Irena Bąk-Sypień, Aleksandra Karmańska, Agata Dobosz, Bolesław Karwowski
OCENA AKTYWNOŚCI PRZECIWUTLENIAJĄCEJ ORAZ WYBRANYCH PARAMETRÓW JAKOŚCI PIWA TYPU PORTER
Katedra i Zakład Bromatologii Wydziału Farmaceutycznego Uniwersytetu Medycznego w Łodzi
Kierownik: prof. dr hab. B. Karwowski
Badano wybrane parametry jakości, zawartość związków polifenolowych oraz potencjał przeciwutleniający piwa typu porter. Pomiary wykonano metodami spektrofotometrycznymi oraz zalecanymi do analizy wyrobów piwowarskich. Piwa odznaczały się różnym potencjałem wymiatania rodnika DPPH, zawarto-ścią polifenoli ogółem i fl awonoidów ogółem.
Hasła kluczowe: piwo, właściwości przeciwutleniające, związki fenolowe, para-metry jakości.
Key words: beer, antioxidant activities, polyphenolic compounds, quality param-eters.
Piwo cieszyło się popularnością w całej historii ludzkości, dziś nie jest inaczej. Jest ono powszechnie spożywane i stanowi trzeci najbardziej popularny napój a pierwszy z napojów alkoholowych na świecie. Europejczycy konsumują rocznie prawie 40% światowej produkcji piwa. Według badań przeprowadzonych przez WHO, Polacy spożywają ok. 50 g etanolu dziennie, w tym 55% jako piwo (1).
Piwo jest niezwykle złożoną mieszaniną bioaktywnych składników odżywczych, takich jak węglowodory, aminokwasy, sole mineralne, witaminy i związki fenolo-we. Ilość przeciwutleniaczy obecnych w piwie jest taka sama jak w winach, ale ich skład i rodzaj różni się. Obecne w piwie związki polifenolowe w 70–80% pochodzą z jęczmienia, 20–30% z chmielu, a ich ilości zależą od rodzaju napoju. Wszystkie związki fenolowe ze słodu jęczmiennego lub chmielu wykazują właściwości nutra-ceutyczne (2–5). Główny kwas fenolowy jęczmienia – kwas felurowy – wykazuje silne właściwości antyhiperlipidemiczne, przeciwmutagenne (6). Ksantohumulon i jego metabolity isoksantohumol oraz fi toestrogen 8-prenylnaringenina z chmielu wykazują właściwości przeciwnowotworowe, przeciwzapalne (7, 8). Należy jednak pamiętać, że alkohol jest substancją psychoaktywną i tylko umiarkowane spożycie alkoholu w połączeniu ze zdrowym odżywianiem i aktywnością fi zyczną uważa się za korzystne w profi laktyce zdrowia (9, 10).
Celem pracy było zbadanie całkowitej zawartości polifenoli wybranych piw typu porter, badanie właściwości przeciwutleniających tych napojów alkoholo-wych oraz ustalenie związków pomiędzy wymienionymi cechami a parametrami jakości.
MATERIAŁY I METODY
W pracy oceniono 14 piw typu porter (PP-1÷PP-14). Wszystkie zostały wypro-dukowane w polskich małych i średnich browarach regionalnych lub obecnych na rynku polskim grup browarniczych. Szczegółową charakterystykę tych piw przedstawiono w tab. I. Próbki odgazowano sącząc przez lejek szklany wypełniony watą, przechowywano w lodówce w temp. 5° C i analizowano w ciągu 48 godz. od otwarcia butelki. Każdą z analiz przeprowadzono dziewięciokrotnie, wyniki przedstawiono jako średnią pomiaru ± odchylenie standardowe (SD). Użyte od-czynniki odznaczały się czystością analityczną. Metody oparte na pomiarze ab-sorbancji w zakresie długości fali UV-VIS wykonano za pomocą dwuwiązkowego spektrofotometru Varian – Cary 100.
