Beer Analysis Applications Notebook - Solutions for the Complete Brewing Process

Význam tématu

Pivo je nejrozšířenějším alkoholickým nápojem na světě a jeho kvalita závisí na přesné kontrole surovin i procesu výroby.
Analytické metody pro měření hořkosti, cukrů, organických kyselin, síry, polyfenolů a mnoha dalších parametrů zajišťují opakovatelnost receptury, stabilitu chuti a splnění legislativních norem.

Cíle a přehled studie/článku

Článek představuje komplexní řešení Thermo Scientific™ pro analytiku piva v celém výrobním procesu:

• Diskretní fotometrie pro rychlé stanovení hořkosti, beta-glukanů, volného aminového dusíku, SO₂, polyfenolů a barvy piva.
• GC a GC-MS metody pro analýzu vicinálních diketonů a sledování karcinogenních nitrosaminů.
• Iontově chromatografické techniky pro stanovení sacharidů, organických i anorganických iontů, biogenních aminů a kvality vody.
• Kapalinová chromatografie (HPLC/UHPLC) pro cílené i nekonvenční analýzy polyfenolů, chalcenoidů, hořkých kyselin (iso-α-kyselin), metabolomiku a rychlé testy isohumulonů.

Použitá metodika

Fyzikálně-chemické metody kombinují:

• Diskretní fotometrické analyzátory s automatickým předzpracováním vzorků.
• Hlavičkovou extrakci („headspace“) pro GC detekci těkavých sloučenin.
• Reagent-Free™ iontovou chromatografii s elektrolyticky generovaným eluovadlem.
• UHPLC systémy s on-line SPE pro minimalizaci manuálních kroků a zvýšení throughput.

Použitá instrumentace

• Gallery™ Plus Beermaster – automatizovaný fotometrický analyzátor pro až 350 testů/hod.
• TRACE™ 1310 GC s headspace TriPlus 300 a split/splitless injektorem, ECD, TSQ 8000 Triple Quad GC-MS/MS.
• Dionex™ ICS-5000+ a ICS-4000 RFIC HPIC systémy s IonPac™ a CarboPac™ kolonkami.
• UltiMate™ 3000 HPLC/UHPLC a Vanquish™ UHPLC systémy se SR-3400, DAD-3000 a CoulArray™ detektory.
• Hypersil GOLD a Acclaim 120 kolony pro cílené a rychlé separace hořkých kyselin.

Hlavní výsledky a diskuse

• Hořkost (iso-α-kyseliny): metoda s pevnou fází a měřením při 275 nm koreluje s referenčním iso-oktanačním testem, rychlost cca 7 min.
• Beta-glukany: nová fotometrie (405 nm) pro frakce >10 kDa, lineárnost 15–500 mg/L, CV <2 %.
• FAN (NOPA vs. EBC): rychlá dvoureagentní metoda s korelací R²=0,99, CV 2–3 %.
• Celkové SO₂ (DTNB): lineární rozsah 2–50 mg/L, CV <1,5 %, dobrá shoda s para-rosanilinovou metodou.
• Polyfenoly: adaptace EBC/MEBAK, reportování jako ekvivalent kyseliny galové, recovery 94–106 %, CV <2,4 %.
• Barva piva: fotometrie při 430 nm, měřicí rozsah 5–50 EBC, CV <0,15 %.
• Vicinální diketony: headspace GC-ECD bez chlazení, detekce 2,3-butandionu a 2,3-pentandionu.
• Nitrosaminy: GC-MS/MS v MRM režimu, citlivost na ng/L úrovni.
• Sacharidy a oligosacharidy: IC-PAD separace glukózy až dekasaacharidů.
• Organické a anorganické ionty: RFIC-IC pro kyseliny i kationty, příklady municipální vody a biogenních aminů v pivu.
• Metabolomika: PCA analýza EC a UV dat rozlišila různé pivní styly.
• Rychlý LC-SPE-UV test isohumulonů: separace šesti cis/trans variant a hydrorafinovaných forem pod 10 min.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace integrovaných systémů zkracuje dobu analýzy, snižuje chybovost a náklady na reagencie, minimalizuje zásahy obsluhy i ekologickou zátěž a umožňuje monitorovat klíčové parametry v reálném čase.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozvoj UHPLC s vysokotlakými ventily a on-line SPE pro ultrarychlé a vysoce selektivní testy.
• Metabolomika a chemometrické přístupy pro autentizaci vzorků a predikci stability chuti.
• Integrace s LIMS a eWorkflow šablonami pro automatizovanou správu dat.
• Vývoj senzitivnějších detektorů (např. HR-MS) pro sledování stopových kontaminantů.

Závěr

Prezentované kompletní portfolio metod pokrývá všechny fáze výroby piva od surovin až po finální produkt. Díky modularitě a vysoce citlivým detektorům lze dosáhnout vysoké přesnosti, reprodukovatelnosti i rychlosti, což přispívá k optimalizaci výroby a zajištění konstantní kvality.

Reference

• Achilli G., Cellerino G., Gamache P., Melzi d’Eril G. Identification and determination of phenolic constituents in natural beverages and plant extracts by means of a coulometric electrode array system. J. Chromatogr. 632, 111–117 (1993).
• Bernwieser I., Patzold R., Galensa R., Sontag G. HPLC mit coulometrischer elektroden-array-detektion: Bestimmung von 1-O-trans-p-cumaraoylglycerol in sorghumhirse, mais und bier. Z. Lebensm. Unters. Forsch. 198, 40–43 (1994).
• Floridi S., Montanari L., Marconi O., Fantozzi P. Determination of Free Phenolic Acids in Wort and Beer by Coulometric Array Detection. J. Agric. Food Chem. 51, 1548–1554 (2003).
• Jandera P., Skeifíková V., Rehová L., Hájek T., Baldriánová L., Skopová G., Kellner V., Horna A. RP-HPLC analysis of phenolic compounds and flavonoids in beverages and plant extracts using a CoulArray detector. J. Sep. Sci. 28, 1005–1022 (2005).
• Kac J., Vovk T. Sensitive electrochemical detection method for alpha-acids, beta-acids and xanthohumol in hops (Humulus lupulus L.). J. Chromatogr. B 850(1–2), 531–537 (2007).
• Madigan D., McMurrough I., Smyth M. Determination of proanthocyanidins and catechins in beer and barley by high-performance liquid chromatography with dual-electrode electrochemical detection. Analyst 119, 863–867 (1994).
• Nardini M., Natella F., Scaccini C., Ghiselli A. Phenolic acids from beer are absorbed and extensively metabolized in humans. J. Nutr. Biochem. 17(1), 14–22 (2006).
• Rehová L., Skeifíková V., Jandera P. Optimization of gradient HPLC analysis of phenolic compounds and flavonoids in beer using a CoulArray detector. J. Sep. Sci. 27, 1345–1359 (2004).
• Heidorn M. Fast Determination of Iso-alpha-Acids in Untreated Beer Samples with Specific Separation into cis- and trans-Isomers. J. Am. Soc. Brew. Chem. (2013).