固態(tài)法白酒與固液法白酒的同位素鑒別技術(shù)

鐘其頂，王道兵，熊正河

(1. 天津科技大學(xué)，天津 300457；2. 中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京 100027；3.全國(guó)食品發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)化中心，北京 100027)

固態(tài)法白酒與固液法白酒的同位素鑒別技術(shù)

鐘其頂1,2,3，王道兵2,3，熊正河2,3

(1. 天津科技大學(xué)，天津 300457；2. 中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京 100027；3.全國(guó)食品發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)化中心，北京 100027)

固態(tài)法白酒和固液法白酒的鑒別是當(dāng)前白酒行業(yè)所面臨的技術(shù)難題。本實(shí)驗(yàn)以碳穩(wěn)定同位素為指標(biāo)，建立了氣相色譜-燃燒-同位素質(zhì)譜(GC-C-IRMS)聯(lián)用方法測(cè)定白酒中乙醛、乙醇、丙醇、異丁醇、異戊醇、乳酸乙酯等主要揮發(fā)性物質(zhì)中的δ13C。測(cè)定了43個(gè)傳統(tǒng)固態(tài)法白酒樣品，其乙醇δ13C分布范圍為(-17.65±1.31)‰，測(cè)定了24個(gè)流通領(lǐng)域白酒樣品，其乙醇δ13C分布范圍為(-15.30±1.41)‰，經(jīng)t檢驗(yàn)分析，二者存在顯著性差異(P<0.01)；t檢驗(yàn)結(jié)果還表明，傳統(tǒng)固態(tài)法白酒樣品和流通領(lǐng)域白酒樣品中異戊醇和乳酸乙酯中δ13C也存在顯著差異。模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，白酒中乙醇δ13C與添加玉米酒精含量呈正相關(guān)關(guān)系；添加的玉米酒精和揮發(fā)性香氣物質(zhì)會(huì)改變白酒中的乙醇及微量組分的穩(wěn)定碳同位素比值，因此穩(wěn)定同位素技術(shù)將有望成為固態(tài)法白酒和固液法白酒的有效鑒別手段。

氣相色譜-燃燒-穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜(GC-C-IRMS)；固態(tài)法白酒；固液法白酒；δ13C；乙醇

白酒是具有悠久歷史的中國(guó)特色傳統(tǒng)食品，憑借獨(dú)特的固態(tài)發(fā)酵和固態(tài)蒸餾傳統(tǒng)釀造技術(shù)成為世界六大蒸餾酒之一。隨著社會(huì)發(fā)展，白酒行業(yè)出現(xiàn)成本較低，自動(dòng)化程度較高的液態(tài)酒精工藝，通過(guò)串蒸、調(diào)香和固液法結(jié)合等方式生產(chǎn)新工藝白酒，簡(jiǎn)稱固液法白酒[1]。相對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)法白酒而言，固液法白酒允許使用食用酒精、香氣和香味等物質(zhì)調(diào)整成品酒質(zhì)量，過(guò)程控制、生產(chǎn)技術(shù)、品質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)品成本均明顯低于傳統(tǒng)固態(tài)法白酒。為了保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，凡采用新工藝生產(chǎn)的白酒需要明確標(biāo)注執(zhí)行固液法白酒的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以示區(qū)別傳統(tǒng)固態(tài)法白酒。但由于目前缺乏固態(tài)法和固液法白酒有效鑒別的配套方法標(biāo)準(zhǔn)，部分不法企業(yè)為了利益最大化，將新工藝(固液法)白酒冒充傳統(tǒng)固態(tài)法白酒進(jìn)行銷售，嚴(yán)重干擾了白酒行業(yè)的市場(chǎng)秩序。因此，鑒定固態(tài)法白酒和固液法白酒是當(dāng)前白酒行業(yè)中亟待解決的技術(shù)難題[2]。

同位素質(zhì)譜技術(shù)在食品成分摻假鑒別方面具有其他化學(xué)檢測(cè)不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成功用于果汁摻糖[3-5]、摻水[6-7]分析，葡萄酒摻劣質(zhì)酒[8-11]分析，橄欖油產(chǎn)地鑒別[12-15]，蜂蜜摻糖[16-17]分析奶制品真實(shí)性鑒別[18-20]等方面。本研究采用氣相色譜-燃燒-同位素質(zhì)譜(GC-C-IRMS)聯(lián)用技術(shù)測(cè)定白酒中微量揮發(fā)性組分和乙醇中的δ13C，通過(guò)固態(tài)法白酒和固液法白酒中微量揮發(fā)性組分及乙醇之間13C同位素比值的差異分析，探討固態(tài)白酒和固液法白酒鑒別技術(shù)的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要儀器

