Разное

Гмф это: чем они отличаются и как влияют на кожу?

05.11.1975

Содержание

SPF и PDD – что это и зачем про них пишут в солнцезащитных средствах? - Защита от солнца - Совет фармацевта

 

 

Лето, солнце, жара...
Мы всегда с нетерпением ждем тепла и жарких солнечных дней.


Лето – это время долгожданных каникул, суперотпусков,
теплых, длинных вечеров и незабываемых свиданий.


Летнее солнце дарит нам ровный и красивый загар,
а чтобы долгожданная встреча с солнцем прошла на высшем уровне
и загар был безопасным, к ней стоит подготовиться заранее!

 

 

Через озоновый слой Земли проходит два вида излучений,
которые важны для нашей кожи:
это UVB и UVA излучения.

 

UVB – это средние волны ультрафиолета,
которые оказывают мгновенное воздействие: покраснение, загар и солнечные ожоги.
В пасмурную погоду эти лучи блокируются, а вот в солнечную нет.
Обязательно используйте солнцезащитные средства, так как именно эти лучи могут вызвать рак кожи.
UVB лучи легко задерживаются одеждой и стеклом.

Верными спутниками лета станут:

легкая, светлая одежда,
шляпка, косынка или бейсболка
и солнцезащитные очки!

 

UVA - это длинноволновые лучи ультрафиолета,
для которых нет преград.
Ни тучи, ни оконные стекла, ни летняя одежда не защитят кожу от UVA лучей,
которые проникают глубоко в дерму, вызывая пигментацию и фотостарение кожи.

Именно UVA лучи обеспечивают «медленный» загар,
он появляется только через 1-3 суток и считается наиболее стойким.

Защищать кожу от UVA лучей нужно каждый день!

 

Для защиты от UVA/UVB-лучей на летний сезон
стоит приобрести специальные солнцезащитные средства
с особыми индексами: SPF, IPD, PPD.

SPF - Sun Protection Factor (солнцезащитный фактор) —
сила защитного действия от UVB-изучения.
Этот фактор защиты помогает нам загорать без покраснений и ожогов.
В результате мы получаем ровный и безопасный загар.

Чтобы определить, на какое время обеспечена защита, 
уровень SPF средства нужно умножить на количество 

«безопасных» для конкретного фототипа минут. 
Например, безопасное время для представителей нордического типа — 10 минут,
Средство с защитой SPF 15+,
то есть под прямыми солнечными лучами можно находиться 150 минут (10х15).

 

 

 Маркировка IPD, PPD говорит о защите от UVA-излучения.
Индекс PPD расшифровывается как Persistent Pigment Darkening
(постоянное пигментационное потемнение).
Он показывает, во сколько раз солнцезащитное средство способно уменьшить дозу UVA-излучения.
На сегодняшний день максимально возможное значение PPD=42,
то есть всего 42 % UVA-лучей задерживается.
Именно индекс PPD европейские и американские врачи-дерматологи считают самым точным.
Но далеко не все компании указывают индекс PPD.
Если этой аббревиатуры на баночке с солнцезащитным кремом вы не найдете, ищите показатель UVA.

  

IPD расшифровывается как Immediate Pigment Darkening
(быстрое пигментационное потемнение).
Максимальный показатель IPD может быть 90,
значит кожа защищена от вредного UVA-излучения на 90 %. 

 По последним стандартам любое солнцезащитное средство
должно иметь на упаковке информацию о соотношении SPF/PPD.
Полноценную защиту от всех видов ультрафиолетового солнечного излучения
(UVA и UVB) гарантирует соотношение SPF/PPD < 3.

 

 

 
 

- При выборе солнцезащитных средств проверьте,
чтобы оно включало и UVA-фильтры

- Выбирайте средство с информацией о соотношении SPF/PPD.
Оптимальное соотношение SPF/PPD < 3

- Наносите солнцезащитное средство не менее, чем за 20 мин до выхода на улицу

- Обновляйте солнцезащитное средство каждые два часа

 Матирующий гель-крем La Roche-Posay SPF50+

Матирующий гель-крем Anthelios SPF 50+ разработан специально для фотозащиты жирной проблемной кожи. Благодаря уникальной формуле, средство не только защищает кожу от UVA- и UVB-лучей, но и контролирует источники жирного блеска: себум и пот. Функцию себорегулирования выполняет молекула Airlicium, которая, словно невидимая вуаль, покрывает кожу и делает ее матовой и нежной. Гель-крем обладает уникальными свойствами: - двойной эффект против жирного блеска; - длительно матирует; - быстросохнущая текстура; - не оставляет белых следов. Матирующий гель-крем заметно сокращает жирный блеск в течение дня. Инновационная система солнечных фильтров Mexoplex® и экстракт Сенны Алаты обеспечивают усиленную фотостабильную защиту от негативного воздействия UVA/UVB лучей.

Солнцезащитный крем A-Derma Protect SPF50+

 

Cолнцезащитный крем Протект SPF 50+ защищает нежную кожу лица от негативного влияния ультрафиолета типов UVA и UVB, одновременно усиливая защитную функцию дермы. Содержит инновационный активный компонент - масло ростков овса Реальба (Rhealba®), которое укрепляет и защищает кожный барьер. Защитные фильтры, входящие в состав, фотостабильны и защищают от UVB и UVA лучей.

Сухая дымка-спрей Uriage Bariesun

 

Сухая Дымка-Спрей SPF50+ обеспечивает высокую защиту от УФ лучей. Интенсивно увлажняет и предотвращает обезвоживание, вызванное пребыванием на солнце. Средство с деликатным ароматом и текстурой «сухого распыления», не требующее распределения по коже. 

Освежающий спрей-вуаль для лица VICHY SPF50

 

Легкий невидимый Спрей-вауль, который защищает кожу от вредного UV в любое время. Оказывает антиоксидантное действие (комплекс антиоксидантов Baicaline + Витамин E) и дарит ощущение свежести и 24 часа увлажнения (глицерин 6%). Удобный формат - всего 75 мл, позволяет использовать в течение дня. 

Матирующая эмульсия Uriage Bariesun SPF50+

 

Матирующая эмульсия обеспечивает очень высокую защиту от УФ лучей и воздействия свободных радикалов. Интенсивно увлажняет и предотвращает обезвоживание кожи, вызванное пребыванием на солнце. 

Солнцезащитный флюид Isdin Age Repair SPF50

Средство:

– защищает от повреждений кожи, вызванных солнечным воздействием,
– способствует восстановлению уже нанесённых солнцем повреждений кожи (DNA Repairsomes),
– сокращает видимые признаки фотостарения (Li- Q10, Collagen Booster Peptide, HA),

– лёгкая водная текстура флюида, не раздражает глаза,
– отличная база под макияж: матирует, смягчает, сужает поры, делает кожу более гладкой,
– эффективен на влажной коже,
– подходит для чувствительной кожи.

Солнцезащитный флюид без отдушек Avene SPF50

Спрей для защиты от УФ-лучей очень чувствительной, светлой кожи. Содержит минимальное количество химических фильтров, чтобы не вызывать раздражение. Улучшенная водостойкая формула. Предотвращает шелушение кожи, улучшает ее защитный барьер. Легко впитывается, не оставляет следов и имеет колпачок с индикацией вскрытия. Легкая текстура придает коже матовый оттенок без блеска.

Молочко Bioderma Photoderm Max SPF50+

Максимально эффективное сочетание фильтров анти-УФА и анти-УФВ в креме Фотодерм МАХ надежно защищают от солнечного ожога, предупреждают непереносимость солнечных лучей и борются с преждевременным старением кожи. Уменьшая риск повреждения клеток, запатентованный комплекс Клеточная Биозащита®, обеспечивает оптимальную защиту структур клетки от агрессивных воздействий.

 

Маркировка на кремах от солнца вводит в заблуждение

Автор фото, BBC World Service

Специалисты Королевского фармакологического общества в Британии пришли к выводу, что в системах обозначения уровня защиты в косметических средствах от солнца царит полный хаос.

Согласно опросу, проведенному среди 2000 взрослых британцев, каждый пятый не знает, что принятое обозначение так называемого фактора солнечной защиты SPF не означает полной защиты от губительных солнечных лучей, а относится только лишь к ультрафиолетовому излучению одного из двух типов.

Ультрафиолетовое излучение типа А обычно обозначается буквами UVA, а защита от него обозначается количеством звездочек. Лучи этого типа могут вызывать старение кожи и морщины.

Ультрафиолетовое излучение типа В, обозначаемое буквами UVB, собственно, и вызывает загар. Защита от него обозначается буквами SPF, которые указывают на степень ослабления излучения.

Оба этих типа излучения могут быть причиной рака кожи.

"Совершенно очевидно, что многие потребители не понимают, что фактор SPF относится только к степени защиты от лучей типа UVB, но не UVA", - заявила профессор Джейн Лоренс, глава научного отдела Королевского фармакологического общества.

"Потребители не должны разбираться в сложной двухуровневой информации при выборе типа защиты от солнца", - полагает она.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Ученые считают, что ультрафилетовое переоблучение является основной причиной возникновения рака кожи

По ее словам, настала пора принять единую систему, понятную всем и основанную на простом описании общего уровня защиты.

Только 8% опрошенных твердо знали, что фактор SPF относится только от защиты от лучей типа UVB.

И каждый четвертый заявил, что вообще ничего не знает о смысле обозначения фактора SPF.

Среди родителей 15% признали, что никогда не смотрят на цифры на этикетке крема или лосьона от солнца при покупке.

Автор фото, BBC World Service

Подпись к фото,

Большинство опрошенных вообще не понимают, что обозначают буквы SPF

Фонд раковых исследований Британии рекомендует наносить примерно две столовые ложки крема от солнца каждые два часа при пребывании на солнце в Британии.

Эксперты также рекомендуют избегать выхода на солнце между 11 утра и 3 часами дня, или не снимать с себя одежду под солнцем в эти часы.

Чрезмерное облучение ультрафиолетом выступает основной причиной рака кожи - как злокачественной меланомы, так и доброкачественных видов рака.

Результаты обследования, опубликованные в 2011 году изданием "Британский журнал раковых исследований", свидетельствуют, что 86% меланом, диагностируемых в Британии ежегодно, связаны с чрезмерным увлечением солнечными ваннами и ультрафиолетовыми лампами в солярии.

Влияние ультрафиолетового (УФ) излучения — Портал о меланоме

«Солнце, воздух и вода – наши лучшие друзья», – знакомая каждому человеку фраза. Вот только еще двадцать лет назад солнце было не таким «злым», а количество заболевших раком кожи – не таким высоким.

Влияние света солнца на человека трудно переоценить – под его действием в организме запускаются важнейшие физиологические и биохимические процессы. Солнечный спектр делится на инфракрасную и видимую части

, а также на наиболее биологически активную ультрафиолетовую часть, которая оказывает большое влияние на все живые организмы на нашей планете.

Ультрафиолетовое излучение – это невоспринимаемое человеческим глазом коротковолновая часть солнечного спектра, обладающая электромагнитным характером и фотохимической активностью, представляющая собой электромагнитные волны  длиной от 180 до 400 нм. Этот физический фактор оказывает на организм человека множество положительных эффектов и успешно применяется для лечения целого ряда заболеваний.

Ультрафиолетовое (UV) излучение подразделяют на три спектра: длинноволновые лучи UVА, средневолновые лучи  UVB и коротковолновые лучи UVC.  Действие каждого UV-диапазона на человеческий организм различно: чем меньше длина волны, тем глубже она проникает через кожные покровы. Этим законом и определяется положительное или негативное влияние ультрафиолетового излучения на организм человека.

 UVА-лучи (400—315 нм) обладают наименьшей энергией, но при этом наиболее повреждающей силой. UVA-лучи проникают в более глубокие слои кожи, к клеткам дермы. UV-лучи спектра А могут привести к повреждению клеток ДНК, меняют их структуру, увеличивают уровень генетических мутаций, увеличивают риск появления рака кожи и меланомы, вызывают гиперпигментацию.

Продолжительное воздействие большого количества UVA-лучей вызывает повреждения коллагеновых и эластических волокон. Это приводит к появлению морщин и преждевременному старению кожи.

UVB-лучи ( 280—315 нм) обладают средней энергией и сильным повреждающим действием, лучи проникают в верхний слой кожи (эпидермис), но до дермы не добираются.
Именно эти лучи в небольших дозах вызывают загар, а в больших — солнечный ожог, участвуют в фотостарении, могут вызывать рак кожи и повреждения глаз.
Эти лучи активны, когда активно солнце.

 UVC-лучи (100—280  нм) — самые мощные, очень опасные для человека, но практически полностью поглощаются озоновым слоем атмосферы и не достигают земли.

Воздействие UV лучей зависит от множества индивидуальных характеристик: географического положения, высоты, времени года, времени дня, наличие и величина облачного покрова. 

К примеру, чем выше в горах находится человек, тем сильнее уровень UV излучения. Связано это с уменьшением расстояния, которое проходит солнечный луч через атмосферу, т.к. атмосфера обладает мощным рассеивающим эффектом. Интенсивность UV излучения падает на 20% с прохождением каждого километра, через атмосферу земли. По этой же причине, чем ближе к экватору мы находимся, тем сильнее UV излучение.

UVA излучение (315-400 нм) UVB излучение (280-315 нм)
  • UVА лучи действуют на нас постоянно в течении года. Его мощность практически не зависит ни от времени года, ни от времени суток, в отличии от UVB, которое сильнее в обеденное время и в летний период.
  • UVA лучи проникает через кожу более глубоко, чем UVB.
  • UVA лучи не задерживаются стеклом! Мы можем получать свою дозу просто находясь около окна или в автомобиле.

Ну и главное: UVA лучи — это сильнейший генератор свободных радикалов, а «свободно радикальная» теория — основная теория как фотостарения, так и хронологического старения кожи.

  • Фотоны UVB лучей в 600-1000 раз более энергичны, чем фотоны UVA.
  • Несмотря на то, что почти 70-90% UVB лучей отражается атмосферой, а из оставшихся большая часть рассеивается эпидермисом, 10-15% UVB все еще проникает в эпидермис. Повреждения, вызванные UVB, универсальны, затрагивающие различные биологические макромолекулы, такие как липиды, белки и нуклеиновые кислоты, вызывают мутации ДНК, которые могут провоцировать появление рака кожи и меланомы . Не зря этот тип излучения справедливо называют «мутационным».
  • Кроме того, UVB лучи также как и UVA способны к стимулированию окислительных повреждений в коже, хоть и в меньшей степени.
  • Наконец, UVB лучи вызывают такую реакцию кожи как загар, покраснения ожог и т.д.

