The Benefits of GC/MS Coupled with a Headspace Trap to Monitor Volatile Organic Compounds in the Production of Beer

Význam tématu

Pivo je složitá matrice obsahující stovky těkavých organických sloučenin (VOC), které zásadně ovlivňují jeho chuť a aroma. Kvantifikace a charakterizace pozitivních a negativních VOC je klíčová pro vývoj produktu, řízení procesu fermentace a zajištění kvality finálního piva.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit, zda jediný analytický systém skládající se z headspace trapu, plynové chromatografie (GC) a hmotnostní spektrometrie (MS) dokáže rychle a spolehlivě analyzovat důležité VOC v pivu. Studie pokrývá kvantifikaci pěti modelových sloučenin, profilaci různých pivních vzorků, sledování fermentačního průběhu, analýzu surovin a stárnutí piva.

Použitá metodika a instrumentace

Pro koncentraci VOC byl použit TurboMatrix HSTrap (80 °C, 20 min) s GC systémem Clarus 680 a detektorem Clarus SQ 8 MS (scan 35–350 amu, SIM/FS). Kolona Elite-5MS (60 m × 0,25 mm × 1,0 µm) nebo Elite 624 Sil (60 m × 0,25 mm × 1,4 µm). Podmínky headspace: vial 80 °C, transfer 140 °C, sušicí purge 7 min, trap 30→260 °C. Vzorek: 5 mL piva do crimp vialu, direct HS injection.

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrace pěti sloučenin (acetaldehyd, DMS, diacetyl, pentandion, t-2-nonenal) prokázala výbornou linearitu (r2 > 0,999) a detekční limity 5–40 ppb. Charakterizace American pale ale odhalila desítky VOC, odlišné profile byly získány i u konkurenčních vzorků. Během osm dní fermentace se specifická gravitace snižovala na 1,012 za 100 h, diacetyl klesal do nepatrných hodnot za 80 h, dimethyl sulfide za 30 h. Analýza chmelových vzorků a pomerančové kůry ukázala možnost předběžného screeningu surovin. Stárnutí vystavení světlu vedlo ke vzniku skunk-thiophenu a dalších nežádoucích sloučenin.

Přínosy a praktické využití metody

• Univerzální analýza VOC jedním chromatograficko-spektrometrickým systémem
• Úspora času a nákladů díky jediné přípravě a detektoru
• Podpora QC/QA procesů ve všech fázích výroby piva
• Optimalizace fermentace a výběru surovin před plným výrobním cyklem

Budoucí trendy a možnosti využití

• On-line monitoring fermentace a adaptivní řízení procesu
• Použití výkonnějších turbomolekulárních pump pro zvýšení citlivosti
• Rozšíření metodiky na jiné nápoje a potravinářské matice
• Integrace výsledků do modelů strojového učení pro predikci kvality

Závěr

Systém HS trap–GC/MS úspěšně umožňuje komplexní analýzu VOC v pivu s vysokou citlivostí a reprodukovatelností. Tato metoda podporuje objektivní hodnocení kvality piva a doplňuje tradiční chuťové posudky odborníků.

Reference

• Global beer consumption statistics, Brewers Association, 2015.
• Headspace Gas Chromatography–Flame Ionization Detection Analysis of Beer Volatiles, ASBC Methods of Analysis, 14th Ed.
• QC Applications of Headspace Sampling–GC Used in the Brewing Process, PerkinElmer Application Report.
• Using Science to Measure the Art of Beer Making, PerkinElmer Field Application Report.