استخدمت الدراسة تحليلات حديثة عالية الدقة للكشف عن التعقيد الأيضي الهائل للبيرة.
يعود تقليد تخمير البيرة إلى ما لا يقل عن 7000 قبل الميلاد وربما حتى اختراع الزراعة ، مع الأخذ في الاعتبار أن معظم الحبوب يمكن أن تتخمر تلقائيًا إذا تعرضت للخمائر المحمولة بالهواء. يُظهر قانون الملك البابلي حمورابي (القاعدة 1792 إلى 1750 قبل الميلاد) ، الذي تنظم قوانينه من 108 إلى 111 مبيعات البيرة ، أن الناس كانوا حريصين على حماية جودة البيرة من خلال التشريعات لآلاف السنين. على سبيل المثال ، قانون "Reinheitsgebot" البافاري ("قانون النقاء") لعام 1516 ، غالبًا ما يُعتبر أقدم قانون في العالم لا يزال يعمل - مع بعض التعديلات - تنظيم الغذاء ، يسمح فقط بالشعير والماء والقفزات كمكونات لتخمير الجعة (مع مصادرة البراميل) كعقوبة للعدوان).
الآن ، في دراسة حديثة في الحدود في الكيمياء، يتم نقل علم البيرة إلى مستوى جديد. يستخدم علماء من ألمانيا أحدث الأساليب التحليلية للكشف عن التعقيد الأيضي - عشرات الآلاف من الجزيئات المختلفة - للبيرة التجارية من جميع أنحاء العالم.
تعقيد كيميائي هائل
"البيرة مثال على التعقيد الكيميائي الهائل. وبفضل التحسينات الأخيرة في الكيمياء التحليلية ، والتي يمكن مقارنتها في القوة بالثورة المستمرة في تقنية عروض الفيديو ذات الدقة المتزايدة باستمرار ، يمكننا الكشف عن هذا التعقيد بتفاصيل غير مسبوقة. قال المؤلف المقابل البروفيسور فيليب شميت كوبلين ، رئيس النظام الشامل للأغذية في الجامعة التقنية في ميونيخ والمنصة التحليلية وحدة أبحاث الكيمياء الحيوية في مركز هيلمهولتز في ميونيخ.
استخدم Schmitt-Kopplin وزملاؤه طريقتين قويتين - التسريب المباشر لقياس الطيف الكتلي للرنين السيكلوتروني (DI-FTICR MS) وتحويل فورييه (DI-FTICR MS) والكروماتوجرافيا السائلة فائقة الأداء قياس الطيف الكتلي لوقت الرحلة الرباعي (UPLC-ToF-MS) - للكشف عن مجموعة كاملة من المستقلبات في 467 نوعًا من البيرة المخمرة في الولايات المتحدة وأمريكا اللاتينية ، أوروباوأفريقيا وشرق آسيا. وشملت هذه الجعة ، والبيرة الحرفية والدير ، والبيرة المخمرة ، والجوز المخمر من الشعير كمصدر وحيد للنشا للتخمير ، أو الشعير بالإضافة إلى القمح والأرز والذرة (الذرة).
الأساليب لها نقاط قوة تكميلية. كشف DI-FTICR-MS مباشرة عن التنوع الكيميائي في جميع أنواع البيرة وتوقع الصيغ الكيميائية للأيونات المستقلب فيها. استخدم المؤلفون بعد ذلك UPLC-ToF-MS على مجموعة فرعية من 100 بيرة لتحليل النتائج بدقة على الأيزومرات المحتملة. يستخدم UPLC-ToF-MS الفصل الكروماتوجرافي لفصل الأيونات ذات الكتل المتطابقة أولاً وتفتيت أيونات الكتلة إلى الأيونات الوليدة ، مما يجعل من الممكن التنبؤ بالهيكل الجزيئي الدقيق.
وضع المؤلفون هذه المستقلبات في علاقة داخل "الفضاء الكيميائي" ، كل منها مرتبط بواحد أو أكثر من خلال تفاعل واحد ، على سبيل المثال إضافة مجموعة ميثوكسي ، أو هيدروكسيل ، أو كبريتات ، أو سكر إلى العمود الفقري الجزيئي ، أو تحويل الرابطة غير المشبعة إلى رابطة مشبعة. أدى ذلك إلى إعادة بناء شبكة مستقلب تؤدي إلى المنتج النهائي ، والذي يتكون من ما يقرب من مائة خطوة مع نقطة انطلاق في جزيئات من الحبوب الأصلية ، تم توليفها من الأمينية حامض التربتوفان. مشتق من هذه المستقلبات الثانوية ، فريدة من نوعها لكل نوع من الحبوب.
طريقة قوية لمراقبة الجودة
قال Schmitt-Kopplin: "يجب أن تكون طريقة قياس الطيف الكتلي لدينا ، والتي تستغرق 10 دقائق فقط لكل عينة ، قوية جدًا لمراقبة الجودة في صناعة الأغذية وأن تضع الأساس للواسمات الجزيئية الجديدة وملفات الأيض غير المستهدفة المطلوبة في فحص المواد الغذائية".
وجد المؤلفون ما يقرب من 7700 أيون ذات كتل وصيغ فريدة ، بما في ذلك الدهون والببتيدات والنيوكليوتيدات والفينولات والأحماض العضوية والفوسفات والكربوهيدرات ، منها حوالي 80٪ لم يتم وصفها بعد في قواعد البيانات الكيميائية. نظرًا لأن كل صيغة قد تغطي في بعض الحالات ما يصل إلى 25 بنية جزيئية مختلفة ، فإن هذا يترجم إلى عشرات الآلاف من المستقلبات الفريدة.
هنا نكشف عن تنوع كيميائي هائل عبر البيرة ، مع عشرات الآلاف من الجزيئات الفريدة. نظهر أن هذا التنوع ينشأ من مجموعة متنوعة من المواد الخام والمعالجة والتخمير. ثم يتم تضخيم التعقيد الجزيئي من خلال ما يسمى "تفاعل ميلارد" بينهما الأحماض الأمينية والسكريات التي تعطي أيضًا الخبز وشرائح اللحم والخطمي المحمص نكهتها "المشوية". شبكة التفاعل المعقدة هذه هي نقطة تركيز مثيرة لأبحاثنا ، نظرًا لأهميتها لجودة الطعام ونكهته ، وكذلك في تطوير جزيئات نشطة بيولوجيًا جديدة ذات أهمية للصحة ، " .
المرجع: "على درب قانون النقاء الألماني: التمييز بين البصمات الأيضية للقمح والذرة والأرز في البيرة" بقلم ستيفان أ. بيسزونكا وصوفيا بارافيسيني ومايكل ريتشليك وفيليب شميت كوبلين ، 20 يوليو 2021 ، الحدود في الكيمياء.
DOI: 10.3389 / fchem.2021.715372
