Prvková analýza piv a varních vod metodou neutronové aktiva ční analýzy Ivana Krausová 1, Jan Ku čera 1, Pavel Dostálek 2, Václav Pot ěšil 3 1 Ústav jaderné fyziky AV ČR v.v.i., Řež 2 Fakulta potraviná řské a biochemické technologie, VŠCHT Praha 3 Pivo Praha, s.r.o., Praha V této studii byl analyzován tradi ční český mok v potraviná řské analýze netradi ční metodou. Neutronovou aktiva ční analýzou vzork ů filtrovaných piv a varních vod bylo zjiš ťováno, zda lze stanovením n ěkterých prvk ů zjistit, ve kterém pivovaru bylo pivo vyrobeno, tj. ur čení jeho původu. Již d říve byly analyzovány vzorky filtrovaných piv z pivovar ů Staropramen, Budvar, Černá Hora a Litovel. V nich byl sledován obsah křemíku, o n ěmž se tvrdí, že je v pivu přítomen ve form ě s vysokou biologickou dostupností 1. Tento esenciální prvek je sice obsažen i v dalších složkách lidské stravy, ale jeho biologická dostupnost je v nich nižší. V této práci byly analyzovány jak lyofilizáty 10º a 12º filtrovaných piv zna čky Gambrinus ze tří výrobních závod ů - Plze ň, Popovice a Radegast, tak varní vody z uvedených závod ů a několika dalších pivovar ů. Byly sledovány nutri čně i analyticky zajímavé prvky jako je Si, Na, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Rb, Cs a La. Zjišt ěné koncentrace byly porovnány s doporu čenými denními dávkami pro člov ěka (DDD). Experimentální část Příprava vzork ů filtrovaných piv Lyofilizáty 10º a 12º piv zna čky Gambrinus z výrobních závod ů Plze ň, Popovice a Radegast (původní objem 250 ml, obsah sušiny 3 - 4 %) byly spalovány v Ni kelímku ve zlatnické peci (Clasic CZ, s.r.o.) v otev řeném systému p ři 600ºC. Vzorek byl vložen do pece vyh řáté na uvedenou teplotu a spalován po dobu 4 hodin. Tímto zp ůsobem se p ředešlo p ěnění lyofilizátu při spalování, ke kterému docházelo p ři postupném zvyšování teploty pří prvních experimentech. Z popela (4 - 6 % hmotnosti lyofilizátu) byly vylisovány tablety o pr ůměru 14 mm a hmotnosti 150-200 mg, které byly zataveny do polyethylenového (PE) pouzdra o pr ůměru 20 mm. K analýze popela bylo p řistoupeno z toho důvodu, že při oza řování v jaderném reaktoru v předb ěžných experimentech vedl radia ční rozklad samotného lyofilizátu k vyp ěnění vzorku z PE pouzdra a až k 80 % ztrátám oza řovaného materiálu. Příprava vzork ů varních vod Vzorky pivovarských vod pro výrobu piva zna čky Gambrinus ve t řech závodech (Plze ň, Radegast a Popovice) a piv zna ček Budvar, Černá Hora a Staropramen byly upraveny přídavkem HNO 3 na hodnotu pH 2-3. P ři následující redukci objemu odpa řováním tak nedocházelo k vylu čování nerozpustných slou čenin Ca, Mg a Fe. Pilotní pokusy p ři stanovení Si rušil vysoký obsah chlóru. Proto byla koncentrace chlóru redukována umíst ěním okyselených vzork ů vod do ultrazvukové vodní lázn ě p ři teplot ě 22°C na cca 4 hodiny a následn ě byly vzorky p řivedeny na n ěkolik minut k prudkému varu. Pak byly vzorky odpa řovány na teflonové desce při teplot ě 90 ºC, dokud se jejich objem nezredukoval minimáln ě na jednu dvacetinu. Po vychlazení byla zkoncentrovaná voda p řevedena do 50 ml odm ěrných ban ěk. Vzorky vod byly dále pipetovány ve 100 µl dávkách na disky chromatografického papíru (Whatman 1) o pr ůměru 14 mm a pod infralampou lampou vysoušeny. Deponovaný objem zahušt ěné vody činil 2 ml. Takto p řipravené vzorky byly zataveny do PE diskových pouzder o pr ůměru 20 mm. 67 Příprava referen čních materiál ů Z referen čních materiál ů NIST SRM 2704 Buffalo River Sediment, NIST SRM 1633b Coal Fly Ash, NIST SRM 1515 Apple Leaves byly p řipraveny lisováním tablety o pr ůměru 14 mm a hmotnosti cca 100 mg, které byly rovn ěž zataveny do PE diskových pouzder o pr ůměru 20 mm. Oza řování a m ěř ení vzork ů Vzorky popel ů a odpark ů byly ozařovány v jaderném reaktoru LVR-15 Centra výzkumu Řež, s.r.o., v jehož oza řovacích kanálech dosahuje hustota toku tepelných, epithermálních a rychlých neutron ů hodnot postupn ě 3,5·10 13 cm -2 s -1, 8,5·10 12 cm -2 s -1 a 5,6·10 12 cm -2 s -1. Pro 29 29 stanovení Si bylo použito jaderné reakce Si(n,p) Al (T 1/2 =6.56 min) s rychlými