Thaumatine
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La thaumatine, ou plutôt les thaumatines, désignent une famille de protéine au goût sucré présente dans le fruit du Katemfe, un arbre originaire de la forêt tropicale Africaine[1]. Elle est utilisée mondialement dans l’alimentation humaine et la pharmacologie comme édulcorant, exhausteur de goût ou masqueur d’amertume. C’est l'édulcorant naturel ayant le pouvoir sucrant le plus élevé : il est estimé entre 2000 et 3000 plus sucrée que le saccharose (sucre de table) à poids égale[2].
Sommaire |
[modifier] Source
La thaumatine réfère à la mixture de deux protéines extraits des graines du fruit du Thaumatococcus danielli Benth., connu sous le nom de Katemfe[1]. Le Katemfe est originaire de la forêt tropicale Africaine et pousse sur une grande étendue englobant plusieurs pays comme le Ghana, la Côte d’Ivoire, le Togo, la Siéra Léon ou encore le Nigeria[3].
Les thaumatines sont contenues dans l’arille des graines du fruit mûre.
Des protéines similaire en structure à la thaumatine on été retrouvé dans plusieurs espèces diverse tel que le riz et Caenorhabditis elegans.
[modifier] Rôle biologique
La production de thaumatine semble être une réponse biologique aux attaques par un pathogène viroïde car plusieurs homologues de la thaumatine ont montré des inhibitions significatives « in vitro » de plusieurs champignons.
[modifier] Histoire
Le premier témoignage d’utilisation du fruit du Katemfe provient d’un chirurgien de l’armé britannique, W.F.Danielli, en poste dans l’Afrique de l’ouest au cours de la décennie 1840[4]. Il rapporta que les indigènes utilisaient le fruit pour améliorer la qualité gustative des fruits acides et d’un vin de palm. Le nom latin de l’arbre fut par la suite nommé par le naturologue George Bentham après le nom du chirurgien : Thaumatococcus danielli[5].
Les indigènes du Ghana, de la Côte d’Ivoire, du Togo, de la Siéra Léon et du Nigeria, cultivent le fruit et utilisent ses graines depuis des décennies pour sucrer les aliments et les boissons[3].
Dans les années 1970 l’entreprise Talin Food commença l’extraction de la partie sucré du fruit et la commercialisa sous le nom de Talin® comme édulcorants intense. Les fruits utilisés proviennent des arbres de la Côte d’Ivoire[3].
En 1972, les chercheurs d’Unilever isolent et identifient les 2 protéines thaumatines responsable du goût sucré qu’ils nommèrent thaumatine I et thaumatine II[1].
Par la suite, en 1984, 4 autre protéines naturelle homologue de la thaumatine on été mise en évidence dans et nommé thaumatines III, a, b et c[6]. Cependant le nom générique thaumatine réfère a la mixture des homologues I et II qui sont les composées les plus abondants dans la graine.
En 1985, le Comité Mixte FAO/OMS d'Experts des Additifs Alimentaires (JECFA) à établie l’innocuité de la thaumatine[7].
De nos jour l’entreprise Overseal commercialise Talin® et toujours à partir du fruit[5].
[modifier] Structure
Les thaumatines I et II, prédominant dans les graines possède un poids moléculaire de 22Kda, soit 2 fois plus grosse que les protéines sucrantes mabinlines[8].
[modifier] Primaire
Les thaumatins I et II constitué d’une chaîne de 207 acide aminés, sont très similaires et ne diffère que sur 5 acides aminés : en position 46 (N au lieu de K), 63 (S au lieu de R), 67 (K au lieu de R), 76 (R au lieu de Q) et 113 (N au lieu de D).
