Original article

In vivo kinetics of β-glucosidase towards glucovanillin and related phenolic glucosides in heat-treated vanilla pod (Vanilla planifolia, Orchidaceae)

Cinétique de fonctionnement in vivo d’une β-glucosidase vers la libération de la glucovanillin et de glucosides phénoliques connexes dans la gousse de vanille soumise à un traitement thermique (Vanilla planifolia, Orchidaceae)

Cinética del funcionamiento in vivo de una β-glucosidasa hacia la liberación de la glucovainillina, y de glucósidos fenólicos conexos en la vaina de la vainilla sometida a un tratamiento térmico (Vanilla planifolia, Orchidaceae)

Brillouet, Jean-Marc^a1a2 c1 and Odoux, Éric^a1

^a1 CIRAD, Persyst, UMR Qualisud, TA B-95 / 16, F-34398, Montpellier Cedex 5, France

^a2 INRA, UMR 1083, « Sciences pour l’Œnologie », Univ. Montpellier I, F-34000, Montpellier Cedex, France

Abstract

Introduction. The traditional curing of vanilla pods includes “killing” and sweating steps when pods are exposed to heat (35–65 ℃) for various lengths of time. Although it is known that liberation of vanillin and other phenolics from their non-aromatic glucosides is due to the action of an endogenous β-glucosidase, its in vivo kinetics remained unknown. Materials and methods. Mature green vanilla pods were pretreated for 2 h at 50 ℃, 55 ℃ and 60 ℃, then stored for 118 days at 27 ℃. Phenolic glucosides and their aglycons were extracted at regular intervals during the storage period and analyzed by HPLC. Results and discussion. All phenolic β-glucosides were slowly hydrolyzed during the storage period with production of vanillin, p-hydroxybenzaldehyde, vanillic acid, and other unknown aglycons. Most of the β-glucosidase was heat-denatured by the pretreatment, and analysis of its kinetic parameters showed that it adopts, in vivo, an allosteric mode of functioning with a lower affinity for glucovanillin than in vitro, where it behaves as a Michaelian enzyme. Conclusion. Extensive research is needed to confirm the allosteric mechanism of the vanilla β-glucosidase in vivo.

Résumé

Introduction. Le procédé traditionnel de préparation des gousses de vanille comprend une étape d’échaudage et une d’étuvage pendant lesquelles les gousses sont soumises à la chaleur (35–65 ℃) pendant des durées variables. Bien que l’on sache que la libération de la vanilline et autres composés phénoliques à partir de leurs glucosides non aromatiques est due à l’action d’une β-glucosidase endogène, ses paramètres cinétiques de fonctionnement in vivo ne sont pas connus. Matériel et méthodes. Des gousses vertes matures ont tout d’abord été traitées pendant 2 h à, respectivement, 50 ℃, 55 ℃ et 60 ℃, puis stockées pendant 118 jours à 27 ℃. Les glucosides de phénols et leurs aglycones ont été extraits à intervalles réguliers pendant la période de stockage et analysés par HPLC. Résultats et discussion. Tous les glucosides de phénols ont été lentement hydrolysés pendant la période de stockage avec libération de vanilline, p-hydroxybenzaldéhyde, acide vanillique et autres aglycones inconnus. L’essentiel de l’activité β-glucosidase a été dénaturé par la chaleur pendant le traitement préliminaire et l’analyse de ses paramètres cinétiques a montré que l’enzyme adopte, in vivo, un mode de fonctionnement allostérique avec une affinité pour la glucovanilline plus faible qu’in vitro où elle se comporte comme une enzyme michaélienne. Conclusion. La confirmation du mécanisme allostérique de la β-glucosidase in vivo de vanille requiert une recherche approfondie.

Abstract

Introducción. El procedimiento tradicional de preparación de las vainas de vainilla engloba una etapa de escaldado y otra de secado, durante las cuales las vainas se someten al calor (35–65 ℃) de duración variable. Por mucho que se sepa que la liberación de la vainillina y de otras composiciones fenólicas a partir de sus respectivos glucósidos no aromáticos se debe a la acción de una β-glucosidasa endógena, se desconocen aún sus parámetros cinéticos de funcionamiento in vivo. Material y métodos. Primero se trataron unas vainas verdes maduras durante 2 h, 50 ℃, 55 ℃ y 60 ℃, respectivamente, y luego se almacenaron durante 118 días a 27 ℃. Se extrajeron los glucósidos de fenoles así como sus respectivos aglicones en intervalos regulares durante el periodo de almacenamiento y se analizaron mediante HPLC. Resultados y discusión. Se hidrolizaron lentamente todos los glucósidos de fenoles durante el periodo de almacenamiento con liberación de vainillina, p-hidroxibenzaldehído, ácido vainíllico y otros aglicones desconocidos. Lo esencial de la actividad β-glucosidasa se desnaturalizó debido al calor durante el tratamiento preliminar. El análisis de sus parámetros cinéticos mostró que la encima adopta in vivo un modo de funcionamiento alostérico con una afinidad por la glucovainillina más débil que in vitro, en donde se comporta como una enzima michaeliana. Conclusión. La confirmación del mecanismo alostérico de la β-glucosidasa in vivo de la vainilla requiere un estudio profundizado.

(Received September 28 2009)

(Accepted November 03 2009)

(Online publication March 29 2010)

Key Words:

• France;
• Vanilla planifolia ;
• vanilla;
• processing;
• heat;
• glucovanillin;
• β-glucosidase;
• affinity constant;
• allostery

Mots clés:

• France;
• Vanilla planifolia ;
• vanille;
• traitement;
• chaleur;
• glucovanilline;
• β-glucosidase;
• constante d’affinité;
• allostérie

Palabras claves:

• Francia;
• Vanilla planifolia ;
• vainilla;
• procesamiento;
• calor;
• glucovanillina;
• β-glucosidasa;
• constante de afinidad;
• alosterismo

Correspondence:

^c1 Correspondence and reprints

Footnotes

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