Ученые совершили революционное открытие для производства пива

Генные инженеры научили дрожжи охмелять пиво.

Для многих любителей пива горький вкус и отличительный хмельной аромат являются важнейшими атрибутами любимого напитка. Но хмель обходится очень дорого, его производство ежегодно только в Соединенных Штатах потребляет 100 миллиардов литров воды. Чтобы обойти эти проблемы, ученые выяснили, как заварить «хмельное» пиво без использования... хмеля.

Биоинженеры создали генетически модифицированные дрожжи, которые синтезируют ароматические компоненты хмеля – терпеновые спирты гераниол и линалоол. В процессе приготовления пива с этими дрожжами хмель можно не добавлять, что значительно удешевляет и упрощает процесс производства. Двойное слепое тестирование экспериментальной партии напитка показало, что такое пиво обладает даже более выраженным вкусом и ароматом, чем американский эль, приготовленный традиционным способом.

Научная статья с описанием разработки дрожжевых штаммов и их тестирования опубликована в Nature Communications.

Хмель придает пиву характерную горечь и аромат. Чтобы добиться нужного вкуса, хмель добавляют в сусло в процессе варки, а для придания аромата – на более поздних стадиях приготовления напитка; эту процедуру называют охмелением пива. Существует множество сортов хмеля, которые отличаются концентрацией ароматических компонентов. Однако даже в пределах одного сорта возможен разброс в содержании эфирных масел, и это одна из причин, почему характеристики пива бывает сложно стандартизировать.

Ароматическая фракция хмеля содержит множество компонентов, однако исследователи установили, что основной вклад в охмеление пива, по крайней мере, для сортов, популярных среди американских пивоваров, вносят две молекулы из класса терпенов – гераниол и линалоол. Эти вещества образуются из одного предшественника с участием двух разных ферментов-синтаз.

Биоинженеры из университета Калифорнии и института биоэнергетики в Эмеривилле (США) в сотрудничестве с калифорнийской пивоваренной компанией Lagunitas разработали технологию, позволяющую охмелять пиво без использования хмеля. Для этого в геном промышленного штамма дрожжей, используемого в пивоварении, встроили гены ферментов синтеза гераниола и линалоола. Кроме того, исследователи научились регулировать экспрессию этих генов, чтобы направленно изменять вкусовые качества пива.

Так как ферменты, участвующие в синтезе этих терпенов, непосредственно в хмеле до сих пор не идентифицированы, ученые проверили несколько генов синтаз линалоола и гераниола из других ароматных растений. Оказалось, что достаточный уровень активности в клетках дрожжей для двух этих веществ проявляет укороченная версия фермента из мяты и полноразмерный фермент из базилика. Для того, чтобы обеспечить синтез предшественника терпенов, биоинженерам пришлось также сверхэкспрессировать несколько собственных ферментов дрожжей. Для интеграции генетических кассет в ДНК дрожжей исследователи использовали систему CRISPR-Cas9.

Чтобы протестировать новую технологию на деле, авторы работы приготовили с каждым из штаммов небольшую опытную партию пива без использования хмеля. Для приготовления контрольных «традиционных» партий использовали хмель сорта Каскад с пяти разных американских ферм. Сравнение пива показало, что использование хмеля из разных мест приводит к разбросу в концентрациях терпенов, и, следовательно, к вариациям вкуса напитка. В то же время использование модифицированных дрожжей давало более стабильный результат.

В финальном эксперименте исследователи приготовили американский эль по классическому рецепту с использованием технологии «сухого охмеления», когда хмель добавляют в пиво уже на стадии брожения, либо с генетически модифицированными дрожжами. Дегустаторы в двойном слепом тестировании не заметили значимой разницы между наличием или отсутствием «сухого охмеления», однако опытное пиво, приготовленное с модифицированными дрожжами, явно отличалось хмельным ароматом.

Слева: сравнение выраженности "хмелевой компоненты" пива, приготовленного с использованием родительского штамма WLP001 или с тремя его генно-модифицированными производными (JBEI). Справа: сравнение пива, приготовленного с технологией сухого охмеления (ID dry hop) или без нее (WA dry hop) с пивом, приготовленным с использованием модифицированного штамма JBEI. Звездочка обозначает статистически значимое различие.

Исследователи признают, что наиболее полный вкусовой букет напитка может достигаться за счет других ароматических компонентов хмеля. Тем не менее, предложенная технология генной модификации дрожжей позволяет добавлять нужные пути синтеза в промышленные штаммы, и таким образом, дополнять вкус пива.

Впрочем, ученые показали, что вкус пива может субъективно улучшить даже подходящая музыка, сопровождающая процесс распития напитка.