Sans utiliser de sucre, les feuilles elles-mêmes sont sucrées : le secret du "Sweet Tea" révélé

Quand on parle de thé sucré, beaucoup de gens imaginent peut-être un thé glacé avec beaucoup de sucre ajouté.

Cependant, le "Sweet Tea" étudié cette fois-ci ne désigne pas une boisson à base de thé ordinaire avec du sucre ajouté. Il s'agit d'une plante de la famille des Fagacées, Lithocarpus litseifolius, qui pousse naturellement dans certaines régions de Chine et est traditionnellement utilisée comme thé sucré.

La boisson préparée à partir des jeunes feuilles et bourgeons de cette plante est perçue comme très sucrée sans ajout de sucre. La raison en est un composé végétal appelé "dihydrochalcone" qui s'accumule en grande quantité dans les feuilles.

Les principaux composants sont la phloridzine et la trilobatine. Ce sont des composés flavonoïdes liés au sucre, qui sont considérés comme jouant un rôle dans la défense et l'adaptation environnementale des plantes, tout en étant remarqués pour leur forte douceur naturelle chez l'homme.

Cependant, comment le Sweet Tea produit-il une telle quantité de composés sucrés par des réactions chimiques était longtemps resté un mystère.

L'équipe de recherche, comprenant l'Institut de recherche sur le thé de l'Université de Zhejiang, a étudié en détail cette "usine de sucreries végétales" complexe au niveau des gènes et des enzymes.

30 % du poids sec des jeunes feuilles sont des composants liés à la douceur

La caractéristique principale du Sweet Tea est sa teneur extrêmement élevée en dihydrochalcones.

Selon l'article original, la proportion de phloridzine, trilobatine, etc., dans les feuilles peut atteindre environ 21 à 33 % du poids sec. Autrement dit, une grande partie des jeunes feuilles, une fois l'eau retirée, est constituée de composants liés à la douceur.[1][2]

Bien que la phloridzine soit également présente dans les feuilles et l'écorce des pommiers, la teneur dans le Sweet Tea est plus élevée que dans les plantes du genre Malus. Pour cette raison, cette plante est non seulement une source de composés sucrés naturels, mais aussi un modèle pour étudier la biosynthèse des dihydrochalcones.

Récemment, l'industrie alimentaire recherche des technologies pour réduire l'utilisation de sucre tout en maintenant la saveur.

Cependant, le sucre ne sert pas seulement à sucrer. Dans les boissons, il influence la texture et la perception des arômes, et dans les confiseries, il affecte le volume, la couleur, la rétention d'humidité et la texture. Par conséquent, remplacer le sucre par un autre édulcorant ne permet souvent pas de reproduire le même goût ou la même qualité que le produit original.

Néanmoins, si nous pouvons produire de manière stable des composés végétaux capables de donner suffisamment de douceur en petite quantité, cela pourrait offrir une nouvelle option pour réduire le sucre dans les boissons, produits laitiers, confiseries, et aliments santé.

Cette recherche est significative car elle a révélé le "plan" utilisé par les plantes pour produire des composés sucrés, plutôt que de se concentrer sur la méthode d'extraction massive des matières premières.

Le traitement des "liaisons doubles" jusqu'alors inexpliqué

Lorsqu'une plante produit des dihydrochalcones, plusieurs matières premières et enzymes réagissent successivement.

Pour finalement produire de la phloridzine ou de la trilobatine, il faut d'abord synthétiser le squelette de base appelé "phlorétine". Ce processus nécessite une réaction de réduction qui transforme les liaisons doubles entre les atomes de carbone de la matière de départ en liaisons simples.

Jusqu'à présent, l'explication la plus plausible était que l'enzyme réductase des doubles liaisons agissait directement sur une substance appelée p-coumaroyl-CoA liée à la coenzyme A.

Cependant, des expériences antérieures utilisant des pommes ont rapporté des cas où les enzymes candidates ne fonctionnaient pas comme prévu. Dans des tubes à essai, la réaction n'était pas observée, ou même en introduisant le gène dans un autre organisme, la quantité de composés souhaités n'était pas suffisante, ce qui ne concordait pas avec les résultats attendus.

L'équipe de recherche a envisagé que "le stade où se produit la réaction de réduction pourrait être différent".

Les résultats de l'enquête ont montré que la réduction des liaisons doubles se produisait sur une substance de type aldéhyde produite en cours de route, et non sur la substance de type CoA précédemment supposée.

