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        離子色譜電導(dǎo)法檢測(cè)白酒、紅酒、啤酒和 多種黃酒中的6 種陽(yáng)離子

        2020-04-02 03:33:10茅嘉田周晚晴PavelNESTERENKO葉明立謝廣發(fā)陳梅蘭
        食品科學(xué) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:黃酒釀造陽(yáng)離子

        茅嘉田,周晚晴,Pavel N. NESTERENKO,葉明立,謝廣發(fā),陳梅蘭,

        (1.浙江樹(shù)人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院,浙江 杭州 310028;2.莫斯科國(guó)立萊蒙諾索夫大學(xué)物理化學(xué)部化學(xué)系,俄羅斯 莫斯科 119991)

        黃酒也稱為米酒,屬于釀造酒,在世界三大釀造酒中占有重要的一席,它有養(yǎng)胃健脾、和血行氣、調(diào)經(jīng)止痛等功效,適合冬天畏寒怕冷、四肢發(fā)涼者。黃酒中含有Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+等多種有益于人體健康的陽(yáng)離子等,Na+和K+是保持人體電解質(zhì)平衡的基礎(chǔ),適量的Li+能改善人體造血功能,提高免疫機(jī)能[1],Mg2+可增強(qiáng)人體代謝時(shí)酶的活力,Ca2+可促進(jìn)糖化,提高酶活性[2-3],還能促進(jìn)曲中酶的產(chǎn)生與溶出,使α-淀粉酶不易破壞[4],NH4+的毒性未寫(xiě)明,但是氨水具有中等毒性,半數(shù)致死量(大鼠,經(jīng)口)為350 mg/kg,已公布的吸入人體最低中毒質(zhì)量濃度為408 mg/L[5],超過(guò)一定量會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。

        目前檢測(cè)Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+的方法有原子吸收法[6-10]、電位滴定法[8]、分光光度法[9]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[10-11]、毛細(xì)管區(qū)帶電泳法[12-14]、離子色譜法[15-24]等。在這些方法中,離子色譜法可同時(shí)適用于白酒、啤酒、葡萄酒以及黃酒,分析速度快、靈敏度高、選擇性好、能實(shí)現(xiàn)多組分同時(shí)分離定量等特點(diǎn),簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確,在應(yīng)用中推廣性強(qiáng)。

        盧中明等[15]采用離子色譜法測(cè)定白酒中的Na+、K+、 Mg2+、Ca2+4 種陽(yáng)離子含量,未檢測(cè)Li+和NH4+。郭龑茹等[20]的實(shí)驗(yàn)測(cè)定啤酒樣品中的8 種陰離子和5 種陽(yáng)離子(Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+),但缺少Li+。馬繼平等[2]在20 min內(nèi)完成啤酒中5 種陽(yáng)離子的測(cè)定。 韓小江等[16]利用非抑制電導(dǎo)離子色譜法在25 min內(nèi)分離出啤酒中的4 種陽(yáng)離子和3 種胺類(lèi)化合物,未檢測(cè)其中的Li+。目前黃酒中主要研究對(duì)象為生物胺,而對(duì)黃酒中NH4+的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。如張鳳杰等[25]對(duì)黃酒釀造過(guò)程中生物胺的變化規(guī)律進(jìn)行研究,以及在釀造的各個(gè)階段探究生物胺的組成成分。

        本實(shí)驗(yàn)建立離子色譜法同時(shí)測(cè)定酒中的金屬陽(yáng)離子Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+,并利用建立的方法檢測(cè)市面上常見(jiàn)的18 種黃酒、3 種白酒、3 種啤酒和3 種葡萄酒的陽(yáng)離子,對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)黃酒中較高含量NH4+的來(lái)源進(jìn)行探討,為黃酒的質(zhì)量控制及酒類(lèi)購(gòu)買(mǎi)選擇提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        黃酒、白酒、啤酒、葡萄酒 市購(gòu);焦糖色素由黃酒生產(chǎn)廠家提供。

