酒精度快速測定儀測定飲料酒酒精度

李國輝，高紅波，呂志遠(yuǎn)，常迪，王道兵，鐘其頂*

1(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京，100015)2(全國食品發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)化中心，北京，100015) 3(濟南趵突泉釀酒有限責(zé)任公司，山東 濟南，250115)

酒精度是飲料酒重要的質(zhì)量指標(biāo)，測定飲料酒中酒精度的方法有：氣相色譜法[1-2]、液相色譜法[3]、比色法[4]、近紅外光譜法[5-6]、酒精計法、密度瓶法[7]、數(shù)字密度計法[8]、酒精度快速測定儀法[9]等。我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度測定(GB 5009.225—2016)中規(guī)定第一法為密度瓶法，而密度瓶法需要精確控制溫度以及反復(fù)烘干、稱重，檢測步驟較為繁瑣，且對水浴鍋的控溫精度要求高。復(fù)雜的操作容易引入較大的誤差，影響測定精度與測定效率。因此，對于企業(yè)日常生產(chǎn)指導(dǎo)與日常檢驗以及相關(guān)檢測、監(jiān)管機構(gòu)而言，建立一種操作簡單，時效性強且符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲料酒中酒精度的快速測定方法尤為重要。

本文在飲料酒酒精度測定中引入測定原理與國標(biāo)中密度瓶法相一致的酒精度快速測定儀，可在20 s之內(nèi)完成酒精度的測定。前期的研究[9]驗證了酒精度快速蒸餾儀的蒸餾性能，分析了該方法對于黃酒和葡萄酒的測定準(zhǔn)確性與適用性。本研究將系統(tǒng)論證酒精度快速測定儀測定不同類型蒸餾酒和發(fā)酵酒酒精度的準(zhǔn)確性、精密度、適用性與不確定度。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

酒精度快速蒸餾儀(Super Dee)、酒精度快速測定儀(測定范圍為0.13%～99.98%酒精，Super Alcomat)、冷水循環(huán)水浴鍋(Chiller)，意大利Gebertini公司；附溫比重瓶(25 mL)，國營安徽省鳳陽縣玻璃廠。

1.1.2 試劑

酒精度標(biāo)準(zhǔn)參考溶液(12%、15%、40%、60%酒精溶液)、蒸餾緩沖液、消泡劑：意大利Gebertini公司；無水乙醇：分析純，國藥集團；蒸餾水。

1.1.3 樣品

市售葡萄酒、黃酒、白酒、啤酒樣品。

1.2 方法

1.2.1 模擬酒樣配制

依照體積法使用容量瓶分別配制0.3%、2.5%、4%、30%、40%、50%、60% vol的乙醇溶液。將待測酒樣、模擬酒樣以及定容用蒸餾水放入20 ℃水浴鍋中30 min，保證液體溫度與水浴池溫度一致，待測。

1.2.2 樣品蒸餾

本試驗所有飲料酒樣品，蒸餾前的樣品處理方法參照GB 5009.225—2006進(jìn)行，之后使用容量瓶量取100 mL酒樣，加入快速蒸餾儀的蒸餾瓶中，使用100 mL蒸餾水分3次潤洗容量瓶，潤洗液合并加入蒸餾瓶中。之后在蒸餾瓶中分別加入3～5滴消泡劑和2 mL蒸餾緩沖液。選擇酒精蒸餾模式，將取樣時所用的容量瓶懸掛于出液口，設(shè)置餾出液質(zhì)量，開始蒸餾。約3～4 min后蒸餾完成，自動停止。使用20 ℃蒸餾水將餾出液定容至刻度，待測[9]。

分別設(shè)置餾出液質(zhì)量為70、75、80、85、90、95 g，采用與啤酒和白酒酒精度相近的乙醇模擬樣品進(jìn)行快速蒸餾，分析確定不同酒精度樣品的最佳餾出液質(zhì)量。

