Métodos espectroscópicos para o estudo da cerveja

Abstract

O trabalho apresentado nesta dissertação pretendeu desenvolver e aplicar métodos espectroscópicos, em especial, espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e espectroscopia de infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), acoplados com a análise em componentes principais (PCA), na caracterização química da cerveja e consequente correlação com variáveis, tais como, origem/local (país ou cidade) e data de produção. No capítulo 1 estão apresentados os vários objectivos deste trabalho enquanto que no capítulo 2 (Introdução Geral) se descrevem a origem, o processo de fabrico e a composição química da cerveja, assim como os fundamentos dos métodos usados. No capítulo 3 mostram-se os resultados da aplicação da espectroscopia de RMN no estudo da composição química da cerveja. O espectro de RMN de 1H apresenta elevada complexidade e contém informação sobre uma vasta gama de compostos. Recorrendo a espectros bidimensionais é possível identificar vários compostos, incluindo açúcares, aminoácidos e ácidos orgânicos. No capítulo 4 apresenta-se um estudo sobre a determinação da origem e data de produção de cervejas produzidas em diferentes países. A espectroscopia de FT-IR e a PCA permitiram distinguir algumas cervejas com base no seu teor alcoólico e conteúdo em maltose e dextrinas. Por sua vez, a espectroscopia de RMN acoplada com a PCA detectou compostos (e.g. ácido pirúvico, láctico e dextrinas) que possibilitam a separação por país de origem e data de fabrico. No capítulo 5 são descritos os resultados da aplicação das mesmas metodologias, mas em cervejas produzidas num mesmo país. Pretendeu-se averiguar se um controlo mais efectivo das diferentes variáveis (qualidade da água, tipo de matérias-primas, condições ambientais e tipo de equipamento) pode ainda provocar diferenças na composição química da cerveja. Não foi encontrada uma separação clara entre os locais de fabrico, nem por espectroscopia de FT-IR nem por RMN. No entanto, esta última permitiu a distinção entre algumas cervejas produzidas em datas diferentes. Esta separação deve-se, por exemplo, ao conteúdo em aminoácidos e nucleósidos, que pode estar relacionado com diferentes condições de processamento, estado da levedura e tipo de equipamento. Finalmente, no capítulo 6 é feita uma abordagem preliminar ao estudo do processo de fabrico da cerveja por espectroscopia de RMN. Esta metodologia poderá ser uma mais valia no controlo de qualidade efectivo e rápido e optimização de processos industriais.

ABSTRACT: The work reported in this thesis aimed at developing and applying spectroscopic methods, mainly nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, in tandem with principal component analysis (PCA), for the thorough chemical characterization of beer and its correlation with variables such as production site (country or town) and date of production. In chapter 1 the objectives of this work are presented while in chapter 2 (General Introduction) the origins, process of production and general chemical composition of the beer are described, as well as the fundamentals of the methods employed. Chapter 3 presents the results of the application of high resolution NMR for the characterisation of the chemical composition of beer. The 1H spectra show a high complexity and contain information about many compounds. Spectral assignment is carried out with basis on 1D and 2D NMR spectra, resulting in the identification of many components, including sugars, amino acids and organic acids. Chapter 4 presents a study about the determination of production origin and date of beers produced in different countries. FT-IR spectroscopy and PCA allowed to distinguish some beers on basis of its ethanol, maltose and dextrins content. Some compounds (e.g. pyruvic and lactic acids and dextrins) have been detected by NMR spectroscopy and PCA and found to allow the separation of samples by origin country and date of production. In chapter 5, the results of the application of the same methodologies to beers produced nationally are described. Here, the aim was to determine if even though a more effective control of the different variables (water quality, kind of matters, environmental conditions and kind of equipment) is possible, there still are meaningful differences between samples. It wasn’t found a clear separation between production sites, neither by FT-IR or NMR spectroscopy. However, NMR spectroscopy allowed the distinction between some beers produced in different dates. It was observed that the differences found relate, for example, to amino acids and nucleosides content, which may be related to variables such as different conditions of processing, yeast age and type and equipment conditions. Finally, in chapter 6 a preliminary approach to the study of beer production by NMR spectroscopy is made. This methodology could be valuable in the effective and fast quality control and for the industrial processes optimization.