Защитными барьерами кожи по отношению к UVлучам являются:

  • Роговой слой – отражает, рассеивает свет, абсорбирует лучевую энергию молекулами – хромофорами (нуклеиновыми кислотами и белками).
  • Зернистый слой – частично отражает свет, формируя белесый оттенок кожи.
  • Меланин представляет наиболее важный биологический барьер. В составе меланосом он является непроницаемым оптическим фильтром, препятствуя проникновению света и рассеивая лучи, абсорбирует и нейтрализует лучевую энергию.
  • Уроканиновая кислота – является основным «поглотителем» UV лучей в коже.
  • Липидная пленка на поверхности кожи отражает до 10 % солнечных лучей, а сквален является первым соединением, нейтрализующим свободные радикалы.

 

Чрезмерный загар поражает кожные покровы, глаза и иммунную (защитную) систему. Ощущаемые и видимые последствия избыточного UV-облучения (ожоги кожи и слизистой оболочки глаз, дерматиты и аллергические реакции) проходят в течение нескольких дней. Ультрафиолетовая радиация накапливается в течение длительного времени и вызывает весьма серьезные заболевания.

Посещение соляриев считается одной из ведущих причин возникновения меланомы, а также других видов рака кожи — базальноклеточного и плоскоклеточного рака.
По данным экспертов ВОЗ, ежегодно регистрируется более 132 тысяч случаев меланомы и около 66 тысяч смертей от нее или других видов рака кожи. Заболеваемость этими нозологическими формами постоянно растет, причем больше всего — в северных странах. Так, в Норвегии и Швеции за последние 45 лет заболеваемость утроилась, а в России и Соединенных Штатах за последние 30 лет удвоилась.
Эксперты связывают такой рост с постоянно растущим использованием соляриев — как стационарных, так и домашних.

Доказано, что у двух человек из трёх, посещавших солярий до 35 лет, возникнет онкологическое заболевание кожи. Даже однократное посещение солярия за жизнь увеличивает вероятность рака кожи на 20%, более 150−170 сеансов приводят к 50% вероятности развития злокачественных заболеваний кожи — особенно это касается любителей солнца «для здоровья раз в месяц».
Это 50% вероятность наступает через 10−15 лет.

- синтез - Биохимия

Синтез пуриновых оснований происходит во всех клетках организма, главным образом в печени. Исключение составляют эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты, лимфоциты.

Условно все реакции синтеза можно разделить на 4 этапа:

1. Синтез 5'-фосфорибозиламина

Первая реакция синтеза пуринов заключается в активации углерода в положении С1 рибозо-5-фосфата, это достигается синтезом 5-фосфорибозил-1-дифосфата (ФРДФ). Фосфорибозил-дифосфат является тем якорем, на основе которого синтезируется сложный пуриновый цикл.

Вторая реакция – это перенос NH2-группы глутамина на активированный атом С1 с образованием 5'-фосфорибозиламина. Указанная NH2-группа фосфорибозиламина уже принадлежит будущему пуриновому кольцу и ее азот будет атомом номер 9.

Реакции синтеза 5'-фосфорибозиламина
Параллельно фофорибозилдифосфат используется при синтезе пиримидиновых нуклеотидов. Он реагирует с оротовой кислотой и рибозо-5-фосфат связывается с ней, образуя оротидилмонофосфат.

2. Синтез инозинмонофосфата

5-фосфорибозиламин вовлекается в девять реакций, и в результате образуется первый пуриновый нуклеотид – инозинмонофосфорная кислота (ИМФ). В этих реакциях источниками атомов пуринового кольца являются глицин, аспартат, еще одна молекула глутамина, углекислый газ и производные тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК). В целом на синтез пуринового кольца затрачивается энергия 6 молекул АТФ.

Источники атомов пуринового кольца

3. Синтез аденозинмонофосфата и гуанозинмонофосфата

  1. Гуанозинмонофосфат (ГМФ) образуется в двух реакциях – сначала ИМФ окисляется ИМФ-дегидрогеназой до ксантозилмонофосфата, источником кислорода является вода, акцептором водорода – НАД. После этого работает ГМФ-синтетаза, она использует универсальный клеточный донор NH2-групп – глутамин, источником энергии для реакции служит АТФ.
  2. Аденозинмонофосфат (АМФ) также образуется в двух реакциях, но в качестве донора NH2-группы выступает аспарагиновая кислота. В первой, аденилосукцинат-синтетазной, реакции на присоединение аспартата используется энергия распада ГТФ, во второй реакции аденилосукцинат-лиаза производит удаление части аспарагиновой кислоты в виде фумарата.
Реакции синтеза АМФ и ГМФ

4. Образование нуклеозидтрифосфатов АТФ и ГТФ.

Синтез ГТФ осуществляется в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных групп от АТФ. Синтез АТФ происходит несколько иначе. АДФ из АМФ образуется также за счет макроэргических связей АТФ. Для синтеза же АТФ из АДФ в митохондриях есть фермент АТФ-синтаза, образующий АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования.

Реакции синтеза АТФ и ГТФ

Зволожуюча захисна емульсія SPF 30 Derm Acte

Зволожуюча захисна емульсія SPF 30 розроблена для шкіри будь-якої природи, а особливл - для зневодненої шкіри, з ознаками старіння, що вимагає інтенсивного омолоджуючого догляду і надійного фактора захисту від негативного УФ-випромінювання. Це денний засіб, який завдяки невагомій текстурі, закохує в себе з першого застосування.

Про текстуру французької емульсії варто розповісти окремо: легка, не щільна консистенція, яка вдячно буде сприйматися будь-яким типом дерми, але особливо сподобається власникам жирної і комбінованої. Завдяки присутності у формулі кремнезему (природний кристал оксид кремнію) навіть в найспекотніші дні шкіра буде довго залишатися матовою і тішити відсутністю запальних вогнищ.

Варто відзначити, що High Protection Moisturizing Fluid стане відмінним вибором для денного захисного і зволожуючого догляду не тільки влітку, але і в інші періоди сонячної активності, якими зараз може похвалитися навіть зима.

Захисну емульсію рекомендується використовувати не тільки для зволоження старіючої шкіри (35+) але і для боротьби з проявами такої вікової проблеми, як гіперпігментація. У союзі з освітлюючими засобами Derm Acte White можна домогтися вражаючих результатів, а на ранніх термінах використання такого тандему і зовсім уникнути розвитку вікової пігментації.

Спосіб застосування:

На очищену шкіру нанесіть трохи емульсії, рівномірно розподіліть її по всіх областях, не забуваючи про шию. Може використовуватися в якості бази під макіяж. Ідеальний захист на весь день після впливу выдлущуючыих препаратів, як, наприклад, Restorative Exfoliating Night Cream.

Результат:

Шкіра м'яка, еластична, ідеально захищена.

Науково доведена ефективність:
- Гідратація +52% - через 2 години після нанесення
- Зволожена шкіра: 95%*
- Захищена шкіра: 100%*
- Адаптовація до міського життя: 86%*

*% учасників фокус-групи, який підтвердили ефекти від застосування через 28 днів щоденного застосування засобу.

Ключові інгредієнти:

Концентрація активних компонентів: 7.05%

- Зволожуючий агент рослинного походження: 3,0%

- Осмопротектний зволожувач: 3%

- Вітамін Е: 0,05%

- Вітамін Е & C спрямованої дії: 1%

Повний склад:

Вода, каприлік/каприловий тригліцерид, целюлоза, гліцерин, кремнезем, арахідиловый спирт, гліцерил стеарат, бегеніловий спирт, арахідил глюкозид, амоній акрилоілдіметилтаурат/ВП сополімер, токоферол, цетил фосфат калію, ксантанова камідь, каприлілгліколь, ароматизатор (parfum), фітат натрію, хлорфенезин.

Кросслинкинг склеры с рибофлавином и ультрафиолетом А (UVA). Обзор литературы | Бикбов

1. Bikbov M.M., Bikbova G.M. [Keratectasia (pathogenesis, pathomorphology, clinic, diagnosis, treatment)] Ektazii rogovicy (patogenez, patomorfologiya, klinika, dyagnostika, lecheniye) — GU «Ufimskiy nauchno-issledovatelskiy institute glaznych bolezney» AN RB. — M.: Izd-vo «Oftalmologiya», 2011. — 164 s., il. [in Russ.]

2. Avetisov E.S., Savitskaya N.F., Vinetskaya M.I., Iomdina E.N. A study of biochemical and biomechanical qualities of normal and myopic eye sclera in humans of different age groups. Metab. Pediatr. Syst. Ophthalmol. 1983; 7: 183‑188.

3. Avetisov E.S. [Myopia] Blizorukost’. — 2 izd., pererab. i dop. — M.: Medizina, 2002. — 288 s.: il. [in Russ.]

4. Curtin B.J., Iwamoto T., Renaldo D.P. Normal and staphylomatous sclera of high myopia. An electron microscopic study. Arch. Ophthalmol. 1979; 97: 912‑915.

5. Liu K.R., Chen M.S., Ko L.S. Electron microscopic studies of the scleral collagen fiber in excessively high myopia. J. Formosan. Med. Assoc. 1986; 85: 1032‑1038.

6. Funata M., Tokoro T.: Scleral change in experimentally myopic monkeys. Graefes Arch. Clin.Exp. Ophthalmol. 1990; 228: 174‑179.

7. Iomdina E.N., Daragan V.A., Ilyina E.E.: Certain biomechanical properties and crosslinking of the scleral shell of the eye in progressive myopia. Proceedings of XIVth Congress on Biomechanics. 1993. Paris: International Society of Biomechanics, p. 616‑617.

8. Mechanic G. Crosslinking of collagen in a heritable disorder of connective tissue: Ehlers-Danlos syndrome. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1972; 47: 267‑272.

9. Logstrup N., Sjolie A.K., Kyvik K.O., Green A. Long term influence of insulin dependent diabetes mellitus on refraction and its components: a population based twin study. Br.J. Ophthalmol. 1997; 81: 343‑349.

10. Wollensak G., Spoerl E., Seiler T. Riboflavin/ultraviolet A-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. Am.J. Ophthalmol. 2003; 135: 620‑627.

11. McBrien N. A., Norton T.T. Prevention of collagen crosslinking increases formdeprivation myopia in tree shrew. Exp. Eye Res. 1994; 59: 475‑486.

12. Wollensak G., Spoerl E. Collagen crosslinking of human and porcine sclera. J. Cataract Refract. Surg. 2004; 30: 689‑695.

13. Liu T.‑X., Wang Z. Collagen crosslinking of porcine sclera using genipin. Acta Ophthalmol. 2013; 91: 253‑257.

14. Zhang Y., Li Z., Liu L., Han X., Zhao X., Mu G. Comparison of riboflavin/ultravioletA cross-linking in porcine, rabbit, and human sclera. BioMed Research International. Volume 2014 (2014), Article ID 194204, 5 pages.

15. Wollensak G., Iomdina E.. Long-term biomechanical properties of rabbit sclera after collagen crosslinking using riboflavin and ultraviolet A (UVA). Acta Ophthalmol. 2009; 87: 193‑198.

16. Wollensak G., Iomdina E., Dittert D.‑D., Salamatina O., Stoltenburg G. Cross-linking of scleral collagen in the rabbit using riboflavin and UVA. Acta Ophthalmol. Scand. 2005; 83: 477‑482.

17. Jung G.‑B., Lee H.‑J., Kim J.‑H., Lim J.I., Choi S., Jin K.‑H., Park H.‑K. Effect of crosslinking with riboflavin and ultraviolet A on the chemical bonds and ultrastructure of human sclera. Journal of Biomedical Optics 16 (12), 125004 (December 2011).

18. Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope. Phys.Rev. Lett. 1986; 56: 930‑933.

19. Gusev A.I. [Nanomaterials, nanostructures, nanotechnologies] Nanomaterialy, nanostructury, nanotechnologii. — M.: Fizmatlit, 2007. — 416 s. [in Russ.]

20. Choi S., Lee S.‑C., Lee H.‑J., Cheong Y., Jung G.‑B., Jin K.‑H., Park H.‑K. Structural response of human corneal and scleral tissues to collagen cross-linking treatment with riboflavin and ultraviolet A light. Lasers Med. Sci 2013; 28: 1289‑1296.

21. Zhang Y., Zou C., Liu L., Cao L., Xia X., Li Z., Hu M., Yu H., Mu G. Effect of irradiation time on riboflavin-ultraviolet-A collagen crosslinking in rabbit sclera. J. Cataract Refract. Surg. 2013; 39: 1184‑1189.

22. Wang M., Zhang F., Qian X., Zhao X. Regional Biomechanical properties of human sclera after cross-linking by riboflavin/ultraviolet A.J. Refract. Surg. 2012; 28: 723‑728.

23. Dotan A., Kremer I., Livnat T., Zigler A., Weinberger D., Bourla D. Scleral crosslinking using riboflavin and ultraviolet-A radiation for prevention of progressive myopia in a rabbit model. Exp. Eye Res. 2014; 127: 190‑195.

24. Polyak A.S., Turgunbayev N.A., Medvedev M.A. [Initial results of the sclera photomodification

25. in progressive myopia] Nachalnyie rezultaty fotomodifikacii sclery u bolnykh s progressiruyuschey blizorukostyu. Sbornik tezisov obscherossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii molodych uchyonykh: «Aktual’nye problemy oftalmologii». Moskva, 2009, s. 64. [in Russ.]

26. McBrien N., Gentle A. Role of the sclera in the development and pathological complications of myopia. Prog. Retin. Eye Res. 2003; 22: 307‑338.

27. Rada J.A. S., Shelton S., Norton T.T. The sclera and myopia. Exp. Eye Res. 2006; 82: 185‑200.

UVA, подсветка канадских мостов и другие инсталляции — Look At Me

Что происходит в офисе компании United Visual Artists.

United Visual Artists — одна из самых заметных компаний, занимающихся аудиовизуальными инсталляциями. UVA основали три видеоинженера — Мэтт Кларк, Крис Берд и Эш Неру — которые в начале двухтысячных взялись сделать видеошоу для Massive Attack. Сейчас компания разрослась в несколько раз и снимает три этажа небольшого, но довольно просторного лофта на Грейт Саффолк Стрит в лондонском округе Саутварк, это примерно в 15 минутах ходьбы от набережной Темзы и музея современного искусства Тейт Модерн.