1.2.3 樣品測定

1.2.3.1 密度瓶法

參照GB 5009.225—2016。

1.2.3.2 酒精度快速測定儀法

依照儀器操作程序，設(shè)備校正后，將待測蒸餾液直接加入至酒精度快速測定儀的測量杯中，待儀器穩(wěn)定后示數(shù)即為儀器自動換算出的20 ℃下溶液的酒精度測定值(單位% vol)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對酒精度快速測定儀測定影響分析

選取酒精度為(12.01±0.04)%vol和(40.01±0.06)% vol的酒精度標(biāo)準(zhǔn)參比溶液，根據(jù)實驗室可能的實際溫度，分別在試液溫度為11、13、15、17、19、21、23、25、27、29 ℃的條件下，將試液直接加入至酒精度快速測定儀中對其酒精度進(jìn)行測定，結(jié)果見圖1。

圖1 不同試液溫度對酒精度測定的影響

Fig.1 The influence of different test temperature on the determination of alcohol strength注：圖中橫線和虛線分別表示酒精體積分?jǐn)?shù)為12.01%和40.01%溶液參考值的上下限值

測定結(jié)果顯示，在11～13 ℃和27～29 ℃下，對不同參比溶液酒精度的測定值均超過了給定的參考值范圍，表明試液溫度在11～13 ℃以及27～29 ℃時，測定存在一定誤差。并且溫度越低測定值越高，可能溫度影響待測液密度，在自動換算為20 ℃時的酒精度時出現(xiàn)偏差。當(dāng)待測試液溫度在15～25 ℃時，測定值在參考值范圍之間。為進(jìn)一步探究測定穩(wěn)定性與溫度適應(yīng)性，將15～25 ℃情況下的測定值進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 試液溫度對酒精度快速測定儀的測定影響(X±sd)

在15～25 ℃的溫度范圍內(nèi)，酒精度快速測定儀在對低酒精度(12% vol)和高酒精度(40% vol)的標(biāo)準(zhǔn)參比樣品測定值的最大絕對差值分別為0.03% vol和0.08% vol，RSD值分別為0.10% vol和0.08% vol，結(jié)果優(yōu)于GB 5009.225—2016對酒精度測定精度的要求。經(jīng)t檢驗分析，在95%的置信區(qū)間下，酒精度快速測定儀對酒精度標(biāo)準(zhǔn)參比溶液測定值與參考值無差異(P>0.05)。結(jié)果表明，酒精度快速測定儀可以在試液溫度為15～25 ℃的條件下對其酒精度進(jìn)行準(zhǔn)確測定。與常規(guī)方法相比，降低了測定過程對溫度的依賴性。充分體現(xiàn)了酒精度快速測定儀測定酒精度的準(zhǔn)確性與溫度優(yōu)越性。

2.2 蒸餾餾出液重量優(yōu)化

前期對于酒精度快速蒸餾儀的研究結(jié)果表明，當(dāng)試液酒精度為6%～10% vol時，餾出液質(zhì)量為80 g時為蒸餾終點，而當(dāng)試液酒精度為12%～20% vol時，蒸餾終點為85 g，因此設(shè)定葡萄酒和黃酒的蒸餾終點為85 g。且酒精度快速蒸餾儀的蒸餾殘留量為0.04% vol，與常規(guī)蒸餾方法一致，滿足蒸餾要求[9]。本次試驗主要圍繞啤酒酒精度和白酒酒精度的模擬樣品進(jìn)行蒸餾測定，分析不同酒精度模擬液的蒸餾終點，結(jié)果見圖2。

