Discriminating counterfeit beer with Raman spectroscopy and PCA

Význam tématu

Padělání piva ohrožuje jak spotřebitele, tak důvěryhodnost pivovarnických značek. Široce dostupné výrobky mohou být falšovány výměnou etiket a uzávěrů nebo ředěním směsí neznámého složení. Nedostatek rychlých a spolehlivých testů pro odhalení padělků zvyšuje riziko konzumace neověřených alkoholických produktů.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo ukázat, že kombinace Ramanovy spektroskopie (1064 nm) na přenosném přístroji i-Raman EX a multivariační analýzy (PCA) dovoluje rozlišit piva různých značek a odhalit jejich směsi. Studováno bylo čtyři druhy lehkých ležáků, včetně jednoho nízkokalorického vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky:

• Čtyři komerčně dostupné lagery (Lager-H, Lager-B, Lager-C, Lager-M) dekantované z 355 mL plechovek.
• Lager-M představoval „lite“ variantu s 96 kcal a 4,2 % ABV.

Instrumentace a parametry:

• Přístroj i-Raman EX se 1064 nm CleanLaze® laserem, výkon 330 mW.
• Imersiová sonda RIS100-SS (safírová kulička pro omezení vzniku CO₂ bublin).
• BWSpec a BWIQ software pro akvizici a chemometrickou analýzu.
• Doba akumulace spektra 10 s, průměr jedné akvizice.

Hlavní výsledky a diskuse

Ramanova spektra ležáků jsou doménována pásy ethanolu (přibližně 880, 1050, 1090, 1280 a 1450 cm⁻¹), přičemž intenzita pásu C–C (880 cm⁻¹) koreluje s deklarovaným % ABV. Analýza hlavních komponent (PCA) vytvořila čtyři samostatné klastery odpovídající každé značce a pátý klastr pro směs 1:1 Lager-H a Lager-M. Nízkokalorický Lager-M se jasně odlišil od ostatních díky nižší koncentraci ethanolu a rozdílnému složení dodatků.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Rychle identifikovat padělaná piva bez nutnosti složitých příprav.
• Monitorovat kvalitu a složení piva v provozních podmínkách.
• Podpořit celní a policejní orgány v odhalování nelegální distribuce.

Klíčové poznatky z praktických testů:

• Excitace 1064 nm potlačuje fluorescenci přírodních složek piva.
• Stabilní teplota a konstantní odběr vzorku zajišťují reprodukovatelnost dat.
• Dostatečná integrační doba (10 s a více) zvyšuje kvalitu signálu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat rozšíření na různé pivní styly (stout, pilsener), integraci přístroje do výrobních linek pro on-line kontrolu kvality, využití pokročilých chemometrických a strojově-učených algoritmů pro automatickou detekci adulterací a nasazení v terénních podmínkách pro celní kontrolu.

Závěr

Kombinace Ramanovy spektroskopie s 1064 nm laserem a PCA prokázala vysokou účinnost při autentizaci ležáků a odhalení jejich směsí. Metoda nabízí rychlé, bezkontaktní a spolehlivé řešení pro odhalování padělků piva u výrobců, distributorů i regulačních orgánů.

Reference

1. 14.8 million litres alcoholic drinks seized across Europe. European Anti-Fraud Office, 2022.