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

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

Die Menschen machen seit Jahrtausenden Bier, und die grundlegende Chemie des Brauens ist gut verstanden. Aber dank fortschrittlicher Analysetechniken lernen die Wissenschaftler immer mehr über die vielen verschiedenen chemischen Verbindungen, die zum Geschmack und Aroma verschiedener Biersorten beitragen. Die neueste solche 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 aktuelles Papier Veröffentlicht in Frontiers in Chemistry. Und sie taten es mit einer neuen Methode, die eine Probe in nur 10 Minuten analysieren konnte.

„Bier ist ein Beispiel für enorme chemische Komplexität“, Co-Autor Philip Schmidt Coplin sagte: von der Technischen Universität München und dem Helmholtz-Zentrum München. “Dank der jüngsten Verbesserungen in der analytischen Chemie, die in ihrer Stärke mit der kontinuierlichen Revolution in der Video-Display-Technologie mit immer höherer Auflösung vergleichbar sind, können wir diese Komplexität in noch nie dagewesenen Details aufdecken. Heute ist es leicht, kleine chemische Unterschiede in Lebensmitteln zu verfolgen.” Produktionsprozess, um die Qualität zu erhalten oder versteckte Betrugsfälle aufzudecken.

Wie ich bereits schrieb, enthalten alle Biere Pflanzenstoffe, einen wichtigen Aromastoff, der auch nützliche antimikrobielle Eigenschaften verleiht. Um Bier herzustellen, zerstampfen Brauereien die Körner und weichen sie in heißem Wasser ein, wodurch all diese Stärke in Zucker umgewandelt wird. Dies ist der traditionelle Schritt, bei dem Hopfen dem Flüssigextrakt (Malzwürze) zugesetzt und gekocht wird. Dadurch wird ein Teil der Harze (Alphasäuren) des Hopfens in Iso-Alphasäuren umgewandelt, wodurch eine bittere Note entsteht. Dann wird Hefe hinzugefügt, um die Gärung anzuregen und den Zucker in Alkohol umzuwandeln. Einige Handbrauereien bevorzugen Trockenhopfen – Hopfen wird während oder nach der Gärung zugegeben, nachdem die Malzwürze abgekühlt ist. Sie tun dies, um die flüchtigen Aromen zu verstärken, ohne zu bitter zu werden, da keine Isomerisierung von Alphasäuren stattfindet.

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In den letzten Jahren wurden in einer Reihe von Studien verschiedene chemische Aspekte von Bier untersucht. Zum Beispiel a Studie 2019 Es wurde festgestellt, dass der raue Geschmack des späten Bieres größtenteils auf eine Verbindung namens (3.) zurückzuführen ist.NS) – Linalool, das Zitrus- und Blumendüfte verleiht. Andere übliche aromatische Verbindungen sind Myrcen (das nach Geranie riecht) und nach Rosen duftendes Geraniol. Der bei weitem stärkste Duft im Hopfen ist der komplexe Spitzname 4-Mercapto-4-methylpentan-2-on (kurz: 4MMP); Es ist es, was einigen Craft-Bieren ihr unverwechselbares Aroma von schwarzen Johannisbeeren verleiht.

Um Brauern zu helfen, besser zu verstehen, wie man saure Biere mit ihren ausgeprägten komplexen Aromen entwickelt, haben Chemiker der University of Redlands in Kalifornien die verschiedenen chemischen Verbindungen verfolgt, die zu dieser Aromabildung beitragen, und beobachtet, wie sich ihre Konzentrationen im Laufe der Zeit während des Alterungsprozesses ändern . Mittels Kernspinresonanzspektroskopie untersuchten sie den Gehalt an Essigsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure, die alle als Gärhefe produziert werden und zum unverwechselbaren Geschmacksprofil von Sauerbier beitragen. Chemiker haben auch Flüssigchromatographie und Flugzeit-Massenspektrometrie verwendet, um Veränderungen in Spurenstoffen zu identifizieren und zu verfolgen, die auch zum Gesamterscheinungsbild des Aromas beitragen können, wie beispielsweise Phenole oder Vanillin.

