Η μελέτη χρησιμοποίησε σύγχρονα αναλυτικά στοιχεία υψηλής ανάλυσης για να αποκαλύψει την τεράστια μεταβολική πολυπλοκότητα της μπύρας.
Η παράδοση της παρασκευής μπύρας χρονολογείται τουλάχιστον από το 7000 π.Χ. και ίσως ακόμη και στην εφεύρεση της γεωργίας, λαμβάνοντας υπόψη ότι τα περισσότερα δημητριακά μπορούν να ζυμωθούν αυθόρμητα εάν εκτεθούν σε μαγιά που μεταφέρονται στον αέρα. Ο κώδικας του Βαβυλώνιου βασιλιά Χαμουραμπί (κανόνας 1792 έως 1750 π.Χ.), του οποίου οι νόμοι 108 έως 111 ρυθμίζουν τις πωλήσεις μπύρας, δείχνει ότι οι άνθρωποι αγωνιούν να διαφυλάξουν την ποιότητα της μπύρας μέσω της νομοθεσίας εδώ και χιλιετίες. Για παράδειγμα, ο βαυαρικός «Reinheitsgebot» («Νόμος καθαρότητας») του 1516, που συχνά θεωρείται ο παλαιότερος ακόμα λειτουργικός στον κόσμο – με τροποποιήσεις – ρύθμιση τροφίμων, επιτρέπει μόνο το κριθάρι, το νερό και το λυκίσκο ως συστατικά για την παρασκευή μπύρας (με κατάσχεση των βαρελιών ως ποινή για παράβαση).
Τώρα, σε μια πρόσφατη μελέτη στο Σύνορα στη Χημεία, η επιστήμη της μπύρας μεταφέρεται σε ένα νέο επίπεδο. Επιστήμονες από τη Γερμανία χρησιμοποιούν αναλυτικές μεθόδους τελευταίας τεχνολογίας για να αποκαλύψουν τη μεταβολική πολυπλοκότητα – δεκάδες χιλιάδες διαφορετικά μόρια – εμπορικών μπύρας από όλο τον κόσμο.
Τεράστια χημική πολυπλοκότητα
«Η μπύρα είναι ένα παράδειγμα τεράστιας χημικής πολυπλοκότητας. Και χάρη στις πρόσφατες βελτιώσεις στην αναλυτική χημεία, συγκρίσιμες σε ισχύ με τη συνεχιζόμενη επανάσταση στην τεχνολογία των οθονών βίντεο με ολοένα αυξανόμενη ανάλυση, μπορούμε να αποκαλύψουμε αυτή την πολυπλοκότητα με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια. Σήμερα είναι εύκολο να εντοπίσουμε μικροσκοπικές παραλλαγές στη χημεία σε όλη τη διαδικασία παραγωγής τροφίμων, για να διαφυλάξουμε την ποιότητα ή να ανιχνεύσουμε κρυφές νοθείες», δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας, καθηγητής Philippe Schmitt-Kopplin, επικεφαλής της Comprehensive Foodomics Platform στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου και του Analytical. Ερευνητική μονάδα BioGeoChemistry στο κέντρο Helmholtz στο Μόναχο.
Ο Schmitt-Kopplin και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν δύο ισχυρές μεθόδους - άμεση έγχυση φασματομετρία μάζας συντονισμού ιόντων κυκλοτρονίου μετασχηματισμού Fourier (DI-FTICR MS) και φασματομετρία μάζας τετραπολικής χρωματογραφίας υγρής υπεραπόδοσης (UPLC-ToF-MS) - για να αποκαλύψουν πλήρες φάσμα μεταβολιτών σε 467 τύπους μπύρας που παρασκευάζεται στις ΗΠΑ, τη Λατινική Αμερική, Ευρώπη, Αφρική και Ανατολική Ασία. Αυτά περιελάμβαναν λάγκερ, μπίρες craft και αβαείο, μπίρες με ζύμωση με κορυφαία ζύμωση και γκέουζ που παρασκευάζονται από κριθάρι ως η μόνη πηγή αμύλου για ζύμωση, ή κριθάρι συν είτε σιτάρι, ρύζι και καλαμπόκι (καλαμπόκι).
