La birra è una popolare bevanda alcolica prodotta con grano maltato, luppolo, lievito e aromi. Migliaia di birrifici internazionali e locali producono birra di alta qualità per il divertimento globale. Tuttavia, in alcune regioni i criminali falsificano le birre semplicemente sostituendo i tappi e le etichette di prodotti meno costosi con marchi più redditizi o riempiendo bottiglie vuote con miscele non regolamentate. Solo nel 2022, le autorità doganali e di polizia nazionali di 19 paesi dell'UE hanno sequestrato quasi 14,8 milioni di litri di bevande alcoliche contraffatte, tra cui vino e birra [1].

Attualmente non esistono test semplici per identificare la birra contraffatta. Questa Application Note dimostra la capacità di i-Raman EX, lo strumento Raman del laboratorio B&W Tek con un laser a 1064 nm, con analisi dei componenti principali (PCA) per distinguere tra birre di produttori diversi e da una miscela di birre.

Nel campo delle scienze alimentari, la spettroscopia Raman viene valutata ai fini del controllo della qualità. Viene utilizzato per l'identificazione e la quantificazione dei componenti in una miscela e per l'autenticazione dei campioni.

La birra è una miscela complessa di oltre 400 composti diversi da ingredienti di prodotti naturali che sono sottoposti al processo di fermentazione. Lo spettro Raman della birra è sensibile a questi attributi unici e riflette da vicino la ricetta e il processo di produzione. Anche piccoli cambiamenti spettrali sono rilevabili e possono essere utilizzati per identificare birre contraffatte e rintracciare l'adulterazione fino all'autore.

Lo spettro Raman della birra (Figura 1) è semplice rispetto a prodotti chimici complessi come il paracetamolo, perché la birra generalmente contiene circa il 96% di acqua (un debole diffusore Raman). Il resto è etanolo, una semplice molecola organica, e tracce di altre sostanze.

Lo spettro Raman della birra chiara è dominato dai picchi di etanolo a circa 880, 1050, 1090, 1280 e 1450 cm^-1. Sebbene questi spettri siano visivamente abbastanza simili, le regioni di varianza relativamente elevata evidenziate nella Figura 1 riflettono le diverse composizioni delle lager.

L'intensità del tratto C-C dell'etanolo a circa 880 cm^-1 rappresenta bene la diversa % ABV delle lager (Figura 2). Questo è un prezioso punto di riferimento per discriminare tra le bevande alcoliche.

L'analisi dei componenti principali (PCA) può essere utilizzata per distinguere ulteriormente ciascun campione. La Figura 3 mostra un grafico PCA di ciascun campione e una miscela di due diversi marchi (H1+M1, mostrato in arancione). Nonostante qualche leggera sovrapposizione, ogni marchio appare come un gruppo distinto.

Si noti che Lager-M si distingue facilmente dalle altre marche. Lager-M era l'unica «American-Light Lager» con un contenuto calorico e alcolico inferiore (96 kcal, 4,2% ABV) rispetto alle altre marche (145–150 kcal, 4,6–5,0%).

H1+M1, che è una miscela 1:1 di Lager-H e Lager-M, appare come un cluster separato tra i due e dimostra la capacità di Raman e PCA di discernere facilmente i prodotti adulterati.

• L'eccitazione a 1064 nm genera dati affidabili nonostante la forte fluorescenza dei prodotti naturali presenti nella birra.
• Condizioni di campionamento costanti generano i dati più affidabili. Ad esempio, le differenze di temperatura potrebbero aumentare artificialmente la variazione spettrale.
• La sonda a sfera in zaffiro utilizzata qui fornisce meno siti di nucleazione per un minor numero di bolle di CO₂, che potrebbero interferire con le misurazioni.
• Tempi di integrazione di 10 secondi e più forniscono i dati più affidabili.

Un sistema B&W Tek i-Raman EX configurato con una sonda a immersione ha distinto facilmente le lager di diversi birrifici e una miscela di lager, dimostrando la sua capacità di autenticare campioni e rilevare prodotti contraffatti. Anche una piccola quantità di adulterazione può essere identificata con un'analisi PCA dettagliata dello spettro Raman della birra.