三排凈原酒中常見(jiàn)金屬離子及其釀造遷移規(guī)律

趙躍峰，王新磊，侯 敏，樊 倩，鄭福平,*，黃明泉，李賀賀，張福艷，張煜行

(1.北京工商大學(xué) 北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心， 北京 100048；2.北京工商大學(xué) 食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室， 北京 100048；3.河北衡水老白干釀酒(集團(tuán))有限公司， 河北 衡水 053000)

白酒是中國(guó)的國(guó)酒，是世界六大蒸餾酒之一[1-2]。目前對(duì)白酒的揮發(fā)性成分研究較多[3-7]，對(duì)其金屬離子研究很少。事實(shí)上金屬離子對(duì)白酒的口感和老熟有著顯著的影響，例如鉀離子可以增加酒體的醇甜感，鎂離子會(huì)使酒體出現(xiàn)苦澀感，銅離子可去除新酒氣、增加酒的老練感等[8-10]。

目前，檢測(cè)酒中金屬離子含量的方法主要有原子熒光光譜法[11]、石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)[12]、火焰原子吸收光譜法(FAAS)[13]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP- OES)[14]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP- MS)[15-17]等。前3種方法使用相應(yīng)的空心陰極燈測(cè)定金屬離子含量，每次只對(duì)單種元素進(jìn)行測(cè)定，不能滿足快速檢測(cè)的需要；而ICP- MS能同時(shí)測(cè)定多種元素含量。測(cè)定金屬離子含量前，一般需對(duì)樣品進(jìn)行前處理，常見(jiàn)方法有濕法消解法、干灰化法、微波消解法、硝酸稀釋法等。這些方法步驟繁多，消耗時(shí)間長(zhǎng)，易引入污染物。課題組建立了基體匹配、在線內(nèi)標(biāo)校正以及直接進(jìn)樣的方法，可對(duì)白酒中24種金屬離子直接進(jìn)行測(cè)定[16]。

老白干香型白酒以“酒體純凈、醇香清雅”著稱[18]，三排凈工藝是其特有的一種釀造工藝，工藝流程見(jiàn)圖1。ICP- MS結(jié)合課題組自建方法，對(duì)傳統(tǒng)工藝和機(jī)械化工藝生產(chǎn)的三排凈原酒(BBSP)中金屬離子含量進(jìn)行測(cè)定，并通過(guò)ICP- MS結(jié)合濕法消解對(duì)三排凈原酒釀造過(guò)程中各生產(chǎn)環(huán)節(jié)物料中的金屬離子含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖1 三排凈原酒生產(chǎn)工藝Fig.1 Flow diagram of BBSP

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

iCAP Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、GenPure UV- TOC Xcad plus型超純水儀，美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；SH230N型重金屬消解儀，山東海能科學(xué)儀器有限公司。

1.2 材料與試劑

1.2.1實(shí)驗(yàn)材料

傳統(tǒng)工藝和機(jī)械化工藝生產(chǎn)的4種三排凈原酒樣品(信息見(jiàn)表1)及傳統(tǒng)工藝釀造過(guò)程中的高粱、清蒸稻殼、大曲、潤(rùn)糧水等原材料樣品，蒸大茬酒前酒醅(酒醅1)、蒸大茬酒后酒糟(酒糟1)、蒸二茬酒前酒醅(酒醅2)、蒸二茬酒后酒糟(酒糟2)、蒸燒酒前酒醅(酒醅3)、蒸燒酒后酒糟(酒糟3)等釀造中間環(huán)節(jié)樣品，以及大茬酒、二茬酒、燒酒等原酒樣品均由河北衡水老白干酒業(yè)股份有限公司提供。

表1 4種三排凈原酒信息

大茬酒、二茬酒混合稱為普通酒；普通酒的中間餾分稱為中段酒；夏季由于地溫過(guò)高需延長(zhǎng)釀酒發(fā)酵期，所生產(chǎn)的普通酒稱為壓排酒;為提高三排凈原酒生產(chǎn)效率，采用不銹鋼發(fā)酵槽代替地缸控溫發(fā)酵，所生產(chǎn)的普通酒為機(jī)械化酒。

1.2.2實(shí)驗(yàn)試劑

ICPMS- QC2- 1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(元素質(zhì)量濃度10.00 mg/L， HNO3水溶液體積分?jǐn)?shù)5%)、ICPMS- IS- MIX1- 1內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液(元素質(zhì)量濃度10.00 mg/L， HNO3水溶液體積分?jǐn)?shù)2%)，美國(guó)AccuStandard公司。硝酸(體積分?jǐn)?shù)65%～70%，Optima級(jí))、乙醇(色譜級(jí))，美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司。

