Desarrollan una enzima de bioingeniería para crear vainilla natural

Un grupo de investigación japonés desarrollaron una enzima que puede convertir el ácido ferúlico de los desechos vegetales en vainilla, un compuesto de sabor ampliamente utilizado en productos alimenticios y bebidas.

El dulce olor del extracto de vainilla es impartido por el compuesto químico que se encuentra en las vainas de semillas de las plantas de vainilla. La enzima VpVAN sintetiza este ingrediente mediante la conversión del ácido ferúlico.

No obstante, la biosíntesis de laboratorio de vainilla a partir de la enzima de origen vegetal produce solo cantidades muy pequeñas de vainillina y se considera comercialmente poco práctica. Además, las esencias de vainilla de origen químico más baratas a menudo no coinciden con el sabor del extracto de vainilla natural.

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Vainilla elaborada con enzimas

Además, la cadena de suministro de vainilla es bien conocida por las fluctuaciones de precios y la dinámica volátil del mercado, en parte debido a que las plantas de vainilla producen rendimientos tan pequeños, lo que lleva a una disminución de la oferta y aumentos repentinos de precios.

La rápida aparición del cambio climático y los fenómenos meteorológicos extremos también afectan a los cultivos.

Estos factores condujeron al estudio realizado por un equipo de investigación de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS), publicado recientemente en Applied and Environmental Microbiology.

Adoptaron un nuevo método que utiliza abundantes residuos agrícolas, lo que podría reducir el impacto ambiental y los costos de la cadena de suministro. También es aclamado como un "gran avance" por TUS.

Desafíos del sector de vainilla

De acuerdo con el equipo de investigación, la vainilla está disponible a partir de los granos de la orquídea vainilla a través de la extracción. Sin embargo, el rendimiento de la vainillina es muy bajo porque se acumula en niveles bajos en la planta.

"La producción biotecnológica de vainillina utilizando enzimas ha atraído mucha atención como alternativa a la extracción de vainas de vainilla", explica.

El ácido ferúlico es un material de partida práctico para la producción biotecnológica de vainillina, ya que se puede recuperar una gran cantidad de este compuesto a partir de residuos agroindustriales, como el salvado de trigo y arroz.

Además, se han reportado varios sistemas múltiples de enzimas microbianas en procesos biocatalíticos para producir vainillina a partir de ácido ferúlico.

Sin embargo, los sistemas que utilizan múltiples enzimas suelen ser complejos y costosos porque es necesario preparar múltiples enzimas y las condiciones de reacción deben ajustarse para cada enzima.

Método utilizado

Los científicos destacan que si la síntesis de vainilla a partir del ácido ferúlico pudiera lograrse con una sola enzima, agilizaría aún más la producción de este ingrediente.

En la investigación lograron desarrollar una sola enzima que cataliza la producción de vainilla a partir del ácido ferúlico de una manera independiente de la coenzima. Lo cual significa que se puede producir simplemente mezclando la enzima y el ácido ferúlico a temperatura ambiente.

“Nuestro enfoque que utiliza la enzima y los desechos agroindustriales ofrece un método sostenible y rentable para la producción de vainillina", indican.

Los investigadores utilizaron enfoques de ingeniería genética para modificar la estructura molecular de una enzima, "Ado", originalmente una enzima oxidasa que agrega un átomo de oxígeno al sustrato, el isoeugenol.

En su estado nativo, Ado no tiene la capacidad de convertir el ácido ferúlico y la vainilla. Sin embargo, utilizaron un análisis de modelado estructural para predecir los cambios de aminoácidos en Ado que le permitieron interactuar con el ácido ferúlico.

Finalmente, probaron la sustitución de residuos de aminoácidos de fenilalanina y valina en posiciones específicas de la estructura de Ado con otros aminoácidos. Sus experimentos examinaron la capacidad de conversión de ácido ferúlico de las diversas proteínas mutantes modificadas.

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