Tout d'abord, une enzyme nommée LlCCR convertit le p-coumaroyl-CoA en p-coumaraldéhyde. Ensuite, une enzyme appelée LlDBR1 réduit la double liaison de la molécule à l'état d'aldéhyde pour produire du dihydro-p-coumaraldéhyde.

Cette découverte pourrait expliquer pourquoi certaines enzymes dans les recherches précédentes ne réagissaient pas avec la substance de type CoA.

En quelque sorte, les chercheurs avaient essayé de faire travailler un "opérateur à une étape différente". En réalité, LlDBR1 était responsable de l'étape suivante, l'étape de l'aldéhyde.

Vérification des 24 gènes candidats un par un

L'équipe de recherche a sélectionné 24 gènes potentiellement impliqués dans la synthèse des composés sucrés à partir des informations d'expression génétique du Sweet Tea.

Les cibles comprenaient la réductase du CoA cinnamoyl, la réductase des doubles liaisons, l'aldéhyde déshydrogénase, la ligase du CoA 4-coumaroyl, la chalcone synthase, et les glycosyltransférases.

Dans l'étude, les gènes candidats ont été exprimés dans des bactéries comme E. coli pour produire des enzymes, et leur réactivité avec différentes substances a été vérifiée dans des tubes à essai. Non seulement la présence des gènes a été étudiée, mais aussi la vitesse de réaction et la sélectivité des substrats ont été examinées.

De plus, des oligodésoxyribonucléotides antisens ont été administrés aux plantes pour inhiber temporairement l'action de certains gènes, et les changements dans la quantité de dihydrochalcones dans les feuilles ont été étudiés.

L'inhibition des gènes tels que LlCCR, LlDBR1, LlALDH1, Ll4CL2 a entraîné une diminution de la quantité des composés sucrés souhaités. De même, l'inhibition de LlP4′GT pour la production de trilobatine ou de LlP2′GT1 pour la production de phloridzine a également entraîné une diminution de la quantité de chaque composé.

Le fait que les expériences enzymatiques in vitro et les expériences d'inhibition génétique in vivo aient montré la même direction a fortement soutenu la possibilité que chaque enzyme soit impliquée dans la biosynthèse dans la plante réelle.

Il n'y avait pas qu'un seul chemin vers la phlorétine

Une autre découverte importante de l'équipe de recherche est qu'il n'y avait pas qu'un seul chemin vers la phlorétine, le squelette de base des composés sucrés.

Il a été démontré qu'à partir de l'intermédiaire commun, le dihydro-p-coumaraldéhyde, la phlorétine pouvait être produite par au moins deux voies.

Dans la première voie, LlALDH1 convertit l'aldéhyde en acide, et Ll4CL2 ajoute à nouveau le CoA. Ensuite, la chalcone synthase LlCHS1 réagit pour produire de la phlorétine.

Dans la deuxième voie, LlCCR participe à une réaction en sens inverse de l'habitude, fournissant les substances nécessaires à la synthèse de la phlorétine à partir de l'intermédiaire. Là, LlCHS1 agit et la phlorétine est produite.

C'est comme si deux routes étaient disponibles pour atteindre une même destination.

Même si les matières premières ou les enzymes manquent d'un côté, la production peut continuer si l'autre côté est utilisé. Pour les plantes, cela signifie qu'elles peuvent ajuster le flux métabolique en fonction des conditions de croissance et environnementales.

Du point de vue de l'industrie alimentaire, il pourrait être possible de choisir la voie la plus efficace parmi les deux. En incorporant les gènes dans des levures ou des bactéries comme E. coli et en produisant de la phlorétine ou de la trilobatine dans des cuves de fermentation, il pourrait être possible de concevoir une voie adaptée aux micro-organismes hôtes.

Une enzyme qui renforce le bois est aussi impliquée dans les composés sucrés

Ce qui est particulièrement intéressant, c'est la multifonctionnalité de LlCCR.

L'enzyme appelée CCR est généralement impliquée dans la synthèse de la lignine, qui renforce la paroi cellulaire des plantes. La lignine est un composant important qui durcit les tiges et les troncs des plantes et soutient les tissus transportant l'eau.

Cependant, dans le Sweet Tea, LlCCR est impliqué non seulement dans la synthèse de la lignine, mais aussi dans la production de dihydrochalcones, des composés sucrés.

