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FT-NIR Spectroscopy—A Modern Tool for Quality Monitoring of Brewers’ Raw Materials

MBAA TQ doi:10.1094/TQ-47-1-0217-01  |  VIEW ARTICLE

A. Broz (1,2), P. Kosin (1,2), J. Savel (2), J. Sikola (3), D. Behmer (4), J. Prokes (5), and F. Kroupa (6). 1. Institute of Chemical Technology, Department of Fermentation Chemistry and Bioengineering, Prague, Czech Republic. 2. Budweiser Budvar, N.C., Ceske Budejovice, K. Svetle 4, Czech Republic. 3. OPTIK INSTRUMENTS s.r.o., Doubravnik, Czech Republic. 4. Bruker Optik GmbH, Ettlingen, Germany. 5. The Research Institute of Brewing and Malting, Brno, Czech Republic. 6. V.F. HUMULUS, Ltd., Zatec, Czech Republic.

Abstract
Fourier transform near-infrared (FT-NIR) spectroscopy represents a modern, elegant tool for the rapid prediction of many important characteristics of malt and hops. A multipurpose analyzer was used to collect data on the NIR spectra of malt and hops. NIR models were calibrated and validated with spectroscopy software (OPUS 5.5). The validity of these models was proven over two years on two different crops of barley and hops. The calibration data were used to monitor the quality of the entire Czech Republic crop each year and optimized with new data after each harvest. NIR analysis has since been integrated as a routine procedure in our quality control laboratory. Malt quality characteristics such as extract content, protein content, soluble nitrogen content, Kolbach index, and friability were predicted by the NIR models with satisfactory accuracy. The results for relative extract at 45°C and wort viscosity were less precise. The models for predicting alpha- and beta-acids contents in hops were very good, with errors within the range of the reference method used. Most importantly, all models of all parameters were able to recognize conspicuous samples in all cases, which could then be tested using classic analytical methods.

Keywords: brewing, hops, malt, near infrared, quality prediction, raw materials 

Síntesis
La espectroscopía de infrarrojo cercano de transformación Fourier (FT-NIR) representa una herramienta moderna y elegante para el pro­nóstico de muchas características importantes de la malta y del lúpulo. Se utilizó un analizador multi-propósito para obtener datos en el espectro NIR de malta y de lúpulo. Modelos NIR fueron calibrados y validados con software de espectroscopía (OPUS 5.5). La validez de estos modelos fue corroborada a lo largo de dos años sobre dos cosechas dif­erentes tanto de cebada como de lúpulo. Los datos de la calibración fueron utilizados para monitorear la calidad de la totalidad de la cosecha de la República Checa en cada uno de esos años y se optimizó con nuevos datos después de cada cosecha. El análisis NIR ha sido integrado desde entonces al procedimiento rutinario en nuestro laboratorio de control de la calidad. Las siguientes características de la calidad de la malta fueron pronosticadas por los modelos NIR con bastante exactitud: contenido de extracto, contenido de proteína total y de nitrógeno soluble, índice Kolbach y friabilidad. Los resultados para extracto relativo a 45°C y para viscosidad del mosto fueron menos precisos. Los modelos para predecir los contenidos de ácidos alfa y beta en lúpulo fueron muy buenos, con errores dentro de la tolerancia del método de referencia. Vale destacar que todos los modelos de todos los parámetros fueron capaces de reconocer muestras anómalas en todos los casos, para que estas fuesen luego verificadas por métodos analíticos clásicos.

Palabras claves: elaboración de cerveza, infrarrojo cercano, lúpu­lo, malta, materia prima, pronóstico de la calidad

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