陳國(guó)通CHEN Guo-tong

毛瓊玲1

左書(shū)瑞2

陳俊宇1

王愛(ài)霞1

邵家麗1

(1.新疆維吾爾自治區(qū)分析測(cè)試研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆維吾爾自治區(qū)職業(yè)病防治院，新疆 烏魯木齊 830011)

飲料可分為含酒精飲料和無(wú)酒精飲料[1]，無(wú)酒精飲料又稱軟飲料，是指酒精體積分?jǐn)?shù)小于0.5%，以補(bǔ)充人體水分為主要目的流質(zhì)食品，包括碳酸類飲料、果蔬汁飲料、茶類飲料、乳飲料等。其中的一些無(wú)酒精飲料在生產(chǎn)發(fā)酵過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生少量的酒精，如果過(guò)量飲用這些飲料后駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，可能會(huì)造成酒精測(cè)試結(jié)果屬于酒后駕駛。為了避免這種情況發(fā)生，有必要對(duì)無(wú)酒精以及低酒精度飲料中乙醇的含量進(jìn)行測(cè)定。

飲料中乙醇含量的測(cè)定方法包括氣相色譜法[2-4]、酒精計(jì)法[5]、碘量滴定法[6]、近紅外光譜[7-8]等方法。但是上述方法均需要對(duì)樣品進(jìn)行蒸餾等復(fù)雜的前處理操作且誤差大。并且低酒精度飲料中的乙醇含量都比較低，一般不易準(zhǔn)確測(cè)出[9]。而靜態(tài)頂空氣相法具有前處理簡(jiǎn)單且不受非揮發(fā)組分干擾等優(yōu)點(diǎn)，常用于測(cè)定揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機(jī)物。林秋婕等[10]利用頂空氣相色譜法測(cè)定紫杉醇注射液中乙醇含量，但是利用靜態(tài)頂空氣相色譜法測(cè)定低酒精度飲料尚未見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)采用靜態(tài)頂空氣相法直接測(cè)定飲料中乙醇含量，并與傳統(tǒng)蒸餾后進(jìn)樣的氣相色譜法進(jìn)行比較。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

植物飲料(外包裝中未注明是否含有酒精及酒精含量等信息)：市售；

乙醇：色譜純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；

試驗(yàn)用水為超純水：電阻率≥18.3 MΩ·cm，實(shí)驗(yàn)室通過(guò) Millipore超純水系統(tǒng)自制。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

氣相色譜儀：GC-2010 plus型，配有氫火焰離子化檢測(cè)器，日本島津公司；

自動(dòng)頂空進(jìn)樣器：HS-20型，配20 mL頂空瓶，日本島津公司；

電子天平：XS204型，瑞士梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易有限公司。

1.2 方法

1.2.1 儀器條件 色譜柱：TG-WAXMS石英毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，HP-5石英毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升溫程序：40 ℃保持5 min，以20 ℃/min升至170 ℃，保持1 min；載氣：氮?dú)猓惠d氣流速：1.0 mL/min；壓力：74.3 kPa；進(jìn)樣量：1.0 μL；分流比：20∶1；空氣流速：400 mL/min；氫氣流速：40 mL/min；尾吹氣流速：30 mL/min；檢測(cè)器溫度：300 ℃。

進(jìn)樣方式：直接進(jìn)樣與自動(dòng)頂空進(jìn)樣。

直接進(jìn)樣：進(jìn)樣口溫度：190 ℃；進(jìn)樣量：1 μL標(biāo)液；自動(dòng)進(jìn)樣器：AOC-20i+s。

頂空條件：爐溫60 ℃恒溫；平衡時(shí)間30 min；進(jìn)樣量：1 mL 氣體；樣品流路溫度：150 ℃；傳輸線溫度：150 ℃。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線 精密量取恒溫至20 ℃的色譜純乙醇1，2，5，10，50，100，200，400，500 μL于10 mL容量瓶中用超純水定容。取1 mL各標(biāo)液，直接進(jìn)樣。另取1 mL各標(biāo)液加入已提前加入0.3 g氯化鈉的25 mL頂空瓶中自動(dòng)頂空進(jìn)樣。以乙醇含量為橫坐標(biāo)，以峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以信噪比等于3為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算試驗(yàn)條件下乙醇的檢出限(LOD)。以信噪比等于10為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算試驗(yàn)條件下乙醇的定量限(LOQ)。

1.2.3 樣品處理 蒸餾法：用潔凈、干燥的100 mL容量瓶，準(zhǔn)確量取100 mL樣品(液溫20 ℃)于500 mL蒸餾瓶中，用50 mL水分3次沖洗容量瓶，洗液并入500 mL蒸餾瓶中，加幾顆沸石(或玻璃珠)，連接蛇形冷凝管，以取樣用的原容量瓶作接收器，外加冰水浴。開(kāi)啟冷卻水，緩慢加熱蒸餾，收集餾出液。當(dāng)接近刻度時(shí)，取下容量瓶，蓋塞，于20 ℃水浴中保溫30 min，再補(bǔ)加水至刻度，混勻，備用；靜態(tài)頂空法[11]：準(zhǔn)確移取1 mL樣品加入已提前加入0.3 g氯化鈉的25 mL頂空瓶中，立即壓蓋備測(cè)。