        實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm) 美國(guó) Millipore有限公司;氯化鋰(分析純) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;六水合氯化鍶、硫酸鈣、硫酸鎂、氯化鈉、硝酸鉀、氯化銨(均為分析純) 上海試四赫維化工有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        ICS-2100型離子色譜儀 美國(guó)Thermo Fisher公司; Ion Pac CS16陽(yáng)離子分析柱(5 mm×250 mm)、Ion Pac CG16陽(yáng)離子保護(hù)柱(5 mm×50 mm)、CERS-300(4 mm)陽(yáng)離子抑制器、EGC III MSA淋洗液發(fā)生器和CR-CTC連續(xù)自動(dòng)再生捕獲柱、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Chromeleon 6.8 美國(guó)Thermo Fisher公司。

        1.3 方法

        1.3.1 樣品前處理

        取市售瓶裝黃酒1 mL稀釋10 倍后過(guò)0.45 μm濾膜和RP(Onguard)小柱(預(yù)先經(jīng)甲醇和水活化),棄去初濾液,續(xù)濾液收集后進(jìn)樣分析Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+等離子的含量。若酒樣底部有沉淀物,先放入50 ℃的恒溫箱加熱3 min使底部沉淀物溶解。Li+在樣品中含量較低,采取直接處理后進(jìn)樣分析。

        啤酒樣品經(jīng)超聲脫氣10 min,稀釋5 倍后進(jìn)行上述處理后進(jìn)樣;白酒樣品不稀釋直接前處理后進(jìn)樣;葡萄酒稀釋20 倍后前處理進(jìn)樣,其中測(cè)NH4+含量不稀釋處理后直接進(jìn)樣,所有樣品溶液制備均用電阻率為18.2 MΩ·cm超純水;焦糖色素比較黏稠,稀釋100 倍后前處理再進(jìn)樣分析。

        1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

        分別稱取6 種陽(yáng)離子,置于100 mL容量瓶中,用超純水定容,配制質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的貯備液,于4 ℃冰箱備用。分別移取一定量的貯備液至10 mL的容量瓶中,用超純水定容,繪制陽(yáng)離子的回歸方程(Li+:0.005~1 mg/L;Na+:0.5~10 mg/L;NH4+: 1~40 mg/L;K+:5~100 mg/L;Mg2+:1~30 mg/L;Ca2+:1~50 mg/L)。

        (3)其他利用職務(wù)阻礙解救被拐賣(mài)、綁架的婦女、兒童應(yīng)予追究刑事責(zé)任的情形。該情形屬于兜底情形,是對(duì)上述不完全列舉的一種補(bǔ)充。其他利用職務(wù)阻礙解救的行為,是指除上述利用職權(quán)和利用職務(wù)上的便利以外,與上述情形相類(lèi)似的行為,既可能是利用職權(quán)的行為,也可能是利用職務(wù)上的便利的行為,還可能兩者兼而有之。

        1.3.3 色譜條件

        Ion Pac CS16陽(yáng)離子分析柱(5 mm×250 mm)和Ion Pac CG16陽(yáng)離子保護(hù)柱(5 mm×50 mm);柱溫42 ℃;檢測(cè)器溫度35 ℃;流動(dòng)相:30 mmol/L甲基磺酸(淋洗液發(fā)生器自動(dòng)生成);進(jìn)樣量25 μL,以峰面積定量;流速1.0 mL/min;抑制電流88 mA。標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液的色譜峰見(jiàn)圖1。

        圖 1 陽(yáng)離子黃酒樣品(a)與標(biāo)準(zhǔn)樣品(b)(10 mg/L)對(duì)比圖Fig. 1 Comparison of chromatograms of cations in yellow wine sample (a) and cation standards (b) (10 mg/L)

