醬香型白酒中穩(wěn)定碳/氮同位素的測(cè)定

張建，邵飛龍，馬義虔，盧垣宇，李心清*，黃家?guī)X，張瓊

（1.貴州省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，貴州貴陽(yáng)550004；2.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽(yáng)550002）

醬香型白酒中穩(wěn)定碳/氮同位素的測(cè)定

張建1，邵飛龍1，馬義虔1，盧垣宇1，李心清2*，黃家?guī)X1，張瓊1

（1.貴州省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，貴州貴陽(yáng)550004；2.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽(yáng)550002）

建立了氣相色譜/元素分析-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜法（GC/EA-IRMS）測(cè)定醬香型白酒中碳/氮同位素比值（δ13C和δ15N）。醬香型白酒與丙酮混合后，用GC-IRMS法測(cè)定乙醇的δ13C值；醬香型白酒被包樣于錫杯中，用EA-IRMS測(cè)定酒樣的δ15N值。結(jié)果表明，該方法能快速準(zhǔn)確的測(cè)定醬香型白酒中碳/氮同位素比值，準(zhǔn)確率和精度均滿足測(cè)定需求。通過測(cè)定20家白酒企業(yè)中醬香型白酒的δ13C值和δ15N值，20家醬香型白酒企業(yè)中乙醇δ13C值和δ15N值范圍分別為-20.279‰～-20.340‰和-1.942‰～-2.288‰。表明本方法前處理簡(jiǎn)單、測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，可為醬香型白酒的產(chǎn)地溯源提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

醬香型白酒；乙醇；穩(wěn)定碳/氮同位素；產(chǎn)地溯源

醬香型白酒是以高粱、小麥、水等為原料，經(jīng)傳統(tǒng)固態(tài)法發(fā)酵、蒸餾、貯存、勾兌而成的呈香呈味呈色物質(zhì)，具有醬香風(fēng)格的白酒。

目前，鑒別醬香型白酒的優(yōu)劣品質(zhì)及真假判別的常用方法為感官評(píng)價(jià)及總酸、總酯、己酸乙酯和固形物等理化指標(biāo)[1]，而王霓等[2]運(yùn)用近紅外光譜分析技術(shù)得到醬香型白酒的紅外譜圖，此方法也只能初步的鑒別醬香型白酒。穩(wěn)定性同位素分析技術(shù)是用于食品產(chǎn)地溯源和地理標(biāo)志產(chǎn)品鑒別的一項(xiàng)有效技術(shù)，常用的同位素包括C、H、O、N和S，其組成受到氣候、地形、土壤及生物代謝等因素的影響而呈現(xiàn)地域差異[3]。CAM IN F等[4]對(duì)意大利藍(lán)莓進(jìn)行了產(chǎn)地溯源研究，PERINIM等[5]通過乙醇中氧同位素δ18O鑒別葡萄酒和白酒。邵圣枝等[6]采用23種礦物元素含量和C、N、 O、H穩(wěn)定同位素比值結(jié)合主成分分析（principalcomponent analysis，PCA）和線性判別分析（lineardiscrim inantanalysis，LDA）對(duì)黑龍江省、江蘇省和遼寧省23個(gè)稻米樣本進(jìn)行判別驗(yàn)證，正確率達(dá)91%。吳浩等[7]利用氣相色譜-燃燒-同位素質(zhì)譜法測(cè)定葡萄酒中乙醇、丙三醇、乙酸乳酸乙酯和2-甲基-丁醇這五種揮發(fā)性組分的碳穩(wěn)定同位素比值，結(jié)合判別分析（discriminantanalysis，DA）能有效區(qū)分4個(gè)產(chǎn)地的葡萄酒，我國(guó)于2002年應(yīng)用碳同位素比質(zhì)譜技術(shù)建立了蜂蜜中碳-4植物糖含量的摻假檢測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]。

液相色譜-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜法測(cè)定葡萄酒中乙醇穩(wěn)定碳同位素比值的方法，是利用水作為載流，對(duì)有機(jī)組分的分離效率很低[9-10]，元素分析-同位素比質(zhì)譜法需要將葡萄酒進(jìn)行蒸餾，容易造成同位素分餾效應(yīng)[11]。利用氣相色譜法不僅省去了復(fù)雜的前處理，同時(shí)也不會(huì)引入外來雜質(zhì)，因此極大提高葡萄酒中揮發(fā)性物質(zhì)的測(cè)定速度[5，12-13]，因此在本研究的過程中，借鑒了葡萄酒中乙醇碳穩(wěn)定同位素的測(cè)定方法，即采用氣相色譜-同位素比質(zhì)譜法（gas chromatography-isotope ratiomassspectrometry，GC-IRMS）測(cè)定醬香型白酒中乙醇的碳穩(wěn)定同位素比值，旨在為醬香型白酒真?zhèn)舞b別和產(chǎn)地溯源的研究奠定理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

