Deutsche Apotheker haben mehr als 7.700 verschiedene chemische Formeln in Bier identifiziert

Eine kalte, eisige Tasse Bier.
Vergrößern / Deutsche Chemiker haben zwei sich ergänzende Massenspektrometrietechniken kombiniert, um 467 verschiedene kommerzielle Biere aus der ganzen Welt zu analysieren.

Menschen brauen seit Jahrtausenden Bier, und die grundlegende Chemie der Fermentation ist gut verstanden. Dank fortschrittlicher Analysetechniken lernen Wissenschaftler jedoch zunehmend die verschiedenen chemischen Verbindungen kennen, die zum Geschmack und Aroma verschiedener Biersorten beitragen. Die neueste Analyse stammt von einem Team deutscher Wissenschaftler, die mehr als 400 kommerzielle Biere aus 40 Ländern analysiert haben. Die Wissenschaftler haben laut Angaben mindestens 7.700 verschiedene chemische Formeln und Zehntausende einzigartiger Moleküle identifiziert eine aktuelle Zeitung in der Zeitschrift Frontiers in Chemistry veröffentlicht. Und das mit einem neuen Ansatz, der eine Probe in nur 10 Minuten analysieren kann.

„Bier ist ein Beispiel für enorme chemische Komplexität“, sagt Co-Autor Philippe Schmitt-Kopplin der Technischen Universität München und des Helmholtz-Zentrums München. „Und dank der jüngsten Verbesserungen in der analytischen Chemie, die in ihrer Leistung mit der sich ständig weiterentwickelnden Technologie der Videobildschirmtechnologie mit ständig steigender Auflösung vergleichbar sind, können wir diese Komplexität in beispiellosen Details aufdecken. Heute sind kleine Abweichungen in der Chemie leicht zu erkennen Lebensmittelproduktionsprozess, um die Qualität zu schützen oder um versteckten Ehebruch aufzudecken.”

Wie ich bereits schrieb, enthält jedes Bier Hopfen, ein wichtiges Aroma, das auch nützliche antimikrobielle Eigenschaften verleiht. Um Bier herzustellen, mischen Sie Brauer und Steilkörner in heißem Wasser, das die gesamte Stärke in Zucker umwandelt. Dies ist traditionell die Phase, in der Hopfen dem Flüssigextrakt (Würze) zugesetzt und gekocht wird. Es wandelt einen Teil der Harze (Alphasäuren) des Hopfens in Iso-Alphasäuren um, wodurch eine bittere Note entsteht. Dann wird Hefe hinzugefügt, um die Fermentation zu bewirken, die den Zucker in Alkohol umwandelt. Einige Craft Brewer bevorzugen die Zugabe von trockenem Sprunghopfen während oder nach der Gärung, nachdem die Würze abgekühlt ist. Sie tun dies, um die duftenden Aromen zu verstärken, ohne zu bitter zu werden, da keine Isomerisierung der Alphasäuren stattfindet.

Eine Reihe von Studien haben in den letzten Jahren verschiedene chemische Aspekte von Bier untersucht. Zum Beispiel a Studie 2019 festgestellt, dass das scharfe Aroma des späten Bieres größtenteils auf eine Mischung zurückzuführen ist (3R) – Linalool, das Zitrus- und Blumennoten verleiht. Andere übliche aromatische Verbindungen sind Myrcen (das nach Geranien riecht) und Geraniol mit Rosenduft. Der mit Abstand stärkste Geruch im Hopfen ist der komplexe Name 4-Mercapto-4-methylpentan-2-on (kurz für 4MMP); es verleiht bestimmten Craft-Bieren das unverwechselbare Brombeeraroma.

Um Brauern zu helfen, besser zu verstehen, wie Biere ihre charakteristischen komplexen Aromen entwickeln, haben Chemiker der University of Redlands in Kalifornien verschiedene chemische Verbindungen, die zu Geschmacksprofilen beitragen, überwacht und beobachtet, wie sich ihre Konzentrationen im Laufe der Zeit während des Alterungsprozesses ändern. . Mittels NMR-Spektroskopie untersuchten sie den Gehalt an Essigsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure, die alle als Hefe produziert werden und zum charakteristischen Geschmacksprofil eines sauren Bieres beitragen. Die Apotheker verwendeten außerdem Time-to-Flight-Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie, um Veränderungen in Spurenstoffen zu identifizieren und nachzuweisen, die ebenfalls zum Gesamtgeruchsprofil beitragen können, wie beispielsweise Phenolika oder Vanillin.

