利用GC-C-IRMS技術追溯食醋的來源與制作工藝

李潔莉,梁明祥,金麗巾,*

(1.江蘇省產品質量監督檢驗研究院,南京 210007;2.南京農業大學資源與環境科學學院,南京 210095)

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利用GC-C-IRMS技術追溯食醋的來源與制作工藝

李潔莉1,梁明祥2,金麗巾2,*

(1.江蘇省產品質量監督檢驗研究院,南京 210007;2.南京農業大學資源與環境科學學院,南京 210095)

利用同位素技術測定食品中的δ13C值已經成為食品質量檢驗的一種重要手段。該實驗中,通過有機溶劑稀釋與氣相色譜-燃燒-同位素比值質譜聯用(GC-C-IRMS)方法來測定3種工業用冰醋酸、2種食用醋酸以及14種商品化食醋中的醋酸的δ13C值,發現食用醋酸的δ13C值在-11.57‰～-20.66‰之間,而工業冰醋酸的δ13C值在-24.45‰～-29.14‰之間;鎮江香醋中的醋酸δ13C值在-22‰～-25‰之間,山西陳醋的δ13C值在-13‰～20‰之間,白醋的δ13C值在-14‰～-25‰之間。因此GC-C-IRMS技術不但可以區分工業冰醋酸和食用醋酸,而且可以區別部分不同來源和不同釀造工藝的食醋。

食醋,醋酸(乙酸),氣相色譜-燃燒-穩定同位素比值質譜,δ13C

食醋作為傳統調味品,不僅風味獨特,含有較豐富的營養成分,而且具有抗疲勞和預防動脈硬化等多種生理藥理活性[1]。按照不同的生產工藝,食醋分為釀造食醋和配制食醋[2]。按照不同的原材料,食醋可分為白醋(或米醋)、香醋和陳醋[3]。

我國食醋國家標準和行業標準中僅使用一些物理化學常規指標進行食醋質量的判定,而很難追溯食醋的發酵原料,特別是部分不法商家添加工業醋酸也帶來監管的困難。基于此,研究者嘗試多種方法,試圖建立快速檢測或者可視化檢驗食醋真假的技術,主體大致可分為兩大類:第一大類是對非法添加外源物質進行檢測[4-7]。第二大類是對食醋本身特有的物質進行檢測區分[8-14]。這些方法中,核磁共振和同位素技術結合的方法效果較好[15-21],但核磁共振方法的醋酸提取方法比較繁瑣;同位素技術(液體閃爍)測定操作的處理也很麻煩,而且誤差較大,限制了其廣泛使用[22]。

目前鐘其頂等人構建了采用有機溶劑稀釋與氣相色譜-燃燒-同位素比值質譜聯用技術(GC-C-IRMS)結合的方法來測定食醋樣品中醋酸的δ13C值,精密度高,并與不同穩定同位素實驗室的能力驗證計劃(FIT-PTS)進行比較,發現該方法能夠達到國際實驗室間比對的能力驗證范圍[23-24]。GC-C-IRMS的基本原理是通過氣相色譜分離揮發性物質,通過燃燒爐將揮發物質燃燒,再通過質譜對同位素氣體進行測定。雖然該方法操作簡便,結果可重復性好,而且樣品前處理簡易,但我國國內僅有零星在食品行業的應用報道[25-26]。本研究擬采用GC-C-IRMS技術,測定食醋中醋酸的δ13C值的范圍,探討該測定方法能否追溯釀造食醋原料和生產工藝。

1　材料和方法

1.1試劑與儀器

氦氣純度大于99.999%,廣東光華科技有限公司;乙醇國產色譜純,南京化學試劑有限公司;工業冰醋酸國產分析純，上海申博化工有限公司生產;14種釀造食醋購置于當地大型超市；3種白醋樣品分別由山西老陳醋集團有限公司,北京市老才臣食品有限公司和江蘇省恒順醋業股份有限公司生產;5種香醋樣品由鎮江市恒康調味品公司和江蘇省恒順醋業股份有限公司生產;6種陳醋由山西水塔醋業股份有限公司,山西老陳醋集團有限公司和太原市古燈調味食品有限公司生產;食用醋酸知名食醋生產企業采集的食用醋酸2個,其中從酒精原料發酵工藝生產和從糧食原料發酵工藝生產的各1個。

Triplus自動進樣器,Trace GC氣相色譜儀,燃燒轉化裝置,MAT253同位素比值質譜儀(內精度δ≤0.1‰,外精度δ≤0.2‰),Flash EA/HT 1112型元素分析儀均為美國Thermo-Fisher公司產品。

