UV-VIS analýza horkosti a celkových sacharidov v pive

Úvod

Pivo je jedným z najobľúbenejších nápojov a z archeologických nálezov je zrejmé, že je najmenej 7 000 rokov staré. V priebehu niekoľkých storočí sa výroba piva stala priemyslom s obratom niekoľko miliárd US dolárov, v ktorom dominujú predovšetkým veľké nadnárodné spoločnosti. Nedávno sa však pozornosť obrátila smerom k menším remeselným pivovarom, ktoré uprednostňujú individuálny prístup prípravy piva. Správna výroba piva - aj maloobjemová–remeselná, aj veľkoobjemová - vyžaduje dobrú znalosť dostupných základných surovín a procesov za účelom vývoja nových značiek, ale aj zabezpečenia rovnorodosti výroby.

Ku kontrole kvality a chuti produktu pivovary používajú testy, ktoré preukazujú a udržujú konštantnú kvalitu výroby. Spoločnosti a vládne agentúry pracujú spoločne s cieľom stanoviť usmernenia pre testovanie konkrétnych parametrov dôležitých pre stanovenie kvality šarží, pričom obsah alkoholu je obvyklým parametrom, avšak stanovujú sa a zaznamenávajú ďalšie parametre, ako je počiatočná a konečná stupňovitosť, obsah sacharidov, bielkovín a polyfenolov a tiež horkosť a farba piva. Vybavenie potrebné pre testovanie môže zahŕňať „mokrú chémiu“, HPLC a ďalšie chromatografické techniky, ktoré nie sú lacné a vyžadujú erudovaný personál. Mnoho z týchto testov sa ale môže tiež uskutočniť za použitia pomerne jednoduchých a nenákladných metód UV-VIS spektroskopie.

Obr. 1: Thermo Scientific UV–VIS spektrofotometer série Evolution™ 200

Obr. 1 – Thermo Scientific UV–VIS spektrofotometer série Evolution™ 200

UV–VIS spektrometria

UV-viditeľná spektrometria je jednou z najzákladnejších techník pre testovanie rôznych materiálov. Rutinne sa používa na kvalitatívne aj kvantitatívne stanovenia rôznych analytov vrátane konjugovaných organických zlúčenín, komplexov prechodných kovov a biologických makromolekúl. Vzhľadom k jeho flexibilite, jednoduchému použitiu a bežnej prítomnosti spektrofotometrov v laboratóriách sa využíva UV-VIS spektrometria pre testovanie veľkého množstva parametrov dôležitých pre kontrolu kvality pri výrobe piva. Spoločnosti American Society of Brewing Chemists (ASBC), European Brewery Convention (EBC), Association of Official Analytical Chemists (AOAC) a ďalšie odborné spoločnosti stanovili a uvádzajú sériu metodík pre UV-VIS spektrometriu špecifických parametrov užitočných pri určovaní a kontrole kvality piva.

Obr. 2: Thermo Scientific™ Genesys™ 50 UV-VIS spektrofotometer

Obr. 2 – Thermo Scientific™ Genesys™ 50 UV-VIS spektrofotometer

Metódy UV–VIS spektrometrie používané pri analýze piva:

  • Celková absorbancia
  • Horké kyseliny chmeľu
  • Antokyanogény
  • Horkosť piva
  • Farba
  • Obsah diacetylu/VDK
  • Etanol
  • Voľný amino dusík (FAN)
  • Jód
  • Bielkoviny
  • Siričitany
  • Celkové sacharidy
  • Celkové polyfenoly

Kvalitatívna kontrola výroby piva je dôležitá tak z hľadiska technologického - zabezpečenie charakteristických parametrov produktu, ako aj z hľadiska legislatívneho - normalizované reportovanie a archivácia výsledkov analýz, čo je tiež dosť náročné.

