Hidroksimetilfurfural

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Hidroksimetilfurfurala (HMF), tudi 5-(hidroksimetil) furfural, je organska spojina, ki izhajajo iz dehidracije nekaterih sladkorjev..[1][2] Ta rumena nizko tališčna, trdna snov je zelo topna v vodi. Molekula je sestavljena iz furana prstan, ki vsebujejo funkcionalne skupine aldehida in alkohola. HMF identificirana v različnih toplotno obdelanih živil, vključno z mlekom, sadnimi sokovi, žganja, medu, itd. HMF, ki izhaja iz celuloze brez uporabe vrenja, je potencial 'ogljika' surovina za goriva in kemikalije.[3]

Produkcija[uredi | uredi kodo]

Povezane s proizvodnjo furfurala, HMF nastaja iz sladkorja. Izhaja prek dehidracija fruktoze..[4] Zdravljenje fruktoze s kislinami, sledi tekoče ekstrakcije, v organskih topilih, kot so metil izobutil ketona. Pretvorba vpliva na različne dodatke, kot so DMSO, 2-butanola in poli vinil pirolidona, ki zmanjša nastanek stranskih produktov. Ionske tekočine olajšajo pretvorbo fruktoze v HMF.[5]


New method for production of hydroxymethylfurfural from fructose

Na zgornji sliki so prikazane v serije kemičnih ravnovesij: fructopyranose 1, fructofuranose 2, dveh vmesnih fazah dehidracije (ni izoliran) 3,4 in končno HMF 5.

Chromous klorid katalizira neposredno pretvorbo fruktoze (pridobivanje 90) in glukoze (pridobivanje 70) v je HMF.[6] Kasneje celulozo neposredno pretvori v HMF (pridobivanje 55 na 96 čistosti)..[7] Klorida krom katalizira pretvorbo glukoze v fruktoze. Različne metode so bile razvite za pretvorbo celuloznih biomase HMF.[8]

Uporaba[uredi | uredi kodo]

HMF je mogoče pretvoriti v 2,5-dimethylfuran (DMF), ki je tekoče biogorivo, ki je v nekaterih pogledih boljše od etanola. Oksidacijo HMF daje tudi 2,5-furandicarboxylic kislina, ki je bila predlagana kot nadomestitev za tereftalne kisline v proizvodnji iz poliestra.

5-Hidroksimetil-2-furfural (5HMF) je bilo ugotovljeno, da se vežejo posebej z znotrajcelično srpastim hemoglobinom (HbS). Predhodne raziskave in vivo z srpastih transgenih miših pokazali, da peroralno vzetega 5HMF zavira nastanek sickled celic v krvi.[9]

Kot nezaželena sestavina v hrani[uredi | uredi kodo]

Phallus indusiatus. Cooktown, Queensland, Australija. Sadežni del vsebuje hydroxymethylfurfural

HMF je praktično ni v sveži hrani, ampak jo naravno proizvaja sladkor z hrano med heat-treatments kot sušenje ali kuhanje. Skupaj z veliko drugimi okusi in barvami povezanih snovi, HMF nastane v Maillardova reakcijo, kot tudi med karamelizacijo. V teh živilih nastajajo počasi tudi med skladiščenjem. V kislih pogojih v korist generacije HMF.[10]

HMF, je mogoče najti v nizkih količinah v medu, sadnih sokovih in UVT mleku. Tukaj kot tudi v kisih, alkoholnih izdelkih ali piškotih. HMF lahko uporabijo kot indikator za presežek toplotne obdelave. Je na primer v svežem medu, a le v nizkih količinah HMF — manjša od 15 mg/kg – odvisno od pH vrednosti in temperature in starosti, [11]in codex alimentarius standardna zahteva, da v medu imajo manj kot 40 mg/kg HMf in zagotoviti, da se ne ogreva v medu med predelavo, razen v tropskih medih, ki morajo biti pod 80 mg/kg.

Večje količine HMF najdemo naravno v kavi in suhem sadju. V več vrstah pražene kave, ki jih vsebuje med 300-2900 mg/kg HMF.[12] V posušenih slivah je bilo ugotovljeno, da vsebujejo do 2200 mg/kg HMF. V temnem pivu pa 13,3 mg/kg, [13]v pekovskih izdelkih vsebuje med HMF 4.1-151 mg/kg.[14]

HMF je lahko v obliki visoko fruktoznega koruznega sirupa (HFC), ravni okrog 20 mg/kg HMF, ugotovljeno je da se povečuje med skladiščenjem ali ogrevanjem.[11] To je problem pri ameriških čebelarjih, ki jih uporabljajo HFC kot vir sladkorja, ko ni dovolj virov nektarja za krmo čebel. Ampak HMF pa je strupen za njih. Dodajanje baze kot sode v prahu ali kalijevega klorida za nevtralizacijo HFC upočasni nastanek HMF.[11]

Glede na tehnologijo proizvodnje in skladiščenja, ravni v hrani precej razlikujejo. Ocenitev prispevka HMF pri vnosu v hrano, je treba upoštevati njegove potrošnje. Kava je živilo, ki je zelo velikega pomena v smislu ravni HMF in porabljene količine.