Triplus自動(dòng)進(jìn)樣器，Trace GC氣相色譜儀，燃燒轉(zhuǎn)化裝置，Delta V Advantage穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀：均為美國(guó)Thermo-Fisher公司產(chǎn)品。

1.2主要試劑

實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：乙醛、乙醇、丙醇、異丁醇、異戊醇、乳酸乙酯，均為色譜純，且δ13CVPDB均通過(guò)EA-IRMS標(biāo)定(參考物質(zhì)為IAEA-CH-6和NBS-22)；氦氣(純度>99.999%)；乙醇(國(guó)產(chǎn)色譜純)。

1.3色譜條件

1.3.1白酒揮發(fā)性物質(zhì)δ13C(不包括乙醇)的測(cè)定 Wax毛細(xì)色譜柱；GC進(jìn)樣口溫度200 ℃；載氣為高純氦氣(99.999%)，恒流模式(1.2 mL/min)；程序升溫：初始溫度40 ℃，保持5 min，以3.5 ℃/min升溫至200 ℃；進(jìn)樣量0.5 μL。

1.3.2白酒中乙醇δ13C的測(cè)定 Wax毛細(xì)色譜柱；GC進(jìn)樣口溫度200 ℃；載氣為高純氦氣(99.999%)，恒流模式(1.2 mL/min)；程序升溫：初始溫度40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升溫至80 ℃，然后以15 ℃/min升溫至200 ℃；進(jìn)樣量0.7 μL。

1.4轉(zhuǎn)化條件

燃燒轉(zhuǎn)化裝置(IsoLink)中配備陶瓷(Al2O3)氧化管(填料為CuO，NiO和Pt)，工作溫度1 000 ℃，將乙醇、異戊醇等有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CO2。

1.5白酒樣品

1.5.1傳統(tǒng)固態(tài)法白酒 從白酒廠獲得43個(gè)某香型以高粱為主要原料的傳統(tǒng)工藝白酒基礎(chǔ)酒樣品，建立該香型固態(tài)法白酒參考樣品庫(kù)。

1.5.2流通領(lǐng)域白酒 從市場(chǎng)流通領(lǐng)域購(gòu)買24個(gè)同一香型以高粱為主要原料的白酒樣品，其中部分樣品價(jià)格較低，疑似為采用固液法新工藝生產(chǎn)的白酒樣品。

1.6樣品前處理

將白酒樣品轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣小瓶，按1.3.1條件測(cè)定白酒中乙醛、丙醇、異丁醇和乳酸乙酯的穩(wěn)定同位素13C(δ13C)比值。

吸取20 μL白酒樣品于進(jìn)樣小瓶，加入1.5 mL丙酮溶液，混勻，按1.3.2條件測(cè)定白酒樣品中乙醇δ13C比值。

1.7結(jié)果表示

采用相對(duì)測(cè)量法表示樣品中13C/12C，結(jié)果以δ(千分差，‰)表示：

δ13C=(R樣品/R標(biāo)準(zhǔn)-1)×1 000

其中，R樣品為樣品中13C與12C的比值；R標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)

準(zhǔn)物質(zhì)V-PDB中13C與12C比值，13C/12C=(11 237.2±90)×10-6。

2 結(jié)果與討論

2.1測(cè)定方法

根據(jù)1.3和1.4設(shè)定的GC-C-IRMS各項(xiàng)參數(shù)，同一白酒樣品經(jīng)不同前處理后，分別測(cè)定乙醇及各種揮發(fā)性成分，其離子流圖分別示于圖1和圖2。圖1表明，采用丙酮作為有機(jī)溶劑測(cè)定白酒中乙醇44的離子峰強(qiáng)度在4 V左右，符合同位素質(zhì)譜1～10 V線性測(cè)定范圍。由圖2可見(jiàn)，白酒中乙醛、乙酸乙酯、甲醇、正丙醇、異丁醇、異戊醇和乳酸乙酯44離子峰強(qiáng)度均處于同位素質(zhì)譜1～10 V線性測(cè)定范圍，并具有較好分的離度。