Один из основателей UVA, Эш Неру, отвечающий за программные разработки в United Visual Artists, позвал меня в гости в офис компании, и сказал, что совсем не возражает против фотосъемок. Так что в один из погожих лондонских дней я вооружился камерой и прогулялся от Тейт до Грейт Саффолк Стрит.

Сразу после входной группы — ресепшн, рабочие места менеджеров и кухонька.


Первый этаж офиса

17 проектов, надо которыми United Visual Artists работают прямо сейчас. Эш затруднился объяснить, как небольшая компания успевает одновременно вести полторы дюжины немаленьких проектов.


Среди текущих проектов — Massive Attack, Ralph Lauren, Chanel, Volvo и по мелочи: пассаж для нового здания La Gaîté Lyrique в Париже, интерактивная подсветка моста в Канаде и так далее

Этажом ниже, в подвале — мастерские, в которых сотрудники монтируют прототипы инсталляций, и небольшая мультимедийная студия.


В правом углу фото можно увидеть части LED-панелей Barco, лежащие на багажном кофре; судя по работам UVA, это один из их излюбленных «строительных кирпичиков» большинства крупных инсталляций


Несколько человек вместе с приглашенными со стороны людьми монтируют видеосет к завтрашнему выступлению вместе с одной из лондонских рок-групп. Монтаж происходит в фирменном видеософте UVA под названием D3. Это модульный трехмерный видеосинтезатор, в котором можно набросать довольно детальную трехмерную модель инсталляции, расставить источники света, проекторы, световые панели, лазеры, разнообразные сенсоры, и затем управлять всей этой машинерией при помощи внушительного количества программных модулей. Сколь либо заметных конкурентов у этого впечатляющего программного пакета нет. UVA особо не продвигают его, но предлагают в качестве системы управления своими видеосетами и инсталляциями. Одно рабочее место системы стоит 25 тысяч фунтов. После подробного знакомства с D3 понимаешь, что это совершенно оправданный ценник. Эш говорит, что постоянной поддержкой D3 занимаются два программиста.

Монтаж видеосета в D3

Проектор бросает на одну из стен студии примерное изображение концертной сцены. Можно разглядеть условные фигурки четырех музыкантов, за спинами которых расположены LED-панели, проигрывающие различные видеоэффекты. По краям изображения виден интерфейс D3; внизу можно разглядеть сет-лист в виде длинной звуковой колбасы, которую рок-группа выдала UVA в качестве музыкального ориентира. Программа режет аудиозапись сообразно ритмической сетке каждой песни, а затем прямо в видеоредакторе D3 можно накидывать различные визуальные или световые эффекты, совпадающие с той или иной фазой песни, которую будут играть музыканты.

Трехмерные фигурки четырех условных музыкантов на фоне геометрической инсталляции — практически чистый Крафтверк

На самом верхнем этаже — дизайнерский офис, где сидят несколько разработчиков, трехмерщики и трое стажеров, занимающихся различным разработками для UVA.



Эш объясняет что-то одному из стажеров, делающему проект в интерактивной аудиосреде Max/MSP. За спинами сотрудников — мудборды (mood boards) текущих проектов UVA

Эш охотно рассказывает обо всех текущих работах UVA, спокойно объясняя технические и даже финансовые подробности проектов. Чрезвычайно приятно обнаружить, что известные видеоинженеры — приветливые и открытые люди, не боящиеся, что у них украдут какую-то хорошую идею.


United Visual Artists: портфолио.

Открытие и характеристика 5-гидроксиметилфурфурол оксидазы из Methylovorus sp. Штамм MP688

Abstract

В поисках полезных и возобновляемых химических строительных блоков 5-гидроксиметилфурфурол (HMF) оказался очень многообещающим кандидатом, поскольку он может быть получен из сахаров. HMF может быть окислен до 2,5-фурандикарбоновой кислоты (FDCA), которая используется в качестве заменителя терефталата на нефтяной основе в производстве полимеров. На основе недавно идентифицированного пути бактериальной деградации HMF были идентифицированы гены-кандидаты, ответственные за избирательное окисление HMF.Гетерологичная экспрессия белка из Methylovorus sp. штамм MP688 в Escherichia coli и последующая характеристика ферментов показали, что соответствующий ген действительно кодирует эффективную оксидазу HMF (HMFO). HMFO представляет собой оксидазу, содержащую флавинадениндинуклеотид, и принадлежит к семейству флавопротеиноксидаз глюкозо-метанол-холинового типа. Интересно, что активность HMFO не ограничивается HMF, поскольку он активен с широким спектром ароматических первичных спиртов и альдегидов.Было показано, что фермент относительно термостабилен и активен в широком диапазоне pH. Это делает HMFO многообещающим окислительным биокатализатором, который можно использовать для производства FDCA из HMF, реакции, включающей окисление как спирта, так и альдегида.

ВВЕДЕНИЕ

Чтобы перейти от химикатов на нефтяной основе к химическим веществам на биологической основе и, следовательно, к возобновляемым химическим веществам, необходимо разработать новые технологии и процессы (1). Одним из многообещающих химических веществ на биологической основе является 2,5-фурандикарбоновая кислота (FDCA).Этот химический строительный блок уже много лет упоминается как имеющий большой потенциал для применения в будущем (1, 2). Недавно новые технологии в полимерной промышленности уже привели к производству полимера на основе FDCA, полиэтиленфураноата (PEF). Этот полиэстер имеет характеристики, аналогичные характеристикам хорошо известного и широко применяемого полиэтилентерефталата, но основан на FDCA, а не на терефталате. Однако применение FDCA не ограничивается PEF и другими сложными полиэфирами, так как его также можно использовать для получения полиаминов и полиуретанов (2).

FDCA - это возобновляемое соединение, так как оно может быть произведено из фруктозы и других сахаров. Производство FDCA начинается с фруктозы и протекает через образование 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) в качестве промежуточного продукта. На первом этапе из фруктозы образуется HMF. Эта стадия внутримолекулярной дегидратации катализируется кислотой и проходит при относительно высоких температурах (3). Во второй части процесса HMF окисляется до FDCA (). Реакция, которая превращает HMF в FDCA, представляет собой шестиэлектронное окисление, при котором спиртовая группа окисляется до соответствующего альдегида.Эта альдегидная группа и альдегидная группа, уже присутствующие в HMF, дополнительно окисляются до соответствующих карбоновых кислот, что приводит к FDCA. Существующие химические методы этой реакции требуют использования стехиометрических количеств сильных окислителей или включают катализаторы на основе солей металлов в органическом растворителе и при высокой температуре и давлении (4, 5). Таким образом, желательна более щадящая и менее дорогая ферментативная процедура.

Катализируемое HMFO окисление HMF до FFA и FDCA. Реакция, превращающая HMF в FFA, представляет собой двойное окисление, которое включает перенос четырех электронов от субстратов к ферменту.В реакции, которая превращает FFA в FDCA, альдегидная группа окисляется до карбоновой кислоты.

В отличие от химического окисления, ферментативные превращения или превращения, катализируемые целыми клетками, можно проводить при более низких температуре и давлении. Однако ферментов, активных в отношении HMF, мало. На сегодняшний день показано, что только несколько ферментов проявляют активность по отношению к HMF (6, 7), из которых только один окисляет HMF, хлоропероксидазу (CPO). CPO из Caldariomyces fumago представляет собой гемсодержащую пероксидазу, продуцирующую в основном продукты однократного окисления диформилфуран (DFF) и 5-гидроксиметил-2-фурановую кислоту (кислота HMF) (74 и 20% соответственно) из HMF.Продукт тройного окисления FDCA не образуется (7).

Недавно активность HMF-оксидазы была идентифицирована у бактерии Cupriavidus basilensis (8). Этот микроб несет в себе кластер генов, участвующих в метаболизме HMF, и способен расти на HMF в качестве единственного источника углерода. Одним из кодируемых генов является предполагаемая оксидоредуктаза, HmfH, которая предположительно окисляет HMF. Однако фактические используемые субстраты и продукты, образованные HmfH, неясны. Ген, кодирующий HmfH, был введен в штамм Pseudomonas putida , который впоследствии можно было использовать в процессе ферментации для получения FDCA из HMF.Сам штамм Pseudomonas способен продуцировать кислоту HMF, но не FDCA из HMF. Только когда HmfH экспрессируется в Pseudomonas , образуется FDCA (9). На основании этих результатов было высказано предположение, что HmfH может осуществлять окисление как спирта, так и альдегида и, следовательно, может образовывать FDCA из HMF. Однако экспериментально это пока не подтверждено.

HmfH является членом семейства белков оксидоредуктазы глюкоза-метанол-холин (GMC) (10). Члены семейства оксидоредуктаз GMC имеют два консервативных домена.N-концевой домен GMC (Pfam 00732) участвует в связывании флавинадениндинуклеотида (FAD) как простетической группы. Кофактор FAD в оксидаз GMC-типа обеспечивает окислительную способность, необходимую в реакциях, и восстанавливается до FADH - при окислении субстрата. Восстановленный кофактор повторно окисляется молекулярным кислородом, что приводит к образованию перекиси водорода вместе с продуктом. В некоторых флавопротеиноксидазах GMC FAD ковалентно связан с гистидиновой боковой цепью в этом домене фермента.Второй консервативный домен - это С-концевой домен GMC (Pfam 05199). Этот домен длиной примерно 150 аминокислот содержит остатки активного сайта, включая строго консервативный гистидин (11).

Субстраты для оксидоредуктаз GMC разнообразны, от небольших спиртов, таких как метанол и холин (12), до более сложных соединений, таких как глюкоза (13) и ароматические спирты (14). В то время как большинство GMC-оксидаз превращают спирт в кетон или альдегид, некоторые из них способны выполнять двойное окисление, превращая первичный спирт в альдегид, а затем в карбоновую кислоту.В целом субстрат отдает ферменту четыре электрона в такой реакции. Однако только несколько GMC-оксидоредуктаз могут окислять спирты до соответствующих карбоновых кислот (12, 15). Хотя гидроксилирование и окисление аминов было описано для других типов флавопротеиноксидаз (16), до сих пор не было идентифицировано ни одной GMC-флавопротеиноксидазы с такой активностью (10).

В этой статье мы описываем клонирование гена из Methylovorus sp. штамм MP688, кодирующий гомолог HmfH.Соответствующий фермент может быть сверхэкспрессирован в Escherichia coli и очищен с помощью аффинной хроматографии. Это позволило нам изучить биокаталитические свойства этого фермента, который оказался эффективной FAD-содержащей оксидазой, способной окислять HMF до FDCA. Поэтому мы назвали фермент HMFO (HMF оксидаза). Интересно, что активность HMFO не ограничивается HMF, и многие другие ароматические субстраты также эффективно окисляются.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспрессия, очистка и спектральный анализ HMFO.

Гены, кодирующие HMFO ({"type": "entrez-protein", "attrs": {"text": "YP_004038556.1", "term_id": "313199898", "term_text": "YP_004038556.1" }} YP_004038556.1), HmfH ({"type": "entrez-protein", "attrs": {"text": "ADE20408.1", "term_id": "291619945", "term_text": "ADE20408. 1 "}} ADE20408.1) и {" type ":" entrez-protein "," attrs ": {" text ":" YP_001895804.1 "," term_id ":" 187924162 "," term_text ":" YP_001895804. .1 "}} YP_001895804.1 из Burkholderia фитофирм. PsJN были приобретены у DNA2.0 (Менло-Парк, Калифорния). Синтетические гены были оптимизированы для экспрессии в E. coli , а гены, кодирующие HMFO- и B. phytofirmans PsJN, включали последовательность, которая кодирует C-концевой сайт расщепления протеазой вируса травления табака (TEV), за которым следует Метка Strep, облегчающая очистку с помощью аффинной хроматографии (см. Рис. S1 – S3 в дополнительном материале). Гены были доставлены в плазмиду pJexpress 404 из ДНК2.0.

Для увеличения уровней экспрессии была создана конструкция слияния SUMO-HMFO.Ген hmfo амплифицировали из плазмиды pJexpress 404 со следующими праймерами: прямой, 5'-ATGACTGATACGATTTTTGACTACGTG-3 '; обратный, 5'-TTAAGCCTGGGTCAGAATCGC-3 '. Подчеркнутые основания вводят стоп-кодон за последним остатком HMFO. Этот стоп-кодон был введен, потому что он не присутствовал в заказанном гене, поскольку он содержал C-концевой сайт протеазы TEV и метку Strep для очистки. Продукт ПЦР (2,9 мкг) инкубировали с 5 ед. Полимеразы Taq и 0.6 мМ dATP (оба из New England BioLabs) в общем объеме 40 мкл в течение 15 мин при 72 ° C для введения выступов 3'-A. Эту ДНК лигировали в вектор pET-SUMO, как описано в руководстве пользователя системы экспрессии белка pET SUMO Champion (Invitrogen, Carlsbad, CA).

Для экспрессии HMFO ночную культуру клеток E. coli BL21 (DE3) с кодирующей плазмидой SUMO-HMFO разводили 1: 100 в 1 литре Terrific Broth, содержащем 50 мкг · мл -1 канамицина, и выращивали при 37 ° C до тех пор, пока он не достигнет оптической плотности при 600 нм (OD 600 ) 0.5. Клетки индуцировали 1,0 мМ изопропил-β-d-тиогалактопиранозидом и выращивали в течение 68 часов при 17 ° C. Клетки собирали центрифугированием при 3730 × g в течение 15 мин (ротор JLA-10.500, 4 ° C) и ресуспендировали в 80 мл 100 мМ трис-HCl (pH 8,0) с добавлением 10% (об. / Об.) Глицерина, 150 мМ NaCl и 10 мкМ FAD. Клеточный экстракт получали после разрушения клеток при 25000 фунтов / дюйм 2 (устройство для разрушения клеток Constant Systems [Давентри, Соединенное Королевство]) и затем центрифугировали в течение 1 ч при 29100 × g (ротор JA-17, 4 ° C). .Все последующие этапы выполнялись при 4 ° C. Растворимую фракцию смешивали с 2 мл предварительно уравновешенной смолы Ni-Sepharose (GE-Healthcare) в течение 1,5 часов. Проточный поток удаляли, и колонку промывали 5 объемами колонки (CV) 50 мМ Трис-HCl с 150 мМ NaCl, а затем промывали 3 объемами 50 мМ Трис-HCl с 150 мМ NaCl, содержащим 5 мМ имидазол. Белок элюировали 4 объемами 50 мМ трис-HCl с 150 мМ NaCl, содержащим 500 мМ имидазол. Элюат обессоливали на колонке Bio-Rad 10DG.

