تحریک قطران را کاهش می دهد، راحتی سیگار کشیدن را افزایش می دهد و طعم کاراملی منحصر به فردی می دهد.
مقایسه طبیعی و مصنوعی: اگرچه مقادیر کمی از فورانون در ترکیبات طبیعی مانند آناناس و توت فرنگی وجود دارد، اما محتوای آنها برای رفع نیازهای صنعتی کافی نیست. صنایع غذایی عموماً از روش‌های سنتز شیمیایی (مانند واکنش لاکتون هیدروکسی کتون) برای تهیه{1} فورانون با خلوص بالا استفاده می‌کنند که تنها 1/10 هزینه استخراج طبیعی است.

در زمینه پزشکی: رویکردی همه کاره از ضد عفونت تا ضد تومور

فعالیت‌های ضد باکتری، ضد التهابی و ضد بیوفیلم فورانون آن را به موضوعی داغ در تولید دارو تبدیل کرده است و مکانیسم اثر آن دستورالعمل‌های زیر را پوشش می‌دهد:

1. عامل ضد باکتریایی با طیف وسیع{1}
باکتری های گرم مثبت/منفی: با برهم زدن نفوذپذیری غشای سلولی، از تشکیل بیوفیلم توسط باکتری های بیماری زا مانند اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس جلوگیری می کنند. به عنوان مثال، فورانون 2 (5H) - می‌تواند چسبندگی صدف‌های جوان پوست‌دار ضخیم را کاهش دهد و از تشکیل بیوفیلم باکتریایی دریایی جلوگیری کند.

1. فرضیه سنتز فورانون در توت فرنگی

شکل 1 فرضیه مسیر بیوسنتزی فورانون در میوه توت فرنگی. 4-هیدروکسی-5-متیل-2-متیلن-3 (2H) -فورانون HMMF. 4-هیدروکسی-2، 5 - دی متیل-3 (2 ساعت) -فورانون HDMF. کینون اکسیدوردوکتاز توت فرنگی (FaQR)؛ F. Ananassa کتون اکسیدوردوکتاز FaEO; F. Ananassa O-methyltransferase FaOMT.

سپس، آنزیم درگیر در بیوسنتز HDMF را تا حدی خالص کنید. توزیع مشاهده شده فعالیت آنزیم مربوط به حضور یک پپتید است. تجزیه و تحلیل توالی نشان داد که آنزیم کاملاً با توالی پروتئین یک اکسیدوردوکتاز کوئینون وابسته به اکسین القایی بالغ (FaQR) یکسان است. پروتئین FaQR به طور عملکردی در اشریشیا کلی بیان می شود و تشکیل HDMF. 4-هیدروکسی-5-متیل-2-متیل-3 (2H) را کاتالیز می کند - فورانون (HMMF) به عنوان یک بستر طبیعی FaQR و پیش ساز HDMF شناسایی شد (شکل 1).

FaQR کاهش پیوندهای غیراشباع آلفا و بتا را در HMMF کتن بسیار واکنش‌پذیر کاتالیز می‌کند که بعداً به F Ananassa کتون اکسیدوردوکتاز (FaEO) تغییر نام داد. FaEO پیوندهای دوگانه زنجیره مستقیم 2-enal و 2-enal را کاهش نمی‌دهد، بلکه برخی از مشتقات HMMF را جایگزین گروه‌های عاملی متیلن می‌کند. HMMF همچنین در میوه های گوجه فرنگی و آناناس شناسایی شد که نشان می دهد HDMF از طریق مسیرهای مشابه در میوه های مختلف سنتز می شود. شبیه سازی Solanum lycopersicon EO (SlEO) از cDNA و شناسایی پروتئین نوترکیب. مطالعات بیوشیمیایی تایید کرده اند که SlEO در تشکیل HDMF در میوه های گوجه فرنگی نقش دارد. در مقایسه با دو ردوکتاز غیر فلاون وابسته به NAD (P) دیگر، FaEO و SlEO طیف‌های بستر باریک‌تری را نشان می‌دهند. تا همین اواخر، به منظور روشن کردن مکانیسم مولکولی واکنش ویژه کاتالیز شده توسط FaEO، ساختار کریستالی آن در شش حالت یا کمپلکس مختلف، از جمله کمپلکس‌هایی با HDMF و سه آنالوگ بستر تعیین می‌شد. نتایج نشان می‌دهد که هیدرید 4R NAD (P) H به کربن حلقه خارجی غیراشباع C-6 HMMF منتقل می‌شود و یک واسطه انول غیرفعال نوری را تشکیل می‌دهد که سپس پروتونه می‌شود تا HDMF را تشکیل دهد.