HMF je naravna sestavina, vendar običajno predstavljena v nizkih koncentracijah. Pri dnevnem vnosu HMF so lahko osnove visoko različne zaradi posameznih vzorcev porabe. Ocenjeno je da v zahodni prehrani, po vrstnem redu po velikosti 5-10 mg HMF se zaužije v hrani .[10]

V prejšnjih časih, so HMF uporabljali v hrani za namenom arom, ta praksa je sedaj v Evropi prekinjena. HMF pa se sedaj najde tudi v cigaretnem dimu.[15]

Metabolizem[uredi | uredi kodo]

Glavni metabolit pri ljudeh je 5-hidroksimetil-2-furojska kislina (HMFA), ki se izloča v urinu. HMF se lahko tudi presnavlja 5-sulfoxymethylfurfural (SMF), ki je zelo reaktivn in se lahko poveže z DNK ali proteini. Pri vitro testih in študijah na podganah kažejo potencialne toksičnosti in rakotvornosti HMF.[16] Pri ljudeh ni znana, nobena povezave med vnosom HMF in boleznimi.

Razgradnja 5 hidroksimetilfurfurala v medu[uredi | uredi kodo]

Naraven domač med iz hribovitih kočevskih gozdov

5-Hidroksimetilfurfurala (HMF) je najpomembnejši vmesni produkt reakcije,ki katalizirajo kisline in dehidracije hexoses in/ali Maillardova reakcije; Poleg tega se najbolj uporablja indeks za ovrednotenje toplotne škodo ali staranja živilskih proizvodov. Ponavadi so njene razgradne reakcije, zelo počasne in zanemarjene. Ta študija poroča o ugotovitvah o HMF, dinamiko razgradnje v medu različnega cvetličnega izvora pri temperaturi med 25 in 50 stopinj Celzija. Rezultati označujejo višjo degradacijsko stopnjo (k(HMF) (razgradnja)) v primerjavi s tvorbo stopenj (k(HMF) (oblikovanje)) v kostanju in citrusovih vzorcih. Podobno k vrednosti so bile ugotovljene v večcvetnem medu. Poleg tega je bila reakcija HMF razgradnje značilna pri nižji aktivacijski energiji (E(a)) pri vrednosti v primerjavi z vrednostmi pri E(a) tvorbi. Končna koncentracija HMF v medu, med skladiščenjem pri sobni temperaturi, je zaradi visoke koncentracije sladkorja. Nihanje HMF v medu je lahko odvisna od ravnotežja med kopičenjem in degradacijo procesov. To lahko vpliva na veljavnost HMF kot shranjevanje indeks v medu, predvsem med analizo tega medu, katerega preveč omejuje zakonodaja (citrusov) ali kostanjevega medu, kjer analiza pove, da se ne kopičijo.

Kvantifikacija[uredi | uredi kodo]

Danes je, HPLC z UV-detektorjem referenčna metoda (npr. DIN 10751-3). Klasične metode za kvantifikacijo HMF v hrani se uporablja fotometrija. Metoda po beli je diferencialna UV-fotometrija z in brez natrijevega bisulfita-zmanjšanja HMF (AOAC 980.23). Winkler fotometrična metoda je barvna reakcija z uporabo p-toluidin in barbiturne kisline (DIN 10751 - 1). Fotometrični preskus je lahko nespecifičen, saj lahko zazna tudi sorodne snovi,kar vodi do višjih rezultatov kot meritve HPLC. Kompleti za hitre analize so tudi na voljo (npr. Refelctoquant HMF, Merck KGaA).[17][18]

Zgodovina[uredi | uredi kodo]

To organsko spojino je študiral francoski kemik Louis Maillard leta 1912, v študijah encimske reakcije glukoze.

Reference[uredi | uredi kodo]

