Thréitol : Alternative innovante à faible calorie aux édulcorants, produit par une levure génétiquement modifiée
Thréitol : un polyol innovant produit par Yarrowia lipolytica, alternative prometteuse aux édulcorants réduisant en calories
Introduction
Le marché des édulcorants alternatifs connaît une croissance nourrie par la demande de produits à faible apport calorique, notamment face aux maladies métaboliques et à l'obésité. Les polyols tels que le xylitol, l’érythritol ou le sorbitol sont largement utilisés, mais présentent des limites en production et en propriétés fonctionnelles. Ainsi, le thréitol, un tétraol à quatre carbones, attire l'attention grâce à son profil sensoriel, ses propriétés techniques et sa faible valeur calorique. Cet article présente la biosynthèse innovante du thréitol par une souche génétiquement modifiée de la levure Yarrowia lipolytica, les paramètres optimaux de production, ainsi que les perspectives d'applications industrielles dans le secteur agroalimentaire.
Contexte et enjeux des édulcorants à faible valeur calorique
- L’augmentation des pathologies liées au sucre stimule la recherche d'options nutritionnelles saines.
- Les polyols, bien que populaires, souffrent de limitations : effets laxatifs, points de fusion élevés, coûts de production.
- Le thréitol, structurellement proche de l’érythritol mais comportant des propriétés distinctes, se distingue par sa stabilité thermique, sa solubilité élevée et l’absence d’arrière-goût.
- Sa capacité à réduire la charge calorique tout en conservant une douceur appréciable le rend particulièrement intéressant pour les aliments fonctionnels et la confiserie.
Yarrowia lipolytica : plateforme de bioproduction pour les sucres-alcools
Yarrowia lipolytica, levure non pathogène dotée de capacités métaboliques variées, est reconnue pour son potentiel industriel. Grâce au génie métabolique, cette souche peut être optimisée pour produire efficacement des composés d'intérêt, notamment le thréitol.
Points forts de Y. lipolytica :
- Tolérance osmotique élevée
- Métabolisme versatile, utilisation de substrats variés (glucose, glycérol, huiles)
- Facilité de modification génétique pour l'ingénierie de voies métaboliques
- Production d’exopolymères, acides organiques, huiles, et désormais de thréitol
Génie génétique et optimisation de la production du thréitol
Dans cette étude, les chercheurs ont introduit dans Y. lipolytica un gène clé codant pour la thréitol déshydrogénase, une enzyme permettant la conversion directe des intermédiaires glycolytiques en thréitol.
Principales interventions de génie métabolique :
- Surexpression du gène thrA issu de Moniliella megachiliensis
- Désactivation des voies métaboliques concurrentes siphonnant les précurseurs carbonés
- Optimisation des conditions de culture (pH, température, source de carbone)
Les résultats indiquent une accumulation intracellulaire significative de thréitol, avec une sécrétion accrue dans le milieu de fermentation après adaptation des conditions de bioproduction.
Paramètres de fermentation et rendement
Optimisation des conditions de fermentation :
- Substrat optimal : glucose (g, L–1) => production maximale
- pH contrôlé à 5,5 pour maintenir l’activité enzymatique optimale
- Température de culture de 30 °C pour la stabilité cellulaire
- Durée de fermentation ajustée pour maximiser le rendement (jusqu’à 72h)
Le taux de production atteint avoisine les 45 g/L de thréitol, tout en maintenant de faibles niveaux de sous-produits métaboliques comme le glycérol et l’érythritol.
Caractéristiques fonctionnelles du thréitol biosynthétisé
Profil chimique et sensoriel
- Structure symétrique (C₄H₁₀O₄), similaire mais non identique à l'érythritol
- Grande stabilité sous chaleur et différentes conditions de pH
- Forte solubilité dans l’eau
- Pouvoir sucrant élevé comparé à d'autres polyols
- Absence d’arrière-goût amer souvent associé aux autres édulcorants polyols
Propriétés nutritionnelles et physiologiques
- Métabolisation réduite humainement, d’où une faible contribution énergétique (~0,2 kcal/g)
- Non cariogène, compatible avec les recommandations médicales
- Tolérance digestive supérieure, doses laxatives supérieures à celles de l’érythritol ou du xylitol
Validations analytiques et applications industrielles potentielles
Contrôles analytiques de pureté et de sécurité
- Utilisation de la chromatographie liquide pour la validation de la pureté du produit
- Absence de contaminants ou d’impuretés résiduelles
- Estimation de la stabilité lors du stockage à long terme
Applications en agroalimentaire
- Substitut du sucre dans les boissons, produits de boulangerie, confiseries et aliments transformés
- Incorporation dans les formulations alimentaires nécessitant un édulcorant stable
- Avantages pour les consommateurs cherchant à réduire la charge glycémique et calorique de leur alimentation
Perspectives et défis futurs
Bien que le thréitol biosynthétisé par Y. lipolytica soit prometteur, plusieurs points méritent d’être approfondis :
- Développement à l’échelle industrielle de procédés de purification économiquement viables
- Évaluation approfondie de la sécurité via des tests toxicologiques longs termes
- Adaptation des procédés à la réglementation européenne et internationale liées aux nouveaux ingrédients alimentaires
- Potentiel de co-production avec d’autres polyols ou composés à haute valeur ajoutée via un génie métabolique avancé
Conclusion
La levure Yarrowia lipolytica, optimisée via le génie génétique, fournit une méthode efficiente et durable pour la production de thréitol, un polyol novateur à faible apport calorique. Ce composant ouvre la voie à de nouvelles approches dans la gouvernance du sucre et l’amélioration nutritionnelle des aliments, en conciliant innovation, sécurité et profil sensoriel attractif pour les industries et les consommateurs.
