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色谱基础和方法
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白酒中甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸的测定

发布时间:2024-08-21作者:小编来源:点击:

白酒作为中国的国酒,和伏特加、威士忌、白兰地、朗姆酒、杜松子酒并称为世界六大蒸馏酒[1][2]。其独特的香味特征不仅是酒品质的重要体现,更承载着中国传统文化内涵[3][4]。传统白酒的生产加工过程以粮谷为原料,以酒曲为发酵剂,经原料研磨、制曲、发酵、蒸馏和陈酿制成[5][6][7]。复杂的原料、特殊的工艺和多菌种共发酵等多种因素共同作用使得白酒的成分极其复杂。在白酒的组成中,水和乙醇约占98%左右,芳香物质如酸、酯、醇和醛占不到2%,这些化合物基本由碳、氢、氧和其他杂原子(如氮和硫)组成[8][9][10]。挥发性有机化合物基本上决定了不同酒类的品质和香型[11]。因此,将白酒分为浓香、酱香、米香、清香和兼香等12种香型[12][13]。其中,清香型白酒具有清新纯正的复合香气,且口感醇厚绵甜、余味悠长[14][15]。浓酱兼香白酒的酿造工艺将浓香型和酱香型白酒的酿造技术相结合,使酒体既有浓香型的浓郁窖香,又有酱香型的幽雅细腻[16]

酯类是形成白酒香气的主要呈味物质,其构成和配比是影响酒体风格和品质的关键因素[17]。乙酸乙酯和乳酸乙酯是清香型白酒的主体物质,乙酸乙酯以其独特的花果香味为白酒增加了清爽的口感,使白酒的整体香气更加丰富;乳酸乙酯则赋予白酒独特的窖香和槽香,口感绵软柔和,且因其能提高乙酯与水的互溶性,增加了酒的醇厚感[18][19][20][21]。己酸乙酯是浓香和酱香型白酒的主要成分,为白酒提供了独特的窖香和菠萝果香,口感柔和圆润,而且己酸乙酯还带有轻微的刺激感,这种刺激感与甜味相互交织,使白酒更加绵甜醇厚[22][23]。己酸作为己酸乙酯的前体物质,具有明显的定味作用,赋予白酒独特果味芳香,能有效降低白酒的辛辣味和苦味[24][25]。甲醇作为一种有毒物质是白酒中重要的食品安全指标,如果其在白酒中含量超标,会对人体健康产生不良影响。目前,白酒中的风味物质检测分别对应不同的国标检测方法,不仅效率低,而且增加了检测工作的复杂性。因此,对标准中的方法进行优化,建立一种简便、精确且高灵敏的方法,同时检测清香型、浓香型或浓酱兼香型白酒中的甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸含量有重要的应用价值。

气相色谱法(GC)由于其操作便捷、检测分析快速、分离效果好、重复性强、灵敏度和分辨率较高等优点,成为白酒中风味物质分析的首选方法[26]。张琴[27]等建立了同时检测清香型白酒中甲醇、乙酸乙酯和乳酸乙酯的GC内标法,标准曲线相关系数R2均>0.999,加标回收率分别为94.3%~100.4%、93.4%~100.2%、96.3%~99.8%,精确度较高;孟雄飞[28]等采用GC检测乙酸乙酯、己酸乙酯等10种物质,相关系数均在0.9990以上,加标回收率分别为94.3%~100.4%、93.4%~100.2%、96.3%~99.8%,具有较好的准确性和精密度。

本研究拟建立气相色谱(GC)内标法,同时检测清香型、浓香型或浓酱兼香型白酒中甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸的含量,并进行方法确认验证其可靠性,旨在优化现有国标方法,提高检测效率,为白酒品质监控提供有力技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样:7个不同酒精度酒样[1#(42.3%vol)、2#(50.0%vol)、3#(43.1%vol)、4#(52.0%vol)、5#(56.0%vol)、6#(43.2%vol)和7#(52.3%vol)],市售白酒。

试剂及耗材:无水乙醇(色谱纯,迪马科技);甲醇(GC,>99.7%),中国计量科学研究院;乙酸乙酯(GC,>99.7%),叔戊醇(GC,>99.5%),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;己酸乙酯(GC,>99.5%),乙酸正戊酯(GC,>99.5%),天津市光复科技发展有限公司;乳酸乙酯(GC,>99.0%),上海麦克林生化科技有限公司;己酸(GC,>99.5%),二乙基丁酸(GC,>99.5%),天津市津科精细化工研究所。

