研究使用現代高解析度分析技術揭示了啤酒巨大的代謝複雜性。 釀造啤酒的傳統至少可以追溯到西元前7000年，甚至可能追溯到農業的發明，考慮到大多數穀物如果暴露在空氣中的酵母菌中可以自發發酵。

巴比倫國王漢謨拉比（西元前1792年至1750年的統治）的法典，其第108至111條法律規範了啤酒的銷售，表明幾千年來人們一直急於通過立法保障啤酒的品質。 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，它的主要內容是只允許大麥、水和啤酒花作為釀造啤酒的原料（並以沒收酒桶作為對違法行為的懲罰）。

現在，在《化學前沿》的一項最新研究中，啤酒的科學被提升到一個新的水準。 來自德國的科學家使用最先進的分析方法，揭示了世界各地商業啤酒的代謝複雜性–數以萬計的不同分子。

“啤酒是巨大化學複雜性的一個例子。 由於最近分析化學的改進，與正在進行的解析度不斷提高的視頻顯示技術的革命相比，我們可以以前所未有的細節揭示這種複雜性。 “慕尼黑工業大學綜合食品組學平臺和慕尼克亥姆霍茲中心分析生物地球化學研究單位負責人Philippe Schmitt-Kopplin教授說：”今天，我們很容易追蹤整個食品生產過程中化學成分的微小變化，以保障品質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迴旋共振質譜（DI-FTICR MS）和超高效液相色譜四極桿飛行時間質譜（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、頂部發酵啤酒，以及用大麥作為唯一的發酵澱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勢。 DI-FTICR-MS直接揭示了所有啤酒的化學多樣性，並預測了其中代謝物離子的化學式。 然後，作者在100種啤酒的子集上使用UPLC-ToF-MS來分析結果，並對可能的異構體進行解析。 UPLC-ToF-MS使用色譜法首先分離具有相同質量的離子，並將品質離子碎片化為子離子，使得預測準確的分子結構成為可能。

作者將這些代謝物置於「化學空間」內，每個代謝物通過一個單一的反應與一個或多個其他的代謝物相聯繫，例如在分子骨架上添加甲氧基、羥基、硫酸鹽或糖基，或將一個不飽和鍵變成一個飽和鍵。 這產生了一個導致最終產品的代謝物網路的重建，包括近百個步驟，起點是來自原始穀物的分子，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穀物所特有的。

作者發現了大約7700個具有獨特品質和公式的離子，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%在化學資料庫中還沒有描述。 由於每個公式在某些情況下可能涵蓋多達25個不同的分子結構，這意味著有數萬個獨特的代謝物。

“在這裡，我們揭示了啤酒中巨大的化學多樣性，有數萬種獨特的分子。 我們表明，這種多樣性起源於原材料、加工和發酵的多樣性。 然後，分子的複雜性被氨基酸和糖之間的所謂’Maillard反應’所放大，這種反應也使麵包、肉排和烤棉花糖具有’烤’的味道。 “第一作者、慕尼黑工業大學博士生Stefan Pieczonka總結說：”這種複雜的反應網络是我們研究的一個令人興奮的焦點，因為它對食品質量、風味以及對健康感興趣的新型生物活性分子的發展具有重要意義。 “

存取文獻以瞭解更多：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2021.715372/full