Для удаления N-концевого слияния His 6 -SUMO из белка HMFO, 4,3 мг очищенного SUMO-HMFO расщепляли 0,2 мг SUMO-протеазы в 50 мМ трис-HCl (pH 8,0) в общем объеме 3,0 мл. Ферменты инкубировали в течение 16 ч при 4 ° C, а затем раствор инкубировали с 0,4 мл предварительно уравновешенной Ni-сефарозы в течение 1,5 ч при 4 ° C. HMFO присутствовал в потоке. Протеаза и фрагмент His-SUMO элюировали 50 мМ трис-HCl с 150 мМ NaCl, содержащим 500 мМ имидазол.В качестве отрицательного контроля SUMO-HMFO обрабатывали так же, как описано выше, но не добавляли протеазу.

Спектр УФ-видимого света очищенного белка регистрировали между 240 и 650 нм. HMFO денатурировали с конечной концентрацией 0,1% (вес / объем) SDS для получения спектра свободного кофактора флавина. Спектры свернутого и денатурированного HMFO использовали для расчета как концентрации, так и коэффициента экстинкции HMFO.

мутация h567A.

Для введения мутации His467Ala в HMFO была проведена цельная плазмидная ПЦР.Для мутации h567A использовали следующие праймеры: прямой, 5'-CGGCGGTGTTTGGGCTGCGAGCGGCACG-3 '; обратный, 5'-CGTGCCGCTCGCAGCCCAAACACCGCCG-3 '. Подчеркнутые основания представляют собой несоответствия, вводящие Ala (GCT) вместо His (CAT). ДНК-матрицу расщепляли DpnI (New England BioLabs). Плазмиду очищали с помощью набора для очистки ПЦР (Qiagen) и трансформировали в клеток E. coli TOP10. Внесение мутаций было подтверждено секвенированием. Очистку и спектральный анализ этого мутантного фермента проводили так же, как и для фермента дикого типа.

Оптимальная температура и pH HMFO.

Для определения температурного оптимума HMFO, 2,0 мМ 4-гидроксибензилового спирта окисляли в 50 мМ фосфатном буфере, pH 8,0. Наблюдаемые скорости были рассчитаны на основе увеличения поглощения при 330 нм, вызванного образованием 4-гидроксибензальдегида ( 330 = 13,7 мМ -1 · см -1 при 25 ° C). Кювету, содержащую субстрат, растворенный в буфере, нагревали вместе со спектрофотометром перед измерением от 25 до 70 ° C.Для начала измерения добавляли 100 нМ фермента.

Оптимум pH определяли с помощью 100 нМ HMFO и 2,0 мМ 4-гидроксибензилового спирта в 12-кратно разбавленном буфере Бриттона-Робинсона, содержащем 200 мМ борной кислоты, 200 мМ уксусной кислоты и 200 мМ фосфорной кислоты, доведенных до нужного значения pH с помощью NaOH. Активность определяли от pH 6,5 до pH 10. Наблюдаемые скорости рассчитывали, используя образование 4-гидроксибензальдегида, как описано выше. Коэффициент экстинкции 4-гидроксибензальдегида определяли для всех измеренных значений pH.

ThermoFAD для вариантов HMFO.

Температуры разворачивания очищенного HMFO, SUMO-HMFO и мутантного фермента SUMO-HMFO h567A анализировали методом ThermoFAD (17). С помощью этого метода отслеживают высвобождение кофактора флавина при нагревании фермента. Термоциклер для ПЦР в реальном времени использовали для денатурирования 20 мкл 10 мкМ фермента. Температурный градиент был установлен от 20 до 90 ° C, и флуоресценция измерялась каждые 0,5 ° C.

Измерения активности.

Субстратный диапазон HMFO определяли с использованием анализа, связанного с пероксидазой, для обнаружения H 2 O 2 , образовавшегося при окислении, или с использованием прямого метода, который измеряет потребление кислорода при окислении субстрата.Анализируемые спирты: 2-фуранметанол (фурфуриловый спирт), HMF, ( S ) -5-гидроксиметил-2 (5H) -фуранон, d-фруктоза, (1 R , 2 S ) -циклогексан-1. , 2-диол, пропан-1,2,3-триол (глицерин), (2 S , 4 R ) -пентан-1,2,3,4,5-пентол (d-ксилит), 2 -гидрокси- N , N , N -триметилэтанаминий (холин), (2 E , 4 E ) -гекса-2,4-диен-1-ол, бензиловый спирт, 4-гидроксибензиловый спирт , 4-аминобензиловый спирт, 4-хлорбензиловый спирт, 4- (гидроксиметил) -2-метоксифенол (ванилиловый спирт), 2-метокси-4- (2-пропенил) фенол, 1,3-дигидроксиметилбензол, ( S ) - 1-фенилэтанол, ( R ) -1-фенилэтанол, 2-фенилэтанол, 4-бутилбензиловый спирт, ( S ) -фенил-1,2-этандиол, ( R ) -фенил-1,2-этандиол , 4,5-бис (гидроксилметил) -2-метилпиридин-3-ол (все закуплено у Sigma), 5-гидроксиметил-2-фурфуриловый спирт (HMF-OH; TCI), (2E) -3-фенилпроп-2- ен-1-ол (коричный спирт ; Acros) и 5-гидроксиметил-2-фурановая кислота (HMF acid; Matrix Scientific).Поскольку последний был сильно этерифицирован, перед использованием 300 мМ HMF-кислоту кипятили в 2 М H 2 SO 4 в течение 2 часов. После гидролиза его pH доводили до 8,0 с помощью NaOH и разбавляли до нужной концентрации в 50 мМ фосфатном буфере (pH 8,0).

Исследуемые альдегиды представляли собой 2-фуранкарбоксальдегид (фурфурол), DFF (оба от Sigma) и 5-формил-2-фуранкарбоновую кислоту (FFA; TRC). В скрининг также были включены 1-фенилметиламин (Sigma) и 2-метокси-4- (2-пропенил) фенол (Sigma).

В связанном анализе обнаружения H 2 O 2 пероксидаза хрена (HRP [Sigma], 20 или 50 Ед / мл) окисляет 4-аминоантипирин (0,1 мМ) и 3,5-дихлор-2-гидроксибензолсульфоновую кислоту. (1 мМ) с образованием продукта розового цвета, который измеряли при 515 нм (ε 515 = 26 мМ -1 см -1 ) (18). Концентрацию кислорода определяли с помощью сенсорных пятен REDFLASH и детектора и источника света Firesting O 2 (Pyroscience, Аахен, Германия). Для калибровки был приготовлен 100% раствор кислорода путем перемешивания воды MilliQ при 2500 об / мин в течение 15 минут на воздухе.В результате был получен раствор 274 мкМ (23 ° C, pH 7,0, атмосферное давление). Воду продували аргоном в течение 30 минут, чтобы получить бескислородный стандарт. Активность от 0,1 до 15 мкМ HMFO определяли с использованием от 0,5 до 50 мМ субстрата, в зависимости от используемого субстрата. Все реакции проводили при 25 ° C в 50 мМ фосфатном буфере, pH 8,0.

Значения k cat и K m для большинства субстратов SUMO-HMFO были определены путем мониторинга потребления кислорода во время катализа.Конечная концентрация от 100 до 500 нМ HMFO (в зависимости от субстрата) была добавлена ​​к субстрату (от 0,01 до 100 мМ) в 50 мМ фосфатном буфере (pH 8,0) при 25 ° C. В качестве субстратов использовались фурфуриловый спирт, фурфурол, HMF-OH, HMF, кислота HMF, DFF, FFA, бензиловый спирт, 1,3-дигидроксиметилбензол, 1,4-дигидроксиметилбензол, 4-бутилбензиловый спирт, 4-гидроксибензиловый спирт, 4-аминобензиловый спирт. спирт, 4-хлорбензиловый спирт, циннамиловый спирт и (2 E , 4 E ) -гекса-2,4-диен-1-ол. Концентрация кислорода определялась с помощью сенсорных точек REDFLASH, как указано выше.Скорости уменьшения содержания кислорода были преобразованы в наблюдаемые скорости, и кинетические параметры Михаэлиса-Ментен были получены путем аппроксимации кривой по формуле v = ( k cat · [ S ]) / ( K m + [ S ]) и SigmaPlot. Определяли значения k cat и K m как для ферментов дикого типа, так и для мутантных h567A ферментов для ванилилового спирта. Образование продукта контролировали спектрофотометрически, измеряя увеличение поглощения при 340 нм ( 340 = 14 мМ -1 см -1 ).Используемые концентрации субстрата были такими, как описано выше. Для фермента дикого типа использовали 200 нМ фермента, а для мутантного фермента h567A использовали 5,0 мкМ. Оксидазную активность фермента дикого типа (5,0 мкМ) в отношении глицерина контролировали с помощью анализа сопряженной HRP, описанного выше. Начальные скорости были измерены для глицерина в диапазоне концентраций от 1,0 мМ до 1,0 М.

Образование H

2 O 2 .

Производство H 2 O 2 в качестве побочного продукта катализа было обнаружено с помощью каталазы (Sigma).Для этого 100 мкМ коричного спирта окисляли 0,2 мкМ HMFO. Когда уровень кислорода больше не снижался, добавляли 150 Ед каталазы для контроля повторного появления кислорода. Уровни кислорода контролировали с помощью сенсорных пятен REDFLASH и детектора и источника света Firesting O 2 (Pyroscience, Ахен, Германия).

Идентификация продукта.

Продукты, образованные HMFO с HMF в качестве субстрата, анализировали с помощью колонки Zorbax Eclipse XDB-C8 (5 мкм; Agilent). В качестве подвижной фазы использовали 12 мМ фосфатный буфер при pH 7.0 (A) и ацетонитрил (B) использовали при скорости потока 1,2 мл мин. -1 . После 1 минуты 100% A, B увеличивалось до 5% за 3,5 минуты, а затем до 40% за 2,5 минуты. Через 0,5 мин 40% B элюент возвращался к 100% A за 0,5 мин, и этот уровень поддерживался в течение 2 мин. Детектирование проводили при 268 нм. Время удерживания HMF, DFF, HMF кислоты, FFA и FDCA составляло 6,4, 6,0, 1,6, 2,1 и 1,2 мин соответственно. Градуировочные кривые строили для растворов 0,1, 0,5, 1,0 и 2,0 мМ.

Образование продукта анализировали через 5 ч превращения 2 мМ HMF с помощью 5 мкМ HMFO (25 ° C, 600 об / мин).Реакционные смеси нагревали при 80 ° C в течение 5 минут для инактивации фермента, после чего агрегаты белка удаляли центрифугированием. В качестве отрицательного контроля растворы HMF, DFF, HMF кислоты и FFA обрабатывали таким же образом, но в отсутствие фермента для мониторинга спонтанного окисления субстрата и промежуточных продуктов воздухом.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Идентификация и клонирование гена, кодирующего HMFO.

Для более детального изучения HMF-окисляющего фермента C.basilensis , мы впервые попытались экспрессировать HmfH в E. coli . Для этого использовали несколько экспрессионных плазмид на основе pBAD и pET при тестировании различных штаммов E. coli , температур роста и концентраций индукторов. Помимо природного гена hmfH , в тесты на экспрессию были включены несколько генов с оптимизированной экспрессией. Однако не удалось достичь экспрессии растворимого HmfH, даже при использовании мальтозосвязывающего белка или SUMO в качестве партнера слияния для повышения экспрессии растворимого белка (результаты не показаны).Поэтому мы решили искать гомологичные гены, для которых соответствующие ферменты, как ожидается, будут выполнять аналогичную метаболическую роль. Поиск BLAST в базе данных последовательностей выявил несколько гомологов HmfH, все с неизвестными функциями. Ближайшие гомологи происходят в основном от видов Burkholderia (идентичность последовательностей от 32 до 69%), при этом были идентифицированы гены других бактерий. Мы решили продолжить с двумя гомологичными генами, одним из B. phytofirmans PsJN ({"type": "entrez-protein", "attrs": {"text": "YP_001895804.1 "," term_id ":" 187924162 "," term_text ":" YP_001895804.1 "}} YP_001895804.1) и один из штамма MP688 Methylovorus sp. ({" Type ":" entrez-protein "," attrs ": {" text ":" YP_004038556.1 "," term_id ":" 313199898 "," term_text ":" YP_004038556.1 "}} YP_004038556.1). Кодированные белки показали 69 и 46% идентичности последовательности с HmfH последовательность белка (см. фиг. S4 в дополнительном материале). Гены, кодирующие эти гомологи, были упорядочены как гены с оптимизированной экспрессией в векторе pJexpress 404. Подобно HmfH, белок из B.phytofirmans PsJN не может быть экспрессирован в E. coli . Гомолог Methylovorus может быть функционально экспрессирован. Поскольку экспрессия была ограничена этой конструкцией, была создана конструкция слияния pET-SUMO, что привело к 20-кратному увеличению экспрессии.

Структурные и спектральные свойства HMFO.

Из 1 литра культуры с OD 600 , равным 20, можно было очистить 88 мг желтого SUMO-HMFO. Очищенный белок проходит в виде одной полосы с массой около 70 кДа на SDS-PAGE.Это согласуется с предсказанной массой 70,4 кДа слитого белка His 6 -SUMO-HMFO. Когда гель SDS-PAGE был пропитан 5% уксусной кислотой, УФ-флуоресцентная полоса не могла быть обнаружена, что позволяет предположить, что кофактор флавина не связан ковалентно с белком. Близким гомологом с известной структурой является холиноксидаза (EC 1.1.3.17; CholO) из Arthrobacter globiformis (идентичность последовательностей 32%). В этом белке кофактор FAD ковалентно связан через 8-α-гистидильную связь.Попарное выравнивание последовательностей показывает, что соответствующий гистидин, ответственный за связь белок-FAD, His99, не консервативен в HMFO (Val101 в этом положении). Для проверки диссоциации кофактора флавина HMFO подвергали обработке трихлоруксусной кислотой и последующему центрифугированию. Это действительно привело к образованию белого осадка белка и желтого супернатанта.

