Biocatalytic synthesis of taste-modifying flavonoids

Abstract

Die Essgewohnheiten des Menschen richten sich nach seiner geschmacklichen Wahrnehmung. Der bittere Geschmack von wirksamen Phytonährstoffen verhindert daher deren regelmäßigen Verzehr. Eriodictyol (ED) und Homoeriodictyol (HED) sind natürlich vorkommende, bittermaskierende Flavonoide, die bisher limitiert verfügbar sind. Da eine chemische Synthese zu anspruchsvoll ist und eine Biokatalyse die Deklaration als „natürliche“ Substanzen ermöglicht, ist die enzymatisch katalysierte Synthese von ED und HED von großem Interesse. Zwei Strategien wurden hierfür erfolgreich entwickelt: Zum einen der Aufbau der Chalkone ausgehend von Hydroxyzimtsäuren katalysiert durch eine 4-Coumarat-CoA-Ligase (CL) und einer Chalkonsynthase (CHS) mit anschließender Zyklisierung, zum anderen die Synthese aus Naringenin, katalysiert durch ein Cytochrom P450 Enzym (CYP) und eine 3̕ -Methyltransferase (OMT), welche unter anderem auch als Ganzzellbiokatalyse erfolgreich etabliert wurde.

Eating habits of humans are guided by the sensory perception. Hence, bitter taste of beneficial phytonutrients suppresses the regular consumption. Eriodictyol (ED) and homoeriodictyol (HED) are naturally occurring, bitter-masking flavonoids, but their availability is currently limited. Due to a challenging synthesis and the permitted declaration of “natural” additives when using a biocatalytic approach, the enzymatic catalyzed synthesis of ED and HED is highly relevant. Thus, two strategies were developed successfully: firstly, the formation of the chalcones starting from hydroxy cinnamic acids catalyzed by a 4-coumarate:CoA ligase (CL) and a chalcone synthase (CHS) and subsequently cyclization, and secondly, the synthesis starting from naringenin catalyzed by a cytochrome P450 enzyme (CYP) and a 3’-O-methyltransferase (OMT) that was also established successfully for in vivo biotransformation.