Hmelj, ena ključnih sestavin piva, daje pijači njeno značilno aromo, stabilnost in grenkobo. Ženski cvetovi hmelja so prekriti z drobnimi žleznimi trihomi, kjer nastajajo in se shranjujejo snovi, ki skupaj določajo okus in kakovost piva. Med njimi so terpeni, ki ustvarjajo aromo, ksanthohumol z antioksidativnimi učinki ter α-grenke kisline, ki so glavni vir grenkobe.
„Te spojine so zgodovinsko služile kot naravni konzervansi, ki so podaljšali rok trajanja piva že dolgo pred pojavom sodobnih tehnologij,“ so pojasnili raziskovalci z Inštituta za genetiko in razvojno biologijo (IGDB) pri Kitajski akademiji znanosti.
Čeprav so znanstveniki že poznali večino poti biosinteze α-grenkih kislin, je encim α-BAS, odgovoren za zadnji korak nastajanja teh spojin, dolgo ostal nepojasnjen. Kljub identifikaciji več kandidatnih genov funkcionalnega potrjevanja več kot desetletje ni bilo.
Raziskovalna skupina pod vodstvom prof. Wanga Guodonga je razvila natančno metodo analize s tekočinsko kromatografijo in masno spektrometrijo (LC-MS), ki omogoča razlikovanje med dvema kiralnima oblikama α-grenkih kislin – 6S in 6R.
Kot so zapisali v reviji Plant Communications, je njihova analiza pokazala, da žlezni trihomi hmelja kopičijo predvsem α-grenko kislino tipa 6S, ki določa prepoznaven okus piva. Nadaljnje preiskave so razkrile, da se predhodna spojina – deoksi-α-grenka kislina – na zraku spontano oksidira, kar vodi v mešanico obeh oblik.
„Ta spontana reakcija je dolgo ovirala poskuse potrditve prave funkcije encima,“ so pojasnili raziskovalci. Z uvedbo heterolognega ekspresijskega sistema kvasovk jim je uspelo preizkusiti več kot deset kandidatnih genov in potrditi, kateri dejansko povzroča tvorbo prave spojine.
HlMO18 – encim, ki ustvarja okus
Rezultati so razkrili, da encim HlMO18 katalizira oksidacijo deoksi-α-grenkih kislin v pretežno obliko 6S, odgovorno za značilno hmeljevo grenkobo. Ekipa je opredelila tudi ključne aminokislinske ostanke, ki so bistveni za delovanje encima.
„Naše mehanistične analize so pokazale, da sintaza α-grenkih kislin tipa 6S tvori presnovni kompleks z drugimi encimi v zgornjem delu žleznih trihomov, kar pojasnjuje, zakaj se v hmelju kopiči skoraj izključno ta oblika,“ so poudarili raziskovalci.
S tem so dokončali biosintetski zemljevid α-grenkih kislin in pojasnili, kako nastajajo tri ključne aromatične spojine hmelja, ki skupaj ustvarjajo njegov prepoznaven okus.
Znanstveniki načrtujejo, da bodo pridobljeno znanje uporabili pri razvoju novih metod v sintetični biologiji. Cilj je zasnovati industrijske seve kvasovk, ki bodo sposobni proizvajati hmelju podoben okus brez potrebe po sami rastlini.
„Na ta način bi lahko ustvarili pivo s pristnim hmeljevim značajem, vendar brez uporabe hmelja kot surovine,“ so navedli pri IGDB. Takšen pristop bi lahko znižal proizvodne stroške in omogočil izdelavo okusa po meri, kar bi predstavljalo pomemben korak naprej v inovacijah pivovarske industrije.
Foto: Jan Piatkowski/Unsplash