Спектр УФ-видимого света нативного фермента представлял собой типичный спектр поглощения флавопротеинов с максимумами поглощения при 385 и 456 нм.После развертывания с помощью SDS был получен спектр флавина, который был идентичен спектру коммерчески доступного FAD с максимумом поглощения при 450 нм. Используя известную константу экстинкции для FAD (ε 450 = 11,3 мМ −1 см −1 ), константа экстинкции для HMFO (ε 456 = 10,7 мМ −1 см −1 ) может определяется ().

Спектры поглощения рекомбинантных HMFO дикого типа, SUMO-HMFO h567A и FAD.

Чтобы проверить, влияет ли слитый тег SUMO на свойства HMFO, N-концевую часть SUMO отщепляли протеолитической обработкой фермента слияния протеазой SUMO.Полученный рекомбинантный HMFO дикого типа сравнивали со слитым вариантом путем измерения их УФ-визуальных спектров, определения их стационарных кинетических параметров для HMF и измерения их термостабильности. Эти результаты показывают, что ни спектр флавина (свидетельствующий об идентичном микросреде вокруг кофактора флавина), ни активность HMFO (различия между значениями K m и k cat , <10%), ни его термостойкость (кажущиеся температуры плавления отличались <0.5 ° C), на него повлияло его сплавление с SUMO на N-конце. Поэтому мы решили использовать HMFO, конденсированный с помощью SUMO, для остальной части нашего исследования.

Субстратная специфичность HMFO.

HMFO был идентифицирован с помощью поиска BLASTp как гомолог (идентичность последовательности 46%) HmfH C. basilensis . Считается, что последний белок активен в отношении HMF. Следовательно, очищенный HMFO был проанализирован на активность с HMF. Фермент-зависимое снижение молекулярного кислорода показало, что HMFO активен в отношении HMF. Это соответствует предсказанию, что HMFO является членом семейства оксидаз GMC-типа.В большинстве оксидаз молекулярный кислород используется для повторного окисления кофактора флавина, что приводит к образованию H 2 O 2 . Для HMFO образование перекиси водорода было экспериментально подтверждено добавлением каталазы после инкубации HMFO и коричного спирта. Во время катализа расходуется 0,08 мМ молекулярного кислорода. Добавление 150 ед. Каталазы привело к образованию 0,04 мМ молекулярного кислорода, что свидетельствует о том, что HMFO является оксидазой.

Ферментативное окисление HMF представляет интерес для производства FDCA.Как показано на, это преобразование состоит из трех стадий окисления. Поэтому также измеряли активность HMFO в отношении промежуточных продуктов DFF, кислоты HMF и FFA. Неожиданно было обнаружено, что HMFO также превращает DFF и HMF кислоту. Несмотря на химическое родство, все эти фураны обладают разными свойствами. Это четко отражено в полученных значениях k cat и K m (). Сродство HMFO к HMF в 50 раз выше, чем к HMF-кислоте, возможно, из-за отрицательного заряда, вносимого карбоновой кислотой.Интригует активность HMFO в отношении DFF, альдегида. Окисление альдегидов не является обычным явлением для оксидаз GMC-типа. Было проанализировано несколько пар спирт-альдегид. Для DFF значение k cat / K m для DFF всего в семь раз ниже, чем для аналогичного спирта HMF-OH. Аналогичная спирто-альдегидная пара - фурфуриловый спирт и фурфурол. Кинетические параметры фурфурилового спирта сопоставимы с таковыми для HMF-OH. С другой стороны, фурфурол не является субстратом.

ТАБЛИЦА 1

Установившиеся кинетические параметры HMFO a

Мы обнаружили, что профиль приемлемости субстрата HMFO не ограничивается фуранами. Бензиловые спирты также легко усваиваются ферментом. Фактически, HMFO активен для всех протестированных первичных спиртов (как фуран, так и бензил). Значения k cat для всех этих спиртов довольно похожи ().

Как и другие оксидоредуктазы GMC, HMFO, по-видимому, ограничен окислением углеродно-кислородной связи.Например, бензиламин амина не является субстратом, тогда как бензиловый спирт является. Кроме того, гидроксилирование двойной связи, осуществляемое FAD-содержащей оксидазой ванилилового спирта (19), не может осуществляться HMFO.

Идентификация продукта.

Чтобы установить идентичность продуктов, образующих HMFO, был проведен анализ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. После 5 ч инкубации 2 мМ HMF полностью конвертировали 5 мкМ HMFO (). Основным продуктом реакции была FFA (92%), но также присутствовало значительное количество FDCA (8%).В контрольной реакционной смеси без HMFO HMF оставался основным компонентом (> 99%), что означает, что HMFO необходим для превращения HMF. Чтобы исключить самопроизвольное окисление промежуточных продуктов (кислоты HMF, DFF и FFA) во времени, с этими производными HMF были приготовлены аналогичные контрольные реакционные смеси. Во всех случаях> 99% обнаруженных производных HMF были исходными соединениями. Это исключает спонтанное образование FDCA и подтверждает, что HMFO может продуцировать FDCA.

Производство продукции HMFO.Черные полосы представляют продукты, образованные 5 мкМ HMFO, начиная с 2 мМ HMF в качестве субстрата. HMF полностью превращается в FFA (92%) и FDCA (8%). В контрольном эксперименте без фермента (серые столбцы) HMF оставался. Присутствовали менее 0,5% кислоты HMF и FFA. Все эксперименты проводились в двух экземплярах, и средние значения показаны со стандартным отклонением в виде серых полос.

Оптимальная температура и pH HMFO.

Чтобы установить оптимальные условия для HMFO, были определены его pH и температурный оптимум.Активность определяли между pH 6,5 и pH 10 в буфере Бриттона-Робинсона. Оптимальный pH HMFO для активности был 8,0, и он сохранял почти 80% своей пиковой активности между pH 6,5 и pH 9,0. При pH 10,0 его активность снижалась до 30% (). Используемый буфер Бриттона-Робинсона снижает активность HMFO на 10% по сравнению с активностью, полученной с фосфатным буфером при pH 8,0.

(A) Оптимальный pH для активности HMFO. Показана активность HMFO в отношении 4-гидроксибензилового спирта, измеренная в буфере Бриттона-Робинсона.(B) Оптимальная температура (T) для активности HMFO на основе активности HMFO в отношении 4-гидроксибензилового спирта между 25 и 70 ° C. Максимальной активности при 55 ° C было присвоено значение 1.

Температурный оптимум был определен между 25 и 70 ° C. HMFO был наиболее активен при 55 ° C. При 25 ° C HMFO имел 60% активности, чем при 55 ° C, а при 70 ° C оставалось только 10% его активности (). Используя метод ThermoFAD, мы определили, что его кажущаяся температура плавления составляет 48,5 ° C. Это показывает, что оксидаза достаточно термотолерантна.

Идентификация активного центра гистидина, h567.

Одной из ключевых особенностей оксидаз GMC-типа является наличие абсолютно консервативного гистидина в С-концевом домене. Роль этого гистидина была исследована на хорошо изученных членах семейства GMC, таких как глюкозооксидаза, холиноксидаза (CholO) и оксидаза арилалкоголя (AAO) (13, 20, 21). Замена этого гистидина на аланин привела к резкому снижению катализа всех этих оксидаз. Модель гомологии HMFO была создана с использованием кристаллических структур пиранозоксидазы (3T37) и CholO (3NNE).Проверка этой модели показала, что h567 является гистидином активного центра в HMFO. Как и ожидалось, катализ HMFO h567A сильно снижен по сравнению с катализом фермента дикого типа. При использовании ванилилового спирта в качестве субстрата значение k cat мутантного фермента в 4400 раз ниже, чем у фермента дикого типа. Однако это практически не влияет на сродство к субстрату (). Микроокружение флавина также изменяется в мутантном ферменте, как показывает спектр УФ-видимого света ().Максимум поглощения сместился с 456 до 464 нм (ε 464 = 9,9 мМ -1 см -1 ). Понятно, что гистидин не играет важной роли в связывании субстрата, но необходим для катализа. Для HMFO еще предстоит определить, участвует ли h567 в окислительной или восстановительной полуреакции.

ОБСУЖДЕНИЕ

HMFO был идентифицирован как гомолог HmfH из C. basilensis (8). Считается, что последний белок активен в отношении HMF.Хотя он только на 45% идентичен HmfH и не имеет части длиной 35 аминокислот рядом с С-концом белка, HMFO также активен в отношении HMF. Однако профиль субстрата HMFO не ограничивается HMF. Многие другие фураны, а также бензильные соединения принимаются ферментом. Среди протестированных субстратов фермент проявляет активность в отношении всех ароматических соединений с метанольным заместителем. Это показывает, что помимо ароматичности важны положение и природа спирта. Эта строгая специфичность для первичных спиртов, вероятно, связана со специфической архитектурой активного сайта.Наиболее поддерживаемый механизм реакции для GMC-оксидаз включает отрыв протона от спиртовой группы в качестве начальной стадии катализа (22). Если заместитель более объемный, спиртовой фрагмент может быть расположен недостаточно близко, чтобы облегчить перенос гидрида на кофактор флавина. Альтернативно, затрудняется депротонирование спирта основанием активного центра.

Еще одним требованием является наличие в молекуле сопряженной системы, проиллюстрированной, например, циннамиловым спиртом и 2,4-гексадиен-1-олом.Плоская структура, обусловленная системой двойных связей, может быть требованием для продуктивного связывания субстрата. Альтернативно, сопряженная система расширяется, когда спирт окисляется до альдегида, и тем самым может способствовать окислению спирта.

Поскольку фермент не активен в отношении вторичных спиртов, мы не смогли продемонстрировать энантиоспецифичность для этой оксидазы. Это не означает, что фермент не является стереоспецифическим; он, скорее всего, будет абстрагировать гидрид предпочтительным стереоспецифическим образом.Атом C-α спиртовой части содержит два атома водорода, один из которых будет селективно отщепляться. Для Pleurotus eryngii AAO (23) с помощью монодетерированного p -метоксибензилового спирта было показано, что фермент извлекает только водород R, который наиболее близок к флавину N5, в виде гидрида. Будущие структурные и кинетические исследования покажут, действует ли HMFO по аналогичному механизму.

Скорости катализа на всех идентифицированных субстратах довольно похожи, независимо от заместителей в ароматическом кольце.Для пара -замещенных электронодонорных групп 4-аминобензилового спирта и 4-гидроксибензилового спирта были получены значения k cat , аналогичные значениям, полученным с электроноакцепторным галогенидом, как в 4-хлорбензиловом спирте. . Все эти скорости сопоставимы со скоростями, полученными с незамещенным бензиловым спиртом. Однако заместители в кольце имеют большое значение для сродства HMFO к его субстрату. Отрицательно заряженная карбоновая кислота HMF-кислоты снижает ее аффинность в> 10 раз по сравнению с таковой для большинства незамещенных субстратов.С другой стороны, 4-хлорбензиловый спирт имеет значение K m в 16 раз меньше, чем незамещенный бензиловый спирт.

Расслабленный профиль субстрата HMFO делает его интересным биокатализатором для окисления ароматических спиртов. Более того, HMFO не только окисляет широкий спектр ароматических спиртов, но также может окислять альдегиды. Окисление альдегидов не является общей чертой GMC-оксидаз. Заметным исключением является холиноксидаза (EC 1.1.3.17) (24), но для грибковых AAO (EC 1.1.3.7), также показано окисление альдегидов (15, 25). Для этих GMC оксидаз было показано, что гидратированный альдегид, gem -диол, является действительным субстратом. Как следствие, на реакционную способность альдегидов как субстратов сильно влияет природа заместителей в ароматическом кольце. Электроноакцепторные группы, такие как карбонильные заместители, как дезактивируют, так и активируют альдегид. Перенос гидрида затруднен, потому что электроны отводятся от альдегида. С другой стороны, альдегид легче гидратируется, когда присутствует электроноакцепторная группа.Таким образом, наличие большего количества субстрата в гидратированной форме может привести к более быстрому окислению (25). Из-за дезактивирующих и активирующих эффектов одного заместителя трудно предсказать, какой эффект будет иметь заместитель на катализ.

Для полного окисления HMF с образованием FDCA должны быть окислены как спиртовые, так и альдегидные группы. Анализ продукта показал, что FDCA образована HMFO. FFA был единственным наблюдаемым промежуточным продуктом, тогда как одиночные окисленные промежуточные продукты (HMF кислота и DFF) не были обнаружены ().Это иллюстрирует влияние активирующих или дезактивирующих групп на окисление альдегида, как описано выше. В FFA карбоновая кислота в положении 2 может препятствовать окислению альдегида в положении 5. Однако, когда фурановое кольцо содержит альдегидный заместитель (DFF) вместо карбоновой кислоты, реакционная способность увеличивается (). Образование FFA в качестве основного продукта согласуется со скоростями, указанными в, поскольку это единственный промежуточный продукт между HMF и FDCA, на котором катализ был плохим.

Профиль субстрата и способность окислять ароматические спирты и альдегиды обнаруживают поразительное сходство между HMFO и AAO грибов. Оба типа ферментов принадлежат к одному семейству флавопротеиноксидаз. Однако сходство последовательностей между этими оксидазами не указывает на сильную функциональную взаимосвязь (идентичность последовательностей <30%). Физиологические роли двух типов оксидаз также явно различаются. AAO секретируются грибами, чтобы способствовать разложению лигнина, в то время как бактериальный HMFO является внутриклеточным ферментом.Это запрещает прямую роль в деградации лигнина. Принимая во внимание сходство последовательности гена, кодирующего HMFO, с геном hmfH из C. basilensis , который участвует в деградации HMF, можно сделать вывод, что HMFO также является частью пути деградации HMF. Однако типичный кластер генов, обнаруженный у HMF-деградирующих бактерий (26), отсутствует у Methylovorus sp. штамм MP688.