Les ressources en carbone des plantes ne sont pas infinies. Il est nécessaire de choisir si la matière de départ est dirigée vers la lignine pour renforcer le corps ou vers les dihydrochalcones.

LlCCR est considéré comme jouant un rôle de "commutateur" qui régule le flux des métabolites près de ce point de bifurcation.

Dans les jeunes feuilles tendres, il n'est pas encore nécessaire de produire une grande quantité de lignine, tandis que des métabolites secondaires sont nécessaires pour se protéger des insectes et des rayons ultraviolets. Bien que la fonction défensive exacte des dihydrochalcones dans la plante reste à élucider, la concentration des composés sucrés dans les jeunes feuilles pourrait être liée à la stratégie de croissance de la plante.

Pourquoi les jeunes feuilles sont-elles plus sucrées ?

L'étude a également examiné pourquoi les dihydrochalcones s'accumulent en grande quantité dans les jeunes feuilles.

L'une des raisons est que LlCCR peut traiter efficacement la matière de départ. Une autre raison est que les glycosyltransférases en aval de la voie de synthèse sont fortement exprimées dans les jeunes feuilles.

Selon l'endroit où le sucre est ajouté à la phlorétine, le composé final change.

Lorsque LlP4′GT agit, principalement de la trilobatine est produite, et lorsque LlP2′GT1 agit, principalement de la phloridzine est produite. Ces glycosyltransférases travaillent activement, transformant rapidement la phlorétine produite en glycosides stables qui s'accumulent dans les feuilles.

La réaction d'ajout de sucre n'est pas simplement une finition pour les plantes. C'est une étape importante qui modifie la solubilité dans l'eau, le transport intracellulaire, la toxicité et la facilité de stockage.

En d'autres termes, le Sweet Tea excelle non seulement dans la capacité à produire des molécules sucrées, mais aussi dans la capacité à les transformer en formes stables pour les conserver.

La douceur prétendue 300 fois supérieure à celle du sucre est-elle réelle ?

Une revue récente sur le Sweet Tea fonctionnel en Chine a présenté des informations selon lesquelles les composés dihydrochalcones comme la trilobatine et la phloridzine auraient une douceur environ 300 fois supérieure à celle du saccharose.[3]

Cependant, le chiffre "300 fois plus sucré" ne signifie pas simplement qu'en ajoutant 1/300 de sucre, le même produit peut être obtenu.

Les édulcorants à haute intensité ont un temps de perception de la douceur et une durée de rémanence différents de ceux du sucre. Il a été rapporté que la phloridzine et les composés associés ont une montée en douceur lente, avec une sensation de fraîcheur en arrière-goût.

De plus, la combinaison avec des composés amers comme les catéchines présents dans les aliments peut affaiblir la perception de la douceur. D'autre part, lorsqu'ils sont combinés avec une petite quantité de sucre, la douceur peut être renforcée de manière synergique.

Par conséquent, dans le développement de produits réels, il serait plus réaliste de ne pas remplacer tout le sucre par un seul type de composé sucré, mais de combiner une petite quantité de sucre avec d'autres édulcorants, arômes, et acidités.

L'important n'est pas seulement l'intensité de la douceur. Il est nécessaire de concevoir la "chronologie de la douceur", y compris la douceur dès l'entrée en bouche, la rémanence après ingestion, et l'harmonie avec l'amertume, l'astringence et l'arôme.

Vers une époque où les micro-organismes produisent des édulcorants naturels

Une fois la voie de biosynthèse élucidée, il est possible d'envisager des méthodes de production autres que l'extraction des composés à partir des plantes.

Par exemple, en introduisant les gènes nécessaires dans des levures ou des bactéries comme E. coli, et en produisant les composés souhaités par fermentation à partir de sucres ou de matières premières d'origine végétale.

Jusqu'à présent, dans la production microbienne de phlorétine, l'étape de réduction des doubles liaisons était souvent un goulot d'étranglement. Par conséquent, des méthodes ajoutant des matières premières intermédiaires de l'extérieur ou empruntant des enzymes réductrices non végétales ont été utilisées.

En utilisant la combinaison découverte de LlCCR et LlDBR1, il pourrait être possible de construire un système de réaction plus proche de la voie végétale naturelle.

De plus, après avoir produit de la phlorétine, il pourrait être possible d'ajuster les produits en activant LlP4′GT pour produire plus de trilobatine