啤酒中檢測出數(shù)萬種不同分子 80%尚未在化學(xué)數(shù)據(jù)庫中描述出來

【黃河啤酒官方網(wǎng)站】研究使用現(xiàn)代高分辨率分析技術(shù)揭示了啤酒巨大的代謝復(fù)雜性。釀造啤酒的傳統(tǒng)至少可以追溯到公元前7000年，甚至可能追溯到農(nóng)業(yè)的發(fā)明，考慮到大多數(shù)谷物如果暴露在空氣中的酵母菌中可以自發(fā)發(fā)酵。

巴比倫國王漢謨拉比（公元前1792年至1750年的統(tǒng)治）的法典，其第108至111條法律規(guī)范了啤酒的銷售，表明幾千年來人們一直急于通過立法保障啤酒的質(zhì)量。例如，1516年的巴伐利亞"純潔法"（Reinheitsgebot），通常被認為是世界上最古老的且仍然有效的一種審慎議定的食品法規(guī)，它的主要內(nèi)容是只允許大麥、水和啤酒花作為釀造啤酒的原料（并以沒收酒桶作為對違法行為的懲罰）。

現(xiàn)在，在《化學(xué)前沿》的一項最新研究中，啤酒的科學(xué)被提升到一個新的水平。來自德國的科學(xué)家使用最先進的分析方法，揭示了世界各地商業(yè)啤酒的代謝復(fù)雜性--數(shù)以萬計的不同分子。

"啤酒是巨大化學(xué)復(fù)雜性的一個例子。由于最近分析化學(xué)的改進，與正在進行的分辨率不斷提高的視頻顯示技術(shù)的革命相比，我們可以以前所未有的細節(jié)揭示這種復(fù)雜性。"慕尼黑工業(yè)大學(xué)綜合食品組學(xué)平臺和慕尼黑亥姆霍茲中心分析生物地球化學(xué)研究單位負責(zé)人Philippe Schmitt-Kopplin教授說："今天，我們很容易追蹤整個食品生產(chǎn)過程中化學(xué)成分的微小變化，以保障質(zhì)量或檢測隱藏的摻雜物。"

Schmitt-Kopplin及其同事使用兩種強大的方法：直接灌注式傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（DI-FTICR MS）和超高效液相色譜四極桿飛行時間質(zhì)譜（UPLC-ToF-MS）來揭示美國、拉丁美洲、歐洲、非洲和東亞釀造的467種啤酒中的全部代謝物。這些啤酒包括常見的拉格啤酒、手工啤酒和修道院啤酒、頂部發(fā)酵啤酒，以及用大麥作為唯一的發(fā)酵淀粉來源或大麥加上小麥、大米和玉米（玉米）釀造的Gueuzes。

這些方法具有互補的優(yōu)勢。DI-FTICR-MS直接揭示了所有啤酒的化學(xué)多樣性，并預(yù)測了其中代謝物離子的化學(xué)式。然后，作者在100種啤酒的子集上使用UPLC-ToF-MS來分析結(jié)果，并對可能的異構(gòu)體進行解析。UPLC-ToF-MS使用色譜法首先分離具有相同質(zhì)量的離子，并將質(zhì)量離子碎片化為子離子，使得預(yù)測準(zhǔn)確的分子結(jié)構(gòu)成為可能。

作者將這些代謝物置于"化學(xué)空間"內(nèi)，每個代謝物通過一個單一的反應(yīng)與一個或多個其他的代謝物相聯(lián)系，例如在分子骨架上添加甲氧基、羥基、硫酸鹽或糖基，或?qū)⒁粋€不飽和鍵變成一個飽和鍵。這產(chǎn)生了一個導(dǎo)致最終產(chǎn)品的代謝物網(wǎng)絡(luò)的重建，包括近百個步驟，起點是來自原始谷物的分子，由氨基酸色氨酸合成。從這些分子中衍生出的次級代謝物是每種谷物所特有的。

作者發(fā)現(xiàn)了大約7700個具有獨特質(zhì)量和公式的離子，包括脂類、肽類、核苷酸、酚類、有機酸、磷酸鹽和碳水化合物，其中大約80%在化學(xué)數(shù)據(jù)庫中還沒有描述。由于每個公式在某些情況下可能涵蓋多達25個不同的分子結(jié)構(gòu)，這意味著有數(shù)萬個獨特的代謝物。

"在這里，我們揭示了啤酒中巨大的化學(xué)多樣性，有數(shù)萬種獨特的分子。我們表明，這種多樣性起源于原材料、加工和發(fā)酵的多樣性。然后，分子的復(fù)雜性被氨基酸和糖之間的所謂'Maillard反應(yīng)'所放大，這種反應(yīng)也使面包、肉排和烤棉花糖具有'烤'的味道。"第一作者、慕尼黑工業(yè)大學(xué)博士生Stefan Pieczonka總結(jié)說："這種復(fù)雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)是我們研究的一個令人興奮的焦點，因為它對食品質(zhì)量、風(fēng)味以及對健康感興趣的新型生物活性分子的發(fā)展具有重要意義。"