Studium vybraných typů sirných látek v pivu a pivovarských surovinách

Abstract

V poslední době je celosvětově a rovněž v ČR věnována zvýšená pozornost senzoricky aktivním látkám ovlivňujícím kvalitu piva. Mezi senzoricky aktivními látkami ovlivňujícími zásadně kvalitu piva hrají významnou úlohu heterocyklické a sirné sloučeniny, z nichž některé se vyznačují vysokou senzorickou aktivitou i v extrémně nízkých koncentracích. Stopová množství těchto sloučenin, která lze běžně nalézt v potravinách, se spolupodílejí na vytváření jejich aroma a tento vliv lze obecně hodnotit jako příznivý. U sladu, resp. u piva však toto platí jen v omezené míře a přítomnost heterocyklických a sirných látek se hodnotí spíše nepříznivě. Cílem předložené práce je poskytnout přehled o problematice sirných sloučenin v ječmeni, sladu a pivu, popsat metabolické dráhy vedoucí k jejich vzniku a experimentálně ověřit možnosti jejich stanovení s využitím moderních analytických metod. Sirné aminokyseliny, které jsou přirozenou součástí ječmene, sladu i piva jsou prekursory vzniku těkavých sirných látek. Pro analytická sledování byly vybrány nejčastěji se vyskytující sirné aminokyseliny metionin, cystein a homocystein. K jejich stanovení v ječmeni, sladu a pivu byla použita metoda plynové chromatografie. Před vlastní analýzou byly sirné aminokyseliny derivatizovány za vzniku těkavých N(O,S)-ethoxykarbonyl propyl esterů, které byly následně identifikovány metodou plynové chromatografie ve spojení s hmotnostním detektorem (GC/MSD) a analyzovány metodou plynové chromatografie s plamenofotometrickým detektorem (GC/ FPD). Přímá analýza sirných těkavých látek je možná jen zřídka, protože se nacházejí v analyzovaných matricích (slad, pivo) ve velmi nízkých koncentracích ( g/kg,l - ng/kg,l). Před vlastní analýzou je třeba analyty extrahovat z matrice a zakoncentrovat. K extrakci a následnému zakoncentrování sirných těkavých látek byly experimentálně porovnávány moderní analytické metody SPME (mikroextrakce na pevnou fázi), SPDE (dynamická mikroextrakce na pevnou fázi) a TDAS (automatizovaná termická desorpce). Pro vlastní analýzu sirných těkavých látek byla použita plynová chromatografie ve spojení s plamenofotometrickým detektorem. Byly sledovány tyto těkavé sirné látky: dimethylsulfid, dimethyldisulfid, dimethyltrisulfid, sirouhlík, ethylsulfid, diethyldisulfid, methionol, 3-methylthiofen, ethylthioacetát, 2-methyl-1-buthanthiol. V analyzovaných vzorcích ječmene byl ve významném množství detekován pouze metionin. Sledován byl nejen obsah, ale i závislost na odrůdě a lokalitě. Byly také sledovány změny obsahu methioninu, cysteinu a PDMS v průběhu sladování. Výsledky prokázaly výrazný pokles obsahu těchto látek v závislosti na teplotě hvozdění. Pro analýzy vybraných sirných těkavých látek v pivu byly u metody SPME testovány tři typy vláken. PEG - vlákno se stacionární fází Carbowax, PDMS - vlákno se stacionární fází polydimethylsiloxan a kombinované vlákno CAR/PDMS - Carboxen a polydimethylsiloxan. Touto metodou byly detekovány sirouhlík, methionol, dimethylsulfid, 3-methylthiophen a diethyldisulfid. Obsah ostatních analyzovaných sirných těkavých látek byl pod mezí detekce. Dále byla ověřována možnost použití metod SPDE a TDAS. Bylo zjištěno, že obě metody jsou vhodné pro stanovení sirných těkavých látek v pivu.

Much attention has been recently devoted to sensorially active substances affecting beer quality in the Czech Republic and worldwide. Among them, the heterocyclic and sulphur containing compounds play an important role, some of them with high sensorial activity even in extremely low concentrations. Trace amounts of these compounds, which can be frequently found in foods, participate in formation of their aroma and this effect can be generally evaluated as favorable However, in malt or beer it is true only to a limited extent and the presence of heterocyclic and sulphur containing compounds are in this respect assessed rather unfavorably. The aim of the present study was to provide a survey about of problems in the field of sulphur containing compounds in barley, malt and beer, to describe metabolic paths leading to their formation and to verify experimentally possibilities of their determination using modern analytical methods. Sulphur-containing amino acids are a natural part of barley, malt and beer and are precursors of the origin of volatile sulphur substances. The most frequently occurring sulphur amino acids, metionine, cysteine and homocysteine, were selected for analytical monitoring. The method of gas chromatography was used to determine sulphur-containing amino acids in barley, malt and beer. Prior to the analysis, sulphur-containing amino acids were derived and volatile N(O,S)-ethoxycarbonyl propyl esters were formed; they were subsequently analyzed using the gas chromatography with mass detector (GC/ MSD) and the gas chromatography with flame photo detector (GC/ FPD). Direct analysis of sulphur volatile substances is possible only rarely as they are found in the analyzed matrices (malt, beer) only in very low concentrations ( g/kg,l - ng/kg,l). Before the analysis, the analytes must be extracted from the matrix and concentrated. The modern analytical methods SPME (Solid Phase Micro Extraction), SPDE (Solid Phase Dynamic Extraction) and TDAS (Thermal Desorption Autosampler) were experimentally compared for the extraction and subsequent concentration of sulphur volatile substances. The method of gas chromatography with flame photo detector was used to determine sulphur volatile substances. Following volatile sulphur substances were monitored: dimethyl sulphide, dimethyl disulphide, dimethyl trisulphide, carbon disulphide, ethyl sulphide, diethyl disulphide, methionol, 3-methylthiophen, ethyl thioacetate, 2-methyl-1-buthanthiol. Only metionine was detected in significant amounts in the barley samples analyzed. Not only content but also dependence on a variety and locality were studied. Further, changes in methionine, cysteine and PDMS content during malting were followed. Results proved a significant decline in these substances content depending on the kilning temperature. Three types of fibers were tested for the analyses of the selected volatile sulphur substances in beer in the SPME method. PEG - a fiber with stationary phase Carbowax, PDMS - a fiber with stationary phase polydimethylsiloxan and a combined fiber CAR/PDMS - Carboxen and polydimethylsiloxan. Carbon disulphide, methionol, dimethyl sulphide, 3-methylthiophen and diethyl disulphide were detected with this method. Content of the other analyzed volatile sulphur substances was below the limit of detection. Further was tested usage the SPDE and TDAS methods. Both methods appear to be the suitable for the determination of volatile sulphur substances in beer.