Monitoring of the Brewing Process with GC-MS

Význam tématu

Monitoring chemických změn v průběhu výroby piva je nezbytný pro dosažení konzistentní kvality, optimalizaci chutě a minimalizaci nežádoucích aromat. Analýza těkavých a polotěkavých složek pomocí GC-MS s HS-SPME poskytuje detailní pohled na dynamiku aroma profilu během jednotlivých fází. Tyto informace napomáhají výrobním rozhodnutím a zefektivňují proces od sladu až po konečný produkt.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na sledování pěti klíčových bodů procesu: pre-boil, post-boil, plný fermentor, konec fermentace a bright beer tank. Cílem bylo určit trendy koncentrací různých tříd látek (estery, terpeny, organické kyseliny, alkoholy, aldehydy, ketony, furany, aromatiky, sloučeniny obsahující síru a dusík) a ilustrovat jejich vývoj pomocí heat map.

Použitá metodika a instrumentace

• Odběr vzorků: 5 mL vzorku do 20 mL vial; incubace 10 min a extrakce 20 min při 35 °C.
• HS-SPME vlákno DVB/Car/PDMS; kondice 5 min při 250 °C; desorpce 3 min při 250 °C, splitless.
• Autosampler: LECO L-PAL3.
• GC-TOFMS: LECO Pegasus BT; kolona Stabilwax 30 m×0,25 mm×0,25 µm; nosný plyn He 1,40 mL/min; program: 3 min při 40 °C, rampou 10 °C/min do 250 °C, hold 1 min.
• MS: ion source 250 °C; rozsah m/z 33–500; 10 spekter/s; alkane standard pro výpočet retenčních indexů.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekováno bylo několik set analyzovaných sloučenin. Heat map ukázala:

• Estery: některé narůstají již během varu, jiné až během fermentace.
• Terpeny: významný nárůst v post-boil fázi, následný pokles při fermentaci.
• Organické kyseliny a alkoholy: dominují po zahájení fermentace.
• Sulfidy a ketony: jejich profily pomáhají sledovat vznik příznaků off-flavors.

Konkrétní trendy: hexanal klesá po varu, β-myrcene roste při varu, ethanol a ethyl octanoate se výrazně zvyšují v průběhu fermentace. Deconvoluce dat odhalila koeluční produkty, které nejsou v celkovém TIC viditelné. Interakce furfuralu, furfurylalkoholu, ethanolu a furfuryl ethyletheru odpovídají očekávaným biochemickým přeměnám během fermentace.

Přínosy a praktické využití metody

• Detailní monitoring aroma profilu pro optimalizaci technologických parametrů.
• Rychlá detekce bodů, kde vznikají nežádoucí chutě (např. diacetyl, sírové sloučeniny).
• Možnost úpravy receptury surovin nebo parametrů varu a fermentace na základě analytických dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace GC-MS do online monitoringu pro včasnou zpětnou vazbu v reálném čase.
• Rozšíření o dvourozměrnou chromatografii (GC×GC) a kombinaci se smyslovými testy.
• Aplikace ve větších pivovarech i řemeslných provozovnách pro zajištění konzistence a inovací produktů.

Závěr

HS-SPME GC-TOFMS se prokázala jako vysoce efektivní metoda pro sledování chemických změn během výroby piva. Studie odhalila klíčové trendy u různých tříd látek, umožnila identifikovat body kritických změn a poskytla podklady pro optimalizaci vaření i fermentace.

Reference

• Humston-Fulmer E. M., Harkey G., Binkley J. E. Monitoring of the Brewing Process with GC-MS. 2019 ASBC Meeting, LECO Corporation.