Sin usar azúcar, las hojas son dulces por sí mismas: el secreto del "té dulce" revelado

Al escuchar sobre té dulce, muchas personas podrían imaginar un té helado con abundante azúcar.

Sin embargo, el "té dulce" estudiado en esta ocasión no es una bebida de té común con azúcar añadida. Se refiere a Lithocarpus litseifolius, una planta de la familia Fagaceae que crece en algunas regiones de China y se ha utilizado tradicionalmente como un té dulce.

La bebida hecha de las hojas jóvenes y brotes de esta planta es notablemente dulce sin necesidad de añadir azúcar. La causa de esta dulzura es un compuesto vegetal llamado "dihidrocalcona", que se acumula en grandes cantidades en las hojas.

Entre ellos, los principales son la floridzina y la trilobatina. Estos son compuestos flavonoides ligados a azúcares, que se cree que están relacionados con la defensa y adaptación ambiental en las plantas, mientras que para los humanos son componentes naturales que muestran una fuerte dulzura.

Sin embargo, durante mucho tiempo no se entendió bien qué reacciones químicas permitían al té dulce producir una cantidad tan grande de componentes dulces.

El equipo de investigación, incluyendo el Instituto de Investigación del Té de la Universidad de Zhejiang, investigó detalladamente esta compleja "fábrica de edulcorantes dentro de la planta" a nivel de genes y enzimas.

El 30% del peso seco de las hojas jóvenes son componentes relacionados con la dulzura

La característica más destacada del té dulce es su extremadamente alto contenido de dihidrocalconas.

Según el artículo original, la proporción de floridzina y trilobatina en las hojas puede alcanzar entre el 21% y el 33% del peso seco. Es decir, una parte considerable de las hojas jóvenes, excluyendo el agua, está compuesta por componentes relacionados con la dulzura.[1][2]

Aunque la floridzina también se encuentra en las hojas y corteza de manzanas, el contenido en el té dulce es mayor que en las plantas del género Malus. Por lo tanto, esta planta no solo es adecuada como fuente de componentes edulcorantes naturales, sino también como modelo para estudiar la biosíntesis de dihidrocalconas.

En los últimos años, la industria alimentaria ha buscado tecnologías para reducir el uso de azúcar mientras se mantiene el sabor.

Sin embargo, el azúcar no es solo un ingrediente para endulzar. En las bebidas, afecta la textura y percepción del aroma, y en los dulces, está relacionado con el volumen, color al hornear, retención de humedad y textura. Por lo tanto, simplemente reemplazar el azúcar con otro edulcorante a menudo no reproduce el mismo sabor o calidad del producto original.

Aun así, si se puede producir de manera estable un componente vegetal que proporcione suficiente dulzura en pequeñas cantidades, podría convertirse en una nueva opción para reducir el azúcar en bebidas, productos lácteos, dulces y alimentos saludables.

El significado de esta investigación radica en que no se centró en métodos para recolectar grandes cantidades de materia prima, sino en revelar el "plano" que las plantas utilizan para producir componentes dulces.

El tratamiento de la "doble unión" que no se había explicado antes

Cuando las plantas producen dihidrocalconas, múltiples materias primas y enzimas reaccionan en secuencia.

Para finalmente producir floridzina o trilobatina, primero se debe sintetizar el esqueleto básico llamado "floretina". En este proceso, es necesario realizar una reacción de reducción que convierta los dobles enlaces de carbono en enlaces simples en la sustancia de partida.

Anteriormente, se consideraba que una enzima reductora de dobles enlaces actuaba directamente sobre una sustancia llamada p-coumaroil-CoA unida a la coenzima A.

Sin embargo, en experimentos anteriores con manzanas, se informó que las enzimas candidatas no funcionaban como se esperaba. En algunos casos, no se pudo confirmar la reacción en el tubo de ensayo, o cuando se introdujeron genes en otros organismos, no se produjo suficiente sustancia objetivo, lo que resultó en resultados inconsistentes.

El equipo de investigación actual consideró que "la etapa en la que ocurre la reacción de reducción podría ser diferente".

Como resultado de la investigación, se demostró que la reducción de dobles enlaces ocurre en una sustancia de tipo aldehído producida en el proceso, en lugar de en la sustancia de tipo CoA que se había supuesto anteriormente.