شایان ذکر است که برخی گزارش‌ها نشان می‌دهند که تولید فورانون ممکن است فعالیت مستقیم مسیرهای متابولیک گیاه نباشد، بلکه تلاش مشترک گیاهان توت‌فرنگی و یک باکتری مرتبط - متانوباکتریوم باشد. با این حال، مسیر پیشنهادی قانع‌کننده نیست زیرا گزارش‌های متناقضی در مورد مراحل نهایی HDMF و DMMF وجود دارد و آزمایش‌های ردیاب از تبدیل پیشنهادی محصولات میانی لاکتوز و 6{3}}دئوکسی-D-fructose-1-phosphate به فورانون پشتیبانی نمی‌کنند.

2. سنتز مخمر ازفورانئول

HEMF به عنوان ماده اصلی طعم دهنده سس سویا تخمیر شده برای اولین بار از سس سویای تخمیر شده جدا شده است. تشکیل HEMF با کشت مخمر مقاوم به نمک، Zygosaccharomyces rouxii، در محیطی حاوی محصولات واکنش ریبوز و گلیسین آمینو کربنیل (Maillard) ترویج شد. مکانیسم ترکیب با استفاده از ایزوتوپ های پایدار آن مورد مطالعه قرار گرفت. اسکلت پنج ضلعی و متیل زنجیره جانبی HEMF از ریبوز مشتق شده است، در حالی که گروه اتیل از D-گلوکز یا استالدهید مشتق شده است. نقش مخمر در تشکیل HEMF نه تنها تامین متابولیتهای D{5}گلوکز (استالدئید)، بلکه در اتصال محصولات واکنش Maillard با متابولیتهای D{6}گلوکز نیز می باشد.

پس از انکوباسیون با مقداری کربوهیدرات فسفات، تشکیل HMF در عصاره سیتوپلاسمی ساکارومایسس سرویزیه یافت شد. از آنجایی که HMF به طور خود به خود از ریبولوز{8}}5-فسفات از طریق 4،5-دی هیدروکسی-2،3-پنتاندیون میانی Maillard تشکیل می شود، می توان فرض کرد که ریبولوز-5-فسفات به طور آنزیمی در عصاره های سیتوپلاسمی تولید شده و سپس از طریق واکنش های شیمیایی HM تبدیل می شود. این فرضیه با تولید هیدروکسی متیل فورفورال در مخلوطی حاوی آنزیم های تجاری موجود و ایزوتوپ های دارای برچسب D-گلوکز-6-فسفات تایید شد. جالب توجه است که HMF به عنوان یک مولکول سیگنال دهنده خارج سلولی Al-2 شناسایی شده است که توسط آنزیم LuxS کاتالیز می شود و در ارتباطات بین سلولی باکتری ایفای نقش می کند. تشکیل شیمیایی Al-2 از 5-فسفات ریبولوز نیز ممکن است در داخل بدن رخ دهد، که ممکن است دلیل فعالیت شبه Al-2 در موجودات فاقد ژن luxS باشد.

فرآیند تشکیل HDMF در مخمر Z. rouxii تحت شرایط کشت مختلف با استفاده از D{9}}1،6{10}}دی فسفات فروکتوز به عنوان ماده خام مورد مطالعه قرار گرفت. هنگامی که D{14}}1،6{19}}دی فسفات فروکتوز به عنوان تنها منبع کربن استفاده می شود، رشد مخمر Z. rouxii و تشکیل HDMF قابل توجه نیست. اگرچه سلول‌های مخمر Z. rouxii در محیطی با D{20}}گلوکز به عنوان تنها منبع کربن رشد می‌کنند، HDMF تنها زمانی تولید می‌شود که D{25}فروکتوز{27}}1،6{33}}دی فسفات اضافه شود. سطح HDMF به طور مداوم با تعداد سلول های مخمر و غلظت D{34}}فروکتوز-1،6-دی فسفات مرتبط است. پس از افزودن 1-13C-D-فروکتوز-1،6-دی فسفات، تنها HDMF برچسب دار تشکیل شد، در حالی که پس از افزودن 13C6-D-گلوکز، فورانون بدون برچسب تشکیل شد. بنابراین، کربن HDMF به طور کامل از D-فروکتوز-1،6-دی فسفات اگزوژن مشتق شده است. مقدار pH بالاتر محیط کشت تأثیر مثبتی بر تشکیل HDMF دارد، اما می تواند رشد سلول را به تاخیر بیندازد، بنابراین مقدار pH مطلوب 5.1 است. تنش نمک تولید HDMF را تحریک کرد. افزودن o-phenylenediamine (یک معرف جذب - دی کربونیل (Maillard) واسطه) به محیط کشت می تواند سه مشتق کینولون مشتق شده از D-fructose-1,6-diphosphate را ایجاد کند. شناسایی این ساختار برای اولین بار تشکیل شیمیایی 1-دئوکسی-2،3-هگزادیاز-6-فسفات را تایید کرد، یک واسطه در مسیر تشکیل HDMF که به طور گسترده انتظار می رفت اما هرگز کشف نشد. با توجه به اینکه HDMF فقط در Z موجود است، در حضور سلول‌های Rouxii شناسایی شد، بنابراین فرض می‌شود که مراحل آنزیمی بیشتری وجود دارد. در دمای محیط، HDMF همچنین می تواند به صورت شیمیایی در محلولی حاوی D- فروکتوز-1،6-دی فسفات و NAD (P) H. NAD (P) H تولید شود، و استفاده از پیش سازهای نشاندار نشان می دهد که هیدرید ستون فقرات D- فروکتوز-1،6-دی فسفات یا C-6-5 منتقل می شود. به نظر می رسد فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی تولید HDMF از دی-فروکتوز-1،6-دی فسفات از مسیر مشابهی پیروی می کند.

