В исследовании использовалась современная аналитика с высоким разрешением, чтобы выявить огромную метаболическую сложность пива.
Традиция пивоварения восходит как минимум к 7000 г. до н.э. и, возможно, даже к изобретению сельского хозяйства, учитывая, что большинство злаков могут спонтанно бродить под воздействием переносимых по воздуху дрожжей. Кодекс вавилонского царя Хаммурапи (правил с 1792 по 1750 г. до н.э.), чьи законы со 108 по 111 регулируют продажу пива, показывает, что люди на протяжении тысячелетий стремились защитить качество пива с помощью законодательства. Например, баварский «Reinheitsgebot» («Закон о чистоте») 1516 года, часто считающийся старейшим в мире, все еще действующим — с модификациями — регулированием пищевых продуктов, разрешает использовать только ячмень, воду и хмель в качестве ингредиентов для пивоварения (с конфискацией бочек). в качестве наказания за нарушение).
Теперь, в недавнем исследовании в Границы химии, наука о пиве выходит на новый уровень. Ученые из Германии используют самые современные аналитические методы, чтобы выявить метаболическую сложность — десятки тысяч различных молекул — коммерческого пива со всего мира.
Огромная химическая сложность
«Пиво — пример огромной химической сложности. И благодаря недавним усовершенствованиям в аналитической химии, сравнимым по мощности с продолжающейся революцией в технологии видеодисплеев с постоянно растущим разрешением, мы можем раскрыть эту сложность в беспрецедентных деталях. Сегодня легко отследить крошечные вариации в химическом составе на протяжении всего процесса производства пищевых продуктов, чтобы гарантировать качество или обнаружить скрытые фальсификации», — сказал автор-корреспондент профессор Филипп Шмитт-Копплин, руководитель Комплексной платформы пищевой промышленности в Техническом университете Мюнхена и Аналитического Исследовательский отдел биогеохимии в Центре Гельмгольца в Мюнхене.
Для выявления полный спектр метаболитов в 467 сортах пива, сваренных в США, Латинской Америке, Европе, Африки и Восточной Азии. К ним относятся лагеры, ремесленное и монастырское пиво, пиво верхового брожения и гёзы, сваренные из ячменя как единственного источника крахмала для брожения или ячменя плюс пшеница, рис и кукуруза (кукуруза).
Методы имеют взаимодополняющие преимущества. DI-FTICR-MS напрямую выявил химическое разнообразие всех сортов пива и предсказал химические формулы для ионов метаболитов в них. Затем авторы использовали UPLC-ToF-MS для подмножества из 100 сортов пива, чтобы проанализировать результаты с разрешением возможных изомеров. UPLC-ToF-MS использует хроматографию для разделения ионов с одинаковой массой и фрагментации ионов массы до дочерних ионов, что позволяет предсказать точную молекулярную структуру.
Авторы поместили эти метаболиты во взаимосвязь в «химическом пространстве», каждый из которых связан с одним или несколькими другими посредством одной реакции, например, путем добавления метокси-, гидроксильной, сульфатной или сахарной группы к молекулярной основе. или превращение ненасыщенной связи в насыщенную связь. Это привело к реконструкции сети метаболитов, ведущей к конечному продукту, состоящей почти из сотни шагов с отправной точкой в молекулах из исходных злаков, синтезированных из аминогруппы. кислота триптофан. Из них образуются вторичные метаболиты, уникальные для каждого злака.
Мощный метод контроля качества
«Наш метод масс-спектрометрии, который занимает всего 10 минут на образец, должен быть очень эффективным для контроля качества в пищевой промышленности и заложить основу для новых молекулярных маркеров и профилей нецелевых метаболитов, необходимых для проверки пищевых продуктов», — сказал Шмитт-Копплин.
Авторы обнаружили около 7700 ионов с уникальными массами и формулами, включая липиды, пептиды, нуклеотиды, фенолы, органические кислоты, фосфаты и углеводы, из которых около 80% еще не описаны в химических базах данных. Поскольку каждая формула может в некоторых случаях охватывать до 25 различных молекулярных структур, это приводит к десяткам тысяч уникальных метаболитов.
«Здесь мы обнаруживаем огромное химическое разнообразие пива с десятками тысяч уникальных молекул. Мы показываем, что это разнообразие возникает из-за разнообразия сырья, обработки и ферментации. Затем молекулярная сложность усиливается за счет так называемой «реакции Майяра» между аминокислоты и сахара, которые также придают хлебу, мясным стейкам и поджаренному зефиру их «жареный» вкус. Эта сложная сеть реакций является захватывающим направлением нашего исследования, учитывая ее важность для качества и вкуса продуктов, а также для разработки новых биологически активных молекул, представляющих интерес для здоровья», — заключил первый автор Стефан Печонка, аспирант Мюнхенского технического университета. .
Ссылка: «По следам немецкого закона о чистоте: различение метаболических признаков пшеницы, кукурузы и риса в пиве», Стефан А. Печонка, София Паравичини, Михаэль Рыхлик и Филипп Шмитт-Копплин, 20 июля 2021 г., Границы химии.
DOI: 10.3389/fchem.2021.715372.
