4-羥基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮（4-hydroxy-2,5-dimethyl-3（2H）-furanone，HDMF），商品名稱為呋喃酮，又名草莓酮或菠蘿酮，廣泛分布于自然界中，如在草莓、菠蘿、橙桔、黑莓、葡萄、芒果、覆盆子等水果中都有檢測出HDMF。另外，在牛肉清湯、新烤面包、炒杏仁、炒榛子、葡萄酒、白蘭地酒、爆玉米花、咖啡、木材和煙等眾多產(chǎn)品中也有HDMF的發(fā)現(xiàn)。
影響微生物合成HDMF的因素眾多，按其內(nèi)因和外因主要包括微生物菌種本身的基因特性和其培養(yǎng)發(fā)酵條件[61]。微生物菌種本身特性主要通過從不同環(huán)境中篩選、基因誘變或基因改造獲得優(yōu)良菌種而得到改善，而一旦菌種確定后就需要通過調(diào)控其培養(yǎng)條件，如碳源種類和濃度、氮源種類和濃度、鹽濃度、初始pH值、搖床轉(zhuǎn)速、培養(yǎng)溫度、接種量、培養(yǎng)時間等因素對其合成HDMF產(chǎn)量進行調(diào)控。
1、糖種類及其濃度
不同的糖種類對微生物合成HDMF會產(chǎn)生不同的影響。在前期研究中認為，酵母合成HDMF的前體物質(zhì)是FDP，如DAHLEN T等[38]利用同位素標記法證明，HDMF是魯氏酵母利用FDP產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物。隨著對微生物合成HDMF研究的深入，后續(xù)研究表明，除FDP外，麥芽糖、乳糖、鼠李糖、D-果糖等也是微生物合成HDMF的前驅(qū)物質(zhì)，促進HDMF的生成。如張海林[43]探究了葡萄糖、FDP、果糖、乳糖、鼠李糖和麥芽糖等不同碳源對酵母合成HDMF的影響，結(jié)果表明，雖然以FDP為碳源時最有利于酵母合成HDMF，但果糖、鼠李糖和麥芽糖也能促進酵母合成HDMF；同樣，在王鵬霄[41]研究中也證明了鼠李糖、麥芽糖和果糖都是酵母菌發(fā)酵產(chǎn)HDMF的有效前體。另外，糖濃度會對酵母合成HDMF產(chǎn)生一定影響，較高的糖濃度會對微生物細胞產(chǎn)生一定的滲透壓脅迫，從而促進EMP和PPP中相關(guān)酶活性的提高，增加HDMF的生成[62]。如在周亞男[39]研究中發(fā)現(xiàn)，在不同濃度的FDP下酵母所產(chǎn)HDMF量有所不同，在0～120 g/L的FDP質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，隨著培養(yǎng)基中FDP濃度的增加，酵母菌所產(chǎn)HDMF的能力呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢；HECQUET L等[37]研究發(fā)現(xiàn)在FDP含量為10%時，魯氏酵母所產(chǎn)HDMF較高，而當其含量增加至20%時，其合成HDMF的能力則受到一定程度的抑制；DAHLEN T等[38]研究發(fā)現(xiàn)FDP濃度與HDMF濃度及酵母細胞數(shù)量呈正相關(guān)。
2、氮源種類及其濃度
有研究表明，美拉德反應的產(chǎn)物可以促進微生物生成HDMF。由此可以推測氮源對微生物合成HDMF具有重要的影響。如在無氮源的L-鼠李糖溶液中接種莢膜畢赤酵母發(fā)酵后未檢測到HDMF，而將L-鼠李糖加入到含有蛋白胨的培養(yǎng)基中進行濕熱滅菌后，再接種莢膜畢赤酵母發(fā)酵后則檢測出HDMF，可見氮源會影響微生物合成HDMF[63]。然而，在張海林[43]研究中卻發(fā)現(xiàn)，不同種類的氮源對酵母NTG-SX-103合成HMDF的影響較小，這可能是由于其所采用的初始培養(yǎng)基為麥汁，其中含有比較豐富的氮源的緣故。雖然有關(guān)氮源種類及其濃度對微生物合成HDMF的研究較少，但從其對微生物生長繁殖及其對微生物生物酶的調(diào)控和表達以及可能通過美拉德反應形成微生物合成HDMF的前體物質(zhì)等方面分析，氮源種類及其濃度一定會對微生物合成HDMF產(chǎn)生影響。
3、NaCl和Ca2+質(zhì)量濃度
有研究表明，在鹽脅迫培養(yǎng)條件下會增加EMP中各代謝產(chǎn)物含量及其相關(guān)基因的表達，繼而會影響微生物合成HDMF[64]。如周亞男[39]研究發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)酵培養(yǎng)基中NaCl濃度的增加，魯氏酵母合成HDMF的能力呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，當NaCl質(zhì)量濃度為180 g/L時，酵母所產(chǎn)HDMF濃度最高；HAUCK T等[51]研究結(jié)果也表明，在NaCl含量為17%時有利于微生物合成HDMF。另外，有研究表明，Ca2+是一種滲透壓傳遞信使，一定濃度的Ca2+有助于微生物合成HDMF，如有研究發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)基中添加1 mol/L Ca2+有助于酵母合成HDMF，其產(chǎn)量相比未添加Ca2+的培養(yǎng)基增加了23.3%，并且在0～1 mol/L范圍內(nèi)，HDMF的產(chǎn)量隨著Ca2+濃度的增加而提高[43]；DAHLEN T等[38]探究了酵母在含有不同濃度CaCl2的培養(yǎng)基中生長和產(chǎn)HDMF的情況，結(jié)果表明，在CaCl2質(zhì)量濃度為10～50 g/L時有助于促進酵母合成HDMF。