仪器设备:GC-2010 Pro气相色谱仪,日本岛津公司;LA230s电子分析天平,北京赛多利斯科学仪器有限公司;Milipore超纯水机,法国默克公司。

1.2 试验方法

1.2.1 溶液的配制

1.2.1.1 乙醇溶液的配制

无水乙醇:色谱纯。

乙醇溶液(40%vol):量取40 mL无水乙醇,用一级水定容至100 mL,充分混匀。

乙醇溶液(50%vol):量取250 mL无水乙醇,用一级水定容至500 mL,充分混匀。

1.2.1.2 混合标准储备溶液的配制

甲醇标准储备液:称取0.5069 g甲醇至100 mL容量瓶中,用40%乙醇溶液定容至刻度,混匀。

乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯混合标准储备液:分别称取2.5139 g乙酸乙酯、2.5021g乳酸乙酯、2.5055 g己酸乙酯标准物质至100 mL容量瓶中,用无水乙醇(色谱纯)定容至刻度,混匀。

己酸标准储备液:称取1.0081 g己酸标准物质至100 mL容量瓶中,用50%乙醇溶液定容至刻度,混匀。

1.2.1.3 混合内标溶液的配制

叔戊醇、乙酸正戊酯、二乙基丁酸混合内标溶液:分别准确称取10.0079 g、10.0077 g、10.0124 g叔戊醇、乙酸正戊酯、二乙基丁酸标准物质至500 mL容量瓶中,用50%乙醇溶液定容至刻度,混匀。

1.2.1.4 混合标准工作溶液的配制

甲醇系列标准工作液:分别从甲醇标准储备液中吸取了0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、5.0 mL,并分别注入25 mL容量瓶中,用40%乙醇溶液定容至刻度,依次得到了甲醇含量为101.076 mg/L、202.152 mg/L、404.303 mg/L、808.607 mg/L、1010.759 mg/L系列标准溶液。分别从每个甲醇系列标准溶液中吸取了10 mL,注入5个10 mL的容量瓶中,分别加入0.1 mL混合内标溶液,并进行充分的混合以确保均匀性。

乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸混合标准工作液:首先从乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯的混合标准储备液中,分别吸取0.1 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL和1.0 mL,并分别注入5个10 mL的容量瓶中,同时,从己酸标准储备液中,分别吸取了0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL和1.0 mL,分别加入到相应的容量瓶中,使用50%乙醇溶液定容,直至液面达到刻度线,分别加入0.1 mL混合内标溶液,充分混匀,配制成不同浓度的乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸的混合标准工作溶液。其中,乙酸乙酯的质量浓度为251 mg/L、501 mg/L、1003 mg/L、1504 mg/L、2506 mg/L,乳酸乙酯的质量浓度为248 mg/L、495 mg/L、991 mg/L、1486 mg/L、2477 mg/L,己酸乙酯的质量浓度为249 mg/L、499 mg/L、997 mg/L、1496 mg/L、2493 mg/L系列混合标准工作溶液,己酸的质量浓度为201 mg/L、401 mg/L、602 mg/L、802 mg/L、1003 mg/L系列混合标准工作溶液,遵循现配现用的原则,以确保试验结果的准确性和可靠性。

1.2.2 样品前处理

吸取试样10.0 mL于容量瓶中,加入0.1 mL混合内标溶液,充分混匀,上机测定。

1.2.3 分析检测

甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸的检测采用气相色谱法。

色谱条件:DB-WAX UI色谱柱(30.0 m×0.25 mm×0.50μm);柱温箱梯度升温程序为初温35 ℃,以5 ℃/min升至100 ℃,以10 ℃/min升至230 ℃,保持3 min;进样口温度230 ℃;氢火焰离子化检测器(hydrogen flame ionization detector,FID)温度240 ℃;进样量0.5 μL;分流比30:1。

定性、定量分析:首先以色谱图上甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸5种单标准品的色谱峰保留时间进行化合物的定性分析,采用内标法进行定量测定。甲醇选用叔戊醇作为内标物,乙酸乙酯、乳酸乙酯和己酸乙酯共同选用乙酸正戊酯作为内标,己酸使用二乙基丁酸作为内标。将已经配制好的5种混合标准工作溶液置于设定的色谱条件下进行测定,记录其峰面积数据。以这种组分标准工作液的质量浓度与对应内标质量浓度的比值为横坐标(记作X轴),以其峰面积与对应内标峰面积的比值为纵坐标(记作Y轴),绘制标准工作曲线,并通过线性回归分析得到相应的回归方程,计算样品中各组分的含量。

1.2.4 方法确认

(1) 标准曲线、检出限及定量限

遵循1.2.1.4中所述步骤,配制5种组分的混合标准工作溶液,按照规定色谱条件进行测定,以该5种组分标准工作液的质量浓度与对应内标质量浓度的比值为横坐标(记作X轴),以其峰面积与对应内标峰面积的比值为纵坐标(记作Y轴),绘制标准工作曲线。采用信噪比法S/N=3和S/N=10,计算方法中5种组分的检出限(limit of detection,LOD)和定量限(limit of quantitation,LOQ)。