1.3 三排凈原酒中金屬離子含量測(cè)定

1.3.1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)的配制

10 mL容量瓶中加入4.5 mL酒精，取ICPMS- QC2- 1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，用2% HNO3水溶液定容，配制成元素質(zhì)量濃度為500.0、200.0、100.0、50.0、20.0、10.0、5.0、2.0、1.0、0.5 μg/L的不同梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列1；2% HNO3溶液作為空白對(duì)照。

內(nèi)標(biāo)ICPMS- IS- MIX1- 1用超純水稀釋至10 μg/L，待用。

1.3.2樣品前處理方法

取表1中4種酒樣各7 mL于10 mL容量瓶中，用2% HNO3水溶液定容至刻度，待用。

1.3.3ICP-MS測(cè)原酒的工作條件

將空白溶液、混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列1、4種定容后的酒樣按表2的工作參數(shù)用ICP- MS進(jìn)行測(cè)定，在線加入10.0 μg/L的Y、In和Bi的內(nèi)標(biāo)混合溶液進(jìn)行內(nèi)標(biāo)校正。由工作站軟件分析數(shù)據(jù)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算4種原酒酒樣中金屬離子含量。

表2 原酒中金屬離子含量測(cè)定的儀器工作參數(shù)

1.4 傳統(tǒng)三排凈原酒釀造環(huán)節(jié)物料中金屬離子含量測(cè)定

1.4.1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)的配制

取ICPMS- QC2- 1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液超純水定容至10 mL，配制成各元素質(zhì)量濃度500.0、200.0、100.0、50.0、20.0、10.0、5.0、2.0、1.0、0.5 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列2。

內(nèi)標(biāo)ICPMS- IS- MIX1- 1用超純水稀釋至10.0 μg/L，待用。

1.4.2樣品前處理方法

分別稱取傳統(tǒng)三排凈原酒釀酒環(huán)節(jié)材料(大茬酒、二茬酒、燒酒及潤(rùn)糧水除外)0.500 0 g于聚四氟消解罐中，加15 mL硝酸，同時(shí)在另外3個(gè)空消解罐中加入15 mL硝酸做空白對(duì)照，靜置過(guò)夜。次日，將溫度升至120 ℃，保持60 min；然后升溫至180 ℃，保持180 min，消解結(jié)束。在140 ℃下蒸發(fā)至約1 mL，分2次加入4 mL超純水(每次2 mL)，再次蒸發(fā)。

轉(zhuǎn)移消解液至10 mL容量瓶中，用超純水定容，待用。因一些金屬離子含量過(guò)高，故測(cè)定這些金屬離子時(shí)會(huì)將溶液稀釋200倍，個(gè)別稀釋600倍，以確保所測(cè)離子含量在標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)。

分別稱取5.000 0 g大茬酒、二茬酒、燒酒及潤(rùn)糧水于聚四氟消解罐中，在80 ℃下蒸發(fā)乙醇至溶液約1 mL，用超純水定容到10 mL容量瓶中，待用。

1.4.3ICP- MS測(cè)物料的工作條件2

將定容后的大茬酒、二茬酒、燒酒及潤(rùn)糧水樣品按1.3.3的方法測(cè)定金屬離子含量。將空白溶液、混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列2及消解后樣品按表3的工作參數(shù)用ICP- MS進(jìn)行測(cè)定，參照1.3.3的方法計(jì)算消解后樣品的金屬離子含量。

表3 物料中金屬離子含量測(cè)定的儀器工作參數(shù)

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值，利用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析及顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 三排凈原酒中常見(jiàn)金屬離子含量

經(jīng)檢測(cè)，傳統(tǒng)工藝原酒與機(jī)械化原酒中常見(jiàn)金屬離子含量見(jiàn)表4。

表4 傳統(tǒng)工藝與機(jī)械化工藝三排凈原酒中常見(jiàn)金屬離子含量

由表4可知，機(jī)械化工藝生產(chǎn)的原酒中金屬離子含量普遍偏低，離子總含量約為3種傳統(tǒng)工藝原酒中的7.95%～20.24%。機(jī)械化原酒中，Mg離子質(zhì)量濃度最高，為21.45 μg/L，其次是K、Fe、Na 3種離子，其質(zhì)量濃度分別為17.60、15.91、10.32 μg/L；Al、Mn、Ni等離子質(zhì)量濃度均小于5 μg/L，未檢測(cè)到Cu離子。機(jī)械化原酒中Al離子質(zhì)量濃度為4.07 μg/L，僅為傳統(tǒng)工藝白酒的0.81%～3.82%；Fe離子質(zhì)量濃度略高于傳統(tǒng)中段酒，分別約為普通酒和壓排酒的20.46%、11.60%。

