最新の高解像度分析を使用した研究により、ビールの膨大な代謝の複雑さが明らかになりました。
ビール醸造の伝統は、少なくとも紀元前 7000 年にさかのぼり、おそらく農業の発明にまでさかのぼります。ほとんどの穀物は、空気中の酵母にさらされると自然に発酵する可能性があるためです。バビロニアのハンムラビ王 (紀元前 1792 年から紀元前 1750 年までの規則) の法典では、108 から 111 までの法律でビールの販売が規制されており、何千年もの間、法律によってビールの品質を保護しようと人々が切望してきたことを示しています。たとえば、1516 年のバイエルン州の「Reinheitsgebot」 (「純度法」) は、多くの場合、世界で最も古いものと考えられていますが、変更を加えても食品規制は機能しており、大麦、水、およびホップのみをビール醸造の原料として許可しています (樽は没収されています)。違反に対する罰として)。
さて、Frontiers in Chemistry の最近の研究では 、ビールの科学は新しいレベルに引き上げられます。ドイツの科学者は、最先端の分析手法を使用して、世界中の市販ビールの代謝の複雑さ (何万もの異なる分子) を明らかにしています。
非常に複雑な化学物質
「ビールは非常に複雑な化学物質の一例です。そして、最近の分析化学の進歩のおかげで、ビデオ ディスプレイ技術の絶え間ない高解像度化に匹敵する力を発揮し、この複雑さを前例のないほど詳細に明らかにすることができます。今日、品質を保護したり、隠れた異物混入を検出したりするために、食品製造プロセス全体で化学のわずかな変化を追跡することは簡単です」ミュンヘンのヘルムホルツ センターの生物地球化学研究ユニット
Schmitt-Kopplin らは、直接注入フーリエ変換イオン サイクロトロン共鳴質量分析 (DI-FTICR MS) と超高速液体クロマトグラフィー四重極飛行時間型質量分析 (UPLC-ToF-MS) という 2 つの強力な方法を使用して、米国、ラテンアメリカ、ヨーロッパ、アフリカ、東アジアで醸造された 467 種類のビールに含まれる代謝物の全範囲。これらには、ラガー、クラフト ビール、アビー ビール、上面発酵ビール、大麦を唯一の発酵用デンプン源として醸造したグーズ、または大麦と小麦、米、とうもろこし (トウモロコシ) が含まれていました。
これらの方法には補完的な強みがあります。 DI-FTICR-MS は、すべてのビールの化学的多様性を直接明らかにし、それらの代謝物イオンの化学式を予測しました。その後、著者らは 100 種類のビールのサブセットで UPLC-ToF-MS を使用して、考えられる異性体の分解能で結果を分析しました。 UPLC-ToF-MS では、クロマトグラフィーを使用して、最初に同一質量のイオンを分離し、質量イオンをフラグメント化して娘イオンにすることで、正確な分子構造を予測することができます。
著者らは、これらの代謝物を「化学空間」内に関係付けて配置し、それぞれが単一の反応、例えば分子骨格へのメトキシ基、ヒドロキシル基、硫酸基、または糖基の付加を通じて 1 つまたは複数の他のものにリンクしている。または不飽和結合を飽和結合に変える。これにより、アミノ酸トリプトファンから合成された元の穀物の分子を出発点とする約100のステップからなる、最終生成物につながる代謝ネットワークの再構築が得られました。これらに由来するのは、各穀物に固有の二次代謝産物です。
品質管理のための強力な方法
「サンプルあたりわずか 10 分しかかからない私たちの質量分析法は、食品産業の品質管理に非常に強力であり、食品検査に必要な新しい分子マーカーと非標的代謝産物プロファイルの基礎を設定するはずです」と Schmitt-Kopplin 氏は述べています。 /P>
著者らは、脂質、ペプチド、ヌクレオチド、フェノール類、有機酸、リン酸塩、炭水化物など、独自の質量と式を持つ約 7700 のイオンを発見しましたが、そのうちの約 80% はまだ化学データベースに記載されていません。各式は場合によっては最大 25 の異なる分子構造をカバーするため、これは数万の固有の代謝物に変換されます。
「ここで、何万ものユニークな分子を含む、ビール全体にわたる膨大な化学的多様性を明らかにします。この多様性は、原材料、加工、発酵の多様性に起因することを示しています。分子の複雑さは、アミノ酸と糖の間のいわゆる「メイラード反応」によって増幅され、パン、肉ステーキ、トーストしたマシュマロに「ロースト」フレーバーを与えます.この複雑な反応ネットワークは、食品の品質、フレーバー、および健康に関心のある新しい生理活性分子の開発にとって重要であることを考えると、私たちの研究のエキサイティングな焦点です」 .
参照:「ドイツ純度法の軌跡:ビール中の小麦、トウモロコシ、米の代謝特性の識別」、Stefan A. Pieczonka、Sophia Paravicini、Michael Rychlik、Philippe Schmitt-Kopplin、2021 年 7 月 20 日、Frontiers化学 .
DOI:10.3389/fchem.2021.715372
