L'étude a utilisé des analyses modernes à haute résolution pour révéler l'énorme complexité métabolique de la bière.
La tradition du brassage de la bière remonte à au moins 7000 avant notre ère et peut-être même à l'invention de l'agriculture, étant donné que la plupart des céréales peuvent fermenter spontanément si elles sont exposées à des levures en suspension dans l'air. Le code du roi babylonien Hammurabi (règle 1792 à 1750 avant notre ère), dont les lois 108 à 111 réglementent les ventes de bière, montre que les gens ont été soucieux de protéger la qualité de la bière par la législation pendant des millénaires. Par exemple, la « Reinheitsgebot » (« loi sur la pureté ») bavaroise de 1516, souvent considérée comme la plus ancienne réglementation alimentaire au monde encore fonctionnelle - avec des modifications -, n'autorise que l'orge, l'eau et le houblon comme ingrédients pour le brassage de la bière (avec confiscation des fûts comme peine pour transgression).
Maintenant, dans une étude récente en Frontières en chimie, la science de la bière est portée à un nouveau niveau. Des scientifiques allemands utilisent des méthodes analytiques de pointe pour révéler la complexité métabolique - des dizaines de milliers de molécules différentes - des bières commerciales du monde entier.
Complexité chimique énorme
« La bière est un exemple d'une énorme complexité chimique. Et grâce aux récentes améliorations de la chimie analytique, comparables en puissance à la révolution en cours dans la technologie des écrans vidéo avec une résolution toujours croissante, nous pouvons révéler cette complexité avec des détails sans précédent. Aujourd'hui, il est facile de retracer de minuscules variations de la chimie tout au long du processus de production alimentaire, de préserver la qualité ou de détecter des falsifications cachées », a déclaré l'auteur correspondant, le professeur Philippe Schmitt-Kopplin, responsable de la plate-forme complète de Foodomics à l'Université technique de Munich et de l'Analytical Unité de recherche BioGéochimie au Centre Helmholtz de Munich.
Schmitt-Kopplin et ses collègues ont utilisé deux méthodes puissantes - la spectrométrie de masse par résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier directe (DI-FTICR MS) et la spectrométrie de masse à temps de vol quadripolaire par chromatographie liquide ultra-performante (UPLC-ToF-MS) - pour révéler le gamme complète de métabolites dans 467 types de bières brassées aux États-Unis, en Amérique latine, Europe, Afrique et Asie de l'Est. Celles-ci comprenaient des bières blondes, des bières artisanales et d'abbaye, des bières de haute fermentation et des gueuzes brassées à partir d'orge comme seule source d'amidon pour la fermentation, ou d'orge plus du blé, du riz et du maïs (maïs).
Les méthodes ont des atouts complémentaires. Le DI-FTICR-MS a directement révélé la diversité chimique de toutes les bières et prédit les formules chimiques des ions métabolites qu'elles contiennent. Les auteurs ont ensuite utilisé UPLC-ToF-MS sur un sous-ensemble de 100 bières pour analyser les résultats avec une résolution sur les éventuels isomères. L'UPLC-ToF-MS utilise la chromatographie pour d'abord séparer les ions de masses identiques et la fragmentation des ions de masse en ions filles, permettant de prédire la structure moléculaire exacte.
Les auteurs ont mis ces métabolites en relation au sein de « l'espace chimique », chacun lié à un ou plusieurs autres par une réaction unique, par exemple l'ajout d'un groupement méthoxy, hydroxyle, sulfate ou sucre au squelette moléculaire, ou transformer une liaison insaturée en une liaison saturée. Cela a donné une reconstruction d'un réseau de métabolites menant au produit final, composé de près d'une centaine d'étapes avec un point de départ dans les molécules des céréales d'origine, synthétisées à partir de l'amino acide tryptophane. Des métabolites secondaires, propres à chaque céréale, en dérivent.
Méthode puissante pour le contrôle de la qualité
"Notre méthode de spectrométrie de masse, qui ne prend que 10 minutes par échantillon, devrait être très puissante pour le contrôle qualité dans l'industrie alimentaire et jeter les bases de nouveaux marqueurs moléculaires et de profils de métabolites non ciblés nécessaires à l'inspection des denrées alimentaires", a déclaré Schmitt-Kopplin.
Les auteurs ont trouvé environ 7700 ions avec des masses et des formules uniques, y compris des lipides, des peptides, des nucléotides, des composés phénoliques, des acides organiques, des phosphates et des glucides, dont environ 80 % ne sont pas encore décrits dans les bases de données chimiques. Étant donné que chaque formule peut dans certains cas couvrir jusqu'à 25 structures moléculaires différentes, cela se traduit par des dizaines de milliers de métabolites uniques.
« Ici, nous révélons une énorme diversité chimique dans les bières, avec des dizaines de milliers de molécules uniques. Nous montrons que cette diversité trouve son origine dans la variété des matières premières, de la transformation et de la fermentation. La complexité moléculaire est alors amplifiée par la "réaction de Maillard" entre acides aminés et les sucres qui donnent également au pain, aux steaks de viande et à la guimauve grillée leur saveur « rôtie ». Ce réseau de réactions complexes est un axe passionnant de notre recherche, compte tenu de son importance pour la qualité et la saveur des aliments, ainsi que pour le développement de nouvelles molécules bioactives d'intérêt pour la santé », a conclu le premier auteur Stefan Pieczonka, doctorant à l'Université technique de Munich. .
Référence : « Sur la piste de la loi allemande sur la pureté : distinguer les signatures métaboliques du blé, du maïs et du riz dans la bière » par Stefan A. Pieczonka, Sophia Paravicini, Michael Rychlik et Philippe Schmitt-Kopplin, 20 juillet 2021, Frontières en chimie.
DOI : 10.3389/fchem.2021.715372
