Evaluation of PDMS-Based Extraction Techniques and GC-TOFMS for the Analysis of Off-Flavor Chemicals in Beer

Význam tématu

Monitorování a kvantitativní stanovení nežádoucích aromatických složek v pivu je zásadní pro zajištění konzistentní kvality, prodloužení trvanlivosti a pozitivní vnímání konzumentů. Off-flavors mohou vznikat v důsledku oxidačních reakcí, Maillardových procesů nebo působením světla a negativně ovlivňují senzorické vlastnosti nápoje.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo porovnat čtyři bezrozpouštědlové extrakční techniky založené na fázích polydimethylsiloxanu (PDMS) – SBSE, HSSE, purge-and-trap (P&T) a dynamic headspace closed-loop stripping (DHSCLS) – v kombinaci s GC-TOFMS a pokročilou dekonvolucí signálů, za účelem kvantitativního stanovení a detekce klíčových off-flavor sloučenin v kontrolním, tepelně i světlem poškozeném pivu.

Použitá metodika a instrumentace

Všechny extrakční techniky probíhaly solventless za pokojové teploty s následujícími parametry

• SBSE: 2h extrakce při 900 rpm v 20mL vzorku pomocí Twisteru, oplach vodou, sušení
• HSSE: 2h extrakce v hlavě vzorku se zavěšeným Twisterem při 900 rpm
• P&T: 20min purge N2 (30mL/min) přes PDMS pěnu v TDU trubici, druhý proud N2 (25mL/min) pro odvod vody
• DHSCLS: recirkulace vzduchu (120mL/min) přes 250mL baňku se vzorkem a PDMS pěnou během 5min extrakce

Analýzy se prováděly na GC 6890 vybavené CIS4 inletem, MPS2 TDU autosamplerem a Pegasus TOFMS (LECO) s kolónou HP-5MS (30m×0,32mm×0,25µm), teplotní program GC a TOFMS podmínky optimalizovány pro rozlišení 40–300 amu, 10 spekter/s.

Hlavní výsledky a diskuse

SBSE prokázalo nejlepší lineárnost a schopnost kvantifikovat všech 14 standardizovaných analytů s koeficienty R2 nad 0,99 průměrně. Po 12týdenním zahřátí (30°C) došlo k významnému nárůstu Maillardových produktů (furfural, furfuryl ethyl ether, β-damascenone apod.) oproti aldehydům. Světlem poškozené pivo vykázalo tvorbu sírových sloučenin (dimethyl disulfid, dimethyl trisulfid) a zvýšení benzeneacetaldehydu. Dekonvoluce vrcholů byla rozhodující pro selektivní detekci koelutujících látek jako β-damascenone, furfuryl ethyl ether či (Z)-2-nonenal.

Přínosy a praktické využití metody

Solventless SBSE-GC-TOFMS nabízí vysokou citlivost, přesnost a široký spektrální rozsah pro nízkokoncentrované off-flavor sloučeniny v komplexní matrici piva. Metoda je atraktivní pro rutinní kontrolu kvality, výzkum stability a optimalizaci výrobních procesů v pivovarech a analytických laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace detekce síry (PFPD), zdokonalení dekonvolučních algoritmů a online GC-TOFMS spojení by mohla rozšířit detekční limity. Senzorické studie založené na spikingu vybraných sloučenin pomohou vyhodnotit jejich reálný vliv na percepci off-flavor. Podobné přístupy lze aplikovat i na jiné fermentované nápoje a potravinářské matice.

Závěr

PDMS-založené SBSE ve spojení s GC-TOFMS a pokročilou dekonvolucí poskytuje robustní a kvantitativní analytický nástroj pro komplexní profilování off-flavor látek v pivu. SBSE předčilo HSSE, P&T a DHSCLS v linearitě, citlivosti i detekčním rozsahu.

Reference

1. Varmuza K, Steiner I, Glinsner T Chemometric evaluation of concentration profiles from compounds relevant in beer aging. Eur Food Res Technol 2002;215:235-239
2. Masuda S, Kikuchi K, Harayam K Determination of light-struck character in beer by gas chromatography-mass spectrometry. J Am Soc Brew Chem 2000;58:152-154
3. Lermusieau G, Bulens M, Collin S Use of GC-O to identify hop aromatic compounds in beer. J Agric Food Chem 2001;49:3867-3874
4. Cochran J Comparing two beers using solid-phase microextraction with gas chromatography. LECO application note
5. Vesely P, Lusk L, Basarova G, Seabrooks J, Ryder D Analysis of aldehydes in beer using SPME with on-fiber derivatization and GC/MS. J Agric Food Chem 2003;51:6941-6944
6. Murakami AA et al Investigation of beer flavor by GC-olfactometry. J Am Soc Brew Chem 2003;61:23-32
7. Baltussen HA New concepts in sorption based sample preparation for chromatography. GERSTEL dissertation 2000
8. David F, Sandra P, Hoffmann A, Harms D Nietzche Sensory elucidation of hoppy aroma in beers by stir bar and headspace sorptive extraction. GERSTEL App Note 2001