Brewer’s Yeast Oxidoreductase with Activity on
Maillard Reaction Intermediates of Beer
MBAA TQ vol. 40, no. 3, 2003, pp. 204-212 |
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Beatriz Sánchez (1), Lorena Reverol
(1), Ivan Galindo-Castro (1), Adriana Bravo (1),
Rafael Rangel-Aldao (1), and José Luis Ramírez (2). 1. Polar
Technology Center, 4ta. Transversal de los Cortijos de Lourdes, Edf.
Centro Tecnológico Polar, Nivel-1, Caracas, Venezuela. 2. Instituto de
Estudios Avanzados (IDEA), Caracas, Venezuela.
Abstract
Maillard reaction intermediate 3-deoxy-2-hexosulose (3-DH)
is the most abundant alpha-dicarbonyl compound in wort and beer. Recent
evidence from our laboratory using alpha-dicarbonyl trapping reagents
lead us to propose these intermediates as important precursors of
compounds associated with beer flavor deterioration. In living systems,
3-DH is also a major intermediate of the Maillard reaction and is
responsible for protein cross-linking. The presence of 3-DH-metabolizing
enzymes in some plant and animal tissues presupposes a self-defense
mechanism that counteracts the 3-DH toxic effect in vivo. This work
describes, for the first time, the purification, characterization,
cloning, and expression of a cytosolic oxidoreductase from brewer’s
yeast, with activity toward 3-DH and other Maillard reaction
alpha-dicarbonyl intermediates. The N-terminal amino acid sequence of
the 44-kDa polypeptide showed 96% similarity to Old Yellow Enzyme (OYE; EC
1.6.99.1). Polymerase chain reaction cloning of OYE from our brewing yeast
and its recombinant expression in Escherichia coli allowed us to
obtain high protein yields after a simplified purification method.
Remarkably, this enzyme was capable of removing alpha-dicarbonyl
intermediates from wort and beer and, consequently, blocked their further
decomposition to final products. This enzyme may be a useful tool to
reduce alpha-dicarbonyls during wort fermentation by preparing
overexpressing recombinant brewing yeasts with the OYE homologous gene,
with the expectation of improving the organoleptic stability of beer
flavor.
Keywords: beer flavor, 3-deoxy-2-hexosulose, alpha-dicarbonyls,
Maillard reaction intermediates, Old Yellow Enzyme, yeast oxidoreductase
Síntesis
El 3-deoxi-2-hexosulosa (3-DH), un producto intermediario
en la reacción Maillard es el compuesto alfa-dicarbonílico más
abundante en mosto y cerveza. Resultados recabados por nuestro
laboratorio, utilizando reactivos que atrapan alfa-dicarbonilos, sugieren
que estos productos intermediarios son importantes precursores de
compuestos asociados con el deterioro del sabor/aroma de la cerveza. En
sistemas vivas, el 3-DH también surge como intermediario de la reacción
Maillard y es responsable por los lazos cruzados en proteínas. La
presencia de enzimas que metabolizan 3-DH en algunos tejidos animales o de
plantas hace suponer que existe un mecanismo de defensa que neutraliza
el efecto tóxico de 3-DH in vivo. Este artículo describe por primera vez
la purificación, caracterización, clonaje y expresión de una
oxidoreductasa citosólica en levadura cervecera; esta enzima actúa con
3-DH y otros intermediarios alfa-dicarbonílicos. La secuencia de
N-terminales en los amino ácidos del polipéptido 44-kDa mostró una
similaridad del 96% con “Old Yellow Enzyme” (OYE; EC 1.6.99.1). El
clonaje por reacción en cadena de polimerasa de OYE tomado de nuestra
levadura cervecera y su expresión recombinante en Escherichia coli
nos ha permitido obtener altos rendimientos de proteínas después de un
proceso simplificado de purificación. Sorprendentemente, esta enzima
fue capaz de remover intermediarios alfa-dicarbonílicos de mosto y
cerveza, bloqueando así el deterioro de los productos terminados. Esta
enzima podría ser una herramienta útil en las reducción de
alfa-dicarbonilos durante la fermentación de mosto mediante la
preparación de levaduras cerveceras recombinantes sobre-expresivas con el
gen homólogo de OYE, con la expectativa de mejorar la estabilidad
organoléptica de la cerveza.
Palabras claves: sabor/aroma de cerveza, 3-deoxi-2-hexosulosa,
alfa-dicarbonilos, intermediarios de la reacción Maillard, “Old Yellow
Enzyme”, oxidoreductasa de levadura