1.2樣品前處理

根據穩定同位素比值質譜儀的測定性范圍(2～10 V)及色譜條件,用乙醇將食醋樣品稀釋,至總酸含量約8 g/L。

1.3樣品測定

樣品經燃燒轉化裝置(IsoLink),在配備陶瓷氧化管中(氧化管工作溫度為960 ℃),將乙酸轉化成CO2。后經Wax毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣為氦氣:柱流速1.2 mL/min;進樣口溫度:280 ℃。升溫程序:起始溫度120 ℃保持1 min,以10 ℃/min升溫至200 ℃,保持1.5 min,進樣體積1 μL;分流比:20∶1,進行測定。

1.4δ13C同位素值的計算

δ13C(‰)=(R樣品-R標準)/R標準× 1000

式中:δ13C為樣品相對于標準物質的δ13C同位素值;R為δ13C與δ12C比值。

1.5數據處理

利用Microsoft Excel進行實驗數據的計算處理分析。利用SPSS20.0(SPSS Inc.,USA)分別對不同類型食醋的同位素數據進行one-way ANOVA的LSD多重比較分析(p=0.05)。

2　結果分析

2.1GC-C-IRMS方法的可行性和準確性分析

2.1.1GC-C-IRMS方法對食醋樣品中的醋酸測定的可行性分析按照前處理方法和色譜程序操作,對食醋樣品中的醋酸進行測定。由色譜圖1可以看出,食醋樣品中醋酸的保留時間為356.35 s,能夠和其他物質分開,分離效果較好。見圖1。

圖1　食醋樣品醋酸δ13C分析圖譜Fig.1　Chromatogram of acetic acid in commercial vinegar

2.1.2GC-C-IRMS方法對工業冰醋酸中的醋酸δ13C測定的準確性分析為了驗證GC-C-IRMS方法的精密度與準確性,對同一廠家同一批次的工業冰醋酸的醋酸δ13C進行10次重復測定,結果見表1。實驗結果顯示,標準偏差僅0.09‰,符合國際碳同位素測定要求(≤0.20‰)。因此該方法精密度高,準確性較好。

表1　同一廠家同一批次的冰醋酸的醋酸δ13C重復性測定結果

2.2GC-C-IRMS方法對食用醋酸和工業冰醋酸的醋酸區分度

通過對三種不同廠家的工業冰醋酸(以工業冰醋酸1,2,3代表),以及同一品牌不同批次的工業冰醋酸(以工業冰醋酸2(1,2,3)代表),以及兩種食用醋酸(以食用醋酸4,5代表)進行分析測定,測定結果見圖2。結果表明不同品牌的冰醋酸,以及同一品牌不同批次的冰醋酸的δ13C值在-24.45‰～-29.14‰范圍內浮動,不盡相同,但顯著低于食用醋酸的δ13C的浮動范圍-11.57‰～-20.66‰。因此可以采用GC-C-IRMS方法區分食用醋酸和工業冰醋酸。

表2　16個釀造食醋樣品中的醋酸的δ13C分析

圖2　不同來源醋酸的δ13C分析結果Fig.2　Analysis of δ13C of acetic acid from 8 acetic acid samples

注:基于不同類型食醋(白醋,香醋,陳醋)的統計分析結果,*為不同類型食醋群體之間的顯著差異(p≤0.05)。

2.3GC-C-IRMS方法對不同食醋樣品中醋酸δ13C值的分析

食醋樣品采自于大型正規超市及食醋生產廠家,共采集食醋樣品16個。其中白醋樣品3個,香醋樣品5個,陳醋樣品6個,從知名食醋生產企業采集的食用醋酸2個(其中從酒精原料發酵工藝生產和從糧食原料發酵工藝生產的各1個),測定結果見表2。

由測定結果可知,所有食醋樣品和食用醋酸的δ13C值在-11.57‰～-25.77‰之間,食醋中碳同位素比值變化較大,不同類型食醋之間的δ13C值存在一定差異。其中,白醋和陳醋之間的δ13C值差異不顯著(p>0.05),但香醋的δ13C值顯著低于白醋和陳醋(p≤0.05),這可能與食醋原料和生產工藝有關。白醋樣品中,含有食用醋酸樣品的δ13C值明顯高于不含食用冰醋酸的白醋樣品,這可能與食用醋酸中δ13C的值較高有關。由此可見,利用GC-C-IRMS方法可以一定程度區分不同種類的食醋,同時對部分食醋中是否添加了食用冰醋酸有一定的指示作用。

3　結果討論

通過測定結果可以看出食用醋酸δ13C值明顯高于工業冰醋酸,因而此方法在一定程度上可以區分食用醋酸和工業冰醋酸。雖然不同品牌的工業冰醋酸或者同一品牌不同批次工業冰醋酸的δ13C值有所差異,但該測定結果與Remaud等利用IRMS測定了19種工業冰醋酸δ13C值的一致,工業冰醋酸δ13C值在-35‰±7‰范圍內[12],與之比對,本實驗結果得到類似的結果,說明浮動在可信范圍之內,也進一步證明該方法具有一定的準確性。