        2 結(jié)果與分析

        2.1 方法線性范圍、重復(fù)性和檢出限結(jié)果

        用1 000 mg/L標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液配制6 種陽(yáng)離子混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液,按1.3.3節(jié)色譜條件進(jìn)樣,以峰面積為縱坐標(biāo)(Y),標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x)作標(biāo)準(zhǔn)曲線,并計(jì)算回歸方程以及相關(guān)系數(shù),結(jié)果表明6 種陽(yáng)離子的相關(guān)系數(shù)R2均不小于0.999 0,可見(jiàn)方法具有良好的線性關(guān)系(表1)。

        另取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(Li+:0.005 mg/L、Na+:0.5 mg/L、NH4+:5.0 mg/L、K+:10.0 mg/L、Mg2+:1.0 mg/L、Ca2+:1.0 mg/L)重復(fù)進(jìn)樣6 次,計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD),以3 倍信噪比計(jì)算得出各陽(yáng)離子的檢出限,結(jié)果見(jiàn)表1。

        表 1 線性范圍、重復(fù)性及檢出限Table 1 Linear range, reproducibility and limits of detection for the developed method

        2.2 方法的回收率結(jié)果

        在待測(cè)黃酒樣品5、18中加入3 種質(zhì)量濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別為樣品質(zhì)量濃度的120%、100%和80%左右。加標(biāo)分2 次進(jìn)行,Li+直接加標(biāo),含量較高的 Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+加標(biāo)后稀釋10 倍后再進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表2。

        表 2 樣品的加標(biāo)回收率Table 2 Recoveries of spiked samples

        2.3 黃酒樣品測(cè)定結(jié)果

        圖 2 黃酒樣品6的離子色譜圖Fig. 2 Chromatograms of cations in yellow rice wine sample 6

        考慮樣品稀釋10 倍過(guò)RP(Onguard)小柱后對(duì)樣品可能吸附,因此實(shí)驗(yàn)對(duì)過(guò)RP(Onguard)小柱樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明過(guò)RP(Onguard)小柱后的回收率在91.11%~108.76%之間,可見(jiàn)對(duì)待測(cè)陽(yáng)離子并無(wú)吸附作用。樣品經(jīng)1.3.1節(jié)前處理后手動(dòng)進(jìn)樣,外標(biāo)法定量,測(cè)定的質(zhì)量濃度結(jié)果見(jiàn)圖2、表3。

        表 3 黃酒樣品中各陽(yáng)離子含量Table 3 Concentrations of cations in yellow rice wine samples

        2.4 其他有機(jī)胺的影響

        考慮到黃酒因有機(jī)物非常復(fù)雜,可能存在其他有機(jī)胺,因此在1.3.3節(jié)色譜條件下進(jìn)樣6 種陽(yáng)離子與6 種有機(jī)胺(甲胺、乙胺、二甲胺、丙胺、三甲胺、丁胺各為1 mg/L),如圖3所示,陽(yáng)離子標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜圖中NH4+的保留時(shí)間為8.51 min,K+的保留時(shí)間為12.03 min,而有機(jī)胺標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜圖顯示有機(jī)胺出峰的位置為4~6,保留時(shí)間為9.54~11.51 min,可見(jiàn)有機(jī)胺并不影響NH4+和K+的檢測(cè)。

        圖 3 陽(yáng)離子標(biāo)準(zhǔn)溶液與有機(jī)胺標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)比圖Fig. 3 Chromatograms of mixture standard solution of six cations and mixture standard solution of six organic amines

        2.5 黃酒中NH4+的來(lái)源探討

        2.5.1 焦糖色素的影響

        圖 4 焦糖色素陽(yáng)離子色譜圖Fig. 4 Chromatogram of cations in caramel pigment

        2.5.2 黃酒釀造原料的影響

        考慮黃酒中NH4+可能來(lái)自于釀酒過(guò)程,是原料中氨基酸及含氮化合物通過(guò)發(fā)酵,在微生物的作用下形成 NH4+[21]。因此分別對(duì)白酒、啤酒及葡萄酒3 種不同原料釀制的酒進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)表4。酒樣19、22、25的色譜對(duì)比圖見(jiàn)圖5。

