氣相色譜法測定己酸菌發酵液中的己酸等有機酸含量

袁華偉 ，楊澤剛 ，蘭著璽 ，游　玲 ，劉光錢 ，胡永奇 ，3，王松濤 ，3，沈才洪 ，3

（1.宜賓學院生命科學與食品工程學院，四川宜賓 644000； 2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；3.國家固態釀造工程技術研究中心，四川瀘州 646000）

白酒中的有機酸可以調節口味使酒體醇和爽口，更主要的是酸類物質是形成相對應的乙酯類香味成分的前體物質。不同的有機酸與醇在微生物酶的催化作用下，生成不同的酯，沒有有機酸就沒有相對應的酯類物質生成。其中己酸乙酯在濃香型白酒中的含量最高，對濃香型白酒的貢獻也最大，是濃香型白酒的主體香味物質，也是判定濃香型白酒質量等級的關鍵指標[1]。同時，己酸乙酯也是醬香型白酒三大典型原酒之一的窖底香型中最突出的香味物質，賦予其芳香濃郁的顯著特征[2]。在白酒特定的釀造環境下，己酸乙酯主要是在窖池內通過微生物的酯化作用合成。由己酸菌產生的己酸和酵母菌產生的乙醇生物合成[3-4]。由于己酸菌的生長速度緩慢，生長繁殖需要嚴格的厭氧條件，所以研究濃香型白酒中的產酸細菌重點在己酸菌[5-6]。己酸菌培養液中己酸等有機酸的組成及其含量往往隨菌種的種類、純度和發酵工藝的不同而不同，分析其中的有機酸組成與含量對開發己酸菌菌種資源、完善己酸菌發酵生產工藝條件和科學指導白酒生產都具有重要意義。因此，己酸菌在篩選、培養過程中如何快速、準確測定發酵液中的己酸等有機酸的含量是非常值得研究的。

目前測定己酸菌發酵液中己酸的方法主要有：以醋酸銅與己酸反應生成藍色己酸銅沉淀，被乙醚抽提出來使乙醚層呈現藍色的顯色反應為原理的比色法[7-8]；己酸菌發酵液進行蒸餾后，在毛細管色譜柱上直接進樣檢測[9]；經乙醚萃取后用非極性毛細管色譜柱分析的氣相色譜法[10]。比色法分析發酵液中的己酸含量時，培養基中醋酸鈉及其他有機酸的存在對己酸定性顯色反應有影響[11-12]。采用蒸餾或乙醚萃取的方法處理己酸菌發酵液，用氣相色譜法測定己酸含量，可避免比色法的誤差，提高分析準確度，但前處理操作復雜，并且分析時間也較長。本研究對氣相色譜法測定己酸菌發酵液中己酸的方法作了改進，建立了一種利用毛細管色譜柱、直接進樣氣相色譜法定量測定己酸菌發酵液中的己酸、丁酸、乙酸等有機酸的方法。

1　材料與方法

1.1　材料、試劑及儀器

菌株：使用瀘州老窖股份有限公司自行分離篩選自老窖泥的產己酸細菌進行己酸發酵。

己酸菌培養基（巴氏合成培養基）：(NH4)2SO40.05%、K2HPO40.04%、MgSO4·7H2O 0.02%、乙酸鈉0.5%、酵母膏0.1%、CaCO31%、乙醇2%。

試劑：己酸、丁酸、乙酸、2-乙基丁酸（均為標準品），天津市光復精細化工研究所；無水乙醇（色譜純），天津市科密歐化學試劑開發中心。準確稱取己酸、丁酸、乙酸、2-乙基丁酸100 mg于100 mL容量瓶中，用25%色譜純乙醇溶液定容至刻度。配制標準溶液的濃度為己酸1000 mg/L、丁酸1000 mg/L、乙酸1000 mg/L、2-乙基丁酸1000 mg/L。