不同類型食醋之間的δ13C值存在一定差異。食用醋酸由于其原料來源廣泛(可以來自于糧食,也可以來源于酒精發酵),其δ13C值具有一定的波動,總體在-11.57‰～-20.66‰之間。同時Remaud等研究發現,不同原材料發酵的食用醋酸其δ13C確實存在一定的差異:以玉米為原料的食用醋酸的δ13C值在-14.8‰左右,而混合玉米和大麥的δ13C值在-19.1‰左右[12]。

釀造白醋雖然均以大米為主要原料,但不同地域的白醋的δ13C值存在差異,添加食用醋酸的白醋的δ13C值較高,這與食用醋酸的δ13C值偏高有關。白醋和陳醋之間δ13C值差異不顯著,而香醋的δ13C值明顯降低,這可能與發酵原料有關。采用大米為主要原料的傳統發酵食醋的δ13C值平均比-20‰小,而采用高粱和玉米為主要原料的傳統發酵食醋的δ13C值均在-20‰以上,基本比-15‰大。

釀造食醋的原料來源于C3和C4植物。一般而言,C3植物的δ13C值在-22‰～-35‰之間,C4植物的δ13C值在-8‰～-20‰之間,而空氣中的CO2的δ13C平均為-8‰[15]。不同植物的δ13C值不同,主要與其采用的光合途徑、光合羧化酶、水分利用效率和

生長環境等相關[27-28]。在醋酸的發酵原料中,高粱、玉米和甘蔗(白砂糖)等均為C4植物,而小麥(麥麩)、水稻(米)和豌豆等均為C3植物。當然,不同地域同一類型食醋的δ13C值也存在一定的差異。例如美國小麥的δ13C值平均為-22.7‰,而德國的小麥δ13C值為-25.2‰;美國的大米的δ13C值平均為-24.2‰,日本大米的δ13C值為-25.7‰[15]。此外,影響碳同位素變化的因素較多,如溫度、降雨量、土壤類型、空氣濕度等,這些因素的不同都會造成植物的δ13C值有所差異。不同年份由于溫度,光照等自然條件的差異,其植物中的δ13C值也會有一些波動,但跟C3或者C4植物內在的差異比要小的多。鎮江主要以生產香醋為主,其原料組成相對固定,主要以C3植物為主,因而食醋中δ13C值大多在-22‰以下;山西以生產陳醋為主,其原料(13號樣品中的原料中有玉米,16號樣品中各成分的含量具有一些差異),主要以C4植物為主,因此其δ13C值較高。通過對δ13C值的統計學分析,可以很容易將山西陳醋、鎮江香醋和白醋區分開來。

4　結論

采用有機溶劑稀釋與GC-C-IRMS技術結合,可以對食醋樣品中醋酸δ13C值進行快速測定,精密度高,準確性較好,前處理簡單。該方法不僅能夠在一定程度上用于區分食用醋酸和工業醋酸而且可以判斷同類白醋樣品是否添加了食用醋酸,同時還能夠鑒別食醋類型及其原料來源。因此可以利用GC-C-IRMS技術一定程度追溯釀造食醋的來源與制作工藝。

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Origin traceability and processing authenticity in brewing vinegars by GC-C-IRMS technique

LI Jie-li1,LIANG Ming-xiang2,JIN Li-jin2,*

(1.Jiangsu Product Quality Testing & Inspection Institute,Nanjing 210007,China; 2.College of Resources and Environmental Sciences,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China)

Stable carbon isotope technique(δ13C)has been extensively utilized in food quality examination. In this study,δ13C of acetic acid,acquired from three synthetic glacial acetic acids,two edible acetic acids and fourteenth commercial vinegars were determined by gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometry(GC-C-IRMS). The results showed that δ13C from edible acetic acids were between -11.57‰ and -20.66‰ and δ13C of different synthetic glacial acetic acids were between-24.45‰ and -29.14‰ based on our measurements.δ13C of commercial vinegars made at Zhenjiang city was between -22‰ and -25‰,δ13C of commercial vinegars made at Shanxi province was between -13‰ and -20‰,while δ13C of white vinegars was from -14‰ and -25‰. So,this method could not only distinguish the δ13C between synthetic acetic acid and edible acetic acid from natural fermentation,but also could be applicable in authenticity and origin traceability of some vinegars.

vinegar;acetic acid;gas chromatography-mass spectrometry(GC-C-IRMS);δ13C

2015-11-27

李潔莉(1971-),女,碩士，研究員級高工,研究方向:從事食品檢驗研究工作,E-mail:304332108@qq.com。

金麗巾(1989-),女,碩士研究生,研究方向:農業資源利用,E-mail:MAOJINZI726@163.com。

發酵食用醋酸與工業合成醋酸鑒別技術的研究(KJ122705)。

TS264.2

A

1002-0306(2016)10-0099-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.010