1.2.4 靜態(tài)頂空條件優(yōu)化 平衡溫度：選擇乙醇體積濃度為0.5%的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別在50，60，70，80，90 ℃，平衡30 min，測(cè)定連續(xù)進(jìn)樣6次的峰面積；平衡時(shí)間：選取乙醇體積分?jǐn)?shù)為0.5%的乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，60 ℃分別平衡10，15，20，30，40 min 后頂空進(jìn)樣，測(cè)定其對(duì)應(yīng)的峰面積。

1.2.5 樣品測(cè)定及加標(biāo)回收試驗(yàn)

(1) 樣品測(cè)定：分別取6份各100 mL樣品選用蒸餾法處理并氣相色譜直接進(jìn)樣測(cè)定，另外分別取6份各1.00 mL樣品置于已提前加入0.3 g氯化鈉的25 mL頂空瓶中，立即壓蓋，并于60 ℃下平衡30 min后自動(dòng)頂空進(jìn)樣測(cè)定。

(2) 空白加標(biāo)回收試驗(yàn)：取9個(gè)250 mL容量瓶分為A、B、C 3組，分別標(biāo)記為A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3。A組加入1.25 mL乙醇，B組加入2.50 mL乙醇，C組加入5.00 mL 乙醇，用超純水定容至標(biāo)線。從各瓶中取100 mL用于蒸餾法處理并氣相色譜直接進(jìn)樣測(cè)定。另外分別從各瓶中取1.00 mL樣品置于已提前加入0.3 g氯化鈉的25 mL頂空瓶中，立即壓蓋，并于60 ℃下平衡30 min后自動(dòng)頂空進(jìn)樣測(cè)定。A組理論濃度為0.5%，B組理論濃度為1.0%，C組理論濃度為2.0%；回收率按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：

P——回收率，%；

Ci——實(shí)際測(cè)得乙醇濃度，%；

Ct——乙醇理論濃度，%。

(3) 樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)：取9份各100 mL樣品，分為D、E、F 3組，分別標(biāo)記為D1、D2、D3、E1、E2、E3、F1、F2、F3。D組加入0.5 mL乙醇，E組加入1.0 mL乙醇，F(xiàn)組加入2.0 mL 乙醇，用于蒸餾法處理并氣相色譜直接進(jìn)樣測(cè)定。另外取9份各1.00 mL樣品置于已提前加入0.3 g氯化鈉的25 mL頂空瓶中，立即壓蓋。分組及標(biāo)記情況同蒸餾法樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)。用微量進(jìn)樣針在G組加入5 μL乙醇，H組加入10 μL乙醇，I組加入20 μL乙醇，并于60 ℃下平衡30 min 后自動(dòng)頂空進(jìn)樣測(cè)定。回收率按式(2)計(jì)算。

(2)

式中：

P——回收率，%；

C1——加標(biāo)前樣品乙醇濃度，%；

C2——加標(biāo)后乙醇濃度，%；

V——樣品體積，mL；

V0——乙醇加入量，mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜柱選擇與進(jìn)樣方式比較

分別選用TG-WAXMS色譜柱和HP-5色譜柱進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明HP-5(弱極性)與TG-WAXMS(極性)色譜柱均有較好的分離效果，由于TG-WAXMS色譜柱對(duì)甲醇和乙醇具有更好的分離效果[12]，故本試驗(yàn)選用TG-WAXMS色譜柱。

傳統(tǒng)乙醇測(cè)定大多采用蒸餾后進(jìn)樣或用水稀釋后直接進(jìn)樣[13]，本試驗(yàn)分別采用傳統(tǒng)蒸餾后進(jìn)樣和頂空后進(jìn)樣2種方式對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)由于乙醇測(cè)定的溶劑主要為蒸餾水，而水汽化膨脹體積較大，可能會(huì)造成在進(jìn)樣口樣品蒸汽膨脹出襯管形成“倒灌”，導(dǎo)致進(jìn)樣重現(xiàn)性較差且峰形不好。故如果采用直接進(jìn)樣法，建議適當(dāng)減小進(jìn)樣量。而頂空法具有峰形好，重現(xiàn)性好，無(wú)干擾的優(yōu)勢(shì)，且對(duì)色譜柱有保護(hù)作用。頂空進(jìn)樣標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖見(jiàn)圖1。

