Aroma and Metabolite Analysis Using GC-MS and LC-MS and Approach to Craft Beer Development

Význam tématu

Aroma a metabolitická analýza pomocí GC-MS a LC-MS nabízejí objektivní a reprodukovatelné nástroje pro vývoj a kontrolu kvality pivních produktů. Cílené i necílené metabolomické metody umožňují komplexně popsat složení vzorků, nahradit částečně subjektivní senzorické hodnocení a urychlit inovace v malých řemeslných pivovarech.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na analýzu čtyř experimentálně připravených piv s různými kvasinkovými kmeny (dva komerční a dva divoké). Postup zahrnoval:

• Analýzu aromatických sloučenin GC-MS ve spojení s headspace trap módem.
• Cílenou metabolomiku GC-MS a LC-MS na společných vzorcích.
• Necílenou metabolomiku pomocí LC-QTOF pro detekci neznámých složek.
• Multivariační analýzu (PCA, volcano plot) pro identifikaci charakteristických markerů každého kvasinkového kmene.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky piva (5 g) byly uloženy s nasycením NaCl a analyzovány v trap módu HS-20 NX/GCMS-QP2020 NX. Pro cílenou metabolomiku:

• GC-MS (GCMS-TQ8040 NX) s MeOx-TMS derivatizací (Smart Metabolites Database Ver. 2).
• LC-MS (Nexera X3 + LCMS-8060NX) v režimu MRM (Method Package for Primary Metabolites Ver. 3).

Necílená metabolomika proběhla na systému Nexera X3 + LCMS-9050 (QTOF) v DDA režimu. Data vyhodnoceno softwary Signpost MS (spot sampling, PCA, volcano plot) a LabSolutions Insight Explore (putativní identifikace).

Hlavní výsledky a diskuse

Aroma analýza SCAN módem odhalila 100 sloučenin.

• PCA rozlišila komerční a divoké kmeny na první komponentě.
• Ve vzorku Wild Yeast 2 byly zvýšené hladiny p-vinylguaiacolu, styrenu a beta-damascenonu.

Metabolomika:

• GC-MS detekovalo 235 metabolitů, LC-MS 104, celkem 278 unikátních.
• PCA pro GC-MS i LC-MS opět oddělila divoké a komerční kvasinky.
• Volcano plot ukázal u Wild Yeast 2 vysoké hladiny laktitolu, maltózy a nízké hladiny isoleucinu a valinu.

Necílená QTOF analýza extrahovala 4309 iontů. Putativně identifikovaná sloučenina A (m/z 193,0503) odpovídala kyselině ferulové, klíčové pro biosyntézu p-vinylguaiacolu.

Přínosy a praktické využití metody

Integrace aroma a metabolomických dat umožňuje:

• Rychlé třídění a sledování klíčových sloučenin v aroma a metabolomu.
• Optimalizaci složení surovin a kvasinek v řemeslné výrobě.
• Objektivní korelaci analytických výsledků a senzorického profilu.
• Podporu marketingu pomocí vizualizace aroma fingerprintu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se nástup plně integrovaných multi-omics platforem s umělou inteligencí pro predikci aroma a chuti, online QTOF analýzu v reálném čase a rozšíření databází aroma a metabolitů o nové biotechnologické kmeny.

Závěr

Kombinace GC-MS a LC-MS cílené i necílené metabolomiky spolu s multivariačními nástroji poskytuje hluboký vhled do aroma a metabolického profilu piv. Využití těchto metod podpořilo vývoj nového belgického IPA piva KOCHO s vyváženou chutí a výrazným kořeněným aroma.

Reference

1. Multi-omics Analysis Package, Shimadzu Corporation, dostupné na webu výrobce.
2. Nakasuji Y. et al. GC-MS a LC-MS analýza hepatitického modelu, Application Note 22104.
3. Pretreatment Procedure Handbook for Metabolite Analysis, Shimadzu Corporation, JPZ20003.