neutrony (fast neutron activation analysis-FNAA) po odstín ění tepelných neutron ů oza řováním v Cd pouzdrech o tlouš ťce st ěny 1 mm po dobu 45 s. Ostatní prvky (viz Tab. 1) byly stanoveny krátkodobým (1 min.) a dlouhodobým (2 hod.) oza řováním v reaktorovém spektru neutron ů. Vymírací a měř icí doby byly zvoleny tak, aby bylo možno stanovit co nejv ětší po čet prvk ů s co nejmenší nejistotou a byly obdobné jako v našich d řív ějších pracích 2,3 . Aktivita indukovaných radionuklid ů byla m ěř ena gama-spektrometricky s využitím n ěkolika koaxiálních polovodi čových HPGe detektor ů, jejichž relativní ú činnost byla v rozmezí 23 % - 78 % a energetická rozlišovací schopnost FWHM v rozmezí 1,75 keV - 1,85 keV (oba parametry pro fotony 60 Co o energii 1332.5 keV). Detektory byly spojeny lineární elektronikou s gama-spektrometrickým systémem Canberra Genie 2000. Sou částí lineární elektroniky byl Loss Free Counting modul (LFC Canberra 599, Dual mode) ke korekci efektu nakupení impulz ů a dynamických zm ěn mrtvé doby. Sou časn ě se vzorky byly oza řovány a měř eny ve stejných podmínkách standardy stanovovaných prvk ů, které byly p řipraveny pipetováním 25 µl - 50 µl roztok ů se známým obsahem prvk ů na na disky chromatografického papíru Whatman 1, odpa řením a zatavením do PE pouzder. Jako standard pro stanovení Si byl použit kov o polovodi čové čistot ě. Tab. 1 Jaderné reakce a parametry analytických radionuklíd ů4 Prvek Jaderná reakce Polo čas p řem ěny Doba oza řování ( hlavní energie zá ření γ) Si 29 Si(n,p) 29 Al 6,56 m (1273,4 keV) 45 s (FNAA) Na 23 Na(n, γ)24 Na 14,9 h (1368,6 keV) 2 h K 41 K(n, γ)42 K 12,4 h (1524,6 keV) 2 h Ca 48 Ca(n, γ)49 Ca 8,72 m (3084,5 keV) 1 m Sc 45 Sc(n, γ)46 Sc 83,8 d (889,3 keV) 2 h V 51 V(n, γ)52 V 3,75 m (1434,1 keV) 1 m Cr 50 Cr(n, γ)51 Cr 27,7 d (320,1 keV) 2 h Mn 55 Mn(n, γ)56 Mn 2,6 h (1810,8 keV) 1 m Fe 58 Fe(n, γ)59 Fe 44,5 d (1291,6 keV) 2 h Co 59 Co(n, γ)60 Co 5,27 y (1332,5 keV) 2 h Zn 64 Zn(n, γ)65 Zn 244,1 d (1115,5 keV) 2 h Rb 85 Rb(n, γ)86 Rb 18,7 d (1076,7 keV) 2 h Cs 133 Cs(n, γ)134 Cs 2,06 y (795,9 keV) 2 h La 139 La(n, γ)140 La 1,68 d (1596,5 keV) 2 h 68 Vzorky popela pro stanovení Si byly analyzovány duplikátn ě, vzorky popela pro stanovení ostatních prvk ů byly analyzovány ze 4 nezávislých navážek. Vzorky vod byly analyzovány z jednoho odparku. Ze stanovených koncentrací prvk ů v popelu piva byly ze známých pom ěrů objem piva/hmotnost lyofilizátu a hmotnost popela/hmotnost lyofilizátu vypočteny koncentrace prvk ů v původním objemu piva. U vzork ů vod byl pro výpo čet koncentrace prvk ů vzat v úvahu faktor zahušt ění. Výsledky a diskuze Křemík v pivu a ve varních vodách Koncentrace Si v pivech a vystíracích vodách x a jejich kombinovaná nejistota u (k=1) jsou uvedeny v Tab. 2. Tab. 2 Koncentrace Si v pivech a varních vodách Vzorek Pivo, mg·l -1 Voda, mg·l -1 x u x u Staropramen 13,7; 15,0 0,8 2,56 0,40 Pilsner Urquell 16,3; 16,8 0,7 2,78 0,46 Budvar 25,7; 27,5 0,7 4,49 0,41 Černá Hora 30,4; 32,3 0,8 7,13; 7,37 0,92 Litovel 43,3; 44,2 1,1 < 3,8 - Gambrinus 10°, Plze ň 18,5; 18,8 0,8 2,78 0,46 Gambrinus 10°, Popovice 15,5; 19,3 0,6 10,6 0.75 Gambrinus 10°, Radegast 17,9; 18,2 0,7 5,60 0,44 Gambrinus 12°, Plze ň 22,6; 22,2 0,9 2,78 0,46 Gambrinus 12°, Radegast 30,5; 26,5 0,7 5,60 0,44 Nebyla vyhodnocována korelace mezi koncentrací Si v pivu a ve varní vod ě, protože z hmotnostní bilance Si p ři výrob ě piva jsme zjistili, že 95 % Si v pivu pochází z je čmene, 3 % z vody a 2 % z chmelového granulátu 1. Krom ě toho koncentrace Si v pivu se zvyšuje se zvyšujícím se prokvašením (viz Gambrinus 10°, Plze ň versus Gambrinus 12°, Plze ň a Gambrinus 10°, Radegast versus Gambrinus 12°, Radegast). Doporu čená denní dávka Si pro člov ěka (DDD) je 5 – 20 mg 5. Z výsledk ů v Tab. 2 je z řejmé, že pivo je významným zdrojem Si v lidské strav ě. Kontrola správnosti stanovení Si byla provedena analýzou NIST SRM 2704 a NIST SRM 1633b Coal Fly Ash. Výsledky jsou uvedeny v Tab. 2. Nalezené hodnoty souhlasí s hodnotami NIST v rámci uvedených nejistot a potvrzují správnost našich výsledk ů.