2.2白酒中乙醇δ13C分布情況

測(cè)定了43個(gè)某香型傳統(tǒng)固態(tài)法白酒樣品和24個(gè)流通領(lǐng)域同一香型白酒樣品中乙醇δ13C(‰)，結(jié)果示于圖3和圖4。

圖1 GC-C-IRMS測(cè)定白酒中乙醇44,45,46的離子流圖 Fig.1 Ions chromatography of ethanol 44,45,46 in Chinese spirit determinated by GC-C-IRMS

圖2 GC-C-IRMS測(cè)定白酒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)44,45,46的離子流圖Fig.2 Ions chromatography of volatile flavors 44,45,46 in Chinese spirit determinated by GC-C-IRMS

圖3 傳統(tǒng)固態(tài)法白酒乙醇δ13C頻率直方圖 Fig.3 Frequency descriptive statistics chart of δ13C of ethanol of traditional Chinese spirit

圖4 流通領(lǐng)域白酒樣品乙醇δ13C頻率直方圖 Fig.4 Frequency descriptive statistics chart of δ13C of ethanol of Chinese spirit in market

由圖3可見(jiàn)，傳統(tǒng)固態(tài)法白酒乙醇δ13C均值為-17.65‰，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.31；由圖4可見(jiàn)，流通領(lǐng)域白酒樣品乙醇δ13C均值為-15.30‰，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.41。兩種樣品乙醇的13C/12C比值Test差異性檢驗(yàn)結(jié)果列于表1，二者的乙醇δ13C存在顯著性差異(雙側(cè)檢驗(yàn)Sig小于0.01)。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，在白酒行業(yè)中，一些企業(yè)雖然采用添加部分玉米酒精的固液法白酒工藝生產(chǎn)白酒，但考慮到消費(fèi)者更傾向選擇固態(tài)法白酒的消費(fèi)心理，未按照GB10344—2005《預(yù)包裝飲料酒標(biāo)簽通則》進(jìn)行如實(shí)標(biāo)注，而以僥幸心理虛假標(biāo)注的傳統(tǒng)固態(tài)法的香型白酒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步證實(shí)以上假設(shè)，開(kāi)展了在固態(tài)法白酒中添加玉米酒精的實(shí)驗(yàn)分析。

表1 固態(tài)法白酒樣品和流通領(lǐng)域白酒樣品乙醇的13C/12C比值Test差異性檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of 13C/12C of ethanolbetween traditional Chinese spirit and Chinese spirit in market

2.3添加玉米酒精對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)法白酒中乙醇δ13C的影響

根據(jù)固液法白酒生產(chǎn)特點(diǎn)和43個(gè)傳統(tǒng)固態(tài)法白酒中乙醇δ13C分布，從中心處挑選代表性白酒樣品A(乙醇δ13C為-17.08)，向其中分別添加30%、50%玉米酒精(體積比)，獲得不同乙醇添加量的白酒樣品，測(cè)定其乙醇δ13C，結(jié)果列于表2。以添加玉米酒精的百分含量為橫坐標(biāo)，白酒樣品中乙醇的δ13C為縱坐標(biāo)作圖，示于圖5。

圖5 摻入不同比例玉米酒精的白酒13C/12C變化曲線圖Fig.5 The curve of 13C/12C of ethanol during Chinese spirit mixed different ratio maize ethanol

由表2和圖5可見(jiàn)，添加30%和50%玉米酒精的固態(tài)白酒乙醇13C/12C比值分別為-14.87‰和-14.01‰，明顯偏離固態(tài)法白酒13C/12C比值的正常分布范圍(-17.6±1.3)‰。

結(jié)果表明，傳統(tǒng)固態(tài)法白酒和允許添加食用酒精的新工藝固液法白酒中乙醇13C/12C存在顯著性差異，本工作的測(cè)定方法有望成為兩種工藝白酒的鑒別依據(jù)。

表2 模擬固液法白酒中乙醇δ13CTable 2 δ13C values of ethanol in Chinese spirit madefrom traditional and liquid fermentation