محصولات طبیعی با فعالیت نوری در طول بیوسنتز بیش از حد انانتیومر منحصر به فرد را به دلیل گزینش استریو و واکنش های کاتالیز شده آنزیمی نشان می دهند. اگرچه انتظار می‌رود که HDMF از طریق ترکیب مخمر Z. rouxii و آنزیم‌های میوه تولید شود، این ترکیب طبیعی راسمیک است. راسمی شدن سریع HDMF این پدیده را به دلیل توتومریسم کتوئنول ها توضیح می دهد. تجزیه و تحلیل 1H{5}}NMR و الکتروفورز مویرگی کایرال تبادل پروتون دوتریوم روی حلقه فورانون C-2 نشان داد که نرخ راسمیزاسیون HDMF در pH 4-5 کمترین میزان بود. بنابراین، به منظور تأیید تشکیل آنزیمی HDMF، ما آزمایش‌های جوجه‌کشی با مخمر Z. rouxii و عصاره پروتئین توت‌فرنگی در pH 5 انجام دادیم. تشکیل HDMF غنی‌شده با انانتیومر در هر دو آزمایش تأیید شد، در حالی که فورانون راسمیک در شرایط pH خنثی شناسایی شد.

3. سنتز باکتریایی فورانون

HDMF پس از 4 روز رشد Pichia capsulata روی محیط کازئین پپتون حاوی L{1}رامنوز شناسایی شد. تجزیه و تحلیل طیف سنجی جرمی نسبت ایزوتوپ پایدار تأیید کرد که L{3}}رامنوز منبع کربن HDMF است. آزمایش دوره زمانی منجر به این فرضیه شد که HDMF توسط یک واسطه تولید شده توسط Pichia pastoris در طی فرآیند استریلیزاسیون حرارتی محیط کشت، همانطور که توسط مخمر مزدوج لوتری پیشنهاد شده است، تشکیل می‌شود. به طور مشابه، در نتایج واکنش Maillard، HDMF در محیط تهیه شده با حرارت دادن قند و اسیدهای آمینه شناسایی شد. در همان محیط تخمیر، سطوح HDMF نیز با تخمیر Lactococcus lactis subsp افزایش یافت. کرموریس

4. خلاصه ای از سنتز فورانون

ترکیبات فورانون 3 (2H) - دارای آستانه بوی پایین و ویژگی‌های عطر فریبنده هستند که آنها را به مواد شیمیایی معطر مهم تبدیل می‌کند. آنها از نظر شیمیایی از کربوهیدرات های مختلف در طی واکنش Maillard تشکیل می شوند و بنابراین در بسیاری از غذاهای فرآوری شده وجود دارند و به تولید عطر کمک می کنند. اما فورانون می تواند توسط مخمر، باکتری ها و گیاهان نیز تولید شود و عملکرد فیزیولوژیکی آن ممکن است با فعالیت اکسیداسیون و کاهش مرتبط باشد. اگرچه قندهای دی اکسی مانند L{6}رامنوز پیش سازهای موثری برای HDMF در واکنش میلارد هستند، فروکتوز D-1،6-دی فسفات به عنوان یک پیش ساز طبیعی در میوه ها شناسایی شده است. در میوه توت فرنگی، کربوهیدرات های فسفریله شده با حذف فسفات و آب به HMMF تبدیل می شوند و HMMF در نهایت توسط FaEO (FaQR) به HDMF کاهش می یابد. متیلاسیون HDMF منجر به تجمع DMMF می شود و توسط FaOMT کاتالیز می شود. به طور کلی، پیشرفت قابل توجهی در روشن کردن مسیرهای بیوسنتزی فورانون طبیعی در میکروارگانیسم ها و گیاهان به دلیل استفاده از پیش سازهای نشاندار ایزوتوپی انجام شده است. در آینده نزدیک، درک توالی ژنوم توت فرنگی های جنگلی به شناسایی ژن هایی با مسیرهای HDMF از دست رفته کمک می کند و سیستم های تصویربرداری بهبودیافته به یافتن فورانون درون سلولی کمک می کند. شناخت ژن ها و آنزیم های مربوطه، پایه ای برای تولید فورانون طبیعی از طریق بیوتکنولوژی فراهم می کند.