Primero, una enzima llamada LlCCR convierte el p-coumaroil-CoA en p-coumaraldehído. Luego, una enzima llamada LlDBR1 reduce el doble enlace de la molécula en estado de aldehído para producir dihidro-p-coumaraldehído.

Este descubrimiento podría explicar por qué algunas enzimas en investigaciones anteriores no reaccionaron con la sustancia de tipo CoA.

En otras palabras, los investigadores habían estado intentando hacer que un "trabajador en una etapa diferente" realizara el trabajo. En realidad, LlDBR1 estaba a cargo de la etapa de aldehído, que es una etapa posterior.

Evaluación de 24 genes candidatos uno por uno

El equipo de investigación seleccionó 24 genes de la información de expresión genética del té dulce que podrían estar relacionados con la síntesis de componentes dulces.

Los candidatos incluían reductasa de cinamoil-CoA, reductasa de dobles enlaces, aldehído deshidrogenasa, ligasa de 4-coumaroil-CoA, sintasa de chalcona, transferasa de glucosa, entre otros.

En la investigación, se expresaron los genes candidatos en E. coli y otros organismos para producir enzimas y se verificó en el tubo de ensayo con qué sustancias reaccionaban. No solo se investigó la presencia de los genes, sino que también se evaluaron la velocidad de reacción y la selectividad del sustrato.

Además, se administraron oligonucleótidos antisentido a las plantas para suprimir temporalmente la función de genes específicos y se observó cómo cambiaba la cantidad de dihidrocalconas en las hojas.

Cuando se suprimieron genes como LlCCR, LlDBR1, LlALDH1 y Ll4CL2, la cantidad de componentes dulces objetivo disminuyó. También disminuyó la cantidad de componentes cuando se suprimieron LlP4′GT, que produce trilobatina, y LlP2′GT1, que produce floridzina.

El hecho de que tanto los experimentos enzimáticos en el tubo de ensayo como los experimentos de supresión genética en plantas vivas apuntaran en la misma dirección respaldó fuertemente la posibilidad de que cada enzima esté involucrada en la biosíntesis dentro de la planta real.

No había solo un camino hacia la floretina

Otro descubrimiento importante mostrado por el equipo de investigación fue que no había un solo camino hacia la floretina, el esqueleto básico de los componentes dulces.

Se demostró que desde el intermediario común dihidro-p-coumaraldehído, se puede producir floretina a través de al menos dos rutas.

En la primera ruta, LlALDH1 convierte el aldehído en ácido, y Ll4CL2 vuelve a añadir CoA. Luego, la sintasa de chalcona LlCHS1 reacciona para producir floretina.

En la segunda ruta, LlCCR participa en una reacción en dirección opuesta a la habitual, proporcionando la sustancia necesaria para la síntesis de floretina desde el intermediario. LlCHS1 actúa allí para producir floretina.

Es un sistema similar a tener dos caminos hacia un mismo destino.

Incluso si faltan materias primas o enzimas en una de las rutas, la producción puede continuar utilizando la otra. Para las plantas, esto significa que pueden ajustar el flujo metabólico según las condiciones de crecimiento y ambientales.

Desde la perspectiva de la industria alimentaria, podría ser posible elegir la ruta con mayor eficiencia de producción entre las dos. Al incorporar genes en levaduras o E. coli y producir floridzina o trilobatina en tanques de fermentación, también se podría diseñar una ruta adecuada para el microorganismo huésped.

La enzima que endurece los árboles también está involucrada en los componentes dulces

Particularmente interesante es la multifuncionalidad de LlCCR.

La enzima conocida como CCR normalmente está involucrada en la síntesis de lignina, que fortalece la pared celular de las plantas. La lignina es un componente importante que endurece los tallos y troncos de las plantas y sostiene los tejidos que transportan agua.

Sin embargo, en el té dulce, LlCCR no solo estaba involucrado en la síntesis de lignina, sino también en la producción de dihidrocalconas, que son componentes dulces.

Los recursos de carbono que poseen las plantas no son infinitos. Es necesario elegir si destinar la misma sustancia de partida a la lignina para fortalecer el cuerpo o a las dihidrocalconas.

Se considera que LlCCR desempeña un papel como "interruptor" que regula el flujo de metabolitos cerca de este punto de bifurcación.

