Неизвестные молекулы обнаруженные в пиве

В исследовании использовалась современная аналитика с высоким разрешением, чтобы выявить огромную метаболическую сложность пива.

Традиция пивоварения восходит как минимум 7000 году до нашей эры и, возможно, даже с изобретением сельского хозяйства, учитывая, что большинство злаков могут самопроизвольно бродить под воздействием переносимых по воздуху дрожжей.

Кодекс вавилонского царя Хаммурапи (правила с 1792 по 1750 год до нашей эры), чьи законы со 108 по 111 регулируют продажу пива, показывает, что люди тысячелетиями стремились защитить качество пива с помощью законодательства.

Например, баварский «Reinheitsgebot» («Закон о чистоте») 1516 года, который часто считается старейшим в мире, еще действующим — с изменениями — регулированием пищевых продуктов, разрешает только ячмень, воду и хмель в качестве ингредиентов для пивоварения (с конфискацией бочек), (как наказание за проступок).

В недавнем исследовании Frontiers in Chemistry наука о пиве поднялась на новый уровень.

Ученые из Германии используют современные аналитические методы, чтобы выявить метаболическую сложность — десятки тысяч различных молекул — коммерческого пива со всего мира.

Колоссальная химическая сложность

«Пиво — это пример огромной химической сложности. А благодаря недавним улучшениям в аналитической химии, сравнимым по мощности с продолжающейся революцией в технологии видеодисплеев с постоянно растущим разрешением, мы можем раскрыть эту сложность с беспрецедентной детальностью. Сегодня легко проследить крошечные вариации химического состава на протяжении всего процесса производства пищевых продуктов, чтобы гарантировать качество или обнаружить скрытые фальсификации», — сказал автор-корреспондент профессор Филипп Шмитт-Копплин, глава Comprehensive Foodomics Platform в Техническом университете Мюнхена и аналитического отдела. Исследовательское подразделение биогеохимии в Центре Гельмгольца в Мюнхене.

• Шмитт-Копплин и его коллеги использовали два мощных метода — масс-спектрометрию с ионным циклотронным резонансом с преобразованием Фурье с прямой инфузией (DI-FTICR MS) и ультраэффективную жидкостную хроматографическую квадрупольную времяпролетную масс-спектрометрию (UPLC-ToF-MS) — чтобы выявить полный набор метаболитов в 467 сортах пива, сваренного в США, Латинской Америке, Европе, Африке и Восточной Азии. К ним относятся лагеры, крафтовое и аббатское пиво, пиво верхового брожения и гёзы, сваренные из ячменя как единственного источника крахмала для ферментации, или ячменя, а также пшеницы, риса и кукурузы (кукурузы).
• У этих методов есть взаимодополняющие сильные стороны. DI-FTICR-MS напрямую выявила химическое разнообразие всех сортов пива и предсказала химические формулы для ионов метаболитов в них. Затем авторы использовали UPLC-ToF-MS для подмножества 100 сортов пива, чтобы проанализировать результаты с разрешением по возможным изомерам. UPLC-ToF-MS использует хроматографию для разделения ионов с идентичной массой и фрагментацию массовых ионов на дочерние ионы, что позволяет предсказать точную молекулярную структуру.
• Авторы поместили эти метаболиты во взаимосвязь внутри «химического пространства», каждый из которых связан с одним или несколькими другими посредством одной реакции, например, присоединения метокси-, гидроксильной, сульфатной или сахарной группы к основной цепи молекулы. или превращение ненасыщенной связи в насыщенную. Это дало реконструкцию метаболита сети, ведущую к конечному продукту, состоящей из почти ста шагов с отправной точкой в молекулах из исходных злаков, синтезированная из аминокислоты кислоты триптофана. 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 нецелевых профилей метаболитов, необходимых для проверки пищевых продуктов», — сказал Шмитт-Копплин.

Авторы обнаружили около 7700 ионов с уникальными массами и формулами, включая липиды, пептиды, нуклеотиды, фенольные соединения, органические кислоты, фосфаты и углеводы, из которых около 80% еще не описаны в химических базах данных. Поскольку каждая формула в некоторых случаях может охватывать до 25 различных молекулярных структур, это приводит к появлению десятков тысяч уникальных метаболитов.

«Здесь мы обнаруживаем огромное химическое разнообразие пива с десятками тысяч уникальных молекул. Мы показываем, что это разнообразие происходит из разнообразия сырья, обработки и ферментации. Затем молекулярная сложность усиливается так называемой «реакцией Майяра» между аминокислотами и сахарами, которая также придает хлебу, мясным стейкам и жареному зефиру их «жареный» вкус. Эта сложная реакционная сеть является захватывающим направлением наших исследований, учитывая ее важность для качества пищевых продуктов, вкуса, а также для разработки новых биоактивных молекул, представляющих интерес для здоровья», — заключил первый автор Стефан Печонка, аспирант Технического университета Мюнхена.

Источник

Метки: химия