(2)精密度及加标回收率试验

精密度试验:首先选取白酒酒样1# ,遵循1.2.2的方法对样品进行前处理,然后用1.3.3的色谱条件对样品进行6次平行的测定,计算各组分测定结果的相对标准偏差(relative standarddeviation,RSD)。

加标回收率试验:选取编号为2#的白酒酒样进行加标操作。首先,测定2#白酒酒样的本底值,在该酒样中分别加入不同质量浓度的甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸标准溶液,各化合物选择低、中、高三个不同的浓度水平,分别为甲醇(0.049、0.298、0.497 g/L)、乙酸乙酯(0.100、0.607、0.907 g/L)、乳酸乙酯(0.099、0.599、0.897 g/L)、己酸乙酯(0.100、0.603、0.902 g/L)、己酸(0.100、0.300、0.501 g/L),并在每个浓度水平下进行6次平行测定,遵循1.3.2的方法对样品进行前处理,使用1.2.3的色谱条件进行测定,根据试样本底值、加标后测量浓度、实际加标量计算得出方法回收率。

1.2.5 数据处理

利用LabSolution工作站查看色谱图、绘制标准曲线,利用Excel 2021软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 定性分析

根据定性分析结果绘制5种标准物质和3种内标物质的混合溶液气相色谱图(见图1)。从图1可知,甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯、己酸及其对应的3种内标物质在色谱图中实现了完全分离,且峰形尖锐,表明分离效果良好。更重要的是,整个检测过程在30 min内完成,体现了方法的高效性。

图片

图1 混合标准溶液气相色谱图

2.2 方法确认

2.2.1标准曲线、检出限及定量限

对混合标准工作溶液进行测定,并绘制标准工作曲线,分析得出各组分回归方程、相关系数及线性范围,结果见表1。在各自的质量浓度范围内,各组分均呈现出良好的线性关系,相关系数R2均>0.999,表明该方法具有较高的精确性和可靠性。甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸检出限分别为3.04 mg/L、1.46 mg/L、1.36 mg/L、0.92 mg/L、0.67 mg/L,定量限分别为10.13 mg/L、4.88 mg/L、4.53 mg/L、3.08 mg/L、2.23 mg/L,说明该方法具有较好的检测能力和灵敏度。

表1 各组分的标准曲线线性方程、相关系数、线性范围、检出限和定量限

组分

标准曲线

线性方程

相关系数

(R2

线性范围

(g/L)

检出限

(mg/L)

定量限

(mg/L)

甲醇

Y=2.21699X+0.00512772

0.9998

0.10~1.01

3.04

10.13

乙酸乙酯

Y=3.31392X-0.0226698

0.9998

0.25~2.51

1.46

4.88

乳酸乙酯

Y=2.85940-0.0270159

0.9999

0.25~2.48

1.36

4.53

己酸乙酯

Y=5.29158-0.0174734

0.9998

0.25~2.49

0.92

3.08

己酸

Y=5.19118-0.0570233

0.9997

0.20~1.00

0.67

2.23

2.2.2 精密度试验

酒样1#中各组分的含量和相对标准偏差结果见表2。甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸组分含量测定结果的RSD分别为0.57%、0.33%、0.59%、0.12%、2.04%,表明该方法精密度良好。

表2 各组分的精密度测定结果(n=6)

组分

测定次数

平均值(g/L)

RSD(%)

1

2

3

4

5

6

甲醇

0.183

0.183

0.182

0.181

0.183

0.184

0.183

0.57

乙酸乙酯

0.945

0.953

0.946

0.947

0.947

0.951

0.948

0.33

乳酸乙酯

0.586

0.591

0.583

0.582

0.586

0.589

0.586

0.59

己酸乙酯

0.328

0.328

0.328

0.328

0.328

0.327

0.328

0.12

己酸

0.113

0.118

0.119

0.119

0.119

0.119

0.118

2.04

2.2.3 加标回收率试验

酒样2#中各组分的加标回收率、平均加标回收率及RSD,结果见表3。甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸的平均加标回收率分别为为97.6%~102.8%、102.3%~104.0%、96.0%~99.9%、98.2%~102.4%、91.7%~94.2%,RSD分别为1.10%~1.69%、0.60%~1.22%、0.98%~1.91%,0.50%~1.50%,1.17%~2.88%,均<3%,满足分析要求,表明本方法回收率较高、稳定性较好。

表3 各组分的加标回收率测定结果(n=6)

组分

本底值 (g/L)

加标量(g/L)

检测结果(g/L)

回收率(%)

平均回收率(%)

RSD(%)

