W badaniu wykorzystano nowoczesne analizy wysokiej rozdzielczości, aby ujawnić ogromną złożoność metaboliczną piwa.
Tradycja warzenia piwa sięga co najmniej 7000 lat p.n.e., a może nawet wynalezienia rolnictwa, biorąc pod uwagę, że większość zbóż może spontanicznie fermentować pod wpływem drożdży unoszących się w powietrzu. Kodeks babilońskiego króla Hammurabiego (reguły 1792-1750 pne), którego prawa od 108 do 111 regulują sprzedaż piwa, pokazuje, że ludzie od tysiącleci pragnęli chronić jakość piwa poprzez ustawodawstwo. Na przykład bawarskie „Reinheitsgebot” („Prawo czystości”) z 1516 r., często uważane za najstarsze na świecie wciąż działające – z modyfikacjami – przepisy dotyczące żywności, zezwalają na warzenie piwa wyłącznie z jęczmienia, wody i chmielu (z konfiskatą beczek). jako kara za wykroczenie).
Teraz, w niedawnym badaniu w Frontiers in Chemistry , nauka o piwie zostaje przeniesiona na nowy poziom. Naukowcy z Niemiec wykorzystują najnowocześniejsze metody analityczne, aby ujawnić złożoność metaboliczną – dziesiątki tysięcy różnych cząsteczek – komercyjnych piw z całego świata.
Ogromna złożoność chemiczna
„Piwo jest przykładem ogromnej złożoności chemicznej. A dzięki niedawnym ulepszeniom w chemii analitycznej, porównywalnym pod względem mocy z trwającą rewolucją w technologii wyświetlaczy wideo o coraz większej rozdzielczości, możemy ujawnić tę złożoność w bezprecedensowych szczegółach. Dziś łatwo jest prześledzić drobne różnice w chemii w całym procesie produkcji żywności, aby zabezpieczyć jakość lub wykryć ukryte fałszerstwa” – powiedział korespondent prof. Jednostka badawcza BioGeoChemistry w Centrum Helmholtza w Monachium.
Schmitt-Kopplin i współpracownicy wykorzystali dwie potężne metody – bezpośrednią infuzję z transformacją Fouriera jonową cyklotronową spektrometrią masową (DI-FTICR MS) oraz ultrasprawną chromatografię cieczową kwadrupolową spektrometrię masową czasu przelotu (UPLC-ToF-MS) – aby ujawnić pełna gama metabolitów w 467 rodzajach piwa warzonego w USA, Ameryce Łacińskiej, Europie, Afryce i Azji Wschodniej. Obejmowały one lagery, piwa rzemieślnicze i opackie, piwa górnej fermentacji oraz gueuze warzone z jęczmienia jako jedynego źródła skrobi do fermentacji lub jęczmienia z dodatkiem pszenicy, ryżu i kukurydzy (kukurydza).
Metody mają uzupełniające się mocne strony. Projekt DI-FTICR-MS bezpośrednio ujawnił różnorodność chemiczną wszystkich piw i przewidział wzory chemiczne dla zawartych w nich jonów metabolitów. Następnie autorzy wykorzystali UPLC-ToF-MS na podzbiorze 100 piw, aby przeanalizować wyniki z rozdzielczością na możliwych izomerach. UPLC-ToF-MS wykorzystuje chromatografię do pierwszego oddzielenia jonów o identycznych masach i fragmentacji jonów masowych na jony potomne, co umożliwia przewidywanie dokładnej struktury molekularnej.
Autorzy umieścili te metabolity w relacji w „przestrzeni chemicznej”, z których każdy został połączony z jednym lub kilkoma innymi poprzez pojedynczą reakcję, na przykład dodanie grupy metoksy-, hydroksy-, siarczanowej lub cukrowej do szkieletu molekularnego. lub przekształcenie wiązania nienasyconego w wiązanie nasycone. Doprowadziło to do przebudowy sieci metabolitów prowadzącej do produktu końcowego, składającej się z prawie stu kroków z punktem wyjścia w cząsteczkach z oryginalnych zbóż, syntetyzowanych z aminokwasu tryptofanu. Pozyskiwane z nich są metabolity wtórne, unikalne dla każdego zboża.
Potężna metoda kontroli jakości
„Nasza metoda spektrometrii masowej, która zajmuje tylko 10 minut na próbkę, powinna być bardzo skuteczna w kontroli jakości w przemyśle spożywczym i stanowić podstawę dla nowych markerów molekularnych i nieukierunkowanych profili metabolitów potrzebnych w kontroli żywności” – powiedział Schmitt-Kopplin. /P>
Autorzy znaleźli około 7700 jonów o unikalnych masach i wzorach, w tym lipidy, peptydy, nukleotydy, fenole, kwasy organiczne, fosforany i węglowodany, z których około 80% nie jest jeszcze opisanych w chemicznych bazach danych. Ponieważ każda formuła może w niektórych przypadkach obejmować do 25 różnych struktur molekularnych, przekłada się to na dziesiątki tysięcy unikalnych metabolitów.
„Tutaj ujawniamy ogromną różnorodność chemiczną piw, z dziesiątkami tysięcy unikalnych cząsteczek. Pokazujemy, że ta różnorodność wywodzi się z różnorodności surowców, przetwarzania i fermentacji. Złożoność molekularna jest następnie wzmacniana przez tak zwaną „reakcję Maillarda” między aminokwasami a cukrami, która również nadaje chlebowi, stekom mięsnym i prażonym prawoślazowi ich „pieczony” smak. Ta złożona sieć reakcji jest ekscytującym przedmiotem naszych badań, biorąc pod uwagę jej znaczenie dla jakości żywności, smaku, a także rozwoju nowych bioaktywnych cząsteczek interesujących dla zdrowia” – podsumował pierwszy autor Stefan Pieczonka, doktorant na Politechnice Monachijskiej .
Odniesienie:„Szlakiem niemieckiego prawa czystości:rozróżnianie sygnatur metabolicznych pszenicy, kukurydzy i ryżu w piwie” Stefan A. Pieczonka, Sophia Paravicini, Michael Rychlik i Philippe Schmitt-Kopplin, 20 lipca 2021, Frontiers w chemii .
DOI:10.3389/fchem.2021.715372
