Analysis of Organic Acids in Beer by Ion-Exclusion Chromatography and Post-Column pH-Buffering Conductivity Detection

Význam tématu

Pivo obsahuje organické kyseliny vznikající při kvašení kvasinek, které ovlivňují chuťový profil, hodnotu pH a mikrobiální stabilitu nápoje. Precizní stanovení těchto kyselin je proto zásadní pro udržení konzistentní kvality piva a prodloužení jeho trvanlivosti.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout spolehlivou metodu na bázi ion­-exkluzní chromatografie s post­column pH­bufferingem a vodivostní detekcí pro kvantifikaci hlavních organických kyselin v pivu. Pro optimalizaci separace byly testovány dva 30 cm kolony Shim-pack SCR-102H zapojené v sérii při 50 °C.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda využívá isokratickou ion-exkluzní chromatografii s eluentem p-toluenesulfonové kyseliny a post­column přidání pH­bufferingového činidla k neutralizaci eluátu před vodivostní detekcí. Hlavní parametry:

• Instrument: Shimadzu Nexera Organic Acid Analysis System
• Kolony: 2× Shim-pack SCR-102H (300×8 mm, 7 µm) + guard column (50×6 mm)
• Eluent: 5 mM p-toluenesulfonová kyselina, tok 0,8 mL/min
• Činidlo: 5 mM p-toluenesulfonová kyselina / 0,1 mM EDTA·4H2O / 20 mM BIS-TRIS, tok 0,8 mL/min
• Teplota kolony: 50 °C, detekce vodivostí při 53 °C
• Objem injekce: 20 µL, doba analýzy 35 minut

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosahuje období separace pro citrát, pyruvát, jantaran, malát, mléčnan, kyselinu mravenčí, octan a pyroglutamát s vysokým rozlišením. Pozorovaná data:

• Limit detekce 1,5 až 6 µM
• RSD retenčního času <0,02 %, RSD plochy <1,7 %
• Lineární rozsah 0,05 až 2,0 mM, koeficient R2 >0,9999

Analýza pěti komerčních vzorků piva prokázala variabilní koncentrace kyselin v rozsahu 0,15 až 5,6 mM. Funkce overlap injection umožnila snížit celkový čas analýzy o 13 minut od druhého vstřiku.

Přínosy a praktické využití metody

Navržená metoda nabízí vysokou citlivost a opakovatelnost pro rutinní kontrolu piva v oblastech QA/QC a výzkumu. Umožňuje spolehlivě sledovat kvalitu suroviny, průběh fermentace a trvanlivost konečného produktu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vylepšení mohou zahrnovat použití rychlejších chromatografických kolon, integraci s hmotnostní spektrometrií pro strukturní analýzu či rozšíření aplikace na další fermentované nápoje a biologické tekutiny.

Závěr

Metoda ion-exkluzní chromatografie s post-column pH-bufferingem a vodivostní detekcí prokázala vysokou selektivitu, citlivost a opakovatelnost pro analýzu organických kyselin v pivu. Overlap injection funkce zvyšuje propustnost laboratoře, což činí postup vhodným pro rutinní provoz.

Reference

1. Anderson HE Santos IC Hildenbrand ZL Schug KA Analytica Chimica Acta 2019 1085 1-20
2. Shimadzu Application News No 01-00171-EN Nexera Organic Acid Analysis System and its Application
3. Shimadzu Technical Report C190-E237A High-Speed Analysis of Organic Acids Using Shim-pack Fast-OA and pH-Buffered Electrical Conductivity Detection