Deutsche Chemiker haben mehr als 7.700 verschiedene chemische Formeln in Bieren identifiziert

Deutsche Chemiker haben mehr als 7.700 verschiedene chemische Formeln in Bieren identifiziert

Vergrößern / Deutsche Chemiker kombinierten zwei sich ergänzende Massenspektrometrietechniken, um 467 verschiedene kommerzielle Biere aus der ganzen Welt zu analysieren.

Die Menschen brauen seit Jahrtausenden Bier und die grundlegende Chemie der Gärung ist gut verstanden. Durch fortschrittliche Analysetechniken lernen die Wissenschaftler jedoch immer mehr über die vielen verschiedenen chemischen Verbindungen, die zum Geschmack und Aroma verschiedener Biersorten beitragen. Die neueste derartige Analyse stammt von einem Team deutscher Wissenschaftler, die mehr als 400 kommerzielle Biere aus 40 Ländern analysiert haben. Wissenschaftler haben laut Angaben mindestens 7.700 verschiedene chemische Formeln und Zehntausende einzigartiger Moleküle identifiziert ein neuer Artikel 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“, sagte Co-Autor Philippe Schmitt-Kopplin von der Technischen Universität München und dem Helmholtz-Zentrum München. „Und mit den jüngsten Verbesserungen in der analytischen Chemie, deren Leistung mit der fortschreitenden Revolution in der Video-Display-Technologie mit immer höherer Auflösung vergleichbar ist, können wir diese Komplexität in noch nie dagewesenen Details aufdecken. Heute ist es leicht zu erkennen um die Qualität zu sichern oder versteckte Verfälschungen aufzudecken.“

Wie ich bereits schrieb, enthalten alle Biere Hopfen, einen wichtigen Aromastoff, der auch nützliche antimikrobielle Eigenschaften verleiht. Um Bier herzustellen, pürieren die Brauer die Bohnen und ziehen sie in heißem Wasser, wodurch all diese Stärke in Zucker umgewandelt wird. Dies ist traditionell die Phase, in der der Hopfen dem Flüssigextrakt (Würze) zugesetzt und gekocht wird. Dadurch wird ein Teil der Harze (Alphasäuren) im Hopfen in Iso-Alphasäuren umgewandelt, die dem Bier die Bitterkeit verleihen. Dann wird Hefe hinzugefügt, um die Gärung auszulösen, wodurch der Zucker in Alkohol umgewandelt wird. Manche Craft Brewer bevorzugen die Trockenhopfung – der Hopfen wird während oder nach der Gärungsphase zugegeben, nachdem die Würze abgekühlt ist. Sie tun dies, um den Hopfengeschmack zu verstärken, ohne übermäßige Bitterkeit zu bekommen, da keine Isomerisierung von Alphasäuren stattfindet.

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Eine Reihe von Studien in den letzten Jahren haben sich mit verschiedenen chemischen Aspekten von Bieren beschäftigt. Zum Beispiel a Studie 2019 entdeckte, dass der Hopfengeschmack von spät gehopften Bieren hauptsächlich auf eine Verbindung namens (3R) – Linalool, das Noten von Zitrusfrüchten und Blumen verleiht. Andere übliche Aromastoffe sind Myrcen (das nach Geranie riecht) und nach Rosen duftendes Geraniol. Der mit Abstand stärkste Riechstoff im Hopfen trägt den komplizierten Spitznamen 4-Mercapto-4-methylpentan-2-on (kurz: MMP); Dies verleiht einigen Craft-Bieren das charakteristische Aroma der schwarzen Johannisbeere.

