Ion chromatography: A versatile technique for the analysis of beer

Význam tématu

Ion chromatografie představuje univerzální a vysoce selektivní metodu pro analýzu složek piva od sacharidů přes alkoholy a organické kyseliny až po anorganické anionty a kationty. Díky možnosti současného měření více tříd sloučenin nabízí efektivní nástroj pro kontrolu kvality, optimalizaci procesu kvašení a ověřování finálního produktu.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie je předvést použití iontově-výměnných a iontově-vylučovacích kolonek s pulzní amperometrií a potlačenou vodivostní detekcí pro kvantitativní stanovení pěti zlomových skupin látek v různých fázích výroby a finálního piva:

• sacharidy (mono-, di-, tri- a vyšší oligosacharidy),
• alkoholy (etanol, glycerol),
• nízkomolekulární organické kyseliny,
• anorganické anionty (F⁻, Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, PO₄³⁻) a vybrané organické kyseliny,
• anorganické kationty (Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ aj.).

Použitá metodika a instrumentace

Analýzy byly provedeny na iontové chromatografické sestavě Thermo Scientific Dionex s gradientním čerpadlem, elektrochemickou detekcí ED s režimy pulzní amperometrie a vodivostí, organizérem elučního roztoku a softwarovým prostředím Chromeleon/PeakNet.
Pro jednotlivé třídy sloučenin byly použity polymerové kolony Thermo Scientific CarboPac PA1 a PA100 (sacharidy), IonPac ICE-AS6 (alkoholy, organické kyseliny), IonPac AS11 (anionty) a CS12 (kationty). Eluenty zahrnovaly sodný hydroxid, perhlornou a methansulfonovou kyselinu, tetrabutylammonium hydroxid a sodnou octanovou sůl. Detekce sacharidů a alkoholu byla realizována na zlaté či platinové elektrodě s optimalizovanými pulzy, organic­ké a anorganické ionty byly detekovány potlačenou vodivostí.

Hlavní výsledky a diskuse

Rozdělení fermentovatelných cukrů (glukóza, fruktóza, maltóza, maltotrioza) na koloně PA1 s gradientem NaOH prokázalo vysoké rozlišení.
Kolona PA100 umožnila rychlé profilování oligosacharidů DP3–DP10, užitečné pro hodnocení zbytkových dextrinů.
Alkoholy (etanol, glycerol) byly účinně odděleny na ICE-AS6 kolonce s perch­lor­nou kyselinou a pulzní amperometrií.
Organické kyseliny (acetát, laktát, pyruvát, citrát, malát, succinát aj.) se baseline rozlišily na ICE-AS6 kolonce s heptafluorobutyrovou kyselinou a potlačenou vodivostí.
Anionty piva včetně F⁻, Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, PO₄³⁻ a slabých organických kyselin byly separovány na AS11 s gradientem NaOH a methanolu.
Kationty (Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺) byly rozděleny na CS12 s gradientem MSA, umožňující spolehlivou detekci až po stronc­ium a barium.

Přínosy a praktické využití metody

• Současné stanovení více tříd analytů na jednom přístroji zkracuje čas i náklady analýzy.
• Sledování průběhu rmutování, kvašení a finálního piva v reálném čase přispívá k optimalizaci výrobního procesu.
• Vysoká citlivost a selektivita zajišťují spolehlivou kontrolu kvality pitné vody, surovin i konečného produktu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s hmotnostní spektrometrií pro rozšířenou identifikaci neznámých sloučenin.
• Vývoj rychlých mikroiontových chromatografických systémů pro inline monitoring v pivovarech.
• Automatizace přípravy vzorků a adaptace na high-throughput provozy.
• Implementace AI pro pokročilou analýzu chromatogramů a predikci procesních parametrů.

Závěr

Ion chromatografie se ukázala jako robustní a všestranná metoda pro komplexní analýzu chemického profilu piva. Využití různých typů kolonek a detekčních režimů umožňuje spolehlivou kvantifikaci klíčových látek v různých výrobních fázích a finálním produktu, což významně zvyšuje kvalitu a efektivitu pivovarské produkce.

Reference

• Thermo Scientific Application Note 71410: Ion chromatography for beer analysis
• Thermo Scientific Technical Note TN21: Optimal settings for pulsed amperometric detection