| Acide aminé | Quantité |
|---|---|
| Acide Aspartique | 22 |
| Thréonine | 20 |
| Sérine | 14 |
| Acide Glutamique | 10 |
| Proline | 12 |
| Glycine | 24 |
| Alanine | 16 |
| Cystéine | 16 |
| Valine | 10 |
| Méthionine | 1 |
| Isoleucine | 8 |
| Leucine | 9 |
| Tyrosine | 8 |
| Phénylalanine | 1 |
| Lysine | 11 |
| Arginine | 12 |
| Tryptophane | 3 |
| Total | 207 |
| UniProtKB/Swiss-Prot | ||
|---|---|---|
|
TI 1 ATFEIVNRCS YTVWAAASKG DAALDAGGRQ LNSGESWTIN VEPGTNGGKI TI 51 WARTDCYFDD SGSGICKTGD CGGLLRCKRF GRPPTTLAEF SLNQYGKDYI TI 101 DISNIKGFNV PMNFSPTTRG CRGVRCAADI VGQCPAKLKA PGGGCNDACT TI 151 VFQTSEYCCT TGKCGPTEYS RFFKRLCPDA FSYVLDKPTT VTCPGSSNYR TI 201 VTFCPTA TII 201 VTFCPTA |
||
| Séquences des acid aminé des protéines sucrantes Thaumatine I (TI) et thaumatine II (TII)[1]. | ||
[modifier] Secondaire
Les thaumatines I et II possèdent 4 hélice alpha et 11 brins bêta.
La chaîne peptidique contiens 8 ponts disulfure interne responsable de sa remarquable stabilité à la chaleur[10].
| Pont numéro | Position de départ | Position d’arrivé |
|---|---|---|
| 1 | 9 | 204 |
| 2 | 56 | 66 |
| 3 | 71 | 77 |
| 4 | 121 | 193 |
| 5 | 126 | 177 |
| 6 | 134 | 145 |
| 7 | 149 | 158 |
| 8 | 159 | 164 |
[modifier] Tertiaire
La structure tertiaire de la thaumatine se compose de trois domaines disctinctes :[11]
- 11 brins bêta dans le feuillet bêta (1-53, 85-127 et 178-207, domaine I)
- une régions plus importante riche en pont disufure (128-177, domaine II).
- une régions riche en pont disufure (54-84, domaine III).
[modifier] Propriétés
[modifier] Goût sucré
La thaumatine possède un goût très sucré, propriété inhabituelle chez les protéines, mais pas inconnue. En effet d’autre protéines (voir tableau ci-dessous), à la capacité sucrante on été identifié, cependant la thaumatine est celle qui est la plus sucré de toutes.
| Protéine | Thaumatine | Monelline | Mabinline | Pentadine | Brazzéine | Curculine | Miraculine |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pouvoir sucrant a | 1 600-3 000 | 3000 | 100-400 | 500 | 500-2 000 | 550 | 0 b |
| a : Pouvoir sucrant comparé au sucre (sucre = 1) à poids égale. b: Pas sucré dans l'eau, seulement en présence d'acide. |
|||||||
Son pouvoir sucrant est estimé entre 1600 et 3000 plus sucrée que le saccharose (sucre de table) à poids égale[1],[8].
| Concentration de sucre |
Pouvoir sucrant à poids égale. |
|---|---|
| 0,6% | 5 500[13] |
| 5% | 3 500[14] |
| 6% | 3 000[2] |
| 7% | 1 600[1] |
| 7% | 3 000[8] |
| 8% | 2 500[15] |
| 10% | 2 000[2],[15] |
| 15% | 1 800[14] |
Si par convention il est reconnue que la thaumatins est 3000 plus sucré que le sucre[16], il faut cependant garder en mémoire que cette valeur est seulement comparable à la quantité de sucre contre laquelle est évalué. Comme montré dans le tableau ci-dessous, plus la concentration de sucre (poids/volume) est élevé plus le pouvoir sucrant de la thaumatine diminue.
La perception du sucré augmente linéairement avec l’augmentation de la concentration[17]. La perception du sucré est plus tardive et perdure plus longtemps que celle du sucre. Elle est similaire au profile de la monellin[18], cependant le goût sucré persistant en bouche pourrait être considéré comme inacceptable par les consommateurs[17].
Mélangé avec d’autre édulcorants tels que la saccharine, l’Acésulfame potassium, les stéviosides, ou bien xylitol, la thaumatine démontre des propriétés de synergie et une réduction de son goût persistant[14].
Utilisé à de faible concentration (de 0,5 à 4ppm) la thaumatine est un parfait exhausteur de goût et masqueur d’amertume.