Um Brauern zu helfen, besser zu verstehen, wie Sauerbiere ihre unverwechselbaren komplexen Aromen entwickeln, haben Chemiker der University of Redlands in Kalifornien verschiedene chemische Verbindungen verfolgt, die zu diesen Geschmacksprofilen beitragen, und ihre Konzentrationsänderungen im Laufe der Zeit während des Alterungsprozesses überwacht. Mittels NMR-Spektroskopie untersuchten sie die Gehalte an Essigsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure, die alle bei der Gärung von Hefen entstehen und zum unverwechselbaren Geschmacksprofil eines Sauerbiers beitragen. Chemiker haben auch Flüssigchromatographie und Flugzeit-Massenspektrometrie verwendet, um Veränderungen in Spurenstoffen zu identifizieren und zu verfolgen, die ebenfalls zum Gesamtgeschmacksprofil beitragen können, wie beispielsweise Phenole oder Vanillin.

Und Anfang des Jahres haben wir über die Arbeit deutscher Wissenschaftler berichtet wer hat entworfen? eine automatisierte und effiziente Methode zur Messung und Verfolgung von Spuren von aromatischen Verbindungen namens Thiole (oder Mercaptane). Zu diesen Verbindungen gehören das oben erwähnte 4MMP sowie 3-Mercapto-1-hexanol (3MH) und 3-Mercaptohexylacetat (3MHA), die Grapefruit- bzw. 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 den folgenden Jahrhunderten geändert wurde). Das bedeutet, dass sie in ihren Bieren nichts außer Malz, Hopfen, Wasser und Hefe verwenden können.

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

Massenspektrales Ähnlichkeitsnetzwerk für chemische Verbindungen in Bieren.
Vergrößern / Massenspektrales Ähnlichkeitsnetzwerk für chemische Verbindungen in Bieren.

SA Pieczonka et al., 2021

Für ihre Analyse hat Schmitt-Kopplin et al. reichten 400 Bierproben ein, die in lokalen Lebensmittelgeschäften gekauft wurden und aus der ganzen Welt (USA, Lateinamerika, Europa, Afrika und Ostasien) gebraut wurden, an zwei sich ergänzende Massenspektrometrietechniken. Sie nutzten die erste Methode, um die chemische Vielfalt von Bieren zu bestimmen und die chemischen Formeln der Metabolit-Ionen in diesen Bieren vorherzusagen. Mit der zweiten Technik ermittelten sie die genaue molekulare Struktur einer Teilprobe von 100 Bieren. Außerdem konnten sie ein komplettes Stoffwechselnetzwerk aus den komplexen Reaktionen zusammensetzen, die während des Brauprozesses ablaufen.

Das Ergebnis: Das Team identifizierte mehr als 7.700 chemische Formeln mit jeweils bis zu 25 verschiedenen Molekülstrukturen. So enthält ein bestimmtes Bier Zehntausende einzigartiger Moleküle, die zu seinem Geschmack, Aroma und anderen charakteristischen Eigenschaften beitragen. Es ist die bisher gründlichste Untersuchung der beeindruckenden chemischen Vielfalt beliebter Bierstile, die von Lagerbieren und Craft-Bieren bis hin zu Abteibieren und Gueuze (ob nur aus Gerste oder einer Kombination aus Gerste mit Weizen, Reis und Mais gebraut) reichen. Außerdem konnte das Team Biere, die mit Weizen, Mais und Reis gebraut wurden, von solchen unterscheiden, die nur mit Gerste gebraut wurden.

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„Wir zeigen, dass diese Vielfalt ihren Ursprung in der Vielfalt der Rohstoffe, Verarbeitung und Fermentation hat“, sagte Co-Autor Stefan Pieczonka, Doktorand der Technischen Universität München. „Die molekulare Komplexität wird dann durch die „Maillard-Reaktion“ zwischen Aminosäuren und Zucker verstärkt, die auch Brot, Fleischsteaks und gerösteten Marshmallows ihren „gerösteten“ Geschmack verleiht. Dieses komplexe Reaktionsnetzwerk ist eine spannende Achse unserer Forschung, da es für die Qualität von Lebensmitteln, den Geschmack sowie die Entwicklung neuer bioaktiver Moleküle von Interesse für die Gesundheit ist.

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

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