德国化学家确定啤酒中超过7700种不同的化学配方

据外媒报道，人们酿造啤酒已经有几千年的历史了，发酵的基本化学原理已被充分了解。但是，由于先进的分析技术，科学家们继续了解更多关于许多不同的化合物，这些化合物有助于不同种类的啤酒的味道和气味的形成。最新的此类分析是由一个德国科学家团队提供的，他们分析了来自40个国家的400多种商业啤酒。根据最近发表在《化学前沿》杂志上的一篇论文，科学家们确定了至少7700个不同的化学配方和数万个独特的分子。

而且他们用一种新的方法做到了这一点，这种方法可以在短短10分钟内分析出一个样品。

慕尼黑工业大学和慕尼黑亥姆霍兹中心的合著者Philippe Schmitt-Kopplin说：“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。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。”

所有的啤酒都含有啤酒花，这是一种关键的调味剂，也赋予了有用的抗菌特性。为了制造啤酒，酿酒师在热水中捣碎和浸泡谷物，将所有的淀粉转化为糖。传统上，这是啤酒花被添加到液体提取物（麦芽汁）中并煮沸的阶段。这将使啤酒花中的一些树脂（α酸）变成异α酸，产生啤酒的一丝苦味。然后加入酵母来触发发酵，将糖分变成酒精。一些精酿啤酒商喜欢在发酵阶段或之后，在麦芽汁冷却后加入干啤酒花。他们这样做是为了增强啤酒花的味道，而不会产生过多的苦味，因为没有α酸的异构化。

近年来的一些研究对啤酒的不同化学方面进行了调查。例如，2019年的一项研究发现，晚期啤酒的啤酒花味道主要是由于一种叫做(3R)-芳樟醇的化合物，它赋予了柑橘和花香。其他常见的芳香化合物包括肉豆蔻和玫瑰香味的天竺葵醇。到目前为止，啤酒花中最有力的气味剂是复杂的4-巯基-4-甲基戊-2-酮（简称4MMP）；它使某些手工啤酒具有独特的黑醋栗香味。

为了帮助酿酒师更好地了解酸啤酒是如何形成其独特的复杂味道的，加州雷德兰兹大学的化学家们一直在跟踪有助于这些味道的各种化合物，监测它们的浓度在陈酿过程中如何随时间变化。利用核磁共振光谱，他们研究了醋酸、乳酸和琥珀酸的水平，所有这些都是在酵母发酵过程中产生的，有助于形成酸啤酒的独特风味。化学家们还使用了液相色谱法和飞行时间质谱法来识别和跟踪微量化合物的变化，这些微量化合物也可能有助于整体风味特征，如酚类或香兰素。

今年早些时候，德国科学家设计了一种自动、有效的方法来测量和跟踪被称为硫醇的微量香味化合物。这些化合物包括前面提到的4MMP以及3-巯基-1-己醇（3MH）和3-巯基-1-己醇醋酸酯（3MHA），它们分别赋予葡萄柚和番石榴的香气。

慕尼黑工业大学的Schmitt-Kopplin及其同事的这项最新研究侧重于不同淀粉来源对各种啤酒的代谢特征的影响。德国啤酒商受《Purity Law》的约束，该法可以追溯到1516年（尽管在后来的几个世纪中进行了修订）。这意味着除了麦芽、啤酒花、水和酵母，他们不能在啤酒中使用任何东西。

但今天的许多其他啤酒是通过几种不同的酿造工艺和原料生产的。有小麦啤酒，也有用玉米和大米等其他麦芽谷物生产的啤酒。例如，大米是酿造印度大米啤酒（zutho）和无麸质啤酒的关键，酿酒师在后者中加入焦糖大米麦芽以获得更丰富的香气和琥珀色。

为了进行分析，Schmitt-Kopplin等人将400个来自世界各地（美国、拉丁美洲、欧洲、非洲和东亚）的啤酒样品--从当地杂货店购买--进行了两种互补的质谱分析技术。他们使用第一种方法来确定啤酒的化学多样性，并预测这些啤酒中代谢物离子的化学式。他们使用第二种技术来弄清100种啤酒的子样本中的确切分子结构。他们还能够重建一个在酿造过程中发生的复杂反应的完整代谢网络。

结果：研究小组确定了超过7700个化学公式，每个公式有多达25个不同的分子结构。因此，任何给定的啤酒将有数以万计的独特分子，有助于其独特的味道、香气和其他理想的品质。这是迄今为止对流行啤酒风格的令人印象深刻的化学多样性的最深入研究，从拉格啤酒和精酿啤酒到修道院啤酒等（无论是单独由大麦酿造，还是由大麦与小麦、大米和玉米的组合）。此外，研究小组还能够区分用小麦、玉米和大米酿造的啤酒与只用大麦酿造的啤酒。

“我们表明，这种多样性起源于原料、加工和发酵的多样性，”共同作者、慕尼黑工业大学的研究生Stefan Pieczonka说。“分子的复杂性随后被氨基酸和糖类之间的所谓'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。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。”