[modifier] Propriété physique
Le point isoélectrique des thaumatines est de 12[1].
La thaumatine est très stable à la chaleur en milieu acide, mais elle ne l’ai pas en milieu alcalin. En effet après 4h passé à 80ºC et pH 2, ou bien à pH 4 pendant 2h la protéine est toujours sucré. Par contre à après 15 minutes à pH 7, toujours à 80ºC, la protéine à perdu son goût sucré[10].
Sa remarquable stabilité à la chaleur et à la pression, dû à la présence de 8 ponts dissulfide, permet son utilisation dans une varièté de procédé alimentaire (UHT, pasteurisation, cuisson et extrusion)[5].
La protéine est très soluble dans une large variété de liquide et solvant. Elle est très soluble dans l’eau jusqu’à 20% w/w à pH 3[5]. Elle est soluble jusqu’à 5% (poids/poids) dans l’éthanol à 60% et le propylène glycol[19]. Solubilité dans de l’éthanol plus concentré (jusqu’à 90%) est aussi possible quand la protéine est pré-hydratée. La protéine est aussi soluble dans le glycérol et les sucre alcool[5]. En tant que protéine, la thaumatine est considéré comme non cariogenic. Elle est métabolisée et ingérée aussi vite que l'albumine de l'oeuf, une fois ingéré par le corps sous forme d’acides aminés[4]. Elle produit 4kcal/g comme n’importe quelle autre protéine, cependant l’apport calorifique est négligeable au vue de son niveau d’utilisation très faible (0,5 à 10 ppm) dans l’alimentation[2].
[modifier] Usage alimentaire
La matière issue du végétal comporte quelques problèmes concernant la qualité et surtout la quantité : les aléas climatiques ne permettent pas une production stable et ne répondent pas toujours à la demande.
[modifier] USA
Le Comité Mixte FAO/OMS d'Experts des Additifs Alimentaires (JECFA), qui à évalué toxicité de la thaumatine, à établi en 1985 son innocuité, lui attribuant une dose journalière admissible (DJA) (« Acceptable Daily Intake (ADI) ») non spécifiée (« not specified »). Cela signifie que cette substance peut être utilisée selon le concept des bonnes pratiques de fabrication (BPF) (« Good Manufacturing Practice (GMP) » en Anglais). La thaumatine fait partie de la Liste III du Codex General Standard for Food Additives (GSFA), autorisant sont utilisation dans tous les aliments, sauf exception, en accord avec le BPF. La Flavor and Extract Manufacturers Association (FEMA) a attribué le statut GRAS (Generally recognized as safe) à la thaumatine (numéro 3732) pour son utilisation dans plus de 30 catégory d’aliment (par exemple dans les boissons acloholic son utilisation est limité à 25ppm). Dans ces applications la thaumatine apparait sur la liste des ingrédients comme « Arôme Naturel ».
[modifier] Europe
La thaumatine est autorisée comme additif alimentaire dans l'Union européenne (numéro E957) [20]. Principalement comme exhausteur de goût dans les Chewing-gum avec sucres ajoutés (au maximum 10 mg/kg) et dans les desserts laitiers et non laitiers (au maximum 5 mg/kg) (arôme naturel). Et comme édulcorants dans les boissons aromatisés sans alcool à base d’eau (au maximum 0,5 mg/l).
[modifier] Le reste du monde
L'utilisation de la thaumatine est authorisée dans l'alimentation comme édulcorant en Israël, au Canada, en Australie et en Afrique du sud. Le ministère de la santé au Japon authorise l'utilisation de la thaumatine comme un additif alimentaire sans danger et son dosage n'est pas limité.
[modifier] Production
A travers le monde il existe plusieurs producteurs de thaumatines, les plus connues étant Ovearseal en Europe commercialisant Talin® (mélange de thaumatines I & II)[5] et le producteur Japonais San-Ei Gen FFI commercialisant Sunsweet T® (mélange de thaumatines I & II)[10].