20家貴州仁懷白酒企業(yè)生產(chǎn)的醬香型白酒：市售。

碳和氮同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為尿素δ13CVPDB=-37.32‰和δ15NAIR=（-0.45±0.2）‰；所用CO2參考?xì)獾摩?3C和δ15N的測(cè)定值為δ13C=-20.342‰和δ15N=-2.010‰。載氣氦氣（純度99.999%）、CO2和N2（純度99.999%）標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)猓罕本┖て毡狈謿怏w工業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DELTA V ADVANTAGE穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀（stable isotope ratiomass spectrometer）（配備Trace GC氣相色譜儀、Flash EA元素分析儀）：美國(guó)Thermo Fisher公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品準(zhǔn)備

取待測(cè)樣品于進(jìn)樣瓶中，加入色譜純丙酮溶液[14]，混勻；優(yōu)化待測(cè)酒樣與色譜純丙酮體積比，最后確定為1∶5用于碳同位素比值測(cè)定。吸取0.5μL的酒樣于錫杯中，包樣成錫囊，用于氮同位素比值測(cè)定。

1.3.2 儀器條件

HP-INNDWAX色譜柱（30m×0.25mm，0.25μm）；進(jìn)樣1μL；載氣為高純氦氣（He），流速為1.0m L/m in，分流比60∶1，進(jìn)樣口溫度：200℃；升溫程序如下：起始溫度為50℃，持續(xù)2m in，然后以30℃/m in速率上升至200℃，在200℃保持1m in，燃燒管溫度：1 000℃，切入質(zhì)譜時(shí)間180 s；離子源電壓2.996 kV，真空度5.2×10-5Pa；轟擊電壓123.8 eV。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

Thermo Electron Isodatversion 3.0軟件用于同位素值的計(jì)算和數(shù)據(jù)獲取。

2 結(jié)果與分析

2.1 參考?xì)釩O2和N2的標(biāo)定

參考?xì)釩O2和N2的標(biāo)定是醬香型白酒中同位素比值檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)，穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀是將樣品與參考?xì)獾耐凰乇戎底鲗?duì)比進(jìn)行測(cè)量。通過使用已知碳和氮同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來對(duì)參考?xì)釩O2和N2進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)定結(jié)果如表1所示，碳和氮同位素比值（δ13C和δ15N）測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差（standard deviation，SD）分別為0.001 0‰和0.009 4‰，滿足技術(shù)要求，參考?xì)釩O2和N2的δ13C和δ15N標(biāo)定分別為-20.342‰和-2.010‰。

表1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定參考?xì)釩O2和N2的δ13C值和δ15N值Table 1δ13C andδ15N value of reference gas CO2and N2for calibration o f standard material

2.2 樣品測(cè)定

打開氦氣閥，調(diào)節(jié)分壓為0.45MPa。開機(jī)，儀器進(jìn)入真空狀態(tài)下，打開連接外設(shè)的針閥，質(zhì)譜真空度Vac＜6.0×10-5Pa，打開離子源，掃描Ar40，Ar的信號(hào)強(qiáng)度＜70mV，儀器正常，進(jìn)行樣品測(cè)定。樣品在1 000℃高溫和氧氣條件下完全燃燒轉(zhuǎn)化成CO2和NO2，GC-IRMS和EA-IRMS自動(dòng)檢測(cè)得到樣品中δ13C離子流圖和δ15N離子流圖，結(jié)果見圖1和圖2。由圖1和圖2可知，并根據(jù)參考?xì)釩O2和N2的δ13C值和δ15N值換算成樣品的δ13C值和δ15N值。每個(gè)樣品采集3次，取平均值。

圖1 GC-IRMS測(cè)定醬香型白酒樣品中乙醇的δ13C離子流圖Fig.1 GC-IRMS chromatogram s ofδ13C of ethanol in sauce-flavour Baijiu sample

圖2 EA-IRMS測(cè)定醬香型白酒樣品中δ15N離子流圖Fig.2 EA-IRMS chrom atogram s ofδ15N in sauce-flavour Baijiu samp le

2.3 精密度測(cè)定

根據(jù)國(guó)際檢測(cè)方法質(zhì)量控制要求[14]，同一個(gè)醬香型白酒樣中碳和氮同位素比值用GC-IRMS和EA-IRMS重復(fù)測(cè)定6次，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果如表2所示，碳和氮同位素比值（δ13C和δ15N）測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.0027‰和0.0019‰，能滿足實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)要求。

表2 GC-IRMS和EA-IRMS測(cè)定醬香型白酒中δ13C值和δ15N值的精密度試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of precision tests ofδ13C andδ15N values in sauce-flavour Baijiu

2.4 醬香型白酒中δ13C值和δ15N值測(cè)定結(jié)果

根據(jù)1.3實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定市售20家貴州仁懷白酒企業(yè)生產(chǎn)的醬香型白酒，并根據(jù)參考?xì)釩O2和N2的δ13C值和δ15N值換算成醬香型白酒樣的δ13C值和δ15N值，結(jié)果見表3。

表3 醬香型白酒中δ13C值和δ15N值測(cè)定結(jié)果Table 3 Determ ination results ofδ13C andδ15N in sauce-flavour Baijiu