Οι μέθοδοι έχουν συμπληρωματικά πλεονεκτήματα. Το DI-FTICR-MS αποκάλυψε άμεσα τη χημική ποικιλομορφία σε όλες τις μπύρες και προέβλεψε χημικούς τύπους για τα ιόντα μεταβολίτη σε αυτές. Στη συνέχεια, οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν το UPLC-ToF-MS σε ένα υποσύνολο 100 μπύρας για να αναλύσουν τα αποτελέσματα με ανάλυση στα πιθανά ισομερή. Το UPLC-ToF-MS χρησιμοποιεί χρωματογραφία για να διαχωρίσει πρώτα ιόντα με ίδιες μάζες και κατακερματισμό των ιόντων μάζας σε θυγατρικά ιόντα, καθιστώντας δυνατή την πρόβλεψη της ακριβούς μοριακής δομής.
Οι συγγραφείς τοποθέτησαν αυτούς τους μεταβολίτες σε σχέση εντός του «χημικού χώρου», ο καθένας συνδεδεμένος με έναν ή περισσότερους άλλους μέσω μιας ενιαίας αντίδρασης, για παράδειγμα με την προσθήκη μιας ομάδας μεθοξυ-, υδροξυλ, θειικού ή σακχάρου στη μοριακή ραχοκοκαλιά. ή μετατροπή ενός ακόρεστου δεσμού σε κορεσμένο δεσμό. Αυτό οδήγησε σε μια ανακατασκευή ενός δικτύου μεταβολιτών που οδηγεί στο τελικό προϊόν, που αποτελείται από σχεδόν εκατό βήματα με ένα σημείο εκκίνησης σε μόρια από τα αρχικά δημητριακά, που συντίθενται από το αμινοξέα οξύ τρυπτοφάνη. Από αυτούς προέρχονται δευτερογενείς μεταβολίτες, μοναδικοί για κάθε δημητριακό.
Ισχυρή μέθοδος ποιοτικού ελέγχου
«Η μέθοδος φασματομετρίας μάζας μας, η οποία διαρκεί μόνο 10 λεπτά ανά δείγμα, θα πρέπει να είναι πολύ ισχυρή για τον ποιοτικό έλεγχο στη βιομηχανία τροφίμων και να θέτει τη βάση των νέων μοριακών δεικτών και των προφίλ μη στοχευμένων μεταβολιτών που απαιτούνται στην επιθεώρηση τροφίμων», δήλωσε ο Schmitt-Kopplin.
Οι συγγραφείς βρήκαν περίπου 7700 ιόντα με μοναδικές μάζες και τύπους, συμπεριλαμβανομένων λιπιδίων, πεπτιδίων, νουκλεοτιδίων, φαινολικών, οργανικών οξέων, φωσφορικών αλάτων και υδατανθράκων, εκ των οποίων περίπου το 80% δεν περιγράφονται ακόμη σε βάσεις δεδομένων χημικών. Επειδή κάθε τύπος μπορεί σε ορισμένες περιπτώσεις να καλύπτει έως και 25 διαφορετικές μοριακές δομές, αυτό μεταφράζεται σε δεκάδες χιλιάδες μοναδικούς μεταβολίτες.
«Εδώ αποκαλύπτουμε μια τεράστια χημική ποικιλία σε μπύρες, με δεκάδες χιλιάδες μοναδικά μόρια. Δείχνουμε ότι αυτή η ποικιλομορφία προέρχεται από την ποικιλία των πρώτων υλών, την επεξεργασία και τη ζύμωση. Η μοριακή πολυπλοκότητα στη συνέχεια ενισχύεται από τη λεγόμενη «αντίδραση Maillard» μεταξύ αμινοξέα και σάκχαρα που δίνει επίσης το ψωμί, τις μπριζόλες κρέατος και το φρυγανισμένο marshmallow τη «ψητό» τους γεύση. Αυτό το σύνθετο δίκτυο αντιδράσεων αποτελεί συναρπαστικό επίκεντρο της έρευνάς μας, δεδομένης της σημασίας του για την ποιότητα, τη γεύση και την ανάπτυξη νέων βιοδραστικών μορίων που ενδιαφέρουν την υγεία», κατέληξε ο πρώτος συγγραφέας Stefan Pieczonka, φοιτητής διδάκτορα στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου. .
Αναφορά: «On the Trail of the German Purity Law: Distinguishing the Metabolic Signatures of Wheat, Corn and Rice in Beer» από τους Stefan A. Pieczonka, Sophia Paravicini, Michael Rychlik και Philippe Schmitt-Kopplin, 20 Ιουλίου 2021, Σύνορα στη Χημεία.
DOI: 10.3389/fchem.2021.715372