        表 4 白酒、啤酒和葡萄酒樣品陽(yáng)離子含量Table 4 Concentrations of cations detected in Chinese liquor, beer and red wine samples mg/L

        從表4可知,白酒樣品中NH4+低于檢出限,且其余陽(yáng)離子的檢出質(zhì)量濃度偏低,可能是由于白酒的制備方式屬于蒸餾酒,僅通過(guò)較短時(shí)間的發(fā)酵和多次蒸餾技術(shù)[26]啤酒中22號(hào)和23兩種品牌檢出質(zhì)量濃度為30~45 mg/L的 NH4+,但質(zhì)量濃度大大低于黃酒中的NH4+,是黃酒中NH4+的13.28%~31.30%。24號(hào)啤酒是純生啤酒,NH4+未檢出,相對(duì)于熟啤酒釀造過(guò)程,純生啤酒在整個(gè)釀造、過(guò)濾、包裝全過(guò)程對(duì)污染微生物嚴(yán)格控制,是酵母的純種發(fā)酵,這可能是未生成NH4+的原因。而3 種葡萄酒(分別來(lái)自西班牙、意大利和中國(guó))也全部檢測(cè)出NH4+,但質(zhì)量濃度也大大低于黃酒,甚至比啤酒低,這可能原因是葡萄中粗蛋白含量較低(約為0.5%)[27]。

        啤酒麥芽汁質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%~12%之間,相當(dāng)于1.0 kg麥芽可以制作9.0 kg左右的啤酒,而1.0 kg大米可以釀造2.0 kg左右的黃酒,可見(jiàn),啤酒的產(chǎn)量約為黃酒產(chǎn)量的4.5 倍,而黃酒中的NH4+含量平均值約為啤酒中NH4+含量的4~5 倍,而大米中粗蛋白含量(8.8%)略低于大麥中粗蛋白含量(9%~12%),兩者濃度之間的關(guān)系說(shuō)明釀造酒中NH4+主要來(lái)源于原料中的粗蛋白,粗蛋白在微生物的作用下把原料中的含氮化物最終轉(zhuǎn)變成NH4+。

        圖 5 3 種類(lèi)型酒樣的離子色譜圖Fig. 5 Chromatograms of cations in beer, Chinese liquor and wine

        2.5.3 黃酒發(fā)酵程度(乙醇體積分?jǐn)?shù))對(duì)NH4+生成的影響

        圖 6 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)條件下NH+4質(zhì)量濃度Fig. 6 Variation in ammonium ion concentration in wines with different alcohol contents

        乙醇由酵母發(fā)酵轉(zhuǎn)化而來(lái),由相關(guān)文獻(xiàn)[30-31]可知,氮素營(yíng)養(yǎng)是酵母菌進(jìn)行正常乙醇發(fā)酵所必需的重要營(yíng)養(yǎng)元素之一。乙醇發(fā)酵啟動(dòng)后,酵母菌優(yōu)先利用銨態(tài)氮形式的氮源。是因?yàn)樵诔跫?jí)發(fā)酵過(guò)程中,氮元素作為酵母細(xì)胞生長(zhǎng)和新陳代謝的重要組成部分,常以營(yíng)養(yǎng)素形式補(bǔ)充氮的發(fā)酵,并且無(wú)機(jī)氮比有機(jī)氮更容易被酵母消耗,即使在初級(jí)發(fā)酵過(guò)程中乙醇體積分?jǐn)?shù)較高,也很容易被酵母吸收。而且在蛋白質(zhì)水解過(guò)程中,如果污染了腐敗細(xì)菌,會(huì)使蛋白質(zhì)過(guò)度(異常)發(fā)酵,此時(shí),蛋白質(zhì)水解生成的氨基酸繼續(xù)降解,或失去CO2生成胺類(lèi),或同時(shí)進(jìn)行脫氨基和脫羧基反應(yīng),釋放出游離 NH4+和NH3[28]。說(shuō)明,發(fā)酵程度越好,乙醇體積分?jǐn)?shù)越高,生成的NH4+也會(huì)越多。為了檢驗(yàn)發(fā)酵程度與NH4+含量的關(guān)系,對(duì)比黃酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)與NH4+的含量, 見(jiàn)圖6。隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的上升,NH4+的含量總趨勢(shì)也是上升,可見(jiàn)發(fā)酵程度與NH4+的含量相關(guān)。