儀器設備：色譜儀為日本島津公司GC-2010型氣相色譜儀，FID氫火焰檢測器，配N2000工作站。色譜柱為日本島津公司的Inert CapTMPure Wax毛細管柱，長30 m，內徑0.25 mm，膜厚0.25 μm。

1.2　樣品處理

取樣品40 mL加2 M硫酸酸化至pH2，加無水乙醇至50 mL，在12000 r/min、4℃條件下進行冷凍離心5 min，取上清液，過0.2 μm微孔濾膜。進樣前將樣品和內標1∶1混勻。

1.3　氣相色譜分析條件

采用Inert CapTMPure Wax毛細管柱，載氣為高純氮氣，燃燒氣為H2。內標為以25%乙醇配制的1000 mg/L的2-乙基丁酸。檢測器溫度260℃，汽化溫度250℃，柱溫150℃。進樣量為0.5 μL，分流比50∶1，采樣時間10 min。N2000色譜工作站，采用保留時間定性，內標法定量。

2　結果與討論

2.1　發酵液預處理方法

直接進樣毛細管柱氣相色譜法分析己酸菌發酵液中的己酸等有機酸，進樣的樣品需達到色譜進樣要求。要求進樣的樣品無固形物，關鍵要對樣品進行處理。發酵培養基中添加了碳酸鈣，發酵液中己酸等有機酸很大一部分以鹽的形式存在，因此酸化處理己酸發酵液是必要的。己酸等有機酸沸點都比較高，不容易蒸餾出，蒸餾后的殘液中己酸含量占很大部分[13]。如用鹽酸酸化，鹽酸與發酵液中的碳酸鈣反應生成溶于水的氯化鈣，樣品中存在一定的鹽分，對色譜柱的使用壽命有不良影響。用硫酸酸化后生成難溶于水的硫酸鈣，可離心分離去除，減少樣品中的鹽分，確保色譜柱的正常使用。通過處理條件實驗，確定己酸發酵液用2 M硫酸酸化至pH2后以12000 r/min、4℃進行高速冷凍離心5 min，取上清液，再用0.2 μm微孔濾膜過濾，所得樣品直接進樣分析。

2.2　色譜條件的優化

經處理后的己酸發酵液樣品pH值較低，故采用具有最高惰性、鍵合了聚乙二醇強極性固定相的Inert CapTMPureWax毛細管柱。應用30 m×0.25 mm×0.25 μm Pure Wax毛細管柱進行氣相色譜分離時，目標峰可得到較好的分離效果。

為防止氣相色譜分析所用的毛細管柱被氧化，采用99.9995%的高純氮氣為載氣，選擇載氣壓力為120 kPa[14]。綜合考慮己酸菌發酵液有機酸的分離度、分析時間、檢測器靈敏度和歧化效應的影響，選定分流比為50∶1。由于己酸菌發酵液有機酸的組分較少，為提高分析速度、縮短分析周期，使組分快速流出色譜柱，保證有機酸組分峰具有較高的分離度，經過大量的實驗對比色譜條件，選擇毛細管柱的柱溫150℃，汽化溫度250℃，檢測器溫度260℃。進樣量為0.5 μL，采樣時間10 min。在本色譜條件下，對濃度為1000 mg/L己酸、丁酸、乙酸和2-乙基丁酸混合標準溶液進行了分析。結果顯示能將己酸、丁酸、乙酸和2-乙基丁酸完全分開。混合標準色譜圖見圖1，己酸菌發酵液色譜圖見圖2。有機酸之間的分離度非常好，分離效果良好，而且色譜出峰尖銳、對稱，可準確定性。氣相色譜測定己酸菌發酵液中的己酸、丁酸、乙酸等有機酸分析時間在10 min以內，分離時間快，分析周期短。

