概要

覆盆子酮，又名懸鉤子酮，樹莓酮（raspberry ketone），化學(xué)名為 4-對(duì)羥基苯基-2-丁酮。1918年被日本人Nomura和Nozawa發(fā)現(xiàn)。1957年被確認(rèn)為是覆盆子中的主要香味物質(zhì)，但在天然覆盆子果實(shí)中含量?jī)H為1-4 mg/kg。

覆盆子酮是一種經(jīng)過美國(guó)食用香料制造者協(xié)會(huì)(FEMA)和歐洲理事會(huì)(COE)共同認(rèn)可使用的安全食用香料，其 FEMA 編號(hào)為 2588。GB 2760-1996 中規(guī)定覆盆子酮作為食用香料用量為 40~320 mg /kg，可用于覆盆子、葡萄、菠蘿、桃子、李子、草莓、紅莓子、茉莉、梔子、晚香玉等香型香精的配制，亦可作為修飾劑或定香劑大量用于日用香料、食品香料、日化香精和煙用香精中。已成為僅次于香蘭素的一種具有極高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的香料。

同時(shí)，也是重要的精細(xì)化學(xué)品中間體。在化妝品行業(yè)中，因覆盆子酮具有美白作用因此可添加到美白化妝品中，且因?yàn)楦才枳油翘烊幌懔?，固還可起到定香的作用。在農(nóng)業(yè)中，覆盆子酮及其乙?；衔锸枪壍男砸T劑亦稱性信息素，合成作為農(nóng)藥，其需求量越來越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過食品和化妝品中用量的幾至幾十倍。在醫(yī)藥行業(yè)中，因覆盆子酮具有消炎的功效，因此可將其添加到藥物中；其與沒食子酸表兒茶素的組合物可用于預(yù)防、治療肥胖或如非胰島素依賴型糖尿病型和綜合癥等與肥胖相關(guān)的癥狀；覆盆子酮和伯胺生成的希夫堿是用于治療心肌收縮力衰弱的β-腎上腺素受體激動(dòng)藥多巴酚丁胺的中間體。在其他方面的應(yīng)用：覆盆子酮也被用于制造捕魚的誘餌。

減肥功效

覆盆子酮通過提高去甲基腎上腺素誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞分解, 預(yù)防高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠體重和內(nèi)臟重量增加, 減少肝臟甘油三酯含量; 通過調(diào)解糖脂代謝紊亂、改善瘦素抵抗和胰島素抵抗等綜合作用來降低肥胖大鼠體重。日本學(xué)者還進(jìn)行了人體試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)覆盆子酮減少內(nèi)臟脂肪的效果比其促使皮下脂肪減少的效果更加明顯。

不同劑量覆盆子酮組大鼠體重、Lee’s指數(shù)和腎周脂肪濕重較模型組顯著下降，說明覆盆子酮具有減肥作用。肥胖是能量攝入和消耗不平衡的結(jié)果，必然會(huì)引起糖脂代謝紊亂，與對(duì)照組比，高脂飲食在誘導(dǎo)大鼠肥胖的同時(shí)，可引起血糖、血TG、TC、LDL-C水平明顯增高，HDL-C水平明顯降低。覆盆子酮組大鼠血糖、血TG、TC、LDL-C水平均較模型組顯著降低，而HDL-C水平明顯增高。說明覆盆子酮具有降血脂糖和血脂的作用。

目前研究認(rèn)為，瘦素的內(nèi)源性抵抗是肥胖形成的基礎(chǔ)。試驗(yàn)中肥胖模型組大鼠血清瘦素水平顯著高于對(duì)照組，說明存在瘦素抵抗。瘦素抵抗和TNFα可產(chǎn)生和加重胰島素抵抗，而肥胖者，內(nèi)臟脂肪易于分解，產(chǎn)生過多的FFA，F(xiàn)FA增多抑制葡萄糖氧化，刺激肝糖原合成，可進(jìn)一步加重胰島素抵抗。試驗(yàn)中，肥胖模型組大鼠胰島素、TNFα水平明顯增高，而FFA水平和胰島素指數(shù)顯著降低，表明存在胰島素抵抗。與模型組比較，覆盆子酮組大鼠血清瘦素、FFA水平和胰島素指數(shù)均顯著降低，而胰島素、TNFα水平明顯增高。表明覆盆子酮可通過改善高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠的瘦素抵抗、胰島素抵抗，對(duì)防治肥胖的發(fā)生具有重要意義。