Чтобы идентифицировать каталитически важные остатки в HMFO, модель гомологии HMFO была подготовлена ​​с использованием программного обеспечения YASARA (27).Наиболее изученным близким гомологом HMFO с известной кристаллической структурой является CholO. Сравнение модельной структуры HMFO со структурой CholO показывает, что несколько каталитически важных остатков CholO не консервативны. Отрицательно заряженный остаток Glu312 CholO, например, позиционирует положительно заряженный амин холина и, следовательно, не является консервативным, поскольку субстраты HMFO не содержат положительного заряда. Кроме того, холин не является субстратом для HMFO. Другие каталитически важные остатки, такие как His307, Val465 и His467 (His310, Val464 и His466 в CholO), являются консервативными.Для CholO было показано, что мутация гистидина в активном центре His466 в аланин снижает скорость реакции в 60 раз и увеличивает константу Михаэлиса в 17 раз (20). В нашем исследовании аналогичная мутация была введена в HMFO. Это привело к уменьшению в 4400 раз значения k cat , тогда как значение K m практически не изменилось, что подтверждает важность этого остатка для катализа. В исследованиях AAO из P. eryngii , His502 был заменен аланином, что привело к снижению значения k cat почти в 3000 раз, аналогично эффекту, наблюдаемому в мутантном ферменте HMFO.Мутация также увеличила значение K m в 80 раз, что намного серьезнее, чем эффект, наблюдаемый в HMFO (21). Исследования CholO и AAO из P. eryngii предполагают, что этот гистидин является основанием активного центра (28). Роль His467 в HMFO, вероятно, аналогична.

Идентификация и характеристика HMF-окисляющей оксидазы добавляет новый инструмент, с помощью которого можно разработать биокаталитический процесс для производства FDCA из HMF. HMFO - первый охарактеризованный фермент, способный окислять HMF и продуцировать FDCA.Кроме того, фермент может осуществлять селективное окисление многих бензильных субстратов. Профиль субстрата в значительной степени напоминает прием субстрата грибковых AAO. Было показано, что производство этих грибковых оксидаз в рекомбинантной форме затруднено. Следовательно, HMFO может также развиваться как биокаталитическая альтернатива этим оксидазам. В целом, HMFO является подходящим катализатором для применений, связанных с селективным окислением спирта и альдегида.

5-гидроксиметилфурфурол - обзор | Темы ScienceDirect

Платформа Furans

Превращение целлюлозы в фураны, 5-гидроксиметилфурфурол (HMF) и 2-фуральдегид (фурфурол) и его производные, универсальное сырье не только для производства полиэфиров и других пластмасс, но и дизельного топлива. как топливо и фармацевтические препараты (рис.6.8) - очень интересный процесс. Полисахариды могут быть гидролизованы до составляющих их мономеров, которые впоследствии могут быть дегидратированы протонной кислотой, а также кислотными катализаторами Льюиса (Zhao et al. , 2007; West et al. , 2008; Tong et al. , 2010; Lam et al., 2011) на фурановые соединения с карбонильной группой, такие как HMF, 5-метилфурфурол или фурфурол. Кроме того, фураны могут быть получены из фракций биомассы как целлюлозы, так и гемицеллюлозы; таким образом, фурановые платформы используют большую часть доступного лигноцеллюлозного сырья.

6,8. Реакции, участвующие в образовании HMF.

Фурфурол и HMF могут быть получены дегидратацией с хорошей селективностью (например, 90%) из ксилозы и фруктозы, соответственно, в двухфазных реакторах (Chheda et al. , 2007b), тогда как выходы ниже для глюкозы (42% при низкие концентрации 3 мас.%) (Martin Alonso et al. , 2010a). Добавление апротонных растворителей, таких как диметилсульфоксид (ДМСО) или N , N -диметилацетамид, улучшает селективность HMF из фруктозы с конечным выходом более 90% (Binder and Raines, 2009; Martin Alonso et al. al., 2010а). Снижение концентрации воды имеет решающее значение для селективного получения HMF, поскольку он легко гидратируется в воде с образованием левулиновой кислоты и муравьиной кислоты.

Чтобы свести к минимуму возникновение побочных реакций, таких как конденсация, соединения фурфурола можно экстрагировать из водного слоя с использованием органических растворителей (Роман-Лешков и др. , 2006; Chheda и др. , 2007a; West et al. др. , 2008), и добавлением солей к водной фазе (Роман-Лешков и др., 2007), что снижает растворимость органических веществ в воде. Использование ДМСО и экстрагирующего растворителя увеличивает селективность HMF до 55%, когда глюкоза используется в качестве корма, по сравнению с 11% в воде (Martin Alonso et al. , 2010a). Потенциальный недостаток этого подхода - использование растворителей; присутствие растворителей требует последующей стадии разделения, что увеличивает общую стоимость процесса; этот момент очень важен, когда используются растворители с высокой температурой кипения, такие как ДМСО.Энергетические потребности последующей очистки можно снизить, используя другие растворители, такие как 2-бутанол и метилизобутилкетон (MIBK) (Martin Alonso et al. , 2010a). Выход HMF может быть увеличен за счет комбинации хлоридов металлов и сильных кислот (HCl), особенно при преобразовании глюкозы, целлюлозы и лигноцеллюлозных материалов. Наилучшие результаты были получены при использовании CrCl 2 в качестве катализатора (Zhao et al. , 2007; Tong et al. , 2010; Lima et al., 2011). Интересным вариантом является сочетание способности лигноцеллюлозных материалов растворять ионные жидкости и двухфазный реактор (Lima et al. , 2011; Wang et al. , 2011).

HMF может быть преобразован в жидкое топливо с использованием различных методов (рис. 6.9) (Kazi et al. , 2011; Jin and Enomoto, 2011). HMF может быть преобразован гидрогенолизом в 2,5-диметилфуран (ДМФ) с катализаторами на основе меди (Cu-Ru / C или CuCrO 4 ) (Roman-Leshkov et al., 2007). ДМФ не растворяется в воде и может использоваться в качестве смесителя в транспортных топливах. Второй альтернативой является образование углеводородов, поскольку было показано, что различные карбонильные соединения, полученные из углеводов, такие как фурфурол, HMF, дигидроксиацетон, ацетон и тетрагидрофурфурол, могут конденсироваться в водных и органических растворителях с образованием более крупных молекул (C 7 –C 15 ), которые впоследствии могут быть преобразованы в компоненты дизельного топлива (Barrett et al. , 2006; Chheda and Dumesic, 2007).Для образования более крупных углеводородов HMF и другие продукты фурфурола могут быть улучшены путем альдольной конденсации с кетонами, такими как ацетон, над основными катализаторами (NaOH, MgO / ZrO 2 ) или кислотными катализаторами (West et al. , 2008; Sádaba et al., 2011a, 2011b; Мурзин, Симакова, 2011). Однократная конденсация HMF и ацетона дает промежуточное соединение C9, которое может реагировать со второй молекулой HMF с образованием промежуточного соединения C15. Альдольная конденсация может сочетаться со стадиями гидрогенизации с использованием бифункционального катализатора, такого как Pd / MgO – ZrO 2 , что приводит к высоким выходам продуктов конденсации (Chheda and Dumesic, 2007; Chheda et al., 2007а; Geboers et al. , 2011; Мартин Алонсо и др. , 2010а). Путем селективного гидрирования HMF и фурфурол можно превратить в 5-гидроксиметилтетрагидрофурфурол (HMTHDA) и тетрагидрофурфурол (THF2A), которые после стадий самоконденсации и гидрогенизации / дегидратации производят алканы C12 или C10 соответственно.

6.9. Схема перевода HMF на жидкое топливо.

Первое промышленное производство 5-HMF, первый жилой район на водородной основе, крупнейшая система топливных элементов, когда-либо существовавших на крупных кораблях, и многое другое: 10 лучших инноваций The Digest за неделю с 20 февраля: Biofuels Digest

Приятно быть первым, и на этой неделе их полно… от первого в мире жилого района на водородной основе в Нидерландах до первого в мире завода по производству 5-HMF в промышленных масштабах через новое Соглашение о совместных разработках AVA Biochem и Michelin Group.Times, они "меняются", и новости продолжают развиваться, когда разрабатывается самая большая система топливных элементов, которая когда-либо была установлена ​​на крупном судне, новое совместное предприятие с GF Biochemicals и расположенной в Омане Towell Engineering Group по производству левулиновой кислоты на биологической основе. кислоты, а также биорастворителей и биопластификаторов с использованием левулиновой кислоты; биоинженеры и экономисты работают вместе, чтобы определить, как древесина заменяет нефть в химической промышленности (как технологически, так и финансово).

Давайте погрузимся в 10 лучших инноваций недели, полных новинок.

Компания-первопроходец Greentech, компания AVA Biochem, объединяется с группой Michelin для разработки 5-HMF в промышленных масштабах

В Швейцарии компания AVA Biochem заключила соглашение о совместных разработках с группой Michelin для создания первого в мире завода по производству 5-HMF в промышленных масштабах и, в конечном итоге, для вывода на рынок новых продуктов на основе этого универсального химического вещества.

Компания Ava Biochem разработала, запатентовала и опробовала полностью водный процесс превращения промышленных сахаров в молекулу 5-HMF на 100% биологической основе.Этот платформенный химикат идеально подходит для замены химикатов из нефти в различных приложениях для массового потребителя благодаря своей универсальности, нетоксичности и возможности использования биологических источников. Применения включают биополимеры (например, пряжу, пленки, бутылки и другую упаковку), а также смолы и клеи, где 5-HMF заменяет высокотоксичный формальдегид.

«Мы гордимся тем, что работаем вместе с одним из самых инновационных игроков в своей отрасли. Сотрудничество с Michelin представляет собой прекрасную возможность для разработки экологически чистых промышленных продуктов.Это важный шаг вперед в стремлении AVA Biochem стать предпочтительным партнером и ключевым поставщиком экологически безопасных химических решений и всемирных лицензий для промышленных и потребительских товаров », - говорит Питер Ахерманн, председатель и соучредитель AVA Biochem.
Подробнее об истории здесь.

Первичное исследование присутствия гидроксиметилфурфурола (HMF) в ряде копченых продуктов

5-гидроксиметилфурфурол (HMF) вырабатывается в пищевых продуктах различными путями.Недавно исследования показали его потенциальные мутагенные и канцерогенные свойства. Определение HMF первоначально использовалось как индикатор степени термической обработки пищевых продуктов и их качества. Он был обнаружен в различных пищевых продуктах, таких как хлеб, сухие завтраки, фруктовые соки, молоко и мед. Помимо тепловых процессов, которые приводят к образованию HMF во время термической обработки, копчение пищевых продуктов также создает условия, которые приводят к образованию HMF.Это может происходить внутри пищевых продуктов из-за повышенных температур, связанных с горячим копчением, или из-за близости продуктов пиролиза древесной матрицы, используемой для копчения (холодное копчение). Это может привести к дальнейшему загрязнению продукта HMF сверх того, что связано с остальной частью процесса приготовления. До сих пор не проводилось исследований, изучающих связь между процедурой курения и загрязнением HMF копченой пищи. Это исследование является первичным, измеряя уровни HMF в трех категориях копченых пищевых продуктов, сыра, обработанного мяса и рыбы с помощью ВЭЖХ-УФ.Количество HMF, обнаруженное во всех трех категориях продуктов, подтверждает нашу гипотезу о том, что уровни HMF связаны как с внутренними путями во время обработки, так и с внешним загрязнением из используемой матрицы образования дыма (древесины). Результаты варьировались от 1 ppb (традиционный греческий копченый сыр мецовоне) до 4 ppm (готовая к употреблению скумбрия горячего копчения). Впоследствии для продуктов из копченого сыра была обнаружена корреляция между HMF и фенольными соединениями, образующимися в процессе копчения и идентифицированными с помощью SPME-GCMS.Было обнаружено, что образцы сыра, которые имели более высокие концентрации HMF, также имели более высокие концентрации сирингола и крезолов. Поэтому важно понимать влияние процедуры курения на образование HMF. Это поможет в разработке стратегий смягчения последствий для уменьшения образования HMF при сохранении вкуса копченых продуктов.

1. Введение

Копчение пищи - один из старейших методов консервирования и ароматизации пищевых продуктов [1].В настоящее время такая обработка используется для улучшения органолептических свойств некоторых продуктов питания за счет получения уникальных ароматов [2], возникающих из-за нанесенного дыма, обычно при сжигании древесины. Курение также может изменить цвет продуктов и способствовать обезвоживанию, которое влияет на текстуру и снижает рост бактерий. Продукты, которые обычно коптят, - это рыба и мясо, но эти методы также применяются к сырам и специям [3].

Горение древесины приводит к пиролизу / термическому разложению ее основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.В дыме древесины было обнаружено более 400 летучих соединений, причем фенолы в основном ответственны за дымный аромат [4]. Было обнаружено, что на процесс курения влияет ряд факторов. К ним относятся температура во время пиролиза, сорт древесины (твердая или мягкая древесина), часть древесины (сердцевина или заболонь), концентрация влаги в древесине и присутствие воздуха во время процесса [5]. Горячее копчение и холодное копчение - это естественные паровые методы, использующие дым, образующийся при горении в различных условиях.Температура для процессов горячего копчения обычно находится в диапазоне от 55 ° C до 80 ° C, а продолжительность короткая. Напротив, холодное копчение происходит в течение более длительных периодов времени и может длиться несколько дней при температуре от 15 ° C до 25 ° C [2, 4]. Тип полисахарида, присутствующего в древесине, приводит к образованию определенных продуктов разложения. Гемицеллюлоза составляет 20–35% от массы древесины и в основном содержит гексозы и пентозы, связанные β - (1,4) связями. Соединения, получаемые при пиролизе гемицеллюлозы, в основном представляют собой фураны и карбоновые кислоты, а также альдегиды, которые придают копченым продуктам характерный коричневый цвет.Целлюлоза представляет собой линейный полимер мономерных единиц глюкозы, соединенных связями β - (1,4), которые составляют примерно 40–50% древесины мягких и твердых пород. Пиролиз целлюлозы, в зависимости от температуры горения, может приводить к различным продуктам, таким как безводные сахара при более низких температурах и фураны, пираны и гликоальдегид при более высоких температурах [6]. Лигнин, сшитый полимер нескольких фенилпропаноидов, составляет 20-25% древесной матрицы и обеспечивает дым фенольными соединениями, в основном сиринголом (2,6-диметоксифенолом), эвгенолом (2-метокси-4- (проп-2- ен-1-ил) фенол), изоэвгенол (2-метокси-4- (проп-1-ен-1-илфенол), гваякол (2-метоксифенол), p -крезол (4-метилфенол) и фенол.Сообщается, что их можно использовать в качестве индикаторов температуры и продолжительности процесса копчения [7]. Фенолы и крезолы образуются в результате дальнейшего разложения гваяколов. Уровни сирингола выше при пиролизе древесины лиственных пород по сравнению с древесиной мягких пород, поскольку структура лигнина различается между двумя типами древесины, причем первый содержит больше сирингола [8].

