芝麻香型白酒中3-甲硫基丙醇的GC-FPD檢測方法研究

李 潔,李 霞,劉艷明*,祝建華,孫言弟

(1.山東省食品藥品檢驗研究院,山東 濟南 250101；2.浪潮集團有限公司,山東 濟南 250101)

“芝麻香”通常被認為是芝麻香型白酒的代名詞,芝麻香型白酒是新中國成立后兩大創新香型(芝麻香型與兼香型白酒)之一。芝麻香型白酒是以芝麻香為主體,兼有濃、清、醬三種香型之所長[1],是中國“十一大香型”中最年輕的一個成員,同時也是釀造技術難度最大、釀造條件要求最高,對環境要求最嚴格的一個香型。作為芝麻香白酒的特征成分—3-甲硫基丙醇(3-methylthio propanol,3-MP),其含量影響著芝麻香型白酒的風味特征和香型[2],對酒的風格和質量起重要作用,因此對3-甲硫基丙醇的檢測技術研究也就具有重要意義。

3-甲硫基丙醇為淡黃色易流動液體,又叫菠蘿醇,是國家允許使用的食品用香料[3-4],低濃度時有強烈芬芳的肉或肉湯香氣和滋味,可作為食用香精添加到水果、蔬菜、醬油、酒中,天然品存在于番茄、果酒、葡萄酒及醬油的揮發成分中[4-7]；化學分子式為C4H10OS,分子質量為106.18 Da,根據國家標準GB 20824—2007《芝麻香型白酒》[8]規定,低酒精度酒(18%vol～40%vol)中3-甲硫基丙醇的含量≥0.4mg/L,高酒精度酒(41%vol～68%vol)中含量≥0.5mg/L,目前測定3-甲硫基丙醇含量的國家標準為GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[9],但由于酒中揮發性成分較多,測定時干擾多,峰形不好,且在氫火焰離子化檢測器上的響應比較低,難以實現高效、靈敏的檢測。

目前關于3-甲硫基丙醇檢測的報道有二氯甲烷提取濃縮法[10]、氣相色譜-質譜法(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS法)[11]、氣相色譜-質譜/選擇離子掃描法(gas chromatography-mass spectrometer/selected ion mon itor,GC-MS/SIM)[12]、GC-MS/SIM內標法[13]、分散液液微萃取結合氣相色譜法[14]等。張小溪等[15]建立了GC-MS法檢測釀酒酵母發酵液中的3-甲硫基丙醇的方法,程偉等[16]建立了GC-MS法測定糧醅中的3-甲硫基丙醇。本實驗研究了內標法和外標法對3-甲硫基丙醇定量的影響,并對3-甲硫基丙醇在火焰離子化檢測器(flame ionization detector,FID)和火焰光度檢測器(flame photometric detector,FPD)上的響應進行了比對,建立了一種快速、靈敏、高選擇性檢測3-甲硫基丙醇的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

無水乙醇(分析純):國藥集團化學試劑有限公司；3-甲硫基丙醇標準物質(99.6%):多倫多研究化學品公司；乙酸正戊酯標準物質(99.0%):上海安譜實驗科技股份有限公司；芝麻香型原酒酒樣:山東景芝酒業股份有限公司。

1.2 儀器與設備

Aglient 7890B氣相色譜儀(配有火焰離子化檢測器):美國安捷倫公司；GC2010-plus氣相色譜儀(配有火焰光度檢測器、硫濾光片):日本島津公司；A-11型超純水機:密里博公司；MS204S電子天平:瑞士梅特勒-托利多集團公司。

1.3 方法

1.3.1 氣相樣品分析

取酒樣于進樣瓶中,采用GC-FPD法進行分析[10]。

1.3.2 色譜條件

色譜柱:CP-WAX型毛細管柱(50m×0.25mm×0.2μm)；載氣:氮氣(N2)；流速:1.0 mL/min,恒線速度模式；進樣口溫度240℃,進樣量1 μL,不分流進樣；升溫程序:初始溫度50℃,以10℃/min升至200℃,保持5 min；檢測器FPD(硫濾光片)溫度為260℃,氫氣:62.5 mL/min,空氣:90 mL/min。