Aby boli splnené špecifické požiadavky na prístroje, moderné UV-VIS spektrofotometre sú navrhnuté tak, aby ponúkali vysoký výkon, jednoduchú intuitívnu obsluhu, ale zároveň aby umožnili používateľom prispôsobiť ich špecifickým analytickým potrebám. Spektrofotometre Thermo Scientific série Evolution 200 spoločne so softvérom INSIGHT™ 2 a CUE™ spĺňajú tieto parametre a dovoľujú používateľom prispôsobiť vlastné pracovné postupy, od merania vzoriek až po analýzu získaných dát, a tak minimalizovať chyby a výrazne zvýšiť produktivitu.

Obr. 3: CUE™ softvér prispôsobený pre analýzu piva

Obr. 3 – CUE™ softvér prispôsobený pre analýzu piva

UV-VIS spektroskopia je ideálna pre analýzu viacerých parametrov, avšak tento aplikačný list popisuje metódy a výsledky stanovenia dvoch z nich: stanovenie horkosti a celkového obsahu sacharidov. Vzorky piva použité pre analýzy boli získané zo vzoriek zakúpených od Northern BrewerTM (Roseville, MN) a pripravené podľa interných noriem predajcu. Na analýzu boli použité vzorky pív: dark roasted Black IPA, dark Lakefront IBA, American Red Ale (Lakefront Fixed Gear) a pivo južného anglického štýlu Nut Brown Ale. Príprava vzoriek, analýza a výsledky oboch metód sú uvedené nižšie.

Experiment


Horkosť


Prídavok chmeľu prepožičiava pivu horkú chuť, čo je jednou z hlavných chuťových charakteristík piva. Isohumulony extrahované z chmeľových šišiek v priebehu varenia dodávajú pivu horkú chuť, ktorá je zvyčajne uvádzaná v International Bitterness Units (IBU). Konečná horkosť (IBU) produktu je určená okrem iného množstvom a druhom chmeľu, ale tiež dobou, kedy je chmeľ pridávaný. Navyše typ a množstvo sladu použitého pri príprave piva má vplyv na chuť piva. Táto základná chuťová charakteristika piva je samozrejme starostlivo kontrolovaná. Rôzne typy pív majú rozsah IBU v rozmedzí od cca 3 do 100 jednotiek. Všeobecnou metódou pre stanovenie IBU je extrakcia vzorky piva v izooktánu a stanovenie veľkosti píku pri 275 nm.

IBU boli stanovené podľa metódy ASBC pre určenie isohumulonu v pive. Vzorky štyroch druhov pív boli pripravené vliatím 10 ml piva do 50 ml centrifugačnej skúmavky a pridaním 1 ml 3N HCl a 20 ml izooktánu s 50 μl etylalkoholom. Táto zmes bola pretrepávaná 15 minút. Vzniknutá emulzia bola centrifugáciou rozdelená na organickú a vodnú časť. Časť hornej organickej vrstvy bola preliata do kyvety a analyzovaná pri 275 nm za použitia izooktánu/etylalkoholu ako blanku. Horkosť v IBU bola vypočítaná na základe rovnice:

Horkosť (IBU) = Abs275 x 50

Obrázok 4 ukazuje úplné spektrum štyroch testovacích vzoriek piva. Všimnite si, že medzi rozdielnymi vzorkami existuje značná variabilita, čo naznačuje veľký detekovateľný rozdiel v obsahu isohumulonu. Meranie pri 275 nm u vzoriek spolu s vypočítaným obsahom IBU sú uvedené v tabuľke 1.