Oznaczono:
• pH zgodnie z AOAC przy użyciu pH-metru Mettler, Toledo (11);
• intensywność barwy zgodnie z procedurą EBC (12). Absorbancję wszystkich próbek odczytano przy 550 nm, 700 nm w 10 mm kiuwecie, po odpowiednim rozcieńczeniu;
• goryczkę (IBU) wg spektrofotometrycznej metody ASBC (13). Goryczka w jed-nostkach IBU została obliczona za pomocą następującego równania:
IBU = A275 × 50;
• całkowitą zawartość fl awonoidów metodą spektrofotometryczną z chlorkiem glinu (14). Katechinę (CA) zastosowano jako standard do stworzenia krzywej
kalibracyjnej, a stężenie wyrażono w mg ekwiwalentu katechiny w dm3 piwa
(mg CA/dm3);
• całkowitą zawartość kwasów fenolowych za pomocą spektrofotometrycznej me-tody Folina–Ciocalteau (15). Pomiar porównano z krzywą kalibracyjną przygoto-wanego roztworu kwasu galusowego (GA), a wyniki wyrażono jako miligramy
równoważnika kwasu galusowego na dm3 piwa (mg GA/dm3).
• aktywność przeciwutleniającą, w obecności rodnika DPPH. Wyniki odniesiono do krzywej kalibracji procentu wychwytywania rodników DPPH do stężenia Troloxu i wyrażono w mmolach ekwiwalentu Troloxu w litrze badanego piwa
(mmol Troloxu/dm3) (16).
Wartości średnich i odchyleń standardowych oraz równania regresji dla krzy-wych standardokrzy-wych wyliczono w programie Microsoft Offi ce Excel 2013, na-tomiast analizę statystyczną przeprowadzono w programie Statistica 13.1 fi rmy StatSoft (Dell, Polska) przyjmując przedział istotności na poziomie 95%. Analiza korelacji Pearsona została przeprowadzona w celu określenia korelacji między śred-nimi oraz wizualizacji różnicy i podobieństwa między badanymi próbkami piw.
WYNIKI I ICH OMÓWIENIE
Fenole obecne w piwie odpowiadają za cechy sensoryczne takie jak kolor i smak, a także stabilność napoju, a ich ilość jest ważnym aspektem jakości i właściwości prozdrowotnych. Wyniki zawartości tych bioaktywnych komponentów oraz właści-wości przeciwutleniające w przebadanych piwach przedstawiono w tab. I.
T a b e la I . P ro c e n t w y m ia ta n ia r o d n ik a D P P H , z a w a rt o ś ć p o lif e n o li ( m g G A /d m 3), f la w o n o id ó w ( m g C A /d m 3) o ra z w y b ra n e p a ra m e tr y j a ko ś c i a n a liz o w a n y c h p iw t y p u p o rt e r: b rowa ry r ze m ie ś ln ic ze P-1 , P-2 , P-4 , P-5, P-1 0 , P-11 , P-1 2 , g ru p y b rowa rn ic ze P-3, P-6 ÷ P-9 T a b le I . P e rc e n ta g e o f D P P H r a d ic a l s c a v e n g in g , c o n te n t o f p o ly p h e n o ls ( m g G A /d m 3), f lavo n o id s ( m g CA /d m 3) a n d s e le c te d q u a lit y p a ra m e te rs o f a n a ly s e d p o rt e r b e e rs : c ra ft b re w e ri e s P -1 , P -2 , P -4, P -5 , P -1 0 , P -1 1 , P -1 2 , b re w in g g ro u p s P -3 , P -6 ÷ P -9 Piwo Zawartość etanolu (%, v/v) Ekstrakt brzeczki podstawowej (°P) F ermen- tacja P astery -zacja Filtracja Badane parametry P olifenole całkowite (mgGA/dm 3) Flawonoidy (mgCA/dm 3) DPPH (mmol troloxu/dm 3) IBU EB C p H P -1 8,0 18,1 dolna tak tak 540,13±25,32 43,59±1,49 1,86±0,03 33,53±1,06 50,03±0,09 4,43±0,04 P -2 9,0 21,0 dolna tak nie 902,50±22,35 70,03±1,93 3,13±0,13 30,96±0,78 56,1±0,09 4,40±0,02 P -3 9,5 22,0 dolna tak tak 460,73±31,27 38,72±0,29 2,18±0,12 22,62±0,45 70,58±0,07 4,48±0,00 P -4 9,0 21,0 dolna tak tak 532,43±34,28 56,63±0,97 0,98±0,07 27,37±1,06 56,6±0,06 4,29±0,06 P -5 