1.3.3 定量方法

準確稱取3-甲硫基丙醇100 mg于100 mL容量瓶中,用體積分數60%的乙醇定容,配成1 000 mg/L的儲備液,取此儲備液用體積分數60%的乙醇稀釋成0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.5mg/L、1 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L的使用液,以3-甲硫基丙醇含量(x)為橫坐標,峰面積(y)為縱坐標制作標準曲線,外標法定量。將色譜峰信噪比(S/N)＞3的濃度確定為檢出限(limit of detection,LOD),線性范圍的最低點濃度確定為定量限(limit of quantitation,LOQ)。

2 結果與分析

2.1 校準曲線的擬合方式與線性范圍、檢出限、定量限的考察

對一系列質量濃度為0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.5 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L的3-甲硫基丙醇標準溶液進行GC-FPD分析,以質量濃度-峰面積進行線性回歸,繪制標準曲線。采用一次線性關系擬合法將質量濃度(x)與峰面積(y)進行線性擬合,結果見圖1A,按照鐘偉燕[17]的方法對質量濃度(x)與峰面積(y)進行二次線性關系擬合,結果見圖1B。

圖1 3-甲硫基丙醇含量-峰面積一次線性擬合(A)和二次線性擬合(B)結果Fig.1 Linear fitting(A)and quadratic linear fitting(B)results of concentration-peak area of 3-methylthio propanol

從圖1A可以看出,通過一次線性擬合的標準曲線的線性關系并不好,R2=0.959 6,峰面積和3-甲硫基丙醇濃度明顯不呈一次線性關系,并且在實驗的濃度范圍內,峰面積增加的速度明顯大于3-甲硫基丙醇濃度增加的速度,即在高質量濃度時顯示出比低質量濃度時有更高的靈敏度。從圖1B可以看出,經過二次線性擬合的曲線基本上和原有的數據點重合,顯示峰面積和濃度呈現良好的二次線性關系,相關系數R2=0.999 9。

在FPD檢測器上,色譜峰峰面積和3-甲硫基丙醇質量濃度存在特殊關系,明顯不同于日常所用的一元線性回歸。這是因為含硫化合物在富氫火焰中燃燒時,形成激發態的S2*分子,此分子回到基態時發射出波長為394 nm的特征光,屬于二次響應,激發過程如下所示[18]:

特征光經濾光片濾光,再由光電倍增管進行光電轉換后,產生相應的光電流,經放大器放大后由記錄系統記錄下相應的色譜。因此采用二次線性擬合法,得出線性方程為y=583476.1x2+1648 312x-310 670.0,相關系數R2為0.999 9,線性范圍為0.1～10 mg/L。檢出限(LOD)為0.03 mg/L,定量限(LOQ)為線性范圍的最低點0.1 mg/L。

2.2 加標回收率和精密度考察

在10mL的體積分數60%的乙醇溶液中,分別添加20μL、100 μL、500 μL質量濃度為100 mg/L的3-甲硫基丙醇標準溶液,形成0.2mg/L、1.0mg/L、5.0mg/L3個質量濃度水平的溶液進樣分析,各添加水平條件下的平均回收率和相對標準偏差(relative standard deviation,RSD)；對3個濃度水平的溶液連續測樣3 d,每天測3次,每兩次間隔2 h,計算日內精密度(RSD1)和日間精密度(RSD2),結果見表1。

表1 加標回收試驗及精密度試驗結果Table 1 Results of adding standard tests and degree of precision

由表1可知,GC-FPD法測定3-甲硫基丙醇結果的平均回收率為93.1%～104.6%；日內精密度(RSD1)為3.2%～4.9%；日間精密度(RSD2)為1.1%～2.1%。表明該方法的準確度、精密度良好。

2.3 GC-FPD法與GC-FID法對比

應用建立的GC-FPD法對芝麻香型陽性酒樣進行了分析檢測,GB/T 10345-2007《白酒分析方法》[9]中3-甲硫基丙醇的檢測方法(GC-FID內標法)的標準溶液和酒樣色譜圖分別見圖2A和圖2B,GC-FPD法標準溶液及樣品色譜圖分別見圖2C和圖2D。