        2.5.4 釀造方式及酒齡對(duì)NH4+的影響

        實(shí)驗(yàn)選擇了元紅、加飯、善釀和香雪及酒齡分別為3、5、8、10 a及15 a的黃酒進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同釀造方式和酒齡對(duì)黃酒成品中NH4+的含量無(wú)明顯規(guī)律。

        2.6 黃酒中的陽(yáng)離子含量

        對(duì)5 種品牌黃酒及同一品牌不同年份黃酒中陽(yáng)離子含量進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)黃酒中Na+、K+、Ca2+、NH4+和Mg2+的濃度普遍較高,相比于同一水源地的自來(lái)水和地表水中的K+、Ca2+、Mg2+高出上百倍,最高的Ca2+質(zhì)量濃度超過(guò)310 mg/L,其中地表水中NH4+含量極低,作為 黃酒釀造的自來(lái)水中的NH4+含量幾乎為零[22],而黃酒中NH4+質(zhì)量濃度最高的達(dá)306.14 mg/L,可見(jiàn)黃酒中陽(yáng)離子主要來(lái)源于釀造原料。白酒中NH4+未檢出或低于檢出限,Na+和Ca2+的含量相比黃酒相差30~270 倍左右。而葡萄酒Na+、Mg2+和Ca2+含量高于常規(guī)地表水2 倍多,K+含量普遍較高(超過(guò)1 000 mg/L),是黃酒中K+含量的2.62~6.38 倍。K+含量高的主要原因是葡萄(可食部分)本身K+含量較高,達(dá)到995 mg/100 g[29-32]。

        3 結(jié) 論

        綜上所述,黃酒釀造以麥曲為糖化發(fā)酵劑,麥曲中含有豐富的微生物,所分泌的酶由于催化作用可加快蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成氨基酸。由于細(xì)菌種類(lèi)繁多,在微生物作用下使原料中蛋白質(zhì)分解,產(chǎn)生游離NH3和CO2,這會(huì)導(dǎo)致NH4+的增加。其原因有待進(jìn)一步研究,以明確其形成機(jī)理,以實(shí)現(xiàn)有效的控制。其次黃酒中陽(yáng)離子普遍比同一水源地的自來(lái)水和地表水高出上百倍,尤其是K+、 Ca2+、Mg2+、NH4+,其中NH4+的差異尤為明顯,地表水和自來(lái)水中含量極低甚至為0,但黃酒中可達(dá) 130~310 mg/L,可見(jiàn),黃酒中陽(yáng)離子含量高與水質(zhì)無(wú)關(guān),主要與釀造原料有關(guān)。不僅如此,發(fā)酵程度也會(huì)影響NH4+的含量,由于乙醇由酵母發(fā)酵轉(zhuǎn)化而來(lái),酵母菌會(huì)優(yōu)先利用銨態(tài)氮形式的氮源,因此乙醇體積分?jǐn)?shù)越高,發(fā)酵程度也越完全。隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的上升,NH4+的含量總趨勢(shì)會(huì)上升,可見(jiàn)發(fā)酵程度與NH4+含量有關(guān)。

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