覆盆子酮的化學(xué)合成方法

主要有以下四種：1)苯酚-丁醇酮法；2）苯酚-甲基乙烯酮法；3）對(duì)羥基苯甲醛-丙酮縮合-加氫還原法；4）甲氧基芐氯-乙酰乙酸乙酯法。但這些合成方法存在使用大量酸堿和強(qiáng)毒性物質(zhì)，腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境，后處理困難，收率低等問題。

天然覆盆子酮的制備主要依靠天然提取法，由于受到覆盆子樹資源有限，果實(shí)中含量極低等限制，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。這也同樣導(dǎo)致天然來源的覆盆子價(jià)格(約US＄3000/kg)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)來源（約US＄58/kg）。

覆盆子酮的生物合成方法

路線一：樺木苷或杜鵑醇路線

1996年，法國(guó)研究人員DUMONT Benoit 等在專利EP0707072A1公開了天然覆盆子酮的生物制備方法：首先，從白樺樹的樹皮提取樺木糖苷（betuloside），如上圖。然后用β-葡萄糖苷酶（源自SIGMA）水解樺木糖苷制得杜鵑醇，然后再通過醇脫氫微生物Candida boidinii DSM 70033 將杜鵑醇氧化脫氫制備覆盆子酮。

1999年，法國(guó)研究人員FALCONNIEK Brigitte等在專利WO9949069A1公開了一種生物轉(zhuǎn)化制備覆盆子酮的方法：直接利用發(fā)酵的酵母菌株中所具有的β-葡萄糖苷酶和仲醇脫氫酶活性一步催化外援添加在發(fā)酵液中的杜鵑醇葡萄糖苷生產(chǎn)覆盆子酮。

2003年，Kurt Faber和Wolfgang Kroutil團(tuán)隊(duì)（Tetrahedron 2003, 59, 9517-9521）以杜鵑醇為底物，對(duì)不同的紅球菌屬凍干細(xì)胞進(jìn)行篩選，得到馬紅球菌Rhodococcus equi IFO3730 和赤紅球菌Rhodococcus ruber DSM 44541能夠使用丙酮作為氫的受體，非常高效的催化氧化得到覆盆子酮，并且底物濃度高達(dá) 500 g/L。

路線二：對(duì)羥基苯甲醛/丙酮路線

1996年，Claudio Fuganti等分別以baker’s yeast（Tetrahedron, 1996, 52. 4041-4052）和Beauveria bassiana（Tetrahedron: Asymmetry, 1996, 7, 3129-3134）對(duì)4-羥基亞芐基丙酮（如上圖）中的烯鍵進(jìn)行還原制備覆盆子酮。并且于1998年發(fā)表文章（Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 1998, 4, 289-293）再次對(duì)能夠催化還原烯鍵的問生物進(jìn)行篩選，并對(duì)還原產(chǎn)物進(jìn)行詳盡的考察，發(fā)現(xiàn)某些微生物能選擇性地還原烯鍵，而大多數(shù)微生物則同時(shí)還原烯鍵和羰基生成杜鵑醇。

1998年，Whitehead, I.M. 等(Food Technol 1998, 52, 40-46)提出了上述完整路線，從發(fā)酵或植物提取來源的對(duì)羥基苯甲醛和發(fā)酵來源的丙酮通過醛縮酶催化縮合，而后經(jīng)β-消去反應(yīng)得到4-羥基亞芐基丙酮，最后通過微生物催化烯鍵還原得到覆盆子酮。

2007年，G. Feron等（Letters in Applied Microbiology 2007, 45, 29-35）等利用基因工程宿主菌大腸桿菌表達(dá)源于細(xì)菌的醛縮酶（DERA）實(shí)現(xiàn)了對(duì)羥基苯甲醛和病痛的縮合，并通過過程優(yōu)化，最終覆盆子酮合成關(guān)鍵中間體4-羥基亞芐基丙酮的產(chǎn)量達(dá)到160 mg/L。

