Estudo usou análises modernas de alta resolução para revelar a enorme complexidade metabólica da cerveja.
A tradição da fabricação de cerveja remonta a pelo menos 7000 aC e talvez até à invenção da agricultura, considerando que a maioria dos cereais pode fermentar espontaneamente se exposta a leveduras transportadas pelo ar. O código do rei babilônico Hamurabi (governo de 1792 a 1750 aC), cujas leis 108 a 111 regulam as vendas de cerveja, mostra que as pessoas estão ansiosas para proteger a qualidade da cerveja por meio de legislação há milênios. Por exemplo, a 'Reinheitsgebot' da Baviera ('Lei da Pureza') de 1516, muitas vezes considerada a mais antiga do mundo ainda funcional - com modificações - regulamentação alimentar, permite apenas cevada, água e lúpulo como ingredientes para a fabricação de cerveja (com confisco dos barris como penalidade por transgressão).
Agora, em um estudo recente em Fronteiras na Química, a ciência da cerveja é levada a um novo nível. Cientistas da Alemanha usam métodos analíticos de última geração para revelar a complexidade metabólica – dezenas de milhares de moléculas diferentes – de cervejas comerciais de todo o mundo.
Enorme complexidade química
“A cerveja é um exemplo de enorme complexidade química. E graças às recentes melhorias na química analítica, comparável em poder à revolução em curso na tecnologia de telas de vídeo com resolução cada vez maior, podemos revelar essa complexidade em detalhes sem precedentes. Hoje é fácil rastrear pequenas variações na química ao longo do processo de produção de alimentos, para salvaguardar a qualidade ou detectar adulterações ocultas”, disse o autor correspondente, Prof Philippe Schmitt-Kopplin, chefe da Comprehensive Foodomics Platform da Universidade Técnica de Munique e do Analytical Unidade de pesquisa BioGeoChemistry no Centro Helmholtz em Munique.
Schmitt-Kopplin e colegas usaram dois métodos poderosos - espectrometria de massa de ressonância de ciclotron de íons de transformação de Fourier de infusão direta (DI-FTICR MS) e espectrometria de massa de quadrupolo de cromatografia líquida de ultra-performance (UPLC-ToF-MS) - para revelar o gama completa de metabólitos em 467 tipos de cerveja fabricada nos EUA, América Latina, Europa, África e Ásia Oriental. Estes incluíam lagers, cervejas artesanais e de abadia, cervejas de alta fermentação e gueuzes fabricadas a partir de cevada como a única fonte de amido para fermentação, ou cevada mais trigo, arroz e milho (milho).
Os métodos têm pontos fortes complementares. DI-FTICR-MS revelou diretamente a diversidade química em todas as cervejas e previu fórmulas químicas para os íons metabólitos nelas. Os autores então usaram UPLC-ToF-MS em um subconjunto de 100 cervejas para analisar os resultados com resolução nos possíveis isômeros. UPLC-ToF-MS usa cromatografia para primeiro separar íons com massas idênticas e fragmentação dos íons de massa em íons filhos, tornando possível prever a estrutura molecular exata.
Os autores colocaram esses metabólitos em relação dentro do 'espaço químico', cada um ligado a um ou mais outros por meio de uma única reação, por exemplo, a adição de um grupo metoxi, hidroxil, sulfato ou açúcar ao esqueleto molecular, ou transformar uma ligação insaturada em uma ligação saturada. Isso rendeu uma reconstrução de uma rede de metabólitos que leva ao produto final, consistindo de quase cem etapas com um ponto de partida em moléculas dos cereais originais, sintetizadas a partir do aminoácido ácido triptofano. Derivados destes são os metabólitos secundários, únicos para cada cereal.
Método poderoso para controle de qualidade
“Nosso método de espectrometria de massa, que leva apenas 10 minutos por amostra, deve ser muito poderoso para controle de qualidade na indústria de alimentos e estabelecer a base de novos marcadores moleculares e perfis de metabólitos não direcionados necessários na inspeção de alimentos”, disse Schmitt-Kopplin.
Os autores encontraram aproximadamente 7700 íons com massas e fórmulas únicas, incluindo lipídios, peptídeos, nucleotídeos, fenólicos, ácidos orgânicos, fosfatos e carboidratos, dos quais cerca de 80% ainda não foram descritos em bancos de dados químicos. Como cada fórmula pode, em alguns casos, cobrir até 25 estruturas moleculares diferentes, isso se traduz em dezenas de milhares de metabólitos únicos.
“Aqui revelamos uma enorme diversidade química nas cervejas, com dezenas de milhares de moléculas únicas. Mostramos que essa diversidade se origina na variedade de matérias-primas, processamento e fermentação. A complexidade molecular é então amplificada pela chamada "reação de Maillard" entre aminoácidos e açúcares que também dão ao pão, bifes de carne e marshmallow torrado seu sabor 'assado'. Essa complexa rede de reações é um foco empolgante de nossa pesquisa, dada sua importância para a qualidade e sabor dos alimentos e também para o desenvolvimento de novas moléculas bioativas de interesse para a saúde”, concluiu o primeiro autor Stefan Pieczonka, estudante de doutorado na Universidade Técnica de Munique. .
Referência: “Na Trilha da Lei de Pureza Alemã: Distinguindo as Assinaturas Metabólicas de Trigo, Milho e Arroz na Cerveja” por Stefan A. Pieczonka, Sophia Paravicini, Michael Rychlik e Philippe Schmitt-Kopplin, 20 de julho de 2021, Fronteiras na Química.
DOI: 10.3389/fchem.2021.715372