Среди других компонентов в древесном дыме был обнаружен 5-гидроксиметилфурфурол (HMF) [9]. Существует два основных механизма образования HMF во время горения древесины: либо дегидратация гексоз в слабокислой среде, либо образующиеся в качестве промежуточного продукта в реакции Майяра [10].

Во время пиролиза целлюлоза сначала деполимеризуется с образованием нескольких безводных сахаров, в основном левоглюкозана. Различные уровни левоглюкозана возникают из-за разных источников горения. Впоследствии термическое разложение левоглюкозана приводит к разрыву 1,6-гликозидной связи и последующему образованию глюкопиранозы путем регидратации. Есть два пути производства HMF. Первый путь включает реакцию перегруппировки 1,6-ангидро- β -D-глюкопиранозы, а второй является результатом термического разложения левоглюкозана.Кроме того, дальнейшие реакции HMF приводят к образованию фурфурола и формальдегида дегидроксиметилированием фуранового кольца. Кроме того, согласно [11], фенол и бензол образуются в результате реакций перегруппировки HMF [12].

Другим основным путем образования HMF является реакция Майяра. Реакция Майяра играет важную роль во вкусе и внешнем виде продуктов и возникает во время приготовления. Реакция Майяра представляет собой сложную сеть неферментативных реакций с различными путями.Майяр начинается, когда аминогруппа аминокислоты или белка конденсируется с редуцирующим сахаром, что приводит к продуктам перегруппировки Амадори. На более поздней стадии происходит 1,2-енолизация, и HMF является промежуточным побочным продуктом в слабощелочных условиях [13]. Впоследствии HMF вступает в реакцию с азотсодержащими соединениями и полимеризуется, давая азотистые полимеры, известные как меланоидины, которые ответственны за коричневый цвет поверхности пищевых продуктов. Параметрами, в основном ответственными за количество и качество потемнения в результате реакции Майяра, являются источник сахара и аминогрупп, степень и тип термической обработки и pH [14].Карамелизация, контролируемый пиролиз сахаров, является еще одной неферментативной реакцией потемнения, которая происходит из-за термической обработки и также может приводить к образованию HMF [15].

HMF уже был идентифицирован и измерен во многих пищевых продуктах, таких как сухофрукты, хлеб, джемы, кофе, карамель, фруктовые соки, печенье, сухие завтраки, молоко и мед. Обнаружен ряд влияний на его формирование. Примеры: в печенье взаимосвязь между сахарами, в основном глюкозой, и концентрацией HMF является линейной.Было обнаружено, что для фруктовых соков кислотность во время гидролиза является важным фактором [16–21]. В меде измерение HMF является показателем качественного возраста и термической обработки, и существует строгий нормативный предел. Например, Постановление о меде (Шотландия) 2015 года устанавливает предел не более 40 мг / кг для всего меда, кроме пекарского меда, и не более 80 мг / кг для меда из тропических регионов. Кроме того, сообщалось, что HMF может образовываться, когда пчел кормят сахарозным сиропом с кислой ароматизирующей добавкой [22].

Определение уровней HMF в пищевых продуктах стало важным, поскольку HMF метаболизируется в организме человека в основном до 5-гидроксиметилфурфуроиновой кислоты (HMFA) [23] и до 5-сульфоксиметилфурфурола (SMF) [24, 25]. Серная группа SMF может быть легко удалена, что приводит к образованию сложного эфира с генотоксическим и мутагенным действием. Этот сложный эфир далее вступает в реакцию с ДНК, РНК и белками, что приводит к их повреждению. Работа была проведена с использованием экспериментов in vitro и in vivo на животных для определения степени канцерогенных свойств SMF [26–30].Крысы, получавшие мед с различными концентрациями HMF, показали неблагоприятные последствия для здоровья, поскольку концентрация HMF увеличивалась [31].

В этой статье было проведено первоначальное исследование присутствия HMF в копченых пищевых продуктах. Мы также сообщаем о нашей попытке связать масштабы и тип курения путем сравнения фенольных соединений, образующихся во время курения, с различными уровнями HMF.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы

Образцы продуктов питания были приобретены у местных розничных торговцев в районе Данди.Муравьиная кислота была приобретена у Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США), 5- (гидроксиметил) фурфурол (HMF) был у Fisher Scientific (98%, ACROS Organics ™, США), а набор для осветления Carrez был получен у Merck (Дармштадт, Германия).

2.2. Выборка

Для каждого из различных типов выборки использовалась соответствующая методика выборки. Для сыров кубик размером 8 см 3 был вырезан из основной части сыра и натерт на терке. Для обработанного мяса использовали ломтик размером порции (8 см × 8 см × 2 мм).Для рыбы мясо отделяли от кожи, и каждую обработку обрабатывали отдельно. Приблизительно 25 г каждого образца взвешивали на аналитических весах (Fisherbrand ™ Analytical Balances, Великобритания), лиофилизировали (сублимационная сушилка Edwards Micro Modulyo, США), измельчали ​​(WARING, коммерческий блендер, Абердин) и затем хранили при -20 ° C, пока не потребуется.

2.3. Анализ HMF

Для определения HMF использовался метод Fiore et al. [32] с некоторыми изменениями. Вкратце, 0,5 г измельченного образца помещали в центрифужную пробирку на 50 мл (Conical, Foam Rack, Sterile, Blue Cap, PP, Fisherbrand, США).Добавляли 9 мл сверхчистой воды (UPW) (с 0,1% муравьиной кислоты), затем 0,5 мл Carrez I (ферроцианид калия) и 0,5 мл Carrez II (ацетат цинка). Смесь гомогенизировали (IKA Dispersers T 18 digital ULTRA-TURRAX®, США) в течение 1 минуты, а затем центрифугировали в течение 10 минут при 4000 об / мин при 4 ° C (охлаждаемая настольная центрифуга Jouan CR3.12, США). Супернатант собирали в центрифужную пробирку на 50 мл. К осадку добавляли еще 5 мл UPW, раствор гомогенизировали и центрифугировали, как указано выше.Эту последнюю процедуру повторили еще раз после сбора супернатанта. Из объединенных слоев супернатанта 1 мл переносили в пробирку Эппендорфа (Fisherbrand, 1,5 мл) и центрифугировали в течение 10 минут при 14000 об / мин при 4 ° C (центрифуга Eppendorf 5417R, Канада). Супернатант собирали и пропускали через шприцевой фильтр Minisart 0,2 µ м (15 мм) во флаконы для ВЭЖХ (винт 10 мм, 2 мл, Phenomenex) и анализировали с помощью ВЭЖХ на оборудовании, состоящем из Thermo Scientific (Германия) Ultimate. 3000 Pump, диодно-матричный детектор Dionex DDA-100 и автосэмплер Dionex ASI-100 (Сан-Хосе, Калифорния).Подвижная фаза представляла собой метанол: UPW (90: 10) при скорости потока 0,8 мл / мин в изократических условиях. Используемая колонка представляла собой Synergy 4 мкм м Hydro-RP 80 A, 25 × 4,6 см (Phenomenex, США). Детектор с диодной матрицей был настроен на определение оптической плотности при 280 нм и 313 нм. Для расчета концентрации HMF была построена калибровочная кривая с диапазоном HMF от 20 до 1000 частей на миллиард (уравнение y = 0,0029 x и R 2 = 0,9951).

2.4. Анализ летучих соединений

Для обнаружения летучих соединений использовался метод Гильена и Эррекальда [33] с модификациями. Вкратце, 2,00 г сухого образца помещали во флакон для SPME. Используемый прибор представлял собой QP2010 HS-SPME-GCMS, снабженный автосамплером AOC-5000 (Shimadzu, Tokyo, Japan). В качестве волокна для SPME использовали PDMS / DVB от Supelco (Великобритания) следующим образом: 10 минут инкубации при 60 ° C, затем 30 минут экстракции и 10 минут десорбции. А 30 м, 0.Внутренний диаметр 25 мм, 0,25 мкм толщина пленки м Капиллярная колонка Zebron ZB-воск (Phenomenex, США) использовалась с газом-носителем (He), установленным на общий поток 94 мл / мин и поток колонки 1,78 мл / мин. . Начальная температура термостата колонки составляла 40 ° C, повышаясь до 60 ° C при 4 ° C · мин -1 (выдержка 2 минуты), а затем до 190 ° C при 2 ° C · мин -1 и 230 ° C. при 5 ° C · мин −1 (выдержка 15 минут) для общего времени работы 97 минут. Температура впрыска составляла 250 ° C; режим закачки был без деления, время отбора пробы 1 минута.Температура источника ионов составляла 200 ° C, температура границы раздела 250 °, время отсечки растворителя 4,5 мин и диапазон масс 33–495. Наконец, напряжение ионизации составило 70 эВ. Аналиты были идентифицированы путем сравнения их масс-спектров с записанными в NIST 147.

2.5. Статистический анализ

Для статистического анализа использовался XLStat (версия 2014.5.03, Addinsoft, NY). Значительные различия между образцами с доверительным интервалом 95% были выполнены с использованием теста Тьюки, а для корреляции между концентрацией HMF и процентным содержанием летучих веществ использовался анализ главных компонентов (PCA).

3. Результаты и обсуждение
3.1. HMF

Анализ HMF с использованием ВЭЖХ с детектированием диодной матрицей при 280 нм и 313 нм был проведен на трех различных группах копченых продуктов (сыр, мясные полуфабрикаты и рыба). Были явные признаки присутствия HMF во всех трех категориях. Диапазон концентраций варьировался от 4 частей на миллиард (сыр мецовон) до 3000 частей на миллиард (скумбрия). Различный характер образцов (сыр, мясные и рыбные продукты) наряду с другими факторами, такими как тип копчения (горячее / холодное копчение) или использование конденсата дыма и тип горящей матрицы (древесина твердых, мягких пород и травы) считаются ответственными за различные уровни концентрации HMF, которые были идентифицированы.

3.1.1. Встречаемость HMF в сырных продуктах

На рисунке 1 представлены средние концентрации и стандартные отклонения HMF в образцах сыра. Образцы C1 и C2 имели самые высокие средние концентрации (657 частей на миллиард и 475 частей на миллиард соответственно), тогда как образец C3 имел самую низкую среднюю концентрацию 4 частей на миллиард. Для образцов C4, C5 и C6 средние концентрации варьировались от 48 до 88 частей на миллиард. С1, С2 и С3 (немецкие, голландские и греческие сыры соответственно) имели характерные коричневые корки, источник которых можно отнести к реакции Майяра или образованию альдегидов при термическом разложении [34].Интересно отметить, что образец C3 (мецовон, греч.) Имел самую низкую концентрацию HMF. Метсовоне - это традиционный копченый греческий сыр с защищенным обозначением происхождения (PDO). Его коптят холодным способом в течение 1-2 дней после созревания на естественном дыму от горящих трав, листьев и трав местности. Однако образцы C1 и C2 (немецкие и голландские сыры) копчены с использованием древесины в качестве горючего материала. Эти различия в дымообразующем материале могут быть причиной наблюдаемых концентраций HMF.Образец C4 (австрийский сыр) представлял собой плавленый сыр, полученный путем смешивания копченого чеддера и копченого масла, но конечный продукт не копченый; таким образом, этот другой процесс производства может быть причиной обнаруженного низкого уровня HMF. Наконец, образцы C5 и C6 представляют собой шотландские чеддеры одного и того же производителя (Оркнейские острова) однократного и тройного копчения, соответственно. Дым естественным образом образуется из древесины местных пород, в основном из твердых пород. Отсутствие коричневой корки может указывать на меньшее количество HMF по сравнению с образцами C1 и C2.Между двумя образцами (C5 и C6) тройной копченый (C6) имел немного более высокую концентрацию HMF, возможно, из-за дополнительного курения. Сложность анализа сырных продуктов может быть связана с трудностью, с которой столкнулись Моралес и Хименес-Перес [35] при анализе грудного молока, а именно сложностью соединений в термически обработанном молоке и тем фактом, что, как сообщалось, другие соединения совместно элюируются с HMF при хроматографическом анализе. Кроме того, тепловая обработка молока перед его превращением в сыр может повлиять на концентрацию HMF, как показано в работе Magarinos et al.[36].


6 906 906 906 M 906 906

Сыр копченый
C1 C2 C3 C4 C5 копченый сыр Копченый мецовоне Австрийский копченый сыр Оркнейский спелый чеддер однокопченного копчения Оркнейский чеддер тройного копчения

Копченый мясной фарш M4 M5 M6
Копченая ветчина из дуба Вареная ветчина из бука Немецкая копченая салями Немецкая копченая ветчина Копченая баварская ветчина 622 итальянская копченая 620 Рыба копченая 90 622
F1 F2 F3
Филе пикши Готовые к употреблению копченая скумбрия 6 Филе лосося горячего копчения

sk: кожа; эт: телесный

3.1.2. Наличие HMF в мясных продуктах

Для копченого переработанного мяса различные средние концентрации HMF и стандартные отклонения представлены на рисунке 2. Предыдущая работа показала, что производство HMF является либо следствием присутствия пентоз, участвующих в реакции Майяра, либо от дефосфорилирования фосфата рибозы в мясе. Кроме того, было замечено, что уровень кислотности играет важную роль в степени продукции HMF [37].Образец M3 (немецкая копченая салями с перцем) имел самую высокую среднюю концентрацию HMF (331 частей на миллиард). Концентрации HMF, обнаруженные в образцах M1 и M2 (копченая ветчина из дуба, 32 частей на миллиард и вареная ветчина из бука, 46 частей на миллиард, соответственно), существенно не отличались () друг от друга и были значительно ниже по сравнению с другими образцами мяса. Образцы M4 (немецкая копченая ветчина, 169 частей на миллиард), M5 (баварская копченая ветчина, 171 частей на миллиард) и M6 (итальянская копченая ветчина, 180 частей на миллиард) не показали значительной разницы () между их средними значениями.