甲醇

0.204

0.049

0.252、0.253、0.253、

0.251、0.252、0.253

98.0、100.0、100.0、

95.9、98.0、100.0

98.7

1.69

0.298

0.487、0.495、0.502、

0.494、0.494、0.496

95.0、97.7、100.0、

97.3、97.3、98.0

97.6

1.64

0.497

0.715、0.723、0.706、

0.712、0.717、0.716

102.8、104.4、101.0、

102.2、103.2、103.0

102.8

1.10

乙酸乙酯

0.316

0.100

0.419、0.421、0.420、

0.421、0.418、0.421

103.0、105.0、104.0、

105.0、102.0、105.0

104.0

1.22

0.607

0.934、0.943、0.936、

0.932、0.937、0.939

101.8、103.3、102.1、

101.5、102.3、102.6

102.3

0.62

0.907

1.256、1.257、1.263、

1.251、1.248、1.248

103.6、103.7、104.4、

103.1、102.8、102.8

103.4

0.60

乳酸乙酯

0.309

0.099

0.407、0.405、0.403、

0.404、0.403、0.402

99.0、97.0、94.9、

96.0、94.9、93.9

96.0

1.91

0.599

0.898、0.895、0.907、

0.910、0.911、0.904

98.3、97.8、99.8、

100.3、100.5、99.3

99.3

1.10

0.897

1.192、1.212、1.205、

1.213、1.197、1.210

98.4、100.7、99.9、

100.8、99.0、100.4

99.9

0.98

己酸乙酯

0.313

0.100

0.412、0.411、0.409、

0.412、0.410、0.413

99.0、98.0、96.0、

99.0、97.0、100.0

98.2

1.50

0.603

0.932、0.928、0.925、

0.926、0.926、0.923

102.7、102.0、101.5、

101.7、101.7、101.2

101.8

0.50

0.902

1.239、1.231、1.238、

1.228、1.242、1.241

102.7、101.8、102.5、

101.4、103.0、102.9

102.4

0.63

己酸

0.190

0.100

0.287、0.281、0.283、

0.283、0.283、0.288

97.0、91.0、93.0、

93.0、93.0、98.0

94.2

2.88

0.300

0.467、0.467、0.460、

0.465、0.469、0.463

92.3、92.3、90.0、

91.7、93.0、91.0

91.7

1.17

0.501

0.646、0.642、0.650、

0.650、0.664、0.644

91.0、90.2、91.8、

91.8、94.6、90.6

91.7

1.72









2.2.4 实际样品的测定

选取3#-7#不同酒精度的清香型和浓酱兼香型白酒样品,按照方法1.23.2进行样品前处理,1.2.3色谱条件分析检测,检测结果按照GB 2757—2012、GB/T 10781.2—2022 、GB/T 10781.8—2021进行判定,检测及判定结果见表4、5。结果表明检测方法能够较好地满足企业实际样品检测的需求。

表4 清香型白酒检测结果

序号

酒精度(%vol)

甲醇

(g/L)

乙酸乙酯(g/L)

乳酸乙酯(g/L)

己酸乙酯(g/L)

己酸

(g/L)

判定结果

1

43.1

0.231

0.93

0.58

0.04

0.03

合格

2

52.0

0.180

1.62

0.89

0.02

0.02

合格

3

56.0

0.259

1.03

0.51

0.03

0.03

合格

表5 浓酱兼香型白酒检测结果

序号

酒精度

(%vol)

甲醇

(g/L)

乙酸乙酯(g/L)

乳酸乙酯(g/L)

己酸乙酯(g/L)

己酸

(g/L)

判定结果

1

43.2

0.117

1.04

0.67

0.74

0.18

合格

2

52.3

0.112

1.53

0.82

1.00

0.26

合格

3 结论

本方法能够将5种组分有效分离,峰形尖锐,分析时间约30 min。在各自的质量浓度范围呈现线性关系良好,相关系数R2均>0.999;精密度试验结果的RSD分别为0.57%、0.33%、0.59%、0.12%、2.04%;甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸的LOD分别为3.04 mg/L、1.46 mg/L、1.36 mg/L、0.92 mg/L、0.67 mg/L,LOQ分别为10.13 mg/L、4.88 mg/L、4.53 mg/L、3.08 mg/L、2.23 mg/L;加标回收率分别为97.6%~102.8%、102.3%~104.0%、96.0%~99.9%、98.2%~102.4%、91.7%~94.2%。实际样品测定能够满足国标相应的检测要求。

本试验建立了一种可以同时测定清香型、浓香型或浓酱兼香型白酒中甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸含量的气相色谱检测方法,方法分离效果好,分析时间短,相较于国标方法检测效率有明显提高,检测结果准确可靠,可用于清香型、浓香型和浓酱兼香型白酒中甲醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和己酸的分析检测。


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