2013年，谷運(yùn)璀等（香料香精化妝品，2013(增刊1) : 39-41）以天然大茴香醛為原料，與發(fā)酵法生產(chǎn)的天然丙酮縮合，制得茴香叉丙酮，再經(jīng)氫化得到茴香丙酮，最后將茴香丙酮進(jìn)行脫甲基反應(yīng)，制得天然覆盆子酮，并采用測(cè)量同位素14C 方法，確定其天然度為 98% 以上。

2014年，徐冬青等（化學(xué)研究與應(yīng)用，2014，26, 301-305）以同樣的方法制得天然級(jí)覆盆子酮，總收率為 75.75% ( 以大茴香醛計(jì))，含量為 98.65%，香氣純正。此外，此種方法也有不少專利報(bào)道(CN 103724173A,CN 104193607A,CN 101717328A, CN 105218340A等)。

2011年，Xiang Chen等在文章（Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 2011, 68, 71-76）中利用氨基酰化酶在有N-雜環(huán)化合物（如咪唑）存在的情況下可以催化可以催化醛和酮的縮合反應(yīng)，且發(fā)現(xiàn)必須二者同時(shí)存在的條件下才有催化活性。但催化對(duì)羥基苯甲醛和丙酮縮合生成4-羥基亞芐基丙酮得率僅為8.5%。

路線三：苯丙氨酸/香豆酸路線

2000年，Seshu Pedapudi等（Biotechnol. Prog. 2000, 16, 346−349）詳盡地考察了樹莓細(xì)胞懸浮培養(yǎng)過程中覆盆子酮以及其合成的關(guān)鍵中間體p-香豆酸，亞芐基丙酮在不同培養(yǎng)條件下生成量的變化。并且證實(shí)植物細(xì)胞代謝過程中，覆盆子酮并不是最終代謝產(chǎn)物，還會(huì)進(jìn)一步被代謝。2007年，Kei Shimoda等（Phytochemistry 2007, 68, 487–492）利用美洲商陸細(xì)胞培養(yǎng)證實(shí)了上述觀點(diǎn)。2011年，Takao Koeduka等（Biochemical and Biophysical Research Communications 2011, 412, 104–108）則對(duì)提取自覆盆子的覆盆子酮/姜油酮合成酶（RZS）進(jìn)行了底物譜分析，證明了該酶為植物細(xì)胞合成覆盆子酮最后一步催化還原α,β-不飽和雙鍵的酶，且其表達(dá)量在成熟的果實(shí)中最高。

2006年BEEKWILDEＲ Martinus Julius等在專利GB2416769A和GB2416770A中公開了一種利用大腸桿菌表達(dá)覆盆子來源的亞芐基丙酮合成酶(BAS)或查爾酮合成酶( CHS)和煙草來源的4-香豆酸輔酶A連接酶( 4CL)催化人工添加前體物質(zhì)芐叉丙酮或香豆酸來合成覆盆子酮的方法。其中查爾酮合成酶CHS cDNA來源可由如葡萄、擬南芥、金魚草、苜蓿、玉米和香菜等代替。并且于2007年再次發(fā)表文章詳細(xì)研究了各酶基因?qū)Ω才枳油铣傻挠绊?，在最有?yōu)件下覆盆子酮濃度達(dá)到5 mg/L。

2016年，Danna Lee等（Lee et al. Microb Cell Fact 2016, 15, 49）進(jìn)一步地在釀酒酵母中人工構(gòu)建表達(dá)源于微生物來源的苯丙氨酸/酪氨酸裂氨酶（PAL/TAL）和植物來源的肉桂酸-4-羥化酶（C4H）、4-香豆酸輔酶A連接酶( 4CL)、亞芐基丙酮合成酶(BAS)實(shí)現(xiàn)了覆盆子酮由苯丙氨酸的體內(nèi)全合成。最終覆盆子酮濃度為2.8 mg/L，在外源添加3 mM的香豆酸的情況下更是達(dá)到7.5 mg/L。并且同時(shí)發(fā)現(xiàn)在有氧發(fā)酵的霞多麗果汁釀造過程中覆盆子酮濃度為3.5 mg/L，而在厭氧發(fā)酵的葡萄酒釀造過程中只有0.68 mg/L。

參考文獻(xiàn)

EP0707072A1; WO9949069A1; Tetrahedron 2003, 59, 9517-9521.

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