由表3可以看出，20家貴州仁懷白酒企業(yè)生產(chǎn)的醬香型白酒樣的δ13C值和δ15N值均有一定的差異，其δ13C值和δ15N值范圍分別為-20.279‰～-20.340‰和-1.942‰～-2.288‰，表明了碳和氮同位素比值可以對(duì)貴州企業(yè)或酒廠生產(chǎn)的醬香型白酒的鑒別工作提供數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)論

使用氣相色譜-同位素比質(zhì)譜法（GC/EA-IRMS）測(cè)定了醬香型白酒中碳同位素和氮同位素的比值，通過對(duì)儀器測(cè)定的精密度（碳和氮同位素比值測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.001 0‰和0.009 4‰，參考?xì)釩O2和N2的的δ13C和δ15N標(biāo)定分別為-20.342‰和-2.010‰）的分析表明，該方法能快速準(zhǔn)確的測(cè)定醬香型白酒中穩(wěn)定碳和氮同位素比值，同一個(gè)醬香型白酒樣中碳和氮同位素比值用GC-IRMS和EA-IRMS

重復(fù)測(cè)定6次，碳和氮同位素比值（δ13C和δ15N）測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.002 7‰和0.001 9‰，滿足實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)要求。

測(cè)定了20家貴州仁懷白酒企業(yè)生產(chǎn)的醬香型白酒中碳和氮同位素比值（δ13C和δ15N）均有差異，其δ13C值和δ15N值范圍分別為-20.279‰～-20.340‰和-1.942‰～-2.288‰。通過對(duì)碳和氮同位素測(cè)定結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明，20家醬香型白酒企業(yè)均屬于貴州仁懷地區(qū)，通過測(cè)定δ13C值，

δ15N值能為區(qū)分出20家白酒企業(yè)提供有力的數(shù)據(jù)支撐，達(dá)到區(qū)分度。為了進(jìn)一步研究貴州仁懷地區(qū)白酒企業(yè)生產(chǎn)的醬香型白酒特征標(biāo)記物，還要結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法將仁懷地區(qū)的醬香型白酒建立C、H、N、O等同位素的數(shù)據(jù)庫(kù)，以達(dá)到醬香型白酒品牌鑒定和產(chǎn)地溯源的最終目標(biāo)。

[1]國(guó)家酒類及飲料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，中國(guó)貴州茅臺(tái)酒廠有限責(zé)任公司. GB/T 26760—2011醬香型白酒[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

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[15]InternationalOrganization of Vineand Wine.Oenology resolutions[C]// Determ ination by Isotope Ratio Mass Spectometry13C/12C of W ine Ethanol or that Obtained Through the Fermentation of Musts,Concentrated MustsorGrape Sugar.France Resolution:InternationalOrganization of VineandWine(OIV).Resolution OENO 17/2001.

Determ ination of the stable carbon/nitrogen isotopic ratio in sauce-flavour Baijiu

ZHANG Jian1,SHAO Feilong1,MA Yiqian1,LU Yuanyu1,LIXinqing2*,HUANG Jialing1,ZHANGQiong1
(1.Institution ofSupervision and Inspection ProductQuality ofGuizhou Province,Guiyang 550004,China; 2.State Key Laboratory ofEnvironmentalGeochemistry,Institute ofGeochem istry ofChinese Academy ofSciences,Guiyang 550002,China)

Amethod ofgas chromatography/elemental-isotope ratiomassspectrometry(GC/EA-IRMS)wasestablished for the determination of carbon/ nitrogen isotope ratio(δ13C andδ15N)in sauce-flavour Baijiu.A fter them ixture of Baijiu w ith acetone,δ13C valuesof ethanol in sauce-flavour Baijiu was determ ined by GC-IRMS;the sauce-flavour Baijiu was embedded in tin cup,and theδ15N value in sauce-flavour Baijiu was determ ined by EA-IRMS.The results showed that themethod could determ ine the carbon/nitrogen isotope ratios in sauce-flavour Baijiu quickly and accurately,the accuracy and precisionmet the needs ofmeasurement.By analyzing theδ13C andδ15N value of sauce-flavour Baijiu in twenty companies,theδ13C andδ15N valuewere-20.279‰—-20.340‰and-1.942‰—-2.288‰,respectively.The results showed that the pretreatmentmethod was simple,the determ ination resultswere accurate,and itwould provide data support for theorigin traceability of sauce-flavour Baijiu.

sauce-flavour Baijiu;ethanol;stable carbon/nitrogen isotope;origin traceability

TS262.3；O657.63

0254-5071（2017）08-0158-03

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.08.034

2017-06-26

貴州省科學(xué)技術(shù)廳農(nóng)業(yè)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合支撐[2017]2549）；國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015IK064）；貴州省科學(xué)技術(shù)廳社會(huì)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（黔科學(xué)SY[2013]3111）；貴州省質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012ZK005）

張建（1982-），男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)槭称放c化學(xué)。

*通訊作者：李心清（1965-），男，研究員，博士，研究方向?yàn)樯锏厍蚧瘜W(xué)。