8,9 22,0 dolna tak b.d. 578,18±10,31 48,07±0,72 1,90±0,16 39,86±0,95 40,9±0,08 4,07±0,17 P -6 8,5 18,1 b.d. tak b.d. 320,13±26,55 37,08±1,56 1,36±0,22 78,38±0,54 36,38±0,27 4,13±0,06 P -7 9,0 22,0 dolna tak tak 469,10±25,11 41,06±1,92 1,64±0,18 38,89±0,82 84,53±0,01 4,12±0,15 P -8 9,5 21,0 dolna tak tak 442,44±17,98 46,06±1,00 0,54±0,06 40,31±0,91 62,57±0,09 4,21±0,05 P -9 8,0 20,0 dolna tak tak 367,83±20,47 40,09±1,07 1,81±0,10 39,63±0,43 36,25±0,1 4,54±0,10 P -10 7,5 22,0 dolna tak nie 726,36±27,39 82,30±1,52 3,26±0,09 40,36±0,83 84,55±0,07 4,48±0,08 P -11 8,0 22,0 dolna tak nie 771,78±21,44 99,87±1,1 2,90±0,16 46,42±1,14 42,79±0,11 4,52±0,03 P -12 8,5 18,1 dolna tak tak 710,36±18,04 80,13±2,50 2,89±0,02 89,35±0,93 40,36±0,06 4,35±0,09
Zawartość badanych polifenoli i fl awonoidów w próbkach piw była
zróżnicowa-na i wynosiła odpowiednio od 902,50±22,3 do 320,13±26,55 mgGA/dm3 oraz od
99,87±1,1 do 37,08±1,56 mgCA/dm3. Należy podkreślić, że najwyższą zawartość
fl awonoidów ogółem i polifenoli ogółem stwierdzono w próbkach pochodzących z browarów rzemieślniczych. Analiza aktywności antyoksydacyjnej badanych piw wobec rodników DPPH wykazała, że wyniki mieściły się w granicach od 3,26±0,09 do 0,54±0,06, przy czym, podobnie jak przy zawartości polifenoli i fl awonoidów najwyższą aktywnością przeciwutleniającą odznaczały się piwa rzemieślnicze. Ob-serwowane różnice przypisać można operacjom jednostkowym przyjętym przez producentów, parametrom warzenia, różnorodności użytych słodów i chmielu. Wszystkie otrzymane wyniki były porównywalne z danymi dostępnymi w lite-raturze dla piw typu porter. Dodatkowo należy podkreślić, iż spośród piw do-stępnych na rynku, piwa ciemne, w tym portery odznaczają się najsilniejszymi właściwościami prozdrowotnymi wynikającymi z aktywności przeciwutleniającej i zawartości związków polifenolowych (17, 18). Oprócz prostych fenoli, pochodnych kwasu benzoesowego i cynamonowego, kumaryn, katechin, proantocyjanidyn, pre-nylowancych chalkonów i fl awonoidów piwo jest źródłem alfa- (humulon) oraz izo--alfakwasów (izohumulon), głównych składników decydujących o jakości smaku. Kwasy te wydobywają się z szyszek chmielowych podczas warzenia. Niewpływa-jące na smak chmielowe α-kwasy ulegają w tym procesie produkcji izomeryzacji w odpowiednie gorzkie formy izo-α. Oprócz rodzaju chmielu na gorzki smak piwa wpływ mają ilość i rodzaj słodu. Końcową wartość opisującą gorycz piwa wyraża jednostka IBU (ang. International Bitterness Units), której wartość zwykle mieści się w zakresie od 0 do 100. Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że badane próbki piw porter odznaczały się wartościami IBU w granicach od 22,62±0,45 do 89,35±0,93. Istnieje znaczna zmienność pomiędzy różnymi próbkami wskazująca na duże różnice w zawartości izo-alfakwasów. Dodatkowo, przebadane przez nas próbki piwa odznaczały się barwą charakterystyczną dla piw ciemnych 40,36±0,06 ÷84,55±0,07. Niemniej jednak jednostka EBC dla porterów i porterów bałtyckich powinna być większa niż 60. Z naszych badań wynika, że tylko cztery piwa: P-3, P-7, P-8 i P-10 uzyskały taką barwę. Na zróżnicowanie w kolorze wpływ ma ilość użytych słodów karmelowych i barwiących. Z kolei pH badanych piw było cha-rakterystyczne dla tego napoju i mieściło się w granicach: 4,12±0,15÷4,54±0,10.
