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

Ein kalter, frostiger Krug Bier.
vergrößern / Deutsche Chemiker kombinierten zwei sich ergänzende Massenspektrometrietechniken, 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. 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 derartige Analyse stammt von einem Team deutscher Wissenschaftler, die mehr als 400 kommerzielle Biere aus 40 Ländern analysiert haben. Die Wissenschaftler identifizierten laut den Forschern mindestens 7.700 verschiedene chemische Formeln und Zehntausende einzigartiger Moleküle 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 dank der jüngsten Fortschritte in der analytischen Chemie, die in ihrer Stärke mit der fortschreitenden Revolution in der Technologie zunehmend hochauflösender Videodisplays vergleichbar sind, können wir diese Komplexität in noch nie dagewesenen Details aufdecken. Heute ist es leicht zu erkennen, dass kleine Variationen in der Chemie das Lebensmittel verfolgen.” Produktionsprozess, um die Qualität zu sichern oder versteckte Fälschungen aufzudecken.”

Wie ich bereits geschrieben habe, enthält jedes Bier Hopfen, einen wichtigen Geschmacksstoff, der auch hilfreiche antimikrobielle Eigenschaften verleiht. Um Bier herzustellen, pürieren Brauer Getreide und gießen es in heißes Wasser, das all diese Stärke in Zucker umwandelt. Dies ist traditionell die Stufe, in der Hopfen dem flüssigen Extrakt (Würze) zugesetzt und gekocht wird. Dadurch wird ein Teil der Harze (Alphasäuren) im Hopfen in Iso-Alphasäuren umgewandelt, was dem Bier einen bitteren Geschmack verleiht. Dann wird Hefe hinzugefügt, um die Gärung einzuleiten, die den Zucker in Alkohol umwandelt. Einige Craft Brewer bevorzugen die Trockenhopfung: Hopfen wird während oder nach der Gärung zugegeben, nachdem die Würze abgekühlt ist. Sie tun dies, um die Hopfenaromen zu verstärken, ohne übermäßige Bitterkeit zu bekommen, da keine Isomerisierung der Alphasäuren stattfindet.

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Eine Reihe von Studien haben in den letzten Jahren verschiedene chemische Aspekte von Bieren untersucht. Zum Beispiel ein Studie 2019 entdeckte, dass der hopfige Geschmack von spät gehopften Bieren hauptsächlich auf eine Verbindung namens (3R)-Linalool, das Zitrus- und Blumennoten verleiht. Andere übliche aromatische Verbindungen sind Myrcen (das nach Geranien riecht) und nach Rosen duftendes Geraniol. Der mit Abstand stärkste Geruchsstoff im Hopfen ist der komplizierte Name 4-Mercapto-4-methylpentan-2-on (kurz: 4MMP); es ist es, was bestimmten Craft-Bieren das unverwechselbare Aroma der schwarzen Johannisbeere verleiht.

Um Brauern zu helfen, besser zu verstehen, wie saure Biere ihre charakteristischen komplexen Aromen entwickeln, verfolgten Chemiker der University of Redlands in Kalifornien mehrere chemische Verbindungen, die zu diesen Geschmacksprofilen beitragen, und untersuchten, wie sich ihre Konzentrationen im Laufe der Zeit während des Brauprozesses ändern. Mit NMR-Spektroskopie untersuchten sie den Gehalt an Essig-, Milch- und Bernsteinsäure, die alle bei der Hefefermentation entstehen und zum unverwechselbaren Geschmacksprofil eines Sauerbiers beitragen. Die Chemiker verwendeten auch Flüssigkeitschromatographie und Flugzeit-Massenspektrometrie, 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 … erfunden? eine automatisierte, effiziente Methode zur Messung und Verfolgung von Spurenaromen namens Thiole (oder Mercaptane). Diese Verbindungen umfassen das obige 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 Stoffwechseleigenschaften verschiedenster Biere. Deutsche Brauer unterliegen dem Reinheitsgebot aus dem Jahr 1516 (obwohl es in späteren Jahrhunderten geändert wurde). Das heißt, sie dürfen in ihren Bieren nichts außer Malz, Hopfen, Wasser und Hefe verwenden.

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Aber viele andere Biere werden heute durch andere Brauprozesse 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 glutenfreie Biere zum Beispiel, bei denen die Brauer karamellisiertes Reismalz zu letzterem hinzufügen, um ein reicheres Aroma und eine bernsteinfarbene Farbe zu erhalten.

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

S. A. Pieczonka et al., 2021

Für ihre Analyse hat Schmitt-Kopplin et al. 400 Bierproben, die in lokalen Supermärkten gekauft wurden und aus der ganzen Welt (USA, Lateinamerika, Europa, Afrika und Ostasien) gebraut wurden, wurden zwei komplementären Massenspektrometrietechniken unterzogen. Sie verwendeten die erste Methode, um die chemische Vielfalt der Biere zu bestimmen und chemische Formeln für die Metaboliten in diesen Bieren vorherzusagen. Mit der zweiten Technik fanden sie die genaue Molekülstruktur in einer Teilprobe von 100 Bieren heraus. Aus den komplexen Reaktionen, die während des Brauprozesses ablaufen, konnten sie zudem ein ganzes Stoffwechselnetzwerk rekonstruieren.

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

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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 an 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 ‚gerösteten‘ Geschmack verleiht. Dieses komplexe Reaktionsnetzwerk ist ein spannender Schwerpunkt unserer Forschung. aufgrund seiner Bedeutung.” für Lebensmittelqualität, Geschmack und auch die Entwicklung neuer bioaktiver Moleküle, die für die Gesundheit wichtig sind.”

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

Verena Holland

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