Und Anfang des Jahres haben wir über die Arbeit deutscher Wissenschaftler berichtet Wer dachte eine automatisierte, effiziente Methode zur Messung und zum Nachweis von Spuren von Aromastoffen tiole (von Mercaptanen). Zu diesen Verbindungen zählen das bereits erwähnte 4MMP sowie 3-Mercapto-1-hexanol (3MH) und 3-Mercaptohexylacetat (3MHA), die Grapefruit- und Passionsfrucht/Guave-Aromen verleihen.

Die aktuelle Studie von Schmitt-Kopplin und Kollegen der Technischen Universität München beschäftigt sich mit dem Einfluss unterschiedlicher Stärkequellen auf die Stoffwechselsignaturen verschiedenster Biersorten. Deutsche Brauer unterliegen dem Reinheitsgebot aus dem Jahr 1516 (obwohl es in späteren Jahrhunderten geändert wurde). Das bedeutet, dass sie in ihrem Bier nichts außer Malz, Hopfen, Wasser und Hefe verwenden können.

Aber viele andere Biere werden heute durch andere Brauverfahren und Rohstoffe hergestellt. Es gibt sowohl Weizenbiere als auch Biere aus anderen gemälzten Getreidesorten wie Mais und Reis. Reis ist der Schlüssel zum Brauen indischer Reisbiere (nichts) und glutenfreies Bier zum Beispiel, wobei die Brauer letzterem karamellisiertes Reismalz hinzufügen, um ein reicheres Aroma und eine bernsteinfarbene Farbe zu erhalten.

Massenspektralübereinstimmungsnetzwerk für chemische Verbindungen in Bier.
Vergrößern / Massenspektralübereinstimmungsnetzwerk für chemische Verbindungen in Bier.

SA Pieczonka et al., 2021

Für ihre Analyse hat Schmitt-Kopplin et al. 400 Bierproben – gekauft in lokalen Lebensmittelgeschäften – aus der ganzen Welt (USA, Lateinamerika, Europa, Afrika und Ostasien) zwei sich ergänzenden Massenspektrometrietechniken unterzogen. Sie nutzten die erste Methode, um die chemische Vielfalt des Bieres zu bestimmen und chemische Formeln für die Metabolit-Ionen in den Bieren vorherzusagen. Sie verwendeten die zweite Technik, um die genaue molekulare Struktur in einer Teilprobe von 100 Bieren herauszufinden. Außerdem konnten sie ein komplettes Stoffwechselnetzwerk der komplexen Reaktionen rekonstruieren, die während des Brauprozesses ablaufen.

Das Ergebnis: Das Team identifizierte mehr als 7.700 chemische Formeln mit jeweils bis zu 25 verschiedenen Molekülstrukturen. Jedes gegebene Bier hat daher Zehntausende von einzigartigen Molekülen, die zu seinem unverwechselbaren Geschmack, Aroma und anderen wünschenswerten Eigenschaften beitragen. Dies ist der bisher tiefste Einblick in die beeindruckende chemische Vielfalt beliebter Bierstile, die von Lager- und Craft-Bieren bis hin zu Abteibieren und Geuzes (ob nur aus Gerste oder einer Kombination aus Gerste mit Weizen, Reis und Mais gebraut) reichen. Außerdem konnte das Team zwischen Weizen-, Mais- und Reisbier und nur mit Gerste gebrautem Bier unterscheiden.

„Wir zeigen, dass diese Vielfalt ihren Ursprung in der Vielfalt der Rohstoffe, der Verarbeitung und der Fermentation hat“, sagt Co-Autor Stefan Pieczonka, Absolvent der Technischen Universität München. „Die molekulare Komplexität wird dann durch die sogenannte ‚Maillard-Reaktion‘ zwischen Aminosäuren und Zucker gesteigert, die auch Brot, Fleischsteaks und gerösteten Marshmallows ihren ‚frittierten‘ Geschmack verleiht. Dieses komplexe Reaktionsnetzwerk ist ein spannender Schwerpunkt unserer Forschung. aufgrund seiner Bedeutung für die Lebensmittelqualität, den Geschmack und die Entwicklung neuer bioaktiver Moleküle, die für die Gesundheit wichtig sind.“

DOI: Frontiers in Chemistry, 2021. 10.3389 / fchem.2021.715372 (Über DOIs).

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