科学家在啤酒中检测出数万种不同的分子 80%尚未在化学数据库中描述出来

巴比伦国王汉谟拉比（公元前1792年至1750年的统治）的法典，其第108至111条法律规范了啤酒的销售，表明几千年来人们一直急于通过立法保障啤酒的质量。例如，1516年的巴伐利亚"纯洁法"（Reinheitsgebot），通常被认为是世界上最古老的且仍然有效的一种审慎议定的食品法规，它的主要内容是只允许大麦、水和啤酒花作为酿造啤酒的原料（并以没收酒桶作为对违法行为的惩罚）。

现在，在《化学前沿》的一项最新研究中，啤酒的科学被提升到一个新的水平。来自德国的科学家使用最先进的分析方法，揭示了世界各地商业啤酒的代谢复杂性--数以万计的不同分子。

"啤酒是巨大化学复杂性的一个例子。由于最近分析化学的改进，与正在进行的分辨率不断提高的视频显示技术的革命相比，我们可以以前所未有的细节揭示这种复杂性。"慕尼黑工业大学综合食品组学平台和慕尼黑亥姆霍兹中心分析生物地球化学研究单位负责人Philippe Schmitt-Kopplin教授说："今天，我们很容易追踪整个食品生产过程中化学成分的微小变化，以保障质量或检测隐藏的掺杂物。"

Schmitt-Kopplin及其同事使用两种强大的方法：直接灌注式傅立叶变换离子回旋共振质谱（DI-FTICR MS）和超高效液相色谱四极杆飞行时间质谱（UPLC-ToF-MS）来揭示美国、拉丁美洲、欧洲、非洲和东亚酿造的467种啤酒中的全部代谢物。这些啤酒包括常见的拉格啤酒、手工啤酒和修道院啤酒、顶部发酵啤酒，以及用大麦作为唯一的发酵淀粉来源或大麦加上小麦、大米和玉米（玉米）酿造的Gueuzes。

这些方法具有互补的优势。DI-FTICR-MS直接揭示了所有啤酒的化学多样性，并预测了其中代谢物离子的化学式。然后，作者在100种啤酒的子集上使用UPLC-ToF-MS来分析结果，并对可能的异构体进行解析。UPLC-ToF-MS使用色谱法首先分离具有相同质量的离子，并将质量离子碎片化为子离子，使得预测准确的分子结构成为可能。

作者将这些代谢物置于"化学空间"内，每个代谢物通过一个单一的反应与一个或多个其他的代谢物相联系，例如在分子骨架上添加甲氧基、羟基、硫酸盐或糖基，或将一个不饱和键变成一个饱和键。这产生了一个导致最终产品的代谢物网络的重建，包括近百个步骤，起点是来自原始谷物的分子，由氨基酸色氨酸合成。从这些分子中衍生出的次级代谢物是每种谷物所特有的。

作者发现了大约7700个具有独特质量和公式的离子，包括脂类、肽类、核苷酸、酚类、有机酸、磷酸盐和碳水化合物，其中大约80%在化学数据库中还没有描述。由于每个公式在某些情况下可能涵盖多达25个不同的分子结构，这意味着有数万个独特的代谢物。

"在这里，我们揭示了啤酒中巨大的化学多样性，有数万种独特的分子。我们表明，这种多样性起源于原材料、加工和发酵的多样性。然后，分子的复杂性被氨基酸和糖之间的所谓'Maillard反应'所放大，这种反应也使面包、肉排和烤棉花糖具有'烤'的味道。"第一作者、慕尼黑工业大学博士生Stefan Pieczonka总结说："这种复杂的反应网络是我们研究的一个令人兴奋的焦点，因为它对食品质量、风味以及对健康感兴趣的新型生物活性分子的发展具有重要意义。"