2.2 頂空條件優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 不同頂空平衡溫度下的試驗(yàn) 從表1可以看出，隨著溫度的升高乙醇峰面積也相應(yīng)增大，靈敏度也相應(yīng)提高。但是過(guò)高溫度會(huì)使測(cè)量精密度下降，并且溫度過(guò)高后達(dá)到乙醇的沸點(diǎn)。故本試驗(yàn)選擇平衡溫度為60 ℃。

表1 不同頂空平衡溫度下乙醇峰面積測(cè)定結(jié)果(平衡時(shí)間：30 min)Table 1 Peak area of ethanol at different headspace equilibrium temperature (equilibrium time: 30 min)

2.2.2 不同頂空平衡時(shí)間下的試驗(yàn) 由圖2可知，峰面積隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，但是平衡30 min后，峰面積基本不再增加，因此平衡時(shí)間選為30 min。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

乙醇線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)、檢出限及定量限結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，2種方法在體積分?jǐn)?shù)為0.01%～5.00% 時(shí)均有較好的線性關(guān)系。

2.4 樣品測(cè)定及加標(biāo)回收試驗(yàn)

2.4.1 樣品測(cè)定結(jié)果 由表3可以看出，選用傳統(tǒng)蒸餾后進(jìn)樣的測(cè)定結(jié)果較靜態(tài)頂空后進(jìn)樣的偏低，且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。

2.4.2 加標(biāo)回收試驗(yàn) 為了考查2種測(cè)定方法的準(zhǔn)確度，分別采用空白加標(biāo)及樣品加標(biāo)2種加標(biāo)方式計(jì)算回收率[14]?？瞻准訕?biāo)試驗(yàn)中加入的量是已知的，可以避免試樣基質(zhì)乙醇含量不確定性的干擾，考察方法的可行性程度。而樣品加標(biāo)可以充分將基質(zhì)影響考慮在內(nèi)，實(shí)際應(yīng)用中不可或缺。

空白加標(biāo)回收試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。回收率計(jì)算公式中的樣品濃度采用表3中樣品測(cè)得濃度的平均值進(jìn)行計(jì)算。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)為0.5%的標(biāo)準(zhǔn)溶液頂空進(jìn)樣色譜圖Figure 1 Headspace gas chromatography of a standard solution with a concentration of 0.5%

圖2 不同平衡時(shí)間下測(cè)得乙醇峰面積(體積分?jǐn)?shù)：0.5%)Figure 2 Ethanol peak area (volume fraction is 0.5%) under different equilibration time

表2 乙醇線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)、檢出限及定量限Table 2 Linear ranges, Linear equations, correlation coefficients (r), detection limits, and quantitative limits of the ethanol

表3 樣品測(cè)定結(jié)果及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 3 Sample result and relative standard deviation (n=6) %

表4 空白加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Recoveries of blank sample %

表5 樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Recoveries of sample %

通過(guò)對(duì)比蒸餾法和靜態(tài)頂空法2個(gè)回收試驗(yàn)結(jié)果，得出無(wú)論是空白加標(biāo)回收試驗(yàn)還是樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)，蒸餾法的回收率相對(duì)較低，可能是蒸餾法前處理操作相對(duì)繁瑣，容易造成目標(biāo)產(chǎn)物的損失。而靜態(tài)頂空法的回收率均在100%附近。究其原因是靜態(tài)頂空法的處理步驟簡(jiǎn)單不易造成目標(biāo)成分的損失。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用靜態(tài)頂空氣相法與傳統(tǒng)蒸餾后進(jìn)樣的氣相色譜法2種方法測(cè)定飲料中乙醇含量。選用TG-WAXMS色譜柱。通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，2種方法在乙醇體積分?jǐn)?shù)為0.01%～5.00%時(shí)均具有良好的線性關(guān)系。直接進(jìn)樣法會(huì)造成大量的水溶劑在進(jìn)樣口氣化膨脹溢出襯管形成“倒灌”，導(dǎo)致進(jìn)樣重現(xiàn)性較差且峰形不好；而靜態(tài)頂空進(jìn)樣可以避免此現(xiàn)象發(fā)生。通過(guò)空白加標(biāo)及樣品加標(biāo)2種加標(biāo)試驗(yàn)考察方法的準(zhǔn)確度，結(jié)果表明傳統(tǒng)蒸餾后直接進(jìn)樣的氣相色譜法回收率相對(duì)較低(83%～91%)，是由于該法前處理步驟繁瑣且耗時(shí)較長(zhǎng)，在處理過(guò)程中易造成待測(cè)物質(zhì)乙醇的損失；而靜態(tài)頂空法前處理簡(jiǎn)單，待測(cè)物質(zhì)乙醇不易損失。

利用靜態(tài)頂空法測(cè)定低酒精度飲料中的乙醇相比傳統(tǒng)蒸餾法具有前處理簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好、對(duì)色譜柱污染小、不受非揮發(fā)組分干擾等優(yōu)點(diǎn)。另外該法還可以用于類似的低酒精度飲品中乙醇的測(cè)定。

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