Pomiędzy zawartością polifenoli a aktywnością przeciwutleniającą badanych próbek piwa wyliczono współczynnik korelacji r=0,79 (n=9, p<0,05), który świad-czy o umiarkowanej statystycznej zależności pomiędzy tymi pomiarami. Podobne wartości korelacji potwierdzają badania Zhao oraz Ditricha (18, 19). Również po-między zawartością związków fl awonoidowych a aktywnością przeciwutleniającą wykazano umiarkowaną korelację r=0,72 (n=9, p<0,05), jak w badaniach Granato (20). Pozostałe parametry nie korelowały ze sobą.
WNIOSKI
1. Piwa typu porter mogą stanowić źródło związków bioaktywnych o wysokich właściwościach wychwytywania wolnych rodników.
2. Zaobserwowano duże różnice w zawartości związków fenolowych w piwach pochodzących z browarów rzemieślniczych i koncernów, a znaczną część tych róż-nic można przypisać składnikom piwa i jednostkowym operacjom produkcyjnym przyjętym przez każdego producenta.
3. Odnotowano również znaczne rozbieżności w parametrach jakości badanych piw (IBU i EBC). Z doniesień literaturowych wynika, że na jakość sensoryczną i typ piwa wpływ ma różnorodność składników szczególnie chmielów dodawa-nych podczas gotowania brzeczki, temperatura i pH podczas zacierania, barwienia i gotowania.
I. B ą k-S y p i e ń, A. K a r m a ń s k a, A. D o b o s z, B. K a r w o w s k i EVALUATION OF ANTIOXIDANT ACTIVITY AND SELECTED PORTER
QUALITY PARAMETERS S u m m a r y
Introduction. Beer is a popular fermented drink produced from barley malt and hops.
Epidemiologi-cal studies have shown that barley malt and hops contain compounds with nutraceutiEpidemiologi-cal properties and beer consumed in the moderate amounts indicates positive infl uence on human health. .
Aim. The aim of these studies was analysis of the total polyphenol content and antioxidant activity
of selected polish porter beers. Moreover the correlation between mentioned above parameters and quality parameters.
Material and methods. The study assessed 14 porter type beers (PP-1 ÷ PP-14). All of them were
produced by small and medium-sized regional Polish breweries, or by big beer brewing companies in Poland. The antioxidant activity, polyphenol content, fl avonoids IBU and EBC test were executed according to the methods recommended for the analysis of brewing products and based on UV –vis spectroscopy method.. Statistical analysis was carried out using Statistica 13.1 software.
Results. Beers from craft breweries indicated the highest content of total fl avonoids and total
polyphenols. Analysis of the antioxidant activity of the studied beers on DPPH radicals showed that the results ranged from 3.26±0.09 to 0.54±0.06. The maximum antioxidant activity was also found in craft beers. The IBU analysis showed that the iso-alpha-acid content signifi cantly between particular samples. In addition, the tested beer samples were included in the colour characteristics of the dark beer. Nevertheless, the ECB unit for porters should be greater than 60. Our research shows that only four beers: P-3, P-7, P-8 and P-10 obtained such a colour.
Conclusions. There were signifi cant differences in the content of phenolic compounds and quality
parameters in craft breweries and corporations, and a signifi cant part of these differences can be at-tributed to the beer ingredients and unit production operations adopted by each producer.