  1. ^ Andreia A. Rosatella, Svilen P. Simeonov, Raquel F. M. Frade, Carlos A. M. Afonso "Critical Review 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) as a building block platform: Biological Properties, Synthesis and Synthetic Applications" Green Chem., 2011, volume 13, 754. DOI: 10.1039/c0gc00401d
  2. ^ Hydroxymethylfurfural, A Versatile Platform Chemical Made from Renewable Resources Robert-Jan van Putten, Jan C. van der Waal, Ed de Jong, Carolus B. Rasrendra, Hero J. Heeres, and Johannes G. de Vries Chemical Reviews Article ASAP DOI: 10.1021/cr300182k
  3. ^ Huber, George W.; Iborra, Sara; Corma, Avelino (2006). "Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts, and Engineering". Chem. Rev. 106 (9): 4044. doi:10.1021/cr068360d. MIT Technology Review
  4. ^ Yuriy Román-Leshkov, Juben N. Chheda, James A. Dumesic (2006). "Phase Modifiers Promote Efficient Production of Hydroxymethylfurfural from Fructose". Science 312 (5782): 1933–1937. doi:10.1126/science.1126337. PMID 16809536. 
  5. ^ Ståhlberg, T.; Fu, W.; Woodley, J. M.; Riisager, A.; Synthesis of 5-(Hydroxymethyl)furfural in Ionic Liquids: Paving the Way to Renewable Chemicals. ChemSusChem. 2011, n/a. DOI: 10.1002/cssc.201000374
  6. ^ Haibo Zhao, Johnathan E. Holladay, Heather Brown, Z. Conrad Zhang (2007). "Metal Chlorides in Ionic Liquid Solvents Convert Sugars to 5-Hydroxymethylfurfural". Science 316 (5782): 1597–1600. doi:10.1126/science.1141199. PMID 17569858. 
  7. ^ Su, Yu; Brown, Heather M.; Huang, Xiwen; Zhou, Xiao-Dong; Amonette, James E.; Zhang, Z. Conrad (2009). "Single-step conversion of cellulose to 5-hydroxymethylfurfural (HMF), a versatile platform chemical". Applied Catalysis A: General 361: 117. doi:10.1016/j.apcata.2009.04.002. 
  8. ^ A. A. Rosatella, S. P. Simeonov, R. F. M. Frade and C. A. M. Afonso, "5-Hydroxymethylfurfural (HMF) as a building block platform: Biological properties, synthesis and synthetic applications", Green Chemistry 2011, 13, 754-793. DOI: 10.1039/c0gc00401d
  9. ^ Abdulmalik, O; Safo, MK; Chen, Q; Yang, J; Brugnara, C; Ohene-Frempong, K; Abraham, DJ; Asakura, T (2005). "5-hydroxymethyl-2-furfural modifies intracellular sickle haemoglobin and inhibits sickling of red blood cells". British journal of haematology 128 (4): 552–61. doi:10.1111/j.1365-2141.2004.05332.x. PMID 15686467. 
  10. ^ 10,0 10,1 Arribas-Lorenzo, G; Morales, FJ (2010). "Estimation of dietary intake of 5-hydroxymethylfurfural and related substances from coffee to Spanish population". Food and Chemical Toxicology 48 (2): 644–9. doi:10.1016/j.fct.2009.11.046. PMID 20005914. 
  11. ^ 11,0 11,1 Ruiz-Matute, AI; Weiss, M; Sammataro, D; Finely, J; Sanz, ML (2010). "Carbohydrate composition of high-fructose corn syrups (HFCS) used for bee feeding: effect on honey composition". Journal of Agricultural and Food Chemistry 58 (12): 7317–22. doi:10.1021/jf100758x. PMID 20491475. 
  12. ^ Murkovic, M; Pichler, N (2006). "Analysis of 5-hydroxymethylfurfual in coffee, dried fruits and urine". Molecular Nutrition & Food Research 50 (9): 842–6. doi:10.1002/mnfr.200500262. PMID 16917810. 
  13. ^ Husøy, T; Haugen, M; Murkovic, M; Jöbstl, D; Stølen, LH; Bjellaas, T; Rønningborg, C; Glatt, H et al. (2008). "Dietary exposure to 5-hydroxymethylfurfural from Norwegian food and correlations with urine metabolites of short-term exposure". Food and Chemical Toxicology 46 (12): 3697–702. doi:10.1016/j.fct.2008.09.048. PMID 18929614.  |displayauthors= predlagan (pomoč)
  14. ^ Ramírez-Jiménez, A (2000). "Hydroxymethylfurfural and methylfurfural content of selected bakery products". Food Research International 33 (10): 833. doi:10.1016/S0963-9969(00)00102-2. 
  15. ^ Rufían-Henares, JA; De La Cueva, SP (2008). "Assessment of hydroxymethylfurfural intake in the Spanish diet". Food Additives & Contaminants: Part A: Chemistry, Analysis, Control, Exposure & Risk Assessment 25 (11): 1306–12. doi:10.1080/02652030802163406. PMID 19680837. 
  16. ^ Husøy, T.; Haugen, M.; Murkovic, M.; Jöbstl, D.; Stølen, L.H.; Bjellaas, T.; Rønningborg, C.; Glatt, H. et al. (2008). "Dietary exposure to 5-hydroxymethylfurfural from Norwegian food and correlations with urine metabolites of short-term exposure". Food and Chemical Toxicology 46 (12): 3697. doi:10.1016/j.fct.2008.09.048. PMID 18929614.  |displayauthors= predlagan (pomoč)
  17. ^ Schultheiss, J.; Jensen, D.; Galensa, R. (2000). "Determination of aldehydes in food by high-performance liquid chromatography with biosensor coupling and micromembrane suppressors". Journal of Chromatography A 880: 233. doi:10.1016/S0021-9673(99)01086-9. 
  18. ^ Gaspar, Elvira M.S.M.; Lucena, Ana F.F. (2009). "Improved HPLC methodology for food control – furfurals and patulin as markers of quality". Food Chemistry 114 (4): 1576. doi:10.1016/j.foodchem.2008.11.097. 

Zunanje povezave[uredi | uredi kodo]