Aromaty i substancje zapachowe to nieodzowny element przemysłu spożywczego, kosmetycznego i perfumeryjnego. Najbardziej ekskluzywne perfumy to te, w których substancje zapachowe pozyskuje się z egzotycznych źródeł naturalnych, według ściśle strzeżonych receptur. Pozyskiwanie substancji zapachowych z roślin na drodze ekstrakcji jest jednak procesem, którego skala zależy od obszaru występowania danego gatunku, sezonowości wzrostu wegetatywnego oraz warunków środowiskowych, takich jak klęski żywiołowe. W przypadku gatunków rzadkich skala produkcji jest tym bardziej ograniczona. Alternatywą dla zbiorów zasobów naturalnych jest produkcja substancji zapachowych drogą syntezy chemicznej lub konwersji naturalnych substratów – są to tak zwane związki identyczne z naturalnymi bądź o aromacie zbliżonym do naturalnego, czego przykładem jest wanilina. Inny sposób pozyskiwania substancji zapachowych możliwy jest dzięki zdobyczom biotechnologii, tj. wykorzystaniu mikroorganizmów do produkcji naturalnych związków występujących w roślinach.
Biokataliza
Jedną z metod otrzymywania substancji zapachowych jest biokataliza (biotransformacja), czyli przekształcanie prekursorów przez mikroorganizmy i produkowane przez nie enzymy. W proces ten zaangażowane są przeważnie różne gatunki drożdży – nie tylko modelowe drożdże piekarskie Saccharomyces cerevisiae, ale także szereg innych „niekonwencjonalnych” gatunków określanych skrótem NCY (ang. non conventional yeasts). Wykorzystanie biokatalizatorów jest alternatywą dla syntezy chemicznej, ponieważ wymaga stosunkowo łagodnych warunków, jest przyjazne środowisku oraz ze względu na wykorzystanie żywych komórek lub lizatów, zmniejsza ilość etapów produkcji. Bogactwo gatunków przeprowadzających biotransformację różnych związków może zapewniać również specyficzną regio- i stereo-selektywność produktów, które można określić jako całkowicie naturalne. Z wykorzystaniem gatunków takich jak Kluyveromyces marxianus, Pichia fermentans, Candida albicans czy Yarrowia lipolytica można otrzymać substancje zapachowe z grup aldehydów i ketonów, alkoholi (np. 2-fenyletanol o delikatnym różanym zapachu), laktonów (np. γ-nonakalton o słodkim kokosowo-mlecznym zapachu), terpenów i terpenoidów (np. werbenol o werbenowo-bzowym zapachu), alkenów, fenoli (np. kwas wanilinowy o zapachu wanilii).
Biosynteza z udziałem GMM
Alternatywą dla naturalnej konwersji substratów w produkty jest wykorzystanie genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów (GMM) do biosyntezy substancji zapachowych. Geny roślinne, których produkty uczestniczą w szlaku syntezy określonych związków, klonowane są do genomu drożdży. Pozwala to na pozyskanie substancji identycznych jak w ekstraktach roślinnych, bez konieczności zbioru naturalnych zasobów. Obecnie z metody tej korzysta coraz więcej firm produkujących aromaty i substancje zapachowe. Pierwsze doniesienie o wykorzystaniu genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów pojawiło się w 2010 r. i dotyczyło bakterii. Mikroorganizmy zostały wówczas wykorzystane do produkcji zapachu paczuli, który oryginalnie pozyskuje się w postaci olejku z paczulki wonnej, jednak ówczesne klęski żywiołowe w Indonezji doprowadziły do nieurodzaju i niedostępności rośliny. Od tego czasu genetycznie modyfikowane bakterie i drożdże wykorzystuje się m.in. do produkcji substancji o zapachu gorzkiej pomarańczy, grejpfruta, róży i drzewa sandałowego. Jedną z firm jest Ginko Bioworks wykorzystująca drożdże do produkcji olejku różanego, w skład którego wchodzą takie związki jak: cytronelol, geraniol, nerol, farnezol, linalol, eugenol i tlenek różany. Ginko w połączeniu z francuską firmą perfumeryjną Robertet od 2015 r. poszukuje genów róży kodujących enzymy uczestniczące w syntezie wymienionych związków. Dzięki ich wprowadzeniu do genomu drożdży, firma ma nadzieję „wyhodować” luksusowy olejek różany, który jednak wciąż znajduje się w fazie rozwoju. Innym przykładem firmy wykorzystującej drożdże do produkcji perfum (m.in. olejku paczuli) jest amerykańska Amyris. Wykorzystuje ona technologię HI-RYSE™ (Hyper-Integration for Rapid Yeast Strain Engineering), która polega na działaniu miejscowo-specyficznych DNaz umożliwiających wbudowanie wielu insertów DNA w obrębie genomu drożdży. Umożliwia to jednoczesne wprowadzenie sekwencji kodujących całe szlaki biosyntezy, a także otrzymywanie dużej ilości cząsteczek zapachów oraz wprowadzanie ich różnych odmian i udoskonaleń.
Produkcja substancji zapachowych z użyciem mikroorganizmów uniezależnia przemysł perfumeryjny od kaprysów natury, a także pozwala na zachowanie gatunków roślin, z których pierwotnie pochodzą mieszanki zapachowe. Ciekawe czy jako konsumenci będziemy w stanie odróżnić olejki eteryczne pochodzenia roślinnego i drożdżowego?
KOMENTARZE