4、初始pH值
pH值對微生物的生長有多方面影響，主要是通過影響關(guān)鍵酶酶活、微生物細胞膜所帶電荷狀態(tài)等，從而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和新陳代謝。每種微生物都有其最適生長pH值和一定的生長pH值范圍以及所產(chǎn)代謝產(chǎn)物的最佳pH值，適宜的初始pH值有利于促進微生物生長代謝和產(chǎn)代謝產(chǎn)物。如彭輝等[31]研究發(fā)現(xiàn)，魯氏酵母QOR6在不同的初始pH值條件下所產(chǎn)HDMF含量有所不同，隨著發(fā)酵液初始pH值的增加（由3.7增加至5.7時），其所產(chǎn)HDMF的量呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，在初始pH值為4.2時，產(chǎn)量最高，為2.18 mg/L；HAUCK T等[51]的研究結(jié)果也同樣證實了初始pH值對微生物合成HDMF具有較大的影響。
5、搖床轉(zhuǎn)速
搖床轉(zhuǎn)速會影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)與微生物細胞的接觸、氧氣傳遞效率以及對微生物細胞的剪切力，從而影響微生物生長代謝，對HDMF的合成產(chǎn)生影響。彭輝等[31]研究表明，轉(zhuǎn)速對酵母合成HDMF也具有較大的影響，隨著轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)酵液中HDMF含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，在轉(zhuǎn)速為180 r/min時最高，適當?shù)霓D(zhuǎn)速為其生長提供了充足的氧氣；同樣，在HECQUET L等[37]研究中也充分證明了相比厭氧發(fā)酵而言，有氧發(fā)酵更有利于其合成HDMF。
6、培養(yǎng)溫度
培養(yǎng)溫度會對酵母生長和代謝產(chǎn)生重要的影響，從而影響到其合成HDMF的能力，而不同的微生物其發(fā)酵合成HDMF的最佳培養(yǎng)溫度會有所不同。如畢赤酵母菌株P(guān)3發(fā)酵產(chǎn)HDMF的最佳培養(yǎng)溫度為34℃，其產(chǎn)量相比在38℃時提高了50%以上[41]；而酵母QOR6的最佳發(fā)酵溫度則為28℃，顯著高于其他溫度條件下發(fā)酵HDMF產(chǎn)量[31]。研究表明，發(fā)酵溫度主要是通過影響微生物生物酶活性來調(diào)控其產(chǎn)HDMF的量，溫度過低或過高都會影響到微生物代謝途徑中合成HDMF的生物酶活性[65]。
7、接種量
接種量能調(diào)節(jié)微生物的生長代謝，適宜的接種量對微生物代謝產(chǎn)物的積累具有積極影響[66]。彭輝等[31]研究表明，隨著接種量的增加，魯氏酵母QOR6合成HDMF的產(chǎn)量先升高后降低，不同接種量之間存在著差異；周亞男[39]研究也發(fā)現(xiàn)，接種量會對酵母產(chǎn)HDMF產(chǎn)生一定影響；張海林[43]研究發(fā)現(xiàn)，接種量對酵母NTG-SX-103產(chǎn)HDMF影響不顯著，這可能是與其所選用的接種量水平相關(guān)，在其所選用的不同接種量水平下，發(fā)酵后期酵母菌體濃度都沒有太大的差異，從而導致HDMF含量差異不明顯。
8、培養(yǎng)時間
培養(yǎng)時間不同，微生物代謝過程中相關(guān)生物酶的表達水平有所差異，對微生物合成HDMF會產(chǎn)生影響，因此，需要選擇合適的培養(yǎng)時間[62]。如LI X等[40]在探索添加D-果糖條件下酵母合成HDMF的分子機制時發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵等3天時，HDMF的合成主要是通過EMP產(chǎn)生，而在第5天時，EMP和PPP則都是生成HDMF的主要途徑，且HDMF含量達到最大；周亞男[39]在探究培養(yǎng)時間對微生物生成HDMF的影響時，均發(fā)現(xiàn)HDMF的含量隨著發(fā)酵時間的增加先上升后下降，分別在第4天、7天和6天時HDMF含量達到最大。
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