Observační studie dusíkatých látek vzniklých interakcí nitrosačních činidel s látkami ve sladu

Bc. Tomáš Vaško

Master's thesis

Observational Study of Nitrogenous Substances Formed by Interactions of Nitrosating Agents with Substances in Malt

Abstract:

V rámci této diplomové práce byla provedena observační studie na přítomnost dusíkatých látek vznikajících interakcí nitrosačních činidel s látkami přirozeně obsaženými ve sladu. Mezi tyto látky patří nitrososloučeniny, nitrosloučeniny, kyanosloučeniny, oximy a další dosud strukturně necharakterizované molekuly. Cílem práce bylo navázat na nedávný výzkum probíhající ve VÚPS, který byl zaměřený na detekci a strukturní identifikaci těchto analytů v pivu. Podle vědomí autora a prostudování literatury nebyla většina těchto analytů ve sladu dosud zkoumána. V úvodní teoretické části byla zpracována literární rešerše věnující se problematice sladařství a zmíněných dusíkatých látek. V rámci praktické části bylo analyzováno celkem 200 vzorků, převážně komerčně dostupných sladů, ale i nesladovaných ječmenů, experimentálních sladů a vedlejších produktů výroby různého původu. Jelikož se jedná o netěkavé látky, byla na 13 vzorcích provedena malá pilotní studie o jejich schopnostech přecházet do kongresní sladiny. Vzorky byly připraveny miniaturizovanou extrakční metodou kombinovanou s jednostupňovou silylační reakcí. Kongresní sladiny byly připraveny podle upravené metodiky Evropské pivovarské konvence (EBC), extrahovány pomocí extrakce na pevné fázi (SPE), odpařeny a silylovány. Analýza probíhala na plynovém chromatografu s tandemovou hmotnostní spektrometrií (GC-MS/MS) v módu sledování mnoha reakcí (MRM). K vyhodnocení byly použity především vícerozměrné chemometrické metody. V praktické části byl analýzou uměle nitrosovaných sladů nejprve potvrzen vznik studovaných analytů ve sladové matrici. Dále byly rozpoznány analyty, které byly detekovány převážně v nízkých, přechodných a vysokých analytických odezvách napříč zkoumanými vzorky. Také byly navrženy konkrétní analyty typické pro jednotlivé druhy komerčně dostupných sladů. Zároveň byl potvrzen předpoklad výskytu C-nitrososloučenin ve sladové matrici. Vysoká teplota během hvozdění byla určena jako faktor podporující vznik sledovaných analytů ve sladech. Asociace mezi studovanými analyty a obsahem NDMA nebyla pozorována. Stejně tak nebyla pozorována zřejmá asociace mezi analytickými odezvami zkoumaných analytů a zeměmi původu příslušných matric. Dále bylo potvrzeno, že analyty detekované v komerčně dostupných pivech mohou vznikat i v komerčně dostupných sladech. Hypotézu týkající se přechodu zkoumaných analytů do kongresní sladiny se však nepodařilo za zvoleného designu experimentu spolehlivě potvrdit ani vyvrátit. Jelikož byla provedena observační studie, není vhodné z výsledků vyvozovat jednoznačné závěry a bylo by žádoucí výsledky ověřit dalšími metodami. Budoucí výzkum na tomto poli je tak jistě žádoucí.

Abstract:

As part of this diploma thesis, an observational study was performed on the presence of nitrogenous substances arising from the interaction of nitrosating agents with substances naturally contained in malt. These include nitroso compounds, nitro compounds, cyano compounds, oximes, and other structurally uncharacterized molecules. The work aimed to build upon recent research performed in the Research Institute of Brewing and Malting in Prague (VÚPS), which focused on the detection and structural identification of these analytes in beer. Based on the author's knowledge and searching the relevant literature, most of these analytes in malt have not yet been studied. In the introductory theoretical part, a literature search dealing with the issue of malting and the mentioned nitrogenous substances was processed. In the practical part, a total of 200 samples were analyzed, mainly commercially available malts, but also unmalted barley, experimental malts and by-products of various origins. Since these are non-volatile substances, a small pilot study of 13 samples was conducted to research their abilities to pass into congress wort. The samples were prepared by a miniaturized extraction method combined with a one-step silylation reaction. Congress worts were prepared according to the modified methodology of the European Brewery Convention (EBC), extracted by solid phase extraction (SPE), evaporated and silylated. The analysis was performed on a gas chromatograph with tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) in multiple reaction monitoring mode (MRM). Multidimensional chemometric methods were preferably used for evaluation. In the practical part, the analysis of experimentally nitrosated malts first confirmed forming the researched analytes in the malt matrix. Furthermore, the analytes, which were detected predominantly in low, transitional and high analytical responses across the examined samples, were recognized. Specific analytes, typical for the individual types of commercially available malt, have also been proposed. At the same time, the assumption of the presence of C-nitroso compounds in the malt matrix was confirmed. A high temperature during kilning was determined as a factor supporting the formation of the monitored analytes in malts. However, no association was observed between the studied analytes and an NDMA content. Likewise, no apparent association was observed between the analytical responses of the analyte studies and the countries of origin of the respective matrices. Further, it has been affirmed that the analytes found in commercially available beers can also be formed in commercially available malts. However, the hypothesis concerning the examined analytes in the congress wort could not be reliably confirmed or refuted for the chosen design of the experiment. An observational study has been executed. Thus, clear conclusions cannot be drawnfrom the results. It would be appropriate to verify them by other methods. Future research in this field is therefore undoubtedly desirable.

Keywords

mód sledování mnoha reakcí (MRM), nitrososloučeniny, plynová chromatografie (GC), silylace, slad, tandemová hmotnostní spektrometrie (MS/MS)

Keywords

gas chromatography (GC), malt, multiple reaction monitoring (MRM), nitroso compounds, silylation, tandem mass spectrometry (MS/MS)

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Matyáš Orsák, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food Quality and Processing of Agricultural Products