Simultaneous Analysis of Vicinal Diketones, Volatile Compounds and Ethanol Content in Beer with a Single Headspace Injection (Shimadzu Beer 3-in-1 Analyzer)

Význam tématu

Analýza piva pomocí plynové chromatografie je klíčová pro kontrolu kvality a zajištění správných senzorických vlastností. Sledují se zejména vicinální diketony, které způsobují nežádoucí máslovou příchuť, dále široké spektrum těkavých organických sloučenin (esters, aldehydy, alkoholy) ovlivňujících aroma a konečně obsah ethanolu, který je legislativně regulován.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a ověřit univerzální metodu pro současné stanovení vicinálních diketonu, těkavých sloučenin a ethanolu z jednoho vzorku piva pomocí jediné hlavyprostorové injekce. Použit byl nový přístroj Shimadzu Beer 3-in-1 Analyzer, kombinující HS-10 autosampler a GC-2014 s dvoucestným kolonním adaptérem.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu standardů a vzorků byly využity postupy ASBC Beer-4, Beer-25 a Beer-48. Vzorek piva (5 ml) se mísil se směsí vnitřních standardů (2,3-hexanedion, n-propanol, n-butanol) a kyselým roztokem CuSO4 v 20ml HS vialkách.

• Autosampler: Shimadzu HS-10 (45 min při 60 °C)
• GC: Shimadzu GC-2014 se split/splitless injektorem (split 1:20)
• Kolony: SH-Stabilwax (30 m × 0,32 mm × 1 µm) na FID a SH-Rxi-5Sil-MS (30 m × 0,32 mm × 1 µm) na ECD
• Detektory: FID (200 °C, H2, vzduch, N2 makeup) a ECD (200 °C, N2 makeup 12 ml/min)
• Plynové podmínky: dusík, konstantní lineární rychlost 35 cm/s
• Teplotní program kolony: 40 °C (2,5 min), +10 °C/min do 170 °C (4 min)

Hlavní výsledky a diskuse

Všechny sledované analytické signály byly separovány pod 20 minut s lineárními kalibracemi (r2 ≥ 0,998). Stanovení tří komerčních piv ukázalo: acetaldehyd 6,6–12,8 ppm, ethylacetát 10,6–12,0 ppm, isoamylacetát 0,4–1,0 ppm, isoamylalkohol 52–62 ppm, diacetyl 25–37 ppb, 2,3-pentanedion 5–9 ppb, ethanol 4,1–5,9 % obj.
Porovnání headspace a přímé injekce ethanolových vzorků prokázalo, že HS metoda dosahuje srovnatelné či lepší shody s deklarovanou hodnotou ABV na etiketě. Opakovatelnost byla velmi dobrá (RSD < 3 % pro ethanol, < 5 % pro diketony, < 8 % pro VOC). U diketonu se mírné zlepšení tvaru píků dosáhlo použitím stabilwaxové kolony.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda výrazně zkracuje čas měření, protože umožňuje jednoinjekční simultánní analýzu více tříd sloučenin. Využití dusíku jako nosného i makeup plynu snižuje provozní náklady. Metoda je ideální pro malé i střední pivovary pro rychlou kontrolu fermentace a senzorických parametrů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další optimalizace může spočívat v úpravě teplotního programu pro zlepšení rozlišení kontaminujících píků a zkrácení doby analýzy. Metoda by se mohla rozšířit na stanovení dalších heterocyklů nebo sírových sloučenin v pivu. V dlouhodobém výhledu je možné provozovat plně automatizovaný systém s online monitoringem fermentačního tanku.

Závěr

Přístroj Shimadzu Beer 3-in-1 Analyzer prokázal vysokou výkonnost a spolehlivost při měření ethanolu, VOC a vicinálních diketonu v pivu jedinou hlavyprostorovou injekcí. Metoda přináší významné časové a nákladové úspory a nabízí konzistentní výsledky s dobrou opakovatelností.

Reference

1. American Society of Brewing Chemists. Methods of Analysis Beer-4, Alcohol. 2004.
2. American Society of Brewing Chemists. Methods of Analysis Beer-25, Diacetyl. 2014.
3. American Society of Brewing Chemists. Methods of Analysis Beer-48, Headspace GC-FID Analysis of Beer Volatiles. 2012.