Lo studio ha utilizzato analisi moderne ad alta risoluzione per rivelare l'enorme complessità metabolica della birra.
La tradizione della produzione della birra risale almeno al 7000 a.C. e forse anche all'invenzione dell'agricoltura, considerando che la maggior parte dei cereali può fermentare spontaneamente se esposta a lieviti trasportati dall'aria. Il codice del re babilonese Hammurabi (regola dal 1792 al 1750 a.C.), le cui leggi dal 108 al 111 regolano la vendita di birra, mostra che le persone sono state ansiose di salvaguardare la qualità della birra attraverso la legislazione per millenni. Ad esempio, il 'Reinheitsgebot' ('Legge sulla purezza') bavarese del 1516, spesso considerato il regolamento alimentare più antico del mondo ancora funzionante – con modifiche – ammette solo orzo, acqua e luppolo come ingredienti per la produzione della birra (con la confisca delle botti come sanzione per la trasgressione).
Ora, in un recente studio in Frontiere della chimica, la scienza della birra viene portata a un nuovo livello. Scienziati tedeschi utilizzano metodi analitici all'avanguardia per rivelare la complessità metabolica – decine di migliaia di molecole diverse – delle birre commerciali di tutto il mondo.
Enorme complessità chimica
“La birra è un esempio di enorme complessità chimica. E grazie ai recenti miglioramenti nella chimica analitica, paragonabili in potenza alla rivoluzione in corso nella tecnologia dei display video con risoluzione sempre crescente, possiamo rivelare questa complessità con dettagli senza precedenti. Oggi è facile tracciare piccole variazioni nella chimica durante il processo di produzione alimentare, per salvaguardare la qualità o rilevare adulterazioni nascoste", ha affermato l'autore corrispondente, il prof. Unità di ricerca BioGeoChemistry presso il Centro Helmholtz di Monaco di Baviera.
Schmitt-Kopplin e colleghi hanno utilizzato due metodi potenti: la spettrometria di massa a risonanza ciclotronica ionica con trasformazione di Fourier (DI-FTICR MS) e la spettrometria di massa a tempo di volo a quadrupolo con cromatografia liquida ad alte prestazioni (UPLC-ToF-MS) - per rivelare la gamma completa di metaboliti in 467 tipi di birra prodotta negli Stati Uniti, in America Latina, Europa, Africa e Asia orientale. Questi includevano lager, birre artigianali e d'abbazia, birre ad alta fermentazione e gueuzes prodotte dall'orzo come unica fonte di amido per la fermentazione, o orzo più grano, riso e mais (mais).
I metodi hanno punti di forza complementari. DI-FTICR-MS ha rivelato direttamente la diversità chimica in tutte le birre e ha previsto formule chimiche per gli ioni metabolita in esse contenuti. Gli autori hanno quindi utilizzato UPLC-ToF-MS su un sottoinsieme di 100 birre per analizzare i risultati con risoluzione sui possibili isomeri. UPLC-ToF-MS utilizza la cromatografia per separare prima gli ioni con masse identiche e la frammentazione degli ioni di massa in ioni figli, rendendo possibile prevedere l'esatta struttura molecolare.
Gli autori hanno messo in relazione questi metaboliti all'interno dello "spazio chimico", ciascuno collegato a uno o più altri attraverso una singola reazione, ad esempio l'aggiunta di un gruppo metossi, idrossile, solfato o zucchero allo scheletro molecolare, o trasformare un legame insaturo in un legame saturo. Ciò ha consentito di ricostruire una rete di metaboliti che porta al prodotto finale, costituito da quasi un centinaio di passaggi con un punto di partenza nelle molecole dei cereali originari, sintetizzate dall'amino acido triptofano. Da questi derivano i metaboliti secondari, unici per ogni cereale.
Metodo potente per il controllo di qualità
"Il nostro metodo di spettrometria di massa, che richiede solo 10 minuti per campione, dovrebbe essere molto potente per il controllo di qualità nell'industria alimentare e gettare le basi di nuovi marcatori molecolari e profili di metaboliti non mirati necessari nell'ispezione dei prodotti alimentari", ha affermato Schmitt-Kopplin.
Gli autori hanno trovato circa 7700 ioni con masse e formule uniche, inclusi lipidi, peptidi, nucleotidi, fenoli, acidi organici, fosfati e carboidrati, di cui circa l'80% non è ancora descritto nei database chimici. Poiché ogni formula può in alcuni casi coprire fino a 25 diverse strutture molecolari, questo si traduce in decine di migliaia di metaboliti unici.
“Qui riveliamo un'enorme diversità chimica tra le birre, con decine di migliaia di molecole uniche. Mostriamo che questa diversità ha origine nella varietà delle materie prime, della lavorazione e della fermentazione. La complessità molecolare viene poi amplificata dalla cosiddetta 'reazione di Maillard' tra amminoacidi e zuccheri che danno anche al pane, alle bistecche di carne e ai marshmallow tostati il loro sapore "arrosto". Questa complessa rete di reazioni è un punto focale della nostra ricerca, data la sua importanza per la qualità del cibo, il sapore e anche lo sviluppo di nuove molecole bioattive di interesse per la salute", ha concluso il primo autore Stefan Pieczonka, studente di dottorato presso l'Università tecnica di Monaco. .
Riferimento: "Sulle tracce della legge tedesca sulla purezza: distinguere le caratteristiche metaboliche di frumento, mais e riso nella birra" di Stefan A. Pieczonka, Sophia Paravicini, Michael Rychlik e Philippe Schmitt-Kopplin, 20 luglio 2021, Frontiere della chimica.
DOI: 10.3389/fchem.2021.715372