En las hojas jóvenes y tiernas, aún no es necesario producir grandes cantidades de lignina, mientras que se necesitan metabolitos secundarios para protegerse de insectos y rayos UV. Aunque el papel exacto de las dihidrocalconas en la defensa de las plantas es un tema pendiente, la concentración de componentes dulces en las hojas jóvenes podría estar relacionada con la estrategia de crecimiento de la planta.

¿Por qué las hojas jóvenes son más dulces?

La investigación también examinó por qué las dihidrocalconas se acumulan en grandes cantidades en las hojas jóvenes.

Una razón es que LlCCR puede procesar eficientemente la sustancia de partida. Otra es que las transferasas de glucosa, que están en la parte inferior de la ruta de síntesis, se expresan fuertemente en las hojas jóvenes.

La posición en la que se añade el azúcar a la floretina cambia el componente final.

Cuando actúa LlP4′GT, principalmente se produce trilobatina, y cuando actúa LlP2′GT1, principalmente se produce floridzina. Debido a que estas transferasas de glucosa actúan activamente, la floretina producida se convierte rápidamente en glucósidos estables y se acumula en las hojas.

La reacción de añadir azúcar no es simplemente un proceso de acabado para las plantas. Es un paso importante que cambia la solubilidad en agua, el movimiento dentro de la célula, la toxicidad y la facilidad de almacenamiento.

En otras palabras, el té dulce no solo es capaz de producir moléculas dulces, sino que también es excelente en procesarlas en formas estables para su almacenamiento.

¿Es cierto que es unas 300 veces más dulce que el azúcar?

Una revisión reciente sobre el té dulce funcional en China mencionó que los componentes de dihidrocalcona como la trilobatina y la floridzina tienen una dulzura aproximadamente 300 veces mayor que la sacarosa.[3]

Sin embargo, el número "300 veces más dulce" no significa simplemente que se pueda usar una 300ª parte del azúcar para obtener el mismo producto.

Los edulcorantes de alta intensidad tienen un tiempo diferente para comenzar a percibir la dulzura y una duración distinta de la dulzura en la boca en comparación con el azúcar. Se ha informado que la floridzina y los componentes relacionados tienen un inicio lento de dulzura y un regusto refrescante.

Además, la percepción de la dulzura puede debilitarse cuando se combina con componentes amargos como los catequinas en los alimentos. Por otro lado, cuando se combina con una pequeña cantidad de azúcar, la dulzura puede intensificarse sinérgicamente.

Por lo tanto, en el desarrollo de productos reales, es más realista combinar una pequeña cantidad de azúcar con otros edulcorantes, aromas y acidez, en lugar de reemplazar todo el azúcar con un solo componente dulce.

Lo importante no es solo la intensidad de la dulzura. Es necesario un "diseño temporal de la dulzura" que incluya la dulzura al momento de ingresar a la boca, el regusto después de tragar, y la armonía con el amargor, astringencia y aroma.

La era en que los microorganismos producen componentes dulces naturales

Una vez que se aclara la ruta de biosíntesis, se pueden considerar métodos de producción distintos a la extracción de componentes de las plantas.

Por ejemplo, introducir los genes necesarios en levaduras o E. coli y producir los componentes deseados mediante fermentación a partir de azúcares o materias primas de origen vegetal.

Hasta ahora, en la producción microbiana de floridzina, la etapa de reducción de dobles enlaces ha sido un cuello de botella. Por lo tanto, se han utilizado métodos como añadir materias primas intermedias desde el exterior o utilizar enzimas reductoras de fuentes no vegetales.

Utilizando la combinación de LlCCR y LlDBR1 descubierta en esta investigación, es posible construir un sistema de reacción más cercano a la ruta original de la planta.

Además, después de producir floridzina, se podría ajustar la producción activando LlP4′GT para producir más trilobatina o LlP2′GT1 para producir más floridzina.

Sin embargo, poder sintetizar en el laboratorio y poder producir en masa de manera económica como alimento son problemas diferentes.

Se deben resolver muchos desafíos, como la estabilidad de las enzimas, la velocidad de producción, la cantidad de subproductos, el costo de purificación, las materias primas de fermentación, el tratamiento de aguas residuales, las normas alimentarias y los cambios durante el almacenamiento.

Aun así, la identificación de dos rutas de biosíntesis y las principales enzimas significa que los desarrolladores han avanzado de la etapa de prueba y error en la oscuridad a la etapa de mejora con un plano en mano.

Posibilidad de uso en mejoramiento genético

Los resultados de esta