2.4白酒中其他揮發(fā)性組分δ13C與乙醇δ13C之間的對(duì)比分析

為進(jìn)一步開(kāi)展傳統(tǒng)固態(tài)法白酒樣品和流通領(lǐng)域白酒樣品之間的差異性分析，本研究將白酒中其他微量揮發(fā)性組分的δ13C比值進(jìn)行t檢驗(yàn)分析，結(jié)果列于表3。從表3可見(jiàn)，傳統(tǒng)固態(tài)法白酒參考樣品和流通領(lǐng)域白酒之間的異戊醇和乳酸乙酯的δ13C比值存在顯著差異，而乙醛、正丙醇和異丁醇等δ13C比值未見(jiàn)顯著差異。結(jié)合2.3和2.4結(jié)果分析，流通領(lǐng)域中的白酒(含部分固液法新工藝白酒)除了添加部分玉米食用酒精外，還可能添加其他微量組分，用于改善白酒香氣或口感。

表3 固態(tài)法白酒樣品和流通領(lǐng)域白酒樣品揮發(fā)性組分比值13C/12C差異Test檢驗(yàn)

3 結(jié)論及展望

本工作建立了GC-C-IRMS聯(lián)用方法測(cè)定白酒中微量揮發(fā)性組分(乙醛、正丁醇、異戊醇和乳酸乙酯)的δ13C和乙醇的δ13C。

通過(guò)固態(tài)法白酒樣品和流通領(lǐng)域白酒樣品之間微量組分碳同位素比值t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩者的乙醇、異戊醇和乳酸乙酯的δ13C之間存在顯著差異。

通過(guò)添加玉米酒精模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了測(cè)定乙醇中13C/12C比值的方法用于固態(tài)法白酒和固液法白酒有效鑒別的可行性。

但由于本研究工作是基于某香型以高粱為原料的固態(tài)法白酒樣品和玉米酒精特定樣品范圍內(nèi)的探討性研究，對(duì)于多種糧食來(lái)源的白酒驗(yàn)證工作，仍需繼續(xù)開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所同位素質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室張福松老師給予的幫助！

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ApplicationofStableIsotopeTechniqueonDistinguishBetweenChineseSpiritbyTraditionalFermentationandChineseSpiritMadefromTraditionalandLiquidFermentation

ZHONG Qi-ding1,2,3, WANG Dao-bing2,3, XIONG Zheng-he2,3

(1.TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin300457,China; 2.ChinaNationalInstituteofFoodandFermentationIndustries,Beijing100027,China; 3.NationalStandardizationCenterofFood&FermentationIndustry,Beijing100027,China)

It is a technical problem in Chinese spirit industry to distinguish between Chinese spirit by traditional fermentation and Chinese spirit made from traditional and liquid fermentation. Methods for the determination ofδ13C values of major volatile substances (such as acetaldehyde, ethanol, isobutanol, isoamyl alcohol, ethyl lactate, etc) in Chinese spirit by gas chromatography combustion coupled to isotopic ratio mass spectrometry (GC-C-IRMS) were developed. The averageδ13C value of ethanol in Chinese spirit made by traditional fermentation is (-17.65±1.31)‰， and the value of what is called traditional Chinese spirit in market is (-15.30±1.41)‰, sot-test result is significant difference(P<0.01). The simulation test show that the carbon isotope ratio of ethanol observed in Chinese spirit are positive relative to those of the corresponding maize ethanol; it is significant differences onδ13C of isoamyl alcohol and ethyl lactate between reference samples and commercial samples. The results show that theδ13C value of ethanol and volatile aroma components in Chinese spirit (made from traditional and liquid fermentation) will be changed when added maize ethanol and exogenous volatile aroma components, so stable isotope technique will be used in distinguish between Chinese spirit made by tracitional fermentation and Chinese spirit made from traditional and liquid fermentation.

gas chromatography-combustion-stable isotope ratio mass spectrometry(GC-C-IRMS); Chinese spirit made by traditional fermentation; Chinese spirit made from traditional and liquid fermentation;δ13C; ethanol

2013-04-02；

：2013-06-04

國(guó)家自然科學(xué)基金(31101333)；科技部國(guó)際合作項(xiàng)目(2011DFA33270)；公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)“雙打”專項(xiàng)項(xiàng)目(2012104009-1)；中國(guó)酒業(yè)協(xié)會(huì)3C項(xiàng)目資助

鐘其頂(1980～)，男(漢族)，廣西人，高級(jí)工程師，從事食品質(zhì)量與安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究。E-mail:zhongqiding@163.com

熊正河(1957～)，女(漢族)，教授，從事食品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究。E-mail: cnscff@263.net

O 657.63

：A

：1004-2997(2014)01-0066-06

10.7538/zpxb.2014.35.01.0066