圖2 不同餾出液重量對樣品酒精度測定的影響

Fig.2 Effect of different distillate weight on alcohol strength of sample

當(dāng)模擬液酒精體積分?jǐn)?shù)為0.25%和2.5%時，餾出液質(zhì)量為70 g時已達(dá)到蒸餾終點；而4%的模擬液的蒸餾終點為75 g。鑒于啤酒實際樣品的酒精度范圍，設(shè)定啤酒樣品的蒸餾餾出液質(zhì)量為75 g。當(dāng)樣品的酒精度逐步提高時，蒸餾時間需相應(yīng)延長，蒸餾終點同步延后。30% vol、40% vol、50% vol、60% vol的模擬液的蒸餾終點為90 g。因此，白酒蒸餾時設(shè)定餾出液質(zhì)量為90 g。

2.3 測定準(zhǔn)確性驗證

通過密度瓶法和酒精度快速測定儀分別測定12%、15%、40%、60% vol酒精度標(biāo)準(zhǔn)參比溶液，單個樣品平行測定3次，分析二者測定差異，結(jié)果見表2。

表2 密度瓶法與酒精度快速測定儀法酒精度測定差異分析(X±sd)

酒精度快速測定儀和密度瓶法對于同一標(biāo)準(zhǔn)參考溶液的測定均值的絕對差值范圍為0.05%～0.1% vol，且二者的測定值與參考值一致(絕對差值在0.1% vol之內(nèi))。經(jīng)t檢驗分析，在95%的置信區(qū)間下，三者無明顯差異(P>0.05)，且酒精度快速測定儀的測定SD值為0.02% vol，小于密度瓶法。密度瓶法測定大約需要1.5 h，而酒精度快速測定儀可在20 s內(nèi)完成測定，在保證準(zhǔn)確性的同時極大程度的提高了測定時效性。

2.4 飲料酒樣品測定

分別選取蒸餾酒(白酒)、和發(fā)酵酒(葡萄酒、黃酒和啤酒)驗證酒精度快速測定儀對酒精度測定的準(zhǔn)確性與適用性，因配制酒均以蒸餾酒或發(fā)酵酒為酒基配制而成，本文未涉及配制酒樣品。將酒樣依照蒸餾方法蒸餾后，蒸餾液分別采用密度瓶法和酒精度快速測定儀法測定，分析驗證酒精度快速測定儀對于實際飲料酒樣品酒精度測定的準(zhǔn)確性和適用性。

2.4.1 蒸餾酒

以我國特有的白酒作為蒸餾酒代表，選取酒精度標(biāo)示值分別60%、42%和32% vol(高、中、低)3個不同酒精濃度的白酒樣品進(jìn)行測定，分析測定準(zhǔn)確性，結(jié)果見表3。

表3 密度瓶法與酒精度快速測定儀法對白酒的酒精度測定分析(X±sd)

對于白酒酒精度的測定，酒精度快速測定儀的測定值與密度瓶法的測定值一致(絕對差值在0.1% vol之內(nèi))，經(jīng)t檢驗分析，二者無差異(P>0.05)。表明酒精度快速測定儀可以實現(xiàn)對白酒酒精度的精確測定。

2.4.2 發(fā)酵酒

2.4.2.1 葡萄酒、黃酒

葡萄酒和黃酒在酒精度和其他理化指標(biāo)方面相類似，其酒精度含量在7%～18% vol之間。本文分別選取3個不同酒精度的葡萄酒和黃酒樣品，蒸餾后，分別采用2種方法對其酒精度進(jìn)行測定，分析測定準(zhǔn)確性，結(jié)果如表4所示。

表4 密度瓶法與酒精度快速測定儀法對葡萄酒和黃酒的酒精度測定分析(X±sd)

對于不同酒精度的葡萄酒和黃酒樣品，酒精度快速測定儀和密度瓶法測定值一致，同一樣品的測定均值的絕對差值小于0.1% vol，同樣酒精度快速測定儀法的重復(fù)性優(yōu)于密度瓶法。經(jīng)t檢驗分析，在95%的置信區(qū)間下，二者測定值之間無差異(P>0.05)，表明酒精度快速測定儀的測定精度滿足對葡萄酒和黃酒酒精度的精確測定。