Obr. 4: Horkosť piva pre rôzne vzorky piva

Obr. 4 – Horkosť piva pre rôzne vzorky piva

Obr. 5: IBU vzorky piva

Obr. 5 – IBU vzorky piva

Celkové sacharidy

Celkové sacharidy zahŕňajú jednoduché i komplexné cukry a dlhé molekuly škrobu. V pive sú primárnymi sacharidmi dextríny produkované čiastočnou hydrolýzou škrobu. Pri výrobe sladového jačmeňa sa aktivujú enzýmy, ktoré rozkladajú škroby na maltózu a iné jednoduché cukry. Zvyčajne sa tieto jednoduché cukry spotrebúvajú počas fermentácie, čo vedie ku konečnému produktu, ktorý by mal mať veľmi málo alebo žiadne zostávajúce jednoduché cukry. Zostávajúce vyššie cukry a škroby sú zásadné pre charakterizáciu typu a chuti piva. Napríklad vyšší obsah sacharid od hodnôt nižších ako 0,5 g/100 ml až po hodnoty vyššie ako 6 g/100 ml. UV-VIS analýza uhľovodíkov zahŕňa ich rozloženie kyselinou sírovou a následnú reakciu s fenolom. Celková analýza sacharidov bola vykonaná metódou ASBC BEER-41 (A). Vzorky piva boli zriedené 1:1000 a 2 ml alikvotne zriedených vzoriek boli umiestnené do 50 ml centrifugačných skúmaviek. Štandardný roztok 2% dextrózy bol zriedený rovnakým spôsobom. Jeden ml 5% fenolového roztoku bol pridaný do vzorky a štandardu a tie boli premiešané, potom bolo do skúmaviek pridaných 5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej, skúmavky boli uzavreté a znovu vo Vortexe premiešané po dobu 10 min, až do ustálenia farebnosti. Blank bol podobne pripravený použitím 2 ml vody.

Vzorky, štandard a blank boli merané pri 490 nm. Celkový obsah sacharidov (obr. 7) bol vypočítaný z rovnice:

Obr. 6: Rovnica

Obr. 6 – Rovnica

TC (g/100ml): celkový obsah sacharidov
AB: absorbancia blanku
AS: absorbancia vzorky
ASTD: absorbancia štandardu

*Poznámka: Absorbcia blanku sa odpočíta od všetkých štandardov a vzoriek v priebehu zberu dát.
Na obrázku 8 sú zobrazené spektrá vzoriek so zreteľným píkom pri 490 nm. Vypočítané celkové množstvo sacharidov pre vzorky v g/100 ml je uvedené na obrázku 9.

Obr. 7: Analýza celkového obsahu sacharidov v pive pomocou softvéru INSIGHT 2. Výsledky sa vzťahujú na prehľad výpočtu celkového obsahu sacharidov

Obr. 7 – Analýza celkového obsahu sacharidov v pive pomocou softvéru INSIGHT 2. Výsledky sa vzťahujú na prehľad výpočtu celkového obsahu sacharidov

Obr. 8: Celkový obsah sacharidov vo vzorkách piva

Obr. 8 – Celkový obsah sacharidov vo vzorkách piva

Obr. 9: Celkové sacharidy vo vzorkách piva

Obr. 9 – Celkové sacharidy vo vzorkách piva

Záver

Pre vykonanie analytických metód odporúčaných pre kvalitatívnu analýzu piva je možné efektívne použiť UV-VIS spektrometriu. Ako je popísané vyššie, spektrofotometre Thermo Scientific série Evolution 200 so softvérom INSIGHT a CUE a voliteľným príslušenstvom poskytujú optimálne riešenie pre vykonanie týchto metód, ktoré poskytujú finančne dostupné a spoľahlivé výsledky pre celú skupinu normovaných metód. Výhodnosť použitia UV-VIS spektrometrie pre QC kontrolu piva je predovšetkým zrejmá u pivovarov s menšími požiadavkami na počet testov tj. pri menšom počte šarží alebo pri výrobe maloobjemových šarží. Okrem spektrofotometrov série Evolution 200 možno tiež využiť UV-VIS spektrofotometre Thermo Scientific Genesys 50 a Genesys 150.

Obr. 10: Thermo Scientific™ Genesys™ 150 UV-VIS spektrofotometer

Obr. 10 – Thermo Scientific™ Genesys™ 150 UV-VIS spektrofotometer