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Ein wichtiger Bestandteil von Bier ist Hopfen.Im Geschmack vieler Biere sorgen sie für einen wichtigen Ausgleich zum Malz.Sie tragen auch dazu bei, Proteine ​​usw. beim Kochen auszufällen.Hopfen hat auch konservierende Eigenschaften, die dazu beitragen, das Bier frisch und frei von Bakterien zu halten.
Es gibt viele Hopfenarten und eine Vielzahl an Geschmacksrichtungen.Da der Geschmack mit der Zeit nachlässt, muss Hopfen sorgfältig gelagert und im frischen Zustand verwendet werden.Daher muss die Qualität des Hopfens charakterisiert werden, damit der Brauer das gewünschte Produkt entwickeln und liefern kann.
Da Hopfen viele Verbindungen enthält, die den Geschmack beeinflussen können, ist die Aromacharakterisierung von Hopfen sehr kompliziert.Die Bestandteile typischer Hopfen sind in Tabelle 1 aufgeführt, und Tabelle 2 listet einige wichtige Aromastoffe auf.
Die traditionelle Methode zur Beurteilung der Qualität von Hopfen besteht darin, einen erfahrenen Brauer etwas Hopfen mit den Fingern zerdrücken zu lassen und dann das freigesetzte Aroma zu riechen, um den Hopfen mit den Sinnen zu beurteilen.Dies ist gültig, aber nicht objektiv und es fehlen die quantitativen Informationen, die erforderlich sind, um die richtige Entscheidung über die Verwendung von Hopfen zu treffen.
Diese Studie beschreibt ein System, das eine objektive chemische Analyse von Hopfenaromen mithilfe von Gaschromatographie/Massenspektrometrie durchführen kann und gleichzeitig Benutzern eine Methode zur Überwachung der Geruchsempfindung jeder aus der Chromatographiesäule eluierten Komponente bietet.
Die statische Headspace-Probenahme (HS) eignet sich sehr gut zur Extraktion von Aromastoffen aus Hopfen.Geben Sie, wie in Abbildung 1 gezeigt, den abgewogenen Hopfen (Partikel oder Blätter) in ein Glasfläschchen und verschließen Sie es.
Abbildung 1. Hopfen, der in der Headspace-Probenflasche auf die Analyse wartet.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Anschließend wird das Fläschchen in einem Ofen für einen festgelegten Zeitraum auf eine festgelegte Temperatur erhitzt.Das Headspace-Probenahmesystem entzieht dem Fläschchen etwas Dampf und führt ihn zur Trennung und Analyse in die GC-Säule ein.
Dies ist sehr praktisch, aber die statische Headspace-Injektion liefert nur einen Teil des Headspace-Dampfes an die GC-Säule und eignet sich daher tatsächlich am besten für hochkonzentrierte Verbindungen.
Bei der Analyse komplexer Proben zeigt sich häufig, dass der geringe Gehalt bestimmter Komponenten entscheidend für das Gesamtaroma der Probe ist.
Das Headspace-Trap-System wird verwendet, um die in die GC-Säule eingebrachte Probenmenge zu erhöhen.Bei dieser Technologie strömt der größte Teil oder sogar der gesamte Headspace-Dampf durch die Adsorptionsfalle, um VOC zu sammeln und zu konzentrieren.Die Falle wird dann schnell erhitzt und die desorbierten Komponenten werden auf die GC-Säule übertragen.
Mit dieser Methode kann die Menge an Probendampf, die in die GC-Säule gelangt, um das bis zu Hundertfache erhöht werden.Es eignet sich sehr gut zur Hopfenaromaanalyse.
Die Abbildungen 2 bis 4 sind vereinfachte Darstellungen der Funktionsweise der HS-Falle. Weitere Ventile und Rohrleitungen sind ebenfalls erforderlich, um sicherzustellen, dass der Probendampf dort ankommt, wo er sein soll.
Abbildung 2. Schematische Darstellung des HS-Fallensystems, die zeigt, wie das Ausgleichsfläschchen mit Trägergas unter Druck gesetzt wird.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Abbildung 3. Schematische Darstellung des H2S-Fallensystems, das die Freisetzung des unter Druck stehenden Kopfraums aus dem Fläschchen in die Adsorptionsfalle zeigt.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Abbildung 4. Schematische Darstellung des HS-Fallensystems, die zeigt, dass die in der Adsorptionsfalle gesammelten VOC thermisch desorbiert und in die GC-Säule eingeleitet werden.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Das Prinzip ähnelt im Wesentlichen dem klassischen statischen Kopfraum, wird jedoch nach der Dampfdruckbeaufschlagung, am Ende des Äquilibrierungsschritts des Fläschchens, vollständig durch die Adsorptionsfalle entleert.
Um den gesamten Headspace-Dampf effektiv durch die Adsorptionsfalle abzusaugen, kann der Vorgang wiederholt werden.Sobald die Falle beladen ist, wird sie schnell erhitzt und die desorbierten VOC werden auf die GC-Säule übertragen.
Das Arbeitstier Clarus® 680 GC ist eine ideale Ergänzung zum Rest des Systems.Da die Chromatographie nicht anspruchsvoll ist, können einfache Techniken verwendet werden.Für die olfaktorische Überwachung ist es wichtig, ausreichend Zeit zwischen benachbarten Peaks zu haben, damit der Benutzer sie voneinander unterscheiden kann.
Das Laden möglichst vieler Proben in die Chromatographiesäule ohne Überladung trägt auch dazu bei, dass die Nase des Benutzers die beste Möglichkeit hat, sie zu erkennen.Aus diesem Grund wird eine lange Säule mit einer dicken stationären Phase verwendet.
Verwenden Sie zur Trennung eine sehr polare stationäre Phase vom Typ Carbowax®, da viele Bestandteile (Ketone, Säuren, Ester usw.) im Hopfen sehr polar sind.
Da der Säulenausfluss das MS und den Geruchsanschluss versorgen muss, ist eine Art Splitter erforderlich.Dies sollte die Integrität des Chromatogramms in keiner Weise beeinträchtigen.Daher sollte es sehr inert sein und eine Innengeometrie mit geringem Volumen aufweisen.
Verwenden Sie Make-up-Gas im Splitter, um die Split-Durchflussrate weiter zu stabilisieren und zu steuern.S-SwaferTM ist ein ausgezeichnetes aktives spektroskopisches Gerät, das für diesen Zweck sehr gut geeignet ist.
Der S-Swafer ist so konfiguriert, dass er den Säulenausfluss zwischen dem MS-Detektor und dem olfaktorischen SNFR-Port aufteilt, wie in Abbildung 6 dargestellt. Das Aufteilungsverhältnis zwischen dem Detektor und dem olfaktorischen Port definiert MS und SNFR durch Auswahl des dazwischen angeschlossenen Drosselrohrs Tauschen Sie den Auslass und den Geruchsanschluss aus.
Abbildung 6. S-Swafer konfiguriert für die Verwendung mit Clarus SQ 8 GC/MS und SNFR.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Zur Berechnung dieses Teilungsverhältnisses kann die dem Swafer-System beigefügte Swafer-Dienstprogrammsoftware verwendet werden.Abbildung 7 zeigt, wie Sie mit diesem Rechner die Arbeitsbedingungen des S-Swafers für diese Anwendung ermitteln.
Abbildung 7. Die Swafer-Dienstprogrammsoftware zeigt die Einstellungen, die für diese Aufgabe zur Charakterisierung des Hopfenaromas verwendet werden.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Das Massenspektrometer ist ein wichtiger Bestandteil des Aromacharakterisierungssystems.Es ist nicht nur wichtig, das Aroma der verschiedenen Komponenten, die aus der GC-Säule eluieren, zu erkennen und zu beschreiben, sondern auch zu bestimmen, um welche Komponenten es sich handelt und wie viel sie möglicherweise im Hopfen enthalten sind.
Aus diesem Grund ist das Quadrupol-Massenspektrometer Clarus SQ 8 eine ideale Wahl.Mithilfe der klassischen Spektren in der bereitgestellten NIST-Bibliothek können Komponenten schnell identifiziert und quantifiziert werden.Die Software kann auch mit den Geruchsinformationen interagieren, die später in dieser Forschung beschrieben werden.
Das Bild des SNFR-Aufsatzes ist in Abbildung 8 dargestellt. Er ist über eine flexible Heizübertragungsleitung mit dem GC verbunden.Der Abfluss der geteilten Säule fließt durch das deaktivierte Quarzglasrohr zur Glasnasenklemme.
Der Benutzer kann den Sprachkommentar über das eingebaute Mikrofon aufnehmen und die Aromaintensität der aus der GC-Säule eluierten Aromastoffe durch Anpassen des Joysticks überwachen.
Abbildung 9 zeigt das Gesamtionenchromatogramm (TIC) von vier typischen Hopfen aus verschiedenen Ländern.Ein Teil der Hallertau in Deutschland ist in Abbildung 10 hervorgehoben und erweitert.
Abbildung 9. Typisches TIC-Chromatogramm einer Vier-Hop-Probe.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Wie in Abbildung 11 dargestellt, ermöglichen die leistungsstarken Funktionen von MS die Identifizierung spezifischer Peaks anhand ihrer Massenspektren durch Durchsuchen der NIST-Bibliothek, die im Clarus SQ 8-System enthalten ist.
Abbildung 11. Das Massenspektrum des in Abbildung 10 hervorgehobenen Peaks. Bildquelle: PerkinElmer Food Safety and Quality
Abbildung 12 zeigt die Ergebnisse dieser Suche.Sie deuten stark darauf hin, dass der bei 36,72 Minuten eluierende Peak 3,7-Dimethyl-1,6-octadien-3-ol, auch bekannt als Linalool, ist.
Abbildung 12. Die in Abbildung 11 dargestellten Suchergebnisse der Massenbibliothek. Bildquelle: PerkinElmer Food Safety and Quality
Linalool ist ein wichtiger Aromastoff, der Bier einen zart blumigen Duft verleihen kann.Durch Kalibrierung des GC/MS mit einer Standardmischung dieser Verbindung kann die Menge an Linalool (oder jeder anderen identifizierten Verbindung) quantifiziert werden.
Die Verteilungskarte der Hopfenmerkmale kann durch weitere Identifizierung der chromatographischen Peaks erstellt werden.Abbildung 13 zeigt weitere Peaks, die im Hallertau-Chromatogramm von Deutschland identifiziert wurden, das in Abbildung 9 zuvor gezeigt wurde.
Abbildung 13. Typisches TIC-Chromatogramm einer Vier-Hop-Probe.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Bei den beschrifteten Peaks handelt es sich hauptsächlich um Fettsäuren, was den Grad der Oxidation des Hopfens in dieser speziellen Probe anzeigt.Der reichhaltige Myrcen-Peak ist kleiner als erwartet.
Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese Probe ziemlich alt ist (das stimmt – es handelt sich um eine alte Probe, die unsachgemäß gelagert wurde).Die Chromatogramme von vier weiteren Hopfenproben sind in Abbildung 14 dargestellt.
Abbildung 14. Das TIC-Chromatogramm einer weiteren Vier-Hop-Probe.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Abbildung 15 zeigt ein Beispiel eines Skip-Chromatogramms, bei dem Audiokommentar und Intensitätsaufzeichnung grafisch überlagert sind.Der Audiokommentar wird in einem Standard-WAV-Dateiformat gespeichert und kann dem Bediener von diesem Bildschirm aus an jeder Stelle im angezeigten Chromatogramm mit einem einfachen Mausklick wiedergegeben werden.
Abbildung 15. Ein Beispiel für ein Hopfenchromatogramm, angezeigt in der TurboMass™-Software, mit Audiokommentar und grafisch überlagerter Aromaintensität.Bildquelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität
Narration WAV-Dateien können auch von den meisten Medienanwendungen abgespielt werden, einschließlich Microsoft® Media Player, der im Windows®-Betriebssystem enthalten ist.Bei der Aufnahme können Audiodaten in Text transkribiert werden.
Diese Funktion wird von der im SNFR-Produkt enthaltenen Software Nuance® Dragon® Naturally Speak ausgeführt.
Ein typischer Hopfenanalysebericht zeigt die vom Benutzer transkribierte Erzählung und die vom Joystick aufgezeichnete Aromaintensität, wie in Tabelle 9 dargestellt. Das Format des Berichts ist eine Datei mit kommagetrennten Werten (CSV), die für den direkten Import in Microsoft® geeignet ist Excel® oder andere Anwendungssoftware.
Tabelle 9. Ein typischer Ausgabebericht zeigt den aus dem Audiokommentar transkribierten Text und die entsprechenden Aromaintensitätsdaten.Quelle: PerkinElmer Lebensmittelsicherheit und -qualität