Und Anfang des Jahres haben wir über die Arbeit deutscher Wissenschaftler berichtet Wer hat … erfunden Eine automatisierte und effektive Methode zur Messung und Verfolgung der Wirkung von Aromaten heißt tölpel (oder zwei mercaps). Zu diesen Verbindungen zählen das bereits erwähnte 4MMP sowie 3-Mercapto-1-hexanol (3MH) und 3-Mercaptohexylacetat (3MHA), die die Aromen von Grapefruit bzw. Maracuja/Guave verleihen.

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

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Aber viele andere Biere werden heute durch viele verschiedene Gärprozesse und Rohstoffe hergestellt. Es gibt sowohl Weizenbier als auch Bier, das aus anderen gemälzten Getreidesorten wie Mais und Reis hergestellt wird. Reis ist der Schlüssel zum Brauen von indischem Reisbier (Nichts) und glutenfreies Bier zum Beispiel, wobei die Brauer letzterem karamellisiertes Reismalz hinzufügen, um ein reicheres Aroma und eine bernsteinfarbene Farbe zu erhalten.

Massenspektroskopisches Ähnlichkeitsnetzwerk chemischer Verbindungen in Bier.
Zoomen / Massenspektroskopisches Ähnlichkeitsnetzwerk chemischer Verbindungen in Bier.

SA PICzonka et al., 2021

Für ihre Analyse hat Schmitt-Kopplin et al. Er unterzog 400 Bierproben – gekauft in örtlichen Lebensmittelgeschäften –, die aus der ganzen Welt (den Vereinigten Staaten, Lateinamerika, Europa, Afrika und Ostasien) gebraut wurden, zwei sich ergänzenden Massenspektrometrietechniken. Sie verwendeten die erste Methode, um die chemische Vielfalt von Bier zu bestimmen und die chemischen Formeln der Ionen in diesem Bier vorherzusagen. Mit der zweiten Technik fanden sie die genaue Molekülstruktur in einer Teilprobe von 100 Bieren heraus. Außerdem konnten sie das gesamte Stoffwechselnetzwerk der komplexen Wechselwirkungen, die während des Fermentationsprozesses auftreten, rekonstruieren.

Die Ergebnisse: Das Team identifizierte mehr als 7.700 chemische Formeln, die jeweils bis zu 25 verschiedene Molekülstrukturen enthalten. Jedes Bier enthält also Zehntausende einzigartiger Moleküle, die zu seinem unverwechselbaren Geschmack, Aroma und anderen wünschenswerten Eigenschaften beitragen. Es ist ein tieferer Einblick in die beeindruckende chemische Vielfalt gängiger Bierstile, von Ale und Craft Beer bis hin zu Abbey und Nut Ale (ob nur aus Gerste oder einer Mischung aus Gerste mit Weizen, Reis und Mais gebraut). Darüber hinaus konnte das Team Biere, die mit Weizen, Mais und Reis fermentiert wurden, von solchen unterscheiden, die nur mit Gerste fermentiert wurden.

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„Wir zeigen, dass diese Vielfalt aus der Vielfalt von Rohstoffen, Verarbeitung und Fermentation entsteht“, Co-Autor Stefan Beszonka sagte, Doktorand an der Technischen Universität München. Die molekulare Komplexität wird dann durch eine sogenannte „Mallard-Interaktion” zwischen Aminosäuren und Zucker verstärkt, die auch Brot, Steaks und gerösteten Marshmallows ihren „gegrillten” Geschmack verleiht. Dieses komplexe Interaktionsnetzwerk ist ein spannender Schwerpunkt unserer Forschung, da es so wichtig ist, Lebensmittelqualität und -geschmack sowie bei der Entwicklung neuer biologisch aktiver Moleküle von Bedeutung für die Gesundheit.“

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