Studien använde modern högupplöst analys för att avslöja enorm metabolisk komplexitet hos öl.
Traditionen med ölbryggning går tillbaka till åtminstone 7000 f.Kr. och kanske till och med till jordbrukets uppfinning, med tanke på att de flesta spannmål kan spontanjäsa om de utsätts för luftburen jäst. Koden för den babyloniske kungen Hammurabi (regel 1792 till 1750 f.v.t.), vars lagar 108 till 111 reglerar ölförsäljning, visar att människor har varit angelägna om att säkra kvaliteten på öl genom lagstiftning i årtusenden. Till exempel tillåter den bayerska 'Reinheitsgebot' ('Renhetslagen') från 1516, som ofta anses vara världens äldsta fortfarande fungerande – med modifieringar – livsmedelsreglering, endast korn, vatten och humle som ingredienser för att brygga öl (med konfiskering av faten) som straff för överträdelse).
Nu, i en nyligen genomförd studie i Frontiers in Chemistry , vetenskapen om öl tas till en ny nivå. Forskare från Tyskland använder toppmoderna analytiska metoder för att avslöja den metaboliska komplexiteten – tiotusentals olika molekyler – hos kommersiella ölsorter från hela världen.
Enorm kemisk komplexitet
”Öl är ett exempel på enorm kemisk komplexitet. Och tack vare de senaste förbättringarna inom analytisk kemi, jämförbar i kraft med den pågående revolutionen inom tekniken för videoskärmar med ständigt ökande upplösning, kan vi avslöja denna komplexitet i oöverträffad detalj. Idag är det lätt att spåra små variationer i kemi genom hela livsmedelsproduktionsprocessen, för att säkra kvaliteten eller att upptäcka dolda förfalskningar”, säger motsvarande författare Prof Philippe Schmitt-Kopplin, chef för Comprehensive Foodomics Platform vid Münchens tekniska universitet och för Analytical. Forskningsenheten BioGeoChemistry vid Helmholtz Center i München.
Schmitt-Kopplin och kollegor använde två kraftfulla metoder – direktinfusion Fourier-transformjon-cyklotronresonansmasspektrometri (DI-FTICR MS) och ultrapresterande vätskekromatografi-kvadrupol-time-of-flight-masspektrometri (UPLC-ToF-MS) – för att avslöja komplett utbud av metaboliter i 467 typer av öl bryggt i USA, Latinamerika, Europa, Afrika och Östasien. Dessa inkluderade lageröl, hantverks- och klosteröl, överjäst öl och gueuzes bryggt av korn som den enda källan till stärkelse för jäsning, eller korn plus antingen vete, ris och majs (majs).
Metoderna har kompletterande styrkor. DI-FTICR-MS avslöjade direkt den kemiska mångfalden i alla ölsorter och förutspådde kemiska formler för metabolitjonerna i dem. Författarna använde sedan UPLC-ToF-MS på en undergrupp av 100 öl för att analysera resultaten med upplösning på de möjliga isomererna. UPLC-ToF-MS använder kromatografi för att först separera joner med identiska massor och fragmentering av massjonerna till dotterjoner, vilket gör det möjligt att förutsäga den exakta molekylstrukturen.
Författarna placerade dessa metaboliter i relation till det "kemiska utrymmet", var och en kopplad till en eller flera andra genom en enda reaktion, till exempel tillägget av en metoxi-, hydroxyl-, sulfat- eller sockergrupp till den molekylära ryggraden, eller förvandla en omättad bindning till en mättad bindning. Detta gav en rekonstruktion av ett metabolitnätverk som ledde till slutprodukten, bestående av nästan hundra steg med utgångspunkt i molekyler från de ursprungliga spannmålen, syntetiserade från aminosyran tryptofan. Härledda från dessa är sekundära metaboliter, unika för varje spannmål.
Kraftfull metod för kvalitetskontroll
"Vår masspektrometrimetod, som bara tar 10 minuter per prov, borde vara mycket kraftfull för kvalitetskontroll inom livsmedelsindustrin och sätta grunden för nya molekylära markörer och icke-riktade metabolitprofiler som behövs vid livsmedelsinspektion", säger Schmitt-Kopplin.
Författarna hittade cirka 7700 joner med unika massor och formler, inklusive lipider, peptider, nukleotider, fenoler, organiska syror, fosfater och kolhydrater, varav cirka 80% ännu inte beskrivs i kemiska databaser. Eftersom varje formel i vissa fall kan täcka upp till 25 olika molekylära strukturer, översätts detta till tiotusentals unika metaboliter.
"Här avslöjar vi en enorm kemisk mångfald mellan öl, med tiotusentals unika molekyler. Vi visar att denna mångfald har sitt ursprung i mångfalden av råvaror, bearbetning och jäsning. Den molekylära komplexiteten förstärks sedan av den så kallade "Maillard-reaktionen" mellan aminosyror och sockerarter som också ger bröd, köttbiffar och rostad marshmallow sin "rostade" smak. Detta komplexa reaktionsnätverk är ett spännande fokus för vår forskning, med tanke på dess betydelse för livsmedelskvalitet, smak och även utvecklingen av nya bioaktiva molekyler av intresse för hälsan, avslutade första författaren Stefan Pieczonka, doktorand vid Tekniska universitetet i München. .
Referens:"On the Trail of the German Purity Law:Distinguishing the Metabolic Signatures of Wheat, Corn and Rice in Beer" av Stefan A. Pieczonka, Sophia Paravicini, Michael Rychlik och Philippe Schmitt-Kopplin, 20 juli 2021, Frontiers i kemi .
DOI:10.3389/fchem.2021.715372
