UV-VIS analýza hořkosti a celkových sacharidů v pivu

05.04.2019

Úvod

Pivo je jedním z nejoblíbenějších nápojů a z archeologických nálezů je zřejmé, že je nejméně 7 000 let staré. V průběhu několika staletí se výroba piva stala průmyslem s obratem několik miliard US dolarů v němž dominují především velké nadnárodní společnosti. Nedávno se však pozornost obrátila směrem k menším řemeslným pivovarům, které upřednostňují individuální přístup přípravy piva. Správná výroba piva jak maloobjemová - řemeslná tak i velkoobjemová vyžaduje dobrou znalost dostupných základních surovin a procesů za účelem vývoje nových značek, ale také zajištění stejnorodosti výroby.

Ke kontrole kvality a chuti produktu pivovary používají testy, které prokazují a udržují konstantní kvalitu výroby. Společnosti a vládní agentury pracují společně s cílem stanovit pokyny pro testování konkrétních parametrů důležitých pro stanovení kvality šarží, přičemž obsah alkoholu je obvyklým parametrem, avšak stanovují se a zaznamenávají další parametry, jako je počáteční a konečná stupňovitost, obsah sacharidů, bílkovin a polyfenolů a také hořkost a barva piva. Vybavení potřebné pro testování může zahrnovat „mokrou chemii“, HPLC a další chromatografické techniky, které nejsou levné a vyžadující erudovaný personál. Mnoho z těchto testů může být také provedeno za použití poměrně jednoduchých a nenákladných metod UV - VIS spektroskopie.

Obr. 1: Thermo Scientifi c UV – VIS spektrofotometr řady Evolution™ 200

Obr. 1 – Thermo Scientifi c UV – VIS spektrofotometr řady Evolution™ 200

UV – VIS spektroskopie

UV-viditelná spektroskopie je jednou z nejzákladnějších technik pro testování různých materiálů. Rutinně se používá ke kvalitativnímu i kvantitativnímu stanovení různých analytů včetně konjugovaných organických sloučenin, komplexů přechodných kovů a biologických makromolekul. Vzhledem k jeho flexibilitě, snadnému použití a běžné přítomnosti spektrofotometrů v laboratořích se využívá UV - VIS spektroskopie pro testování velkého množství parametrů důležitých pro kontrolu kvality při výrobě piva. The American Society of Brewing Chemists (ASBC) , European Brewery Convention (EBC), Association of Official Analytical Chemists (AOAC) a další odborné společnosti, které stanovily a uvádějí řadu metodik pro UV - VIS spektroskopii specifických parametrů užitečných při určování a kontrole kvality piva.

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

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

Metody UV – VIS spektroskopie užívané pro analýzu piva:

  • Celková absorbance
  • Hořké kyseliny chmele
  • Antokyanogeny
  • Hořkost piva
  • Barva
  • Obsah diacetylu / VDK
  • Etanol
  • Volný amino dusík ( FAN )
  • Jod
  • Bílkoviny
  • Siřičitany
  • Celkové sacharidy
  • Celkové polyfenoly

Kvalitativní kontrola výroby piva je důležitá jak z hlediska technologického – zajištění charakteristických parametrů produktu tak i legislativního – normalizované reportování a archivace výsledků analýz, což je také dosti náročné.

Aby byly splněny specifické požadavky na přístroje, moderní UV – VIS spektrofotometry jsou navrženy tak aby nabízely vysoký výkon, snadnou intuitivní obsluhu, ale zároveň umožnily uživatelům přizpůsobit je specifickým analytickým potřebám. Spektrofotometry Thermo Scientific řady Evolution 200 společně se software INSIGHT™ 2 a CUE™ splňují tyto dávky a dovolují uživatelům přizpůsobit vlastní pracovní postupy, od měření vzorků po analýzu získaných dat, a tak minimalizovat chyby a výrazně zvýšit produktivitu.

Obr. 3: CUE™ software přizpůsobený pro analýzu piva

Obr. 3 – CUE™ software přizpůsobený pro analýzu piva

UV – VIS spektroskopie je ideální pro analýzu více parametrů, avšak tato aplikační zpráva popisuje metody a výsledky pro stanovení dvou z nich: stanovení hořkosti a celkového obsahu sacharidů. Vzorky piva použité pro analýzy byly získány ze vzorků zakoupených od Northern BrewerTM (Roseville, MN) a připraveny podle interních norem prodejce. K analýze použité vzorky piv: dark roasted Black IPA, dark Lakefront IBA, American Red Ale (Lakefront Fixed Gear) a pivo jižního anglického stylu Nut Brown Ale. Příprava vzorků, analýza a výsledky obou metod jsou uvedeny níže.

Experiment

Hořkost
Přídavek chmele propůjčuje pivu hořkou chuť, což je jednou z hlavních chuťových charakteristik piva. Isohumulony extrahované z chmelových šišek v průběhu vaření dodávají pivu hořkou chuť, která je obvykle uváděna v International Bitterness Units ( IBU ). Konečná IBU produktu je určena mimo jiné množstvím a druhem chmele, ale též dobou, kdy je chmel přidáván. Navíc typ a množství sladu použitého při přípravě piva má vliv na chuť piva. Tato základní chuťová charakteristika piva je samozřejmě pečlivě kontrolována. Různé typy piv mají rozsah IBU v rozmezí od cca 3 do 100 jednotek. Obecnou metodou pro stanoveni IBU je extrakce vzorku piva v izooktanu a stanovení velikosti píku při 275 nm.