2.4.2.2 啤酒

啤酒樣品的酒精度較低，種類包括常規(guī)啤酒、低醇啤酒、無醇啤酒等，由于其低酒精度的特點，對啤酒的酒精度測定方法的精確度要求較高，在GB 2009.225—2016中，要求對于啤酒酒精度的測定值的絕對差值小于0.1% vol，但繁瑣的測定方法會造成較大的測定誤差。為了驗證酒精度快速測定儀對于啤酒中酒精度測定的準(zhǔn)確性，本次試驗選取4個不同酒精度的啤酒樣品，分別采用規(guī)定的方法處理與蒸餾，之后分別采用密度瓶法和酒精度快速測定儀法同步測定蒸餾液中的酒精度，分析測定的準(zhǔn)確性，結(jié)果見表5。

表5 密度瓶法與酒精度快速測定儀法對啤酒的酒精度測定分析(X±sd)

對于不同酒精度的啤酒樣品，酒精度快速測定儀和密度瓶法的測定值保持一致，無差異(P>0.05)，均值的絕對差值小于0.05% vol。酒精度快速測定儀的測定穩(wěn)定性(SD值為0.01% vol)優(yōu)于密度瓶法(SD值為0.03% vol)。因此，酒精度快速測定儀對于啤酒樣品酒精度的測定精度滿足測定要求。

以上對所有飲料酒的測定結(jié)果顯示，對同一樣品的測定值，酒精度快速測定儀高于密度瓶法0.05%～0.1% vol。究其原因，酒精度快速測定儀對酒精度的測定不涉及復(fù)雜的前處理過程，避免了前處理過程的損失，提高了測定準(zhǔn)確性。

2.5 方法不確定度

測量不確定度是評價方法測定準(zhǔn)確性的依據(jù)，常用來確定測定結(jié)果的可行程度[10-11]。本快速測定方法的不確定度主要來源于容量瓶體積、重復(fù)測定等方面，根據(jù)《測量不確定度評定與表示》(中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范JJF1059.1—2012)[12]對利用酒精度快速測定儀測定白酒、葡萄酒、黃酒、啤酒酒精度的方法不確定度進(jìn)行分析，結(jié)果見表6。

表6 飲料酒酒精度快速測定方法不確定度分析

對于不同酒精度的樣品，方法的測定不確定度存在一定差異，其中擴展不確定度范圍為0.01%～0.13% vol。李小娜[13]和蔣益中[14]就密度瓶法測定葡萄酒酒精度的不確定度進(jìn)行評定的結(jié)果顯示，密度瓶法的擴展不確定度為0.03% vol(樣品酒精度為13.12% vol)和0.05% vol(樣品酒精度為12.55% vol)。對比表明酒精度快速測定儀與密度瓶法對葡萄酒酒精度測定的不確定度相一致。

3 結(jié)論

酒精度快速測定儀可實現(xiàn)飲料酒酒精度的快速測定，該方法操作簡單，可在20 s內(nèi)完成測定，測定速度約為密度瓶法的250倍，且測定原理與密度瓶法相同；該方法只需將試液直接加入測量杯即可，避免了復(fù)雜步驟引入的測量誤差，提高了方法精密度與重復(fù)性。該方法對環(huán)境的依賴性小，可在待測液溫度為15～25 ℃的情況下對其酒精度進(jìn)行準(zhǔn)確測定，測定范圍為0.13%～99.8% vol。方法準(zhǔn)確性良好，測定結(jié)果和方法不確定度與GB 5009.225—2016中第一法密度瓶法相一致，且測定重復(fù)性和精密度均優(yōu)于密度瓶法，酒精度快速測定儀可有效的提高檢測的時效性，提高工作效率，降低人員成本，可廣泛應(yīng)用于飲料酒企業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)、品控檢測以及相關(guān)檢測機構(gòu)的日常檢驗。