3.1.3. Встречаемость HMF в рыбе

Для образцов копченой рыбы использовался несколько иной метод отбора проб. Поскольку кожа выбранной рыбы не была съедобной, каждый образец был разделен на мясо и кожу и проанализирован как два отдельных образца (рис. 3). Рыбные продукты в целом показали более высокую концентрацию HMF, чем образцы сыра и обработанного мяса. Кроме того, в каждом образце плоть имела значительно более высокую () концентрацию HMF, чем кожа. Для образца F1 (пикша) мякоть (F1-fl) имела среднюю концентрацию 1202 частей на миллиард, в то время как кожа (F1-sk) имела значительно более низкую среднюю концентрацию 835 частей на миллиард.Образец F3 (лосось) показал соответствующие результаты со средним значением для мяса (F3-fl) 1326 частей на миллиард и для кожи (F3-sk) 1011 частей на миллиард. ANOVA показал, что количество HMF в образцах плоти F1-fl и F3-fl не имело значительной разницы (). Результаты для образца F2 (скумбрия) были значительно выше для мяса (F2 fl) и составляли 2930 частей на миллиард, в то время как для F2-sk кожи значение существенно не отличалось от F1-sk и F3-sk. Для копченых рыбных продуктов чаще всего используется метод горячего копчения, в отличие от сыров и мясных продуктов, которые, как правило, копчены холодным способом.Существует разница в температурах этих процессов копчения (горячее копчение обычно проводится при температуре от 55 ° C до 80 ° C, а холодное копчение при температуре от 15 ° C до 25 ° C [2, 4]), и это может быть объяснением. для более высокой концентрации HMF, обнаруженной в рыбных продуктах. Кроме того, горючей матрицей, использованной для образца F3, была древесина бука, древесина твердых пород с высоким содержанием гексоз и пентоз, присутствие которой приводит к образованию HMF во время термической обработки. Также интересно отметить, что копченая скумбрия (F2) была готовым к употреблению продуктом горячего копчения, прошедшим термическую обработку, равную варке.Перес-Паласиос и др. [38] рекомендовали включать жареную рыбу в группы пищевых продуктов с высокой концентрацией HMF и что, как правило, обработка продукта и процедура приготовления влияют на уровни HMF. Предполагается, что здесь действуют аналогичные процессы.


3.2. Анализ и результаты SPME-GC-MS
3.2.1. Основные соединения, связанные с процессом курения

Анализ основных компонентов (PCA) был использован для обнаружения корреляции между концентрацией HMF и некоторыми выбранными фенольными соединениями.Присутствие и количество этих фенольных соединений является показателем степени курения, которому подвергались пищевые продукты, и, следовательно, может быть связано с обнаруженными уровнями HMF. Для этого исследования фенольные соединения, которые были выбраны для изучения возможных взаимосвязей, включали сирингол, эвгенол, изоэвгенол, гваякол, p -крезол и фенол, поскольку они являются основными компонентами, идентифицированными в древесном дыме, а предыдущие исследования связывали различные виды древесного дыма. типы и условия курения с различной концентрацией этих фенольных соединений [8].Для образцов сыра (рис. 4) наблюдалась положительная корреляция между HMF и сиринголом и p -крезол для C1 (копченый немецкий сыр) и C2 (голландский копченый сыр), и оба они копчены с использованием древесины. При сравнении с C3 (копченый сыр мецовон), где количество фенольных соединений было высоким, продукт имел наиболее интенсивный запах дыма и вкус, но концентрация HMF была самой низкой среди проанализированных образцов. Принимая во внимание процедуру копчения этого традиционного копченого сыра (копченого с травами, листьями и травами), можно отметить, что, хотя сжигание трав также может приводить к образованию фенольных соединений, они не состоят из целлюлозы и гемицеллюлозы, которые встречаются. в древесине и особенно связаны с образованием HMF [39].Корреляция между HMF и гваяколами и фенолом также прослеживалась для некоторых образцов мяса. M3 (немецкая копченая салями с перцем) имеет самую высокую концентрацию как HMF, так и этих фенольных соединений. Хотя образцы рыбы в целом имели самые высокие значения HMF, некоторые фенольные соединения (сирингол, изоэвгенол и фенол) были обнаружены в очень низких концентрациях, поэтому корреляции между HMF и фенолами в проанализированных образцах рыбы не обнаружено. Многие факторы влияют на количество фенольных соединений в копченых продуктах.В предыдущих исследованиях копченой рыбы было обнаружено несколько основных фенольных соединений для различных процессов копчения [40, 41]. Еще одним фактором, влияющим на запах и вкус дыма, приписываемые фенольным соединениям, являются тип древесины, температура горения, различные методы образования дыма и жирность пищи. Более легкая дымность возникает в результате того, что более мягкие лиственные породы быстро горят при низких температурах, тогда как для более твердых лиственных пород наблюдается обратное [42].

4.Вывод
4.1. HMF

Измерение концентрации HMF в копченом сыре, копченом мясе и копченой рыбе анализировали с помощью жидкостной хроматографии высокого давления с диодно-матричным детектором (HPLC-DAD). Наибольшая концентрация HMF была показана в образцах копченой рыбы, а образцы сыра показали самый широкий диапазон результатов. После изучения научных данных о различных процессах копчения, таких как температура копчения, продолжительность копчения и древесная матрица, ожидалось различие концентраций HMF из-за множества влияющих факторов [2, 4, 5, 7, 11, 13].Традиционно копченую рыбу готовят методом горячего копчения, тогда как сыр и обработанное мясо обычно коптят холодным способом при более низких температурах. Существует корреляция между этими процедурами копчения и уровнем HMF, обнаруженным как в сыре, так и в мясных продуктах, имеющих более низкие уровни HMF. Образец рыбы с наивысшей концентрацией HMF представлял собой готовую к употреблению скумбрию (F2) со значением приблизительно 3000 частей на миллиард. Кроме того, сыр мецовоне традиционного копчения имел наиболее интенсивный дымный вкус и запах, но с самой низкой концентрацией HMF (4 частей на миллиард).Диапазон концентрации HMF в копченых мясных продуктах составлял от 30 до 330 частей на миллиард (M1 и M3, соответственно).

4.2. ГХ и корреляция

Был проведен PCA-анализ потенциальной корреляции между концентрацией HMF и количеством выбранных фенольных соединений, обнаруженных в копченых пищевых продуктах, в зависимости от процедуры копчения. Характерными фенольными соединениями, обнаруженными с помощью SPME-GC-MS, были сирингол, гваякол, эвгенол, изоэвгенол, p, -крезол и фенол.Исследование потенциальной корреляции между фенольными соединениями и HMF было основано на предыдущей работе, в которой было обнаружено, что содержание фенолов (в основном в результате пиролиза лигнина в древесине) в копченых продуктах является потенциальными индикаторами продолжительности и температуры процесса копчения. Была обнаружена корреляция между концентрацией HMF и измеренными фенольными соединениями в образцах сыра, в то время как корреляция для образцов рыбы и обработанного мяса была незначительной, но показательной.

В заключение следует отметить, что потенциальные последствия употребления HMF для здоровья были широко исследованы, и многие исследования выявили мутагенные и канцерогенные свойства этого соединения.Тот факт, что ранее не проводились исследования HMF в копченых продуктах, делает выводы этого исследования важными, поскольку они могут быть использованы в качестве отправной точки для дальнейшего изучения связи между HMF и применяемыми процессами курения.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Раскрытие информации

Часть этой работы была представлена ​​на собрании IMARS (ISMR13) в Монреале (Канада) 10–13 сентября 2018 г.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Карта маршрута - Мемориальный лес Хопкинса

Щелкните это изображение для интерактивной версии!

Лес Хопкинса содержит около 12 миль пешеходных троп, открытых для пеших прогулок, катания на лыжах и снегоступах. Катание на лошадях разрешено только по трассам Ford Glen Brook и Carriage Road. Все колесные и моторизованные транспортные средства, включая велосипеды, запрещены в HMF.

Березовая тропа. BBT покидает Верхнюю петлю возле моста через северную ветвь березового ручья. Тропа поднимается по крутому, обращенному на восток склону хребта Таконик, пересекает границу штата Нью-Йорк на высоте 1,1 мили и достигает тропы Таконик-Крест в 1,5 милях от кольцевой тропы.

Тропа вагонов. CRT (1,4 мили), также известная как Horse Trail, следует вдоль проезжей части Buxton Farm, проходящей между центром Rosenburg у восточного въезда в HMF и северными участками NW Hill Road.

Ford Glen Brook Trail. FGBT проходит параллельно Ford Glen Brook между рекой Hoosic и Northwest Hill Road. Восточная половина этой тропы длиной 0,6 мили находится на частной территории.

Hoosic River Tail. HRT длиной в милю проходит параллельно реке Хосик вдоль восточной границы HMF. HRT начинается на поле старого лагеря Boy’s Club Camp на FGT и заканчивается в северо-восточном углу леса.

Нижняя петля. LL образует петлю примерно из 1.В 5 милях к западу от центра Розенбурга у главного входа в HMF. Северный отрезок тропы проходит по старой дороге для перевозки экипажей, а южный отрезок проходит параллельно старой фермерской дороге и имеет довольно крутой участок к западу от Лунного амбара.

Верхняя петля. UL длиной 2,6 мили является западной петлей восьмерки, образованной LL. Тропа пересекает холмистую местность, и ее можно пройти менее чем за два часа.

Тропа пастушьего колодца. SWT (1.0 миль) соединяет Тропу Таконик-Крест с западными верховьями Тропы РРР-Брукс (которая заканчивается на Би-Хилл-Роуд в Флора-Глен в Уильямстауне).

Taconic Crest Trail. TCT простирается от Питтсфилда, Массачусетс, до Н. Паунала, штат Вирджиния, и отмечен белыми полосками. Тропа проходит недалеко от западной границы HMF. Самый легкий доступ к Тропе - через Петербургский перевал по Маршруту 2. Тропа входит в лес Хопкинса непосредственно к северу от перевала, достигая SWT в 0,4 мили и BBT на 1.0 км от: Петербургский перевал. Примерно в 0,5 милях к северу от этого перекрестка тропа TC входит в Вермонт, а в 2,75 милях от Петербургского перевала короткая тропа ведет на восток к Снежной дыре.

Дополнительная информация об этом и других маршрутах доступна в Путеводителе по улицам Северного Беркшира, издаваемом Williams Outing Club.

hmf | Коллекторы »Линейное крепление

Sun's Assembly Build Process позволяет вам сконфигурировать картридж и коллектор или картридж основной ступени и пилотной ступени и построить цифровую сборку в трехмерном пространстве.Результатом этого процесса является страница продукта сборки, включающая изображения, символы, информацию о продукте и файлы САПР для конкретной конфигурации.

Доступ к процессу сборки можно получить со страницы картриджа или коллектора. Разрешены только допустимые варианты.

На странице коллектора сначала необходимо выбрать функцию картриджа. Выбрав функцию, нажмите кнопку «СОЗДАТЬ СБОРКУ» под КНОПКОЙ «ГДЕ КУПИТЬ». После нажатия вам будут представлены действующие картриджи для вашего коллектора.Выберите нужный картридж и следуйте инструкциям вверху страницы. Если ваша конкретная комбинация была сгенерирована ранее, итоговая страница сборки будет доступна немедленно. Если нет, вам будет предложено ввести свой адрес электронной почты. Как только страница будет заполнена, вам будет отправлено электронное письмо со ссылкой на страницу сборки продукта.

На странице продукта картриджа щелкните СОЗДАТЬ СБОРКУ, и вам будет представлен список совместимых коллекторов. В случае картриджей основной ступени и пилотной ступени вы можете построить либо картридж с узлом картриджа, либо сборку картриджа с коллектором.Сделав свой выбор, следуйте инструкциям вверху страницы. Если ваша конкретная комбинация была сгенерирована ранее, итоговая страница сборки будет доступна немедленно. Если нет, вам будет предложено ввести свой адрес электронной почты. Как только страница будет заполнена, вам будет отправлено электронное письмо со ссылкой на страницу сборки продукта.

Обратите внимание, что процесс сборки сборки - это автоматизированный процесс. Его можно использовать в любое время. Страницы обычно создаются в течение нескольких минут, но иногда можно ожидать задержек.В случае задержки команда Sun постарается решить проблему, чтобы вы получили свою информацию как можно быстрее.

Что такое HMF и почему он в моем меде?

5-гидроксиметилфурфурол (формально известный как «HMF») представляет собой органическое соединение, которое образуется из сахара в кислой среде во время термической обработки. Эта реакция естественным образом возникает во многих пищевых продуктах, содержащих сахар и низкое значение pH. Он почти повсеместно присутствует в наших повседневных продуктах питания, таких как сухие завтраки, хлеб, молочные продукты, мед, фруктовые соки, а также ликеры в различных концентрациях.

На скорость пласта влияет множество различных параметров, в первую очередь температура. Повышение температуры на 10 ° C (18 ° F) приводит к тому, что реакция протекает примерно в 5 раз быстрее. В таблице 1 приведен пример:

Таблица 1: Кинетика реакции образования HMF [1]

HMF используется в качестве маркера для подтверждения сырого, сырого характера меда, а также для подтверждения того, что продукт не хранился в течение длительного периода времени. В свежевыжатом меде уровень HMF ниже 5 мг / кг.

В Директиве о меде Европейский Союз проводит различие между нетропическим происхождением с пределом 40 мг / кг и тропическим происхождением с максимальным пределом 80 мг / кг - мед с чрезмерным значением HMF считается «промышленным медом» и не может продаваться для непосредственного употребления. Ни один из этих ограничений еще не установлен законом в США, тем не менее, мы настоятельно рекомендуем подтверждать любые утверждения, сделанные на этикетке.

При переработке меда нагревание неизбежно, но для того, чтобы сохранить сырье (как указано на этикетке), нагрев должен быть как можно более щадящим.

В таблице 2 статистические данные о мировых пробах меда, проанализированных QSI, отображают типичные найденные концентрации:

Таблица 2: Статистика измерений HMF на QSI

Здесь, в QSI America, мы можем помочь вам проверить уровни HMF в вашем продукте и убедиться, что он соответствует международным стандартам. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам с любыми вопросами или запросами цен - мы будем рады поддержать ваш бизнес!

Контакты:

Тобиас Визорек
Генеральный директор Тентамус Калифорния
P +1 951 833 7277
тобиас[email protected]


[1] Усредненные данные от: White, J.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *