Branża piw rzemieślniczych stale ewoluuje, a wiele przedsiębiorstw, które zaczynały jako mikro-browary osiąga teraz znaczny poziom produkcji piwa każdego roku. Wraz ze wzrostem produkcji wiele browarów rzemieślniczych dochodzi do punktu, w którym stosowanie wewnętrznych metod kontroli jakości jest bardziej opłacalne niż zlecanie tej kluczowej funkcji zewnętrznym laboratoriom. Spektroskopia zyskuje na popularności jako metoda analityczna, którą browary wykorzystują do monitorowania procesu produkcji i fermentacji piwa.
A więc na czym polega spektroskopia? I jakie spektroskopowe metody analityczne są obecnie dostępne oraz jakie zalety oferują? Rozmawialiśmy z naszym starszym specjalistą od analizy danych, Kasperem Wintherem Jørgensenem, na temat analizy spektroskopowej i zalet stosowania spektroskopii FTIR w porównaniu do metod NIR w obszarze analizy piw rzemieślniczych.
Co to jest FTIR? Co to jest NIR? Jak działa spektroskopia w podczerwieni?
Ogólnie rzecz biorąc, spektroskopia w podczerwieni to metoda, w której światło oddziałuje z materią organiczną na różne sposoby. Poprzez pomiar interakcji światła z różnymi materiałami otrzymujemy cenne informacje na temat składu tych materiałów.
Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR) to jedna z technik często stosowanych w analizie spektroskopowej. Wykorzystuje ona widmo elektromagnetyczne w zakresie długości fali między 700 nm a 2500 nm i jest dokładną oraz szybką metodą analizy referencyjnej, która dobrze sprawdza się przy ilościowym oznaczaniu głównych składników większości rodzajów produktów spożywczych i rolnych.
FTIR to skrót od Fourierowskiej transformacji podczerwieni (ang. Fourier Transform Infrared - FTIR) i jest to technika spektroskopowa, która wykorzystuje widmo elektromagnetyczne w zakresie długości od 2500 nm do 25000 nm. Pasmo to określa się zwykle terminem "średnia podczerwień", dlatego też metoda FTIR znana jest również jako Mid IR (metoda średniej podczerwieni).
Średni zakres długości widma 2500 nm – 25000 nm jest szerszy od zakresu np. technologii NIR (800 – 2500 nm). Ponieważ widma generowane przez analizatory FTIR opierają się na licznych punktach danych, urządzenia te zapewniają niezwykle precyzyjną widmową reprezentację badanego materiału. Co więcej dokładność i powtarzalność wyników analiz spektroskopowych w podczerwieni są zwykle co najmniej tak dobre jak w przypadku tradycyjnych analiz chemicznych, a czasem nawet lepsze, choć oczywiście trudno to udowodnić. Dodatkowo, pomiary trwają krócej niż minutę i nie wymagają stosowania odczynników chemicznych.°
W porównaniu do tradycyjnych metod chemicznych, spektroskopia w podczerwieni to łatwy w użyciu, dokładny i niedrogi sposób kontroli jakości. W kontekście browarów analiza spektroskopowa w podczerwieni może oszczędzić czas i pieniądze na wiele sposobów. Jest to metoda analizy nieniszczącej, która pozwala gromadzić dane bez straty surowców. Ponadto można jednocześnie przeprowadzać wiele analiz jednej próbki z niewielkim zakresem czynności przygotowawczych (lub nawet bez konieczności preparacji próbki), a pomiary można wykonywać przez całą dobę.
Jak różne metody spektroskopowe wzbogacają analizę słodu i piwa?
Firma FOSS korzysta z technologii NIR od lat 70 i jest to doskonały sposób pomiaru wilgotności oraz zawartości skrobi i białka w ziarnach i innych surowcach przed rozpoczęciem procesu warzenia. Metoda ta jest również stosowana do analizy sera, śmietany i mleka niehomogenizowanego, ponieważ głębokość penetracji jest istotna w kontekście uzyskania reprezentatywnego pomiaru całej próbki o niehomogenicznej konsystencji.
Podczas gdy testy NIR sprawdzają się doskonale przy badaniu ziarna i materiałów stałych, technologia FTIR jest bardziej niezawodna jako metoda pomiaru większości typów próbek płynnych.
Branża mleczarska jako pierwsza wykorzystała wygodę i szybkość analiz FTIR dzięki pionierskim rozwiązaniom, które firma FOSS wprowadziła jeszcze w latach 80. FTIR jest obecnie wiodącą metodologią badania zawartości tłuszczu i białka w mleku i produktach mlecznych.
Analizy FTIR stały się również ważnym narzędziem dla winiarzy, od kiedy firma FOSS wprowadziła tę metodę analityczną do branży winiarskiej w 1999 roku. To oczywiście nie oznacza, że winiarze nie byli przedtem w stanie produkować wysokiej jakości wina, ale teraz mogą to robić bardziej konsekwentnie, mając dostęp do obiektywnych danych, które umożliwiają im weryfikację swojego "wyczucia". Technologia FTIR jest również obecna w naszym analizatorze BeerFoss™ FT GO, który oferuje te same korzyści branży piwowarskiej.
W których momentach procesu warzenia piwa można wykorzystać analizę spektroskopową?
W skrócie, analizę spektroskopową można stosować na każdym etapie procesu warzenia. Od surowca do gotowego wyrobu. Firma FOSS stosuje różne technologie analityczne, wspierając producentów zbóż i słodowników od ponad sześćdziesięciu lat.
Dzięki spektroskopii FTIR można mierzyć zawartość alkoholu, gęstość, ekstrakt rzeczywisty, RDF, pH, kalorie (i wiele innych), co pomaga monitorować parametry produkcji i zapewnić zgodność z normami jakościowymi.
Browary rzemieślnicze często uważają, że produkują smaczniejsze i lepszej jakości napoje niż duże przedsiębiorstwa, ale czy smak i jakość można zmierzyć za pomocą spektroskopii? Smak to kwestia bardzo subiektywna, ale jakość można zmierzyć bez wątpienia.
W kontekście piwa, kontrola jakości polega na zapewnieniu, że dany produkt spełnia specyfikację ustaloną dla określonego typu piwa. Obejmuje to konkretne połączenia słodu i chmielu, fermentację, temperaturę i wykończenie produktu. Producenci muszą również mieć pewność, że osiągają zawartość alkoholu wskazaną na etykiecie, aby uniknąć problemów podatkowych.
(Widmo próbki piwa)
Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR) i środkowej podczerwieni (FTIR) umożliwia pomiar wszystkich kluczowych parametrów, od zawartości alkoholu (ABV) przez gęstość, po ekstrakt rzeczywisty, aby uzyskać wgląd w szalony świat fermentacji i uzyskać pewność, że warzymy dokładnie takie piwo, jakie chcemy stworzyć - za każdym razem. Monitorując i rejestrując dane o procesie produkcyjnym, fermentacji i rozlewaniu możemy uzyskać pewność, ze produkt jest zgodny ze specyfikacją docelową i oferuje stałą jakość.
Podsumowując, jakie są korzyści stosowania analizatorów FTIR w branży piw rzemieślniczych?
Korzyści stosowania FTIR do badania piw rzemieślniczych są liczne. Po pierwsze, środkowe pasmo podczerwieni o zakresie 2500 nm - 25000 nm jest szerokie w porównaniu do np.pasma NIR (800 nm - 2500 nm), co oznacza, że spektrum generowane przez analizator FTIR opiera się na wielu punktach danych, a to zapewnia bardzo dokładne odwzorowanie spektralne badanej próbki.
Po drugie, analizatory FTIR charakteryzują się wyższą czułością i mogą mierzyć zarówno piwo o niskiej, jak i wysokiej zawartości alkoholu z większą dokładnością niż rozwiązania oparte na technologii NIR. Jest to również znacznie bardziej wszechstronna metoda badania wszelkiego rodzaju piw kwaśnych, chmielowych lub słodkich. Nie ma też konieczności odgazowywania ani filtrowania próbek przed analizą, ponieważ analizatory FTIR są w stanie mierzyć kluczowe cząsteczki alkoholu i ignorować zakłócenia.
Ponadto, FTIR nie jest rozwiązaniem jednowymiarowym. W zależności od potrzeb klienta można dodawać nowe funkcje, a my ciągle pracujemy nad wprowadzaniem nowych możliwości. Doskonałym przykładem jest funkcja pomiaru mętnego piwa przy pomocy technologii FTIR. Jest to ogromna korzyść dla browarów rzemieślniczych, które mają większą skłonność do eksperymentowania i stale poszukują nowych sposobów produkcji oraz możliwości wykorzystania różnych składników przy tworzeniu nowych rodzajów piwa.
