研究使用现代高分辨率分析来揭示啤酒的巨大代谢复杂性。
啤酒酿造的传统至少可以追溯到公元前 7000 年，甚至可以追溯到农业的发明，考虑到大多数谷物如果暴露于空气中的酵母菌会自发发酵。 巴比伦国王汉谟拉比（公元前 1792 年至 1750 年统治）的法典，其第 108 至 111 条法律规范啤酒销售，这表明数千年来人们一直渴望通过立法来保障啤酒的质量。 例如，1516 年的巴伐利亚“Reinheitsgebot”（“纯度法”）通常被认为是世界上最古老的仍然有效的——经过修改——食品法规，只允许大麦、水和啤酒花作为酿造啤酒的原料（没收桶作为对违法行为的惩罚）。
现在，在最近的一项研究中 化学前沿，啤酒的科学被带到了一个新的水平。 来自德国的科学家使用最先进的分析方法来揭示来自世界各地的商业啤酒的代谢复杂性——数以万计的不同分子。
巨大的化学复杂性
“啤酒是化学极其复杂的一个例子。 并且由于最近在分析化学方面的进步，其能力可与分辨率不断提高的视频显示技术的持续革命相媲美，我们可以以前所未有的细节揭示这种复杂性。 今天，很容易追踪整个食品生产过程中化学的微小变化，以保障质量或检测隐藏的掺假，”通讯作者、慕尼黑工业大学综合食品组学平台负责人菲利普·施密特-科普林教授说。慕尼黑亥姆霍兹中心的生物地球化学研究单位。
Schmitt-Kopplin 及其同事使用了两种强大的方法——直接注入傅里叶变换离子回旋共振质谱 (DI-FTICR MS) 和超高效液相色谱四极杆飞行时间质谱 (UPLC-ToF-MS)——来揭示在美国、拉丁美洲、 欧洲、非洲和东亚。 其中包括贮藏啤酒、精酿啤酒和修道院啤酒、顶级发酵啤酒，以及由大麦（作为发酵淀粉的唯一来源）或大麦加小麦、大米和玉米（玉米）酿造的 gueuzes。
这些方法具有互补的优势。 DI-FTICR-MS 直接揭示了所有啤酒的化学多样性，并预测了其中代谢物离子的化学式。 然后，作者对 100 种啤酒的子集使用 UPLC-ToF-MS 分析结果，并对可能的异构体进行分辨率分析。 UPLC-ToF-MS 使用色谱首先分离具有相同质量的离子并将质量离子碎裂为子离子，从而可以预测准确的分子结构。
作者将这些代谢物相关地放置在“化学空间”内，每个代谢物都通过单一反应与一个或多个其他代谢物相连，例如在分子骨架上添加甲氧基、羟基、硫酸盐或糖基，或将不饱和键变成饱和键。 这产生了导致最终产品的代谢物网络的重建，该产品由近百个步骤组成，起始点来自原始谷物的分子，由氨基合成 酸 色氨酸。 衍生自这些是每种谷物独有的次级代谢物。
强大的质量控制方法
Schmitt-Kopplin 说：“我们的质谱方法每个样品仅需 10 分钟，对于食品工业的质量控制应该非常有效，并为食品检测所需的新型分子标记和非靶向代谢物谱奠定了基础。”
作者发现了大约 7700 种具有独特质量和分子式的离子，包括脂质、肽、核苷酸、酚类、有机酸、磷酸盐和碳水化合物，其中约 80% 尚未在化学数据库中描述。 因为在某些情况下每个配方可能涵盖多达 25 种不同的分子结构，这转化为数以万计的独特代谢物。
“在这里，我们揭示了啤酒中巨大的化学多样性，包括数以万计的独特分子。 我们表明，这种多样性源于原材料、加工和发酵的多样性。 分子的复杂性然后通过之间所谓的“美拉德反应”被放大 氨基酸 和糖，它们也使面包、肉排和烤棉花糖具有“烤”味。 这种复杂的反应网络是我们研究的一个令人兴奋的焦点，因为它对食品质量、风味以及对健康感兴趣的新型生物活性分子的开发都很重要，”第一作者、慕尼黑工业大学博士生 Stefan Pieczonka 总结道.
参考：“德国纯度法的发展历程：区分啤酒中小麦、玉米和大米的代谢特征”，作者 Stefan A. Pieczonka、Sophia Paravicini、Michael Rychlik 和 Philippe Schmitt-Kopplin，20 年 2021 月 XNUMX 日， 化学前沿.
DOI：10.3389/fchem.2021.715372
