Традиция пивоварения восходит к 7000 году до нашей эры, а, возможно, даже ко времени изобретения сельского хозяйства — учитывая, что большинство злаков могут самопроизвольно бродить под воздействием переносимых по воздуху дрожжей. Кодекс вавилонского царя Хаммурапи (правил с 1792 по 1750 год до н.э.), 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, опубликованном в 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.
Исследователи из подразделения биогеохимии в Центре Гельмгольца в Мюнхене 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 ученые 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.
Исследователи 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.
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.
Таким образом, стало очевидно огромное химическое разнообразие пива с десятками тысяч уникальных молекул. Исследователи показали, что это разнообразие происходит из разнообразия сырья, обработки и ферментации. Затем молекулярная сложность усиливается так называемой "реакцией Майяра" между аминокислотами и сахаром, 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.