PIŚMIENNICTWO
1. Global status report on alkohol and health. World Health Organization 2014. – 2. Arranz S.,
Chiva-Blanch G., Valderas-Martínez P., Medina-Remón A., Lamuela-Raventós R. M., Estruch R.: Wine, Beer,
Alcohol and Polyphenols on Cardiovascular Disease and Cancer. Nutrients. 2012; 4(7): 759-781 – 3.
Gerhauser C.: Beer constituents as potential cancer chemopreventive agents. Eur. J. Cancer. 2005;
41: 1941-1954. – 4. Gorinstein, S., Caspi, A.; Libman, I., et al..: Bioactivity of beer and its infl uence on human metabolism. Int. J. Food Sci. Nutr. 2007; 58: 94-107. – 5. Milligan S. R., Kalita J. C., Pocock V.,
Van De Kauter V., Stevens J. F., Deinzer M. L., Rong H., de Keukeleire D.: The endocrine activities of
8-prenylnaringenin and related hop (Humulus lupulus L.) fl avonoids. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2000; 85: 4912-4915. – 6. Chung W. G.; Miranda C. L.; Stevens J. F.; Maier C. S.: Hop Proanthocyanidins induce apoptosis, protein carbonylation, and cytoskeleton disorganization in human colorectal adeno-carcinoma cells via reactive oxygen species. Food Chem. Toxicol. 2009; 47: 827-836. – 7. Gerhauser
C., Alt A., Heiss E., Gamal-Eldeen A., Klimo K., Knauft J., Neumann I., Scherf H.R., Frank N., Bartsch H., et al.: Cancer chemopreventive activity of xanthohumol, a natural product derived from hop. Mol.
Cancer. Ther. 2002; 1: 959-969. – 8. Ferk, F., Misik M., Nersesyan A., et al.: Impact of xantohumulon (a prenylated fl avonoid from hops) on DNA stability and other health-related biochemical parameters: Results of human intervention trials. Mol. Nutr. Food Res. 2016; 60: 773-786. – 9. Chiva-Blanch G.,
Arranz S., Lamuela-Raventos M. M., Estruch R.: Effects of wine, alcohol and polyphenols on
cardio-vascular disease risk factors: Evidences from human studies. Alcohol and Alcoholism. 2013; 48(3): 270-277. – 10. Room R., Babor T., Rehm J.: Alcohol and public health. Lancet. 2005; 365: 519–530.
11. AOAC, Offi cial Methods of Analysis of AOAC International (17th edn). AOAC, Washington, DC, 2005. – 12. EBC (European Brewery Convention). Anaytica-EBC, Nürnberg (Germany). Fachverlag Hans Carl, 2004, Method 6.8, Section 6 Adjuncts. – 13. https://tools.thermofi sher.com/content/sfs/ brochures/AN52467-E-1113M-UVVisBeer-H.pdf. (dostęp:07.01.2018). – 14. Jia Z., Tang M., Wu J.: The determination of fl avonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chem. 1999; 64: 555-559. – 15. Singleton, V. L., & Rossi, J. A.: Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture. 1965; 16: 144-158. – 16. Sanchez-Moreno, C., Larrauri, J. A., & Saura-Calixto, F.: A procedure to measure the antiradical effi ciency of polyphenols. J. Sci. Food Agric. 1998; 76: 270-276. – 17. Piazzon A., Forte
M., Nardini M.: Characterization of polyphenol content and antioxidant activity of different beer types.
J. Agric. Food Chem. 2010; 58: 10677-10683. – 18. Ditrich M., Kordialik-Bogacka E. Czyżowska A.: Antiradical and reducing potent of commercial beers. Czech J. Food Sci. 2015; 33: 261-266. – 19. Zhao
H., Li H., Sun G., Yang B., Zhao M.: Assessment of endogenous antioxidant compounds and antioxidant
activities of lager beers. J. Sci. Food Agric. 2013; 93: 910-917. – 20. Granato D., Favalli Branco G.,
de Assis Fonseca Faria J., Gomes Cruz A.: Characterization of Brazilian lager and brown ale beers
based on color, phenolic compounds, and antioxidant activity using chemometrics. J. Sci. Food Agric. 2011; 91: 563-571.