圖1　乙酸、丁酸、己酸混標色譜譜圖

2.3　氣相色譜法精密度實驗

圖2　己酸菌發酵液色譜圖

氣相色譜測定己酸、丁酸、乙酸等有機酸的方法精密度以測定待測組分含量的相對標準偏差(RSD)評價。對同一個己酸菌發酵液樣品進行6次重復性測試，其己酸、丁酸、乙酸等有機酸含量的各個測定值及平均值見表1，己酸、丁酸、乙酸的相對標準偏差分別為2.54%、2.22%、2.35%，說明該方法具有較好的精密度。

2.4　加標回收率實驗

分別取同一己酸菌發酵液為樣品，對該樣品進行加標回收試驗，添加“高中低”3個濃度的己酸、丁酸、乙酸標準溶液作為加標回收試驗，每個添加水平做3次平行，最后計算平均回收率，驗證方法的準確度，結果見表2。通過對樣品進行加標測定，由表2可得出方法加標回收率在96.83%～103.71%之間。說明該方法準確性好，可保證己酸、丁酸、乙酸等有機酸測量結果的可靠性。

2.5　己酸菌發酵液中的己酸等有機酸含量的測定

取6個己酸菌發酵液樣品，分別編號為1、2、3、4、5、6，按照上述的預處理方法和分析步驟進行試驗，測定結果見表3。

從上述結果可以看出，利用氣相色譜法可一次性測定己酸菌發酵液中的己酸、丁酸、乙酸等有機酸含量。己酸菌發酵液樣品中檢測出的己酸含量在5250.46～10066.27 mg/L之間，丁酸含量在1129.78～2139.53 mg/L之間，乙酸含量在143.47～902.08 mg/L之間。

3　結論

本研究采用硫酸對己酸菌發酵液進行酸化及高速離心機、微孔濾膜過濾預處理方法，排除了發酵液中的一些物質對測定的影響。使用氣相色譜法可一次性快速分析己酸菌發酵液中的己酸、丁酸、乙酸等多種有機酸組分，具有準確度高、簡便快速等優點。該方法可應用于己酸菌的篩選及己酸菌的發酵控制，測定發酵液中的己酸、丁酸、乙酸等有機酸含量。

表1　氣相色譜法精密度試驗(n=6)

表2　己酸、丁酸、乙酸在3個加標水平下的回收率

表3　發酵液中己酸等有機酸含量　(mg/L)

參考文獻：

[1]張文學,賴登燡,余有貴.中國酒概述[M].北京：化學工業出版社,2011.

[2]沈怡方.白酒生產技術全書[M].北京：中國輕工業出版社,2007.

[3]唐瑞.己酸菌、窖泥與濃香型白酒之間的關系[J].釀酒,2005(4)：24-27.

[4]沈怡方.白酒中四大乙酯在釀造發酵中形成的探討[J].釀酒科技,2003(5)：28-31.

[5]吳衍庸.濃香型曲酒微生物技術[M].成都：四川科學技術出版社,1987.

[6]周恒剛.老窖泥培養[M].北京：中國計量出版社,1998.

[7]齊風蘭,陳有容.分光光度法測定發酵液中的已酸[J].天津輕工業學院學報,1987(2)：88-93.

[8]吳根福,陳佩華.比色法定量測定己酸含量的初步研究[J].釀酒科技,1995(6)：35-37.

[9]羅維,劉永婷,石敏,等.準確測定己酸菌液中己酸含量的方法[J].釀酒科技,2003(5)：83.

[10]李長虹,陳志強,孔祥亮,等.用非極性毛細管色譜柱分析乙醚萃取分離的有機酸溶液(第二報)[J].釀酒科技,2005(1)：72-73.

[11]樊林,王一平.己酸定性分析方法中的影響因素[J].釀酒科技,1992(1)：22-22.

[12]樊林,尚林虎.己酸定性顯色中有機酸的干擾[J].釀酒科技,1994(5)：42-43.

[13]鐘雨,謝宜輝.己酸菌培養液中己酸含量的測定方法[J].釀酒科技,2004(4)：91-92.

[14]劉虎威.氣相色譜理論及應用[M].北京：化學工業出版社,2000.