Ванилията, най-широко използваният ароматизатор в сладкарството и козметиката, получава своя сладък вкус и аромат от химическото съединение с подходящо име – „ванилин“. Въпреки това широкомащабно производство на естествен ванилин на практика не съществува.
Сега изследователи от Токийския научен университет са създали генетично нов ензим, който може да превръща феруловата киселина от растителни отпадъци във ванилин в един устойчив процес, който би трябвало да доведе до рязък спад на цените на ванилията и да освободи земя за отглеждане на други култури.
Продуктът, известен като екстракт от ванилия, се произвежда основно от шушулките на този член на семейството на орхидеите, докато самото растение създава ванилин чрез преобразуване на феруловата киселина от естествено произведен ензим с химическа абревиатура VpVAN.
Лабораторният биосинтез на ванилин от растителния VpVAN обаче дава само много малки количества ванилин и понастоящем е непрактичен в търговската мрежа. Освен това, въпреки че есенциите от ванилия, получени по химичен път, се предлагат евтино, те не могат да се сравнят с вкуса на естествения екстракт от ванилия, а търсенето на последния продължава да бъде високо.
Предизвикателствата не спират дотук, тъй като климатичните ограничения за отглеждане на ванилови растения и сравнително малкият добив от едно растение водят до намаляване на предлагането и рязко повишаване на цената на натуралния ванилов екстракт.
В отговор на тези предизвикателства професор Тошики Фуруя от катедрата по приложна биология в Токийския научен университет и неговите дипломанти Шизука Фуджимаки и Сацуки Сакамото успешно са разработили ензим, който произвежда ванилин от растителна ферулова киселина.
„Феруловата киселина, суровината, е съединение, което може да се получи в изобилие от селскостопански отпадъци като оризови и пшенични трици“, обяснява професор Фуруя. „Ванилинът се генерира просто чрез смесване на ферулова киселина с разработения ензим при стайна температура. Така че създадената технология може да осигури прост и екологичен метод за производство на ароматни съединения.“
Изследването, в което е представен новият им метод на производство, е публикувано на 10-ти май в Applied and Environmental Microbiology.
Изследователите са направили своето откритие, като са използвали подходи на генното инженерство, за да модифицират молекулярната структура на ензим, наречен Ado. В естественото си състояние Ado няма способността да превръща феруловата киселина във ванилин.
Анализирайки Ado, за да разберат защо, изследователите успяват да предвидят аминокиселинни промени в Ado, които биха позволили взаимодействието му с феруловата киселина. В тази връзка те провеждат серия от експерименти, като заменят аминокиселините фенилаланин и валин с тирозин и аргинин.
Резултатите са незабавни и драматични. Инженерният ензим не се нуждае от кофактори за преобразуване, за разлика от други оксидази, и произвежда ванилин в грамаж на литър реакционен разтвор, с по-висока каталитична ефективност и афинитет от тези на ензима от дивия тип.
Реакцията изисква само смесване на ензима, феруловата киселина и въздуха при стайна температура, което я прави прост, устойчив и икономически мащабируем процес. Освен това е установено, че той преобразува р-кумаровата киселина и синаповата киселина, които са съединения, получени при разграждането на лигнина – клетката, която изгражда дървесината.
Досега нито един ензим от микробен или растителен произход не е показал способността си да преобразува феруловата киселина във ванилин в промишлен мащаб. Ето защо ензимът, разработен в настоящото изследване, показва значителен потенциал за осигуряване на търговско и икономически жизнеспособно производство на природен ванилин.
„Използването на потенциала на микроорганизмите и ензимите за извличане на ценни съединения при леки условия от възобновяеми растителни ресурси предлага устойчив подход за минимизиране на екологичния отпечатък“, казва професор Фукуя.
Източник: GoodNewsNetwork