[modifier] Annexes
[modifier] Notes et références
- ↑ a b c d e f g h (en) H Van der Wel, K Loeve, « Isolation and characterization of thaumatin I and II ,the sweet proteins from Thaumatoccocus-Daniellii Benth. », dans European Journal of Biochemistry, 1972, 31 (2), p. 221-225. PMID 4647176
- ↑ a b c d (en) JD Higginbotham, « Sensory properties and potential applications of thaumatin, an intensely sweet protein. », dans Journal of the Science of Food and Agriculture, 1981, 32 (8), p. 843-848 [texte intégral]
- ↑ a b c (en) M Witty, JD Higginbotham (Editors) (1994). Thaumatin. CRC Press 1994. ISBN 0-8493-5196-0
- ↑ a b Anonymous (1985) Thaumatin WHO Food Additives Series 20, 1985
- ↑ a b c d e f (en) Anonyme, « Fiche produit Talin® », www.overseal.com. Consulté le 22-01-2008
- ↑ (en) AM Ledeboer, CT Verrips et BM Dekker (1984). Cloning of the natural gene for the sweet-tasting plant protein thaumatin. Gene, 30, 23-32. PMID 6510718
- ↑ (en) Anonymous (1985) Summary of Evaluations Performed by the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives for Thaumatin. Re-Issued 12/11/2001.
- ↑ a b c (en) Y Kurihara (1992) Characteristics of anti-sweet substances, sweet proteins and sweetness inducing proteins. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 32, 231-252. PMID 1418601
- ↑ (en) RB Iyengar, P Smits, F Van der Ouderaa, H Van der Wel, J Van Brouwershaven, P Ravestein, G Richters et PD Van Wassenaar (1979) The complete amino-acid sequence of the sweet protein thaumatin I. Eur. J. Biochem., 96, 193-204. PMID 456365. DOI:10.1111/j.1432-1033.1979.tb13029.x
- ↑ a b c (en) R Kaneko, N Kitabatake (2001) Sweetness of sweet protein thaumatin is more thermoresistant under acid conditions than under neutral or alkaline conditions. Bioscience Biotechnology & Biochemistry, 65, 409-413. PMID 11302177
- ↑ (en) AM De Vos, M Hatada M, H Van der Wel, H Krabbendam, AF Peerdeman et SH Kim (1985) Three-dimensional structure of thaumatin I, an intensely sweet protein. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 82, 1406-1409.
- ↑ (en) I Faus, H Sisniega (2004) Sweet-tasting Proteins. Biopolymers. Volume 8. Polyamides and Complex Proteinaceous Materials II.p203-209.. Eds. Wiley-VCH. ISBN 3-527-30223-9
- ↑ (en) RS Shallenberger (1993) Taste Chemistry, Blackie Academic & professional: Glasgow. ISBN-13: 978-0751401509
- ↑ a b c (en) MLE Burge, Z Nechutny (1978) Sweetening compositions containing protein sweeteners. Tate & Lyle Ltd. Patent 702199
- ↑ a b (en) Dziezack, J.D. Special report: Sweeteners and product development. Food Technology 1986, 40, 111-130.
- ↑ Anonyme (2007) La thaumatine : E957 Isabru www.isabru.org.
- ↑ a b (en) SS Schiffmann and CA Gatlin (1993) Sweeteners: State of Knowledge Review. Neuroscience and Behavioral Reviews, 17, 313-345. PMID 8272285
- ↑ (en) JF Pfeiffer, RB Boulton and AC Noble (2000) Modelling the sweetness response using time-intensity data. Food Quality & Preference, 11, 129-134. DOI:10.1016/S0950-3293(99)00036-1
- ↑ (en) Anonymous (1996) Thaumatin - The sweetest substance known to man has a wide range of food application. Food Technology 1996, 50, 74-75.
- ↑ Parlement Européen et Conseil de l'europe, « DIRECTIVE 95/2/CE concernant les additifs alimentaires autres que les colorants et les édulcorants », dans Journal Oficiel, no L 61, 20 février 1995, p. 1-56 [texte intégral]. Consulté le 15/04/2008
[modifier] Articles connexes
[modifier] Liens et documents externes
- (en) THAUMATIN Compendium of Food Additive Specifications (Addendum 7) - Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives 53rd session