圖2 3-甲硫基丙醇標準溶液在FID(A)和FPD(C)上的色譜圖以及陽性酒樣在FID(B)和FPD(D)上的色譜圖Fig.2 Chromatogram of 3-methylthio propanol standard solution of FID(A)and FPD(C),and the positive wine sample of FID(B)and FPD(D)

由圖2A可知,保留時間為31.779min處的色譜峰為3-甲硫基丙醇的峰,標準溶液質量濃度為0.44 mg/L時響應很低,峰面積僅為0.765 pA,為基線噪聲的4倍,且隨著柱溫箱的升高,基線也隨之升高,對色譜峰峰形產生明顯影響。由圖2C可知,保留時間15.9 min處的尖銳對稱色譜峰為3-甲硫基丙醇的峰,在質量濃度為0.22 mg/L時響應很高,且基線平穩,附近沒有干擾峰出現。

由圖2B可知,目標峰3-甲硫基丙醇(出峰時間31.790min)附近有很多干擾峰,這是因為FID作為一種通用型檢測器,幾乎對所有的有機化合物都有響應,且白酒中揮發性成分較多,基質復雜,容易對目標峰產生干擾,因此對色譜條件要求較高；由于3-甲硫基丙醇在國家標準中含量低微[8](低酒精度酒≥0.4 mg/L,高酒精度酒≥0.5 mg/L),而FID法的檢出限約為0.4 mg/L[11],微小的雜質峰將嚴重影響測定結果的準確性,甚至無法定性,更不能準確定量,難以達到檢測要求。由圖2D可知,色譜圖基線很平穩,僅在保留時間15.1 min(干擾峰)和15.9 min處出現兩個峰形特別尖銳的色譜峰,這是因為配有硫濾光片的FPD僅對含硫化合物具有特異性響應,可排除大量溶劑峰及烴類的干擾。3-甲硫基丙醇以S2*分子的形式發射出波長為394 nm的特征光,光電倍增管將光信號轉換成電信號,產生相應的光電流,經放大器放大后記錄在色譜圖上[20],因此靈敏度很高,檢出限為0.03 mg/L,定量限為0.1 mg/L,滿足測定要求。

2.4 酒樣結果分析

取芝麻香型陽性樣品分別添加質量濃度為0.4 mg/L、0.8 mg/L、1.2 mg/L 3個水平的3-甲硫基丙醇標準溶液,用GC-FID內標法和GC-FPD法進樣檢測分析,各添加水平下的平均回收率和相對標準偏差見表2。

表2 兩種方法測定酒樣的結果分析Table 2 Results analysis ofBaijiusample by two methods determination

由表2可知,GC-FID內標法和GC-FPD法酒樣中3-甲硫基丙醇檢測結果分別為0.830 mg/L和0.880 mg/L,保留時間分別為31.8 min和15.9 min,GC-FPD法用時較短。從平均回收率和相對標準偏差來看,GC-FPD法在0.4 mg/L、0.8 mg/L和1.2mg/L三個濃度水平的平均回收率分別為93.7%、95.4%、97.8%,相對標準偏差分別為2.9%、2.2%和3.4%；GC-FID內標法相較于GC-FPD法,不僅回收率低,結果的精密度也差?？赡苡捎趦葮朔ㄊ菃吸c定量,對于濃度與標準溶液濃度差別較大的樣品檢測結果偏差較大,不適合于多個濃度梯度的樣品的檢測,且酒中復雜基質對目標峰產生干擾,影響定量。

3 結論

利用火焰光度檢測器(配有硫濾光片)對含硫化合物具有的特異性響應,建立了一種簡便、快捷、高選擇性、高靈敏的檢測芝麻香型白酒中3-甲硫基丙醇的方法,檢測時間短,且響應與濃度呈二次線性關系,靈敏度高；由于對含硫化合物的特異性響應,此法干擾少,峰形好,很好地解決了白酒中多種揮發性成分產生的基質干擾問題。在質量濃度0.1～10 mg/L范圍,線性良好,相關系數為0.999 9；檢出限為0.03 mg/L,定量限0.1 mg/L,與國家標準檢測方法的檢出限0.4mg/L相比,靈敏度高,達到了檢測要求。該方法易于操作、定量準確、快速、重復性好,可作為日常檢驗方法,適用于芝麻香型白酒特征組分3-甲硫基丙醇的檢測。

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