IBU byly stanoveny dle metody ASBC pro určení isohumulonu v pivu. Vzorky čtyř druhů piv byly připraveny vlitím 10 ml piva do 50 ml centrifugační zkumavky a přidán 1 ml 3N HCl a 20 ml izooktanu s 50 µl etylalkoholu. Tato směs byla protřepávána 15 minut. Vzniklá emulze byla centrifugací rozdělena na organickou a vodnou část. Část horní organické vrstvy byla přelita do kyvety a analyzována při 275 nm za užití izooktan / etylalkoholu jako blanku. Hořkost v IBU byla vypočtena na základě rovnice:

Hořkost ( IBU ) = Abs275 x 50

Obrázek 4 ukazuje úplné spektrum čtyř zkušebních vzorků piva. Všimněte si, že mezi rozdílnými vzorky existuje značná variabilita, což naznačuje velký detekovatelný rozdíl v obsahu isohumulonu. Měření při 275 nm u vzorků spolu s vypočteným obsahem IBU jsou uvedeny v tabulce 1.

Obr. 4: Hořkost piva pro různé vzorky piva

Obr. 4 – Hořkost piva pro různé vzorky piva

Obr. 5: IBU vzorky piva

Obr. 5 – IBU vzorky piva

Celkové sacharidy

Celkové sacharidy zahrnují jednoduché i komplexní cukry a dlouhé molekuly škrobu. V pivu jsou primárními sacharidy dextriny produkované částečnou hydrolýzou škrobu. Při výrobě sladového ječmene se aktivují enzymy, které rozkládají škroby na maltózu a jiné jednoduché cukry. Obvykle se tyto jednoduché cukry spotřebovávají během fermentace, což vede ke konečnému produktu, který by měl mít velmi málo nebo žádné zbývající jednoduché cukry. Zbývající vyšší cukry a škroby jsou zásadní pro charakterizaci typu a chuti piva. Například vyšší obsah sacharidů je typický pro piva typu stouts a porters. Obsah sacharidů se typicky pohybuje od hodnot nižších než 0,5g / 100 ml až po hodnoty vyšší než 6 g / 100 ml. UV - VIS  analýza uhlovodíků zahrnuje jejich rozložení kyselinou sírovou a následnou reakci s fenolem. Celková analýza sacharidů byla provedena metodou ASBC BEER-41 (A). Vzorky piva byly zředěny 1:1000 a 2 ml alikvotně zředěných vzorků byly umístěny do 50 ml centrifugačních zkumavek. Standardní roztok 2 % dextrózy byl zředěn stejným způsobem. Jeden ml 5% fenolového roztoku byl přidán do vzorku a standardu a ty byly promíchány, pak bylo do zkumavek přidáno pět ml koncentrované kyseliny sírové, zkumavky byly uzavřeny a znovu ve Vortexu promíchány po dobu 10 min, až do ustálení barevnosti. Blank byl podobně připraven použitím 2 ml vody.

Vzorky , standard a blank byly měřeny při 490 nm. Celkový obsah sacharidů ( obr. 7) byl vypočten z rovnice:

Obr. 6: Rovnice

Obr. 6 – Rovnice

TC (g / 100ml): celkový obsah sacharidů
AB: absorbance blanku
AS: absorbance vzorku
ASTD: absorbance standardu

*Poznámka: Absorbce blanku se odečte od všech standardů a vzorků v průběhu sběru dat.
Na obrázku 8 jsou zobrazena spektra vzorků se zřetelným píkem při 490 nm. Vypočtené celkové množství sacharidů pro vzorky v g/100 ml je uvedeno na obrázku 9.

Obr. 7: Analýza celkového obsahu sacharidů v pivu pomocí softwaru INSIGHT 2. Výsledky se vztahují na přehled výpočtu celkového obsahu sacharidů

Obr. 7 – Analýza celkového obsahu sacharidů v pivu pomocí softwaru INSIGHT 2. Výsledky se vztahují na přehled výpočtu celkového obsahu sacharidů

Obr. 8: Celkový obsah sacharidů ve vzorcích piva

Obr. 8 – Celkový obsah sacharidů ve vzorcích piva

Obr. 9: Celkové sacharidy ve vzorcích piva

Obr. 9 – Celkové sacharidy ve vzorcích piva

Závěr

Pro provedení analytických metod doporučených pro kvalitativní analýzu piva lze efektivně použit UV - VIS spektroskopie. Jak je popsáno výše, spektrofotometry Thermo Scientific řady Evolution 200 se software INSIGHT a CUE a volitelným příslušenstvím poskytují optimální řešení po provedení těchto metod, které poskytují finančně dostupné a spolehlivé výsledky pro celou skupinu normovaných metod. Výhodnost použití UV - Vis spektroskopie pro QC kontrolu piva je především patrná u pivovarů s menšími požadavky na počet testů tj. při menším počtu šarží nebo výrobě maloobjemových šarží. Mimo spektrofotometrů řady Evolution 200 lze také využít UV - Vis spektrofotometry Thermo Scientific Genesys 50 a Genesys 150.

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

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