3種傳統(tǒng)工藝原酒中，在中段酒中除Ni離子含量略大于普通酒和壓排酒外，其余金屬離子含量均低于普通酒與壓排酒。普通酒及壓排酒的所有金屬離子總含量約為中段酒的2.54～2.55倍，這是因?yàn)橹卸尉圃谡麴s過(guò)程中僅摘取普通酒的中間部分餾分，故金屬離子含量較少。普通酒中除Al、K、Ni 3種離子含量略高于壓排酒之外，其余金屬離子含量均低于壓排酒，這可能是因?yàn)閴号啪蒲娱L(zhǎng)了發(fā)酵時(shí)間，地缸材質(zhì)中的金屬離子更多地遷移到糟醅中。傳統(tǒng)工藝原酒中，Al離子和K離子質(zhì)量濃度較大，均大于100 μg/L，而Mn、Ni、Cu 3種離子質(zhì)量濃度均小于6 μg/L。

2.2 傳統(tǒng)三排凈原酒釀造環(huán)節(jié)物料中金屬離子的含量分析

傳統(tǒng)三排凈工藝原酒釀造過(guò)程中，各釀造環(huán)節(jié)物料中常見(jiàn)金屬離子含量見(jiàn)表5。

表5 傳統(tǒng)三排凈原酒釀造環(huán)節(jié)物料中常見(jiàn)金屬離子含量

由表5可知，4種釀酒原料中，大曲中的金屬離子總質(zhì)量比最高，為6 769.96 mg/kg；其次是高粱和清蒸稻殼，分別為4 582.88、3 471.12 mg/kg；潤(rùn)糧水中金屬離子總質(zhì)量比最低，為255.89 mg/kg。在大曲、高粱、清蒸稻殼中，K離子的質(zhì)量比最高，分別為5 051.46、3 383.08、2 676.64 mg/kg；其次是Mg離子，質(zhì)量比分別為1 487.29、1 146.11、348.83 mg/kg。K、Mg離子含量明顯高于其他金屬離子，這可能是因?yàn)镵、Mg是植物生長(zhǎng)所必需的礦物質(zhì)，因此在原料中含量較高。潤(rùn)糧水中，Na離子質(zhì)量比明顯高于其他離子，為223.09 mg/kg。

傳統(tǒng)工藝釀造環(huán)節(jié)物料中金屬離子總質(zhì)量比從小到大依次為酒醅1(2 960.14 mg/kg)、酒糟1(3 396.39 mg/kg)、酒醅2(3 615.95 mg/kg)、酒糟2(3 658.18 mg/kg)、酒醅3(3 975.96 mg/kg)、酒糟3(4 334.76 mg/kg)，可見(jiàn)隨著釀造過(guò)程的進(jìn)行，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)物料中金屬離子總含量呈上升趨勢(shì)。究其原因，首先，在蒸酒過(guò)程中，酒不斷從醅中蒸出，金屬離子主要留在酒糟中，導(dǎo)致其含量因濃縮而升高；其次，在多次發(fā)酵過(guò)程中，各金屬離子由地缸不斷遷移到糟醅中，導(dǎo)致了金屬離子含量的升高；最后，在多次發(fā)酵、蒸餾過(guò)程中，補(bǔ)充加入的大曲、稻殼對(duì)金屬離子含量也有一定影響。對(duì)比釀酒原料與釀造環(huán)節(jié)物料金屬離子含量發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)金屬離子由高粱、大曲、稻殼等釀酒原料引入，僅有少量是由潤(rùn)糧水或在發(fā)酵蒸餾的過(guò)程中引入的。蒸餾出的大茬酒、二茬酒、燒酒中的金屬離子含量見(jiàn)表6。

表6 大茬酒、二茬酒、燒酒中金屬離子含量

由表6可知，大茬酒、二茬酒、燒酒中各金屬離子的質(zhì)量濃度很低，均未超過(guò)100 μg/L； Al離子在大茬酒中質(zhì)量濃度(15.63 μg/L)明顯低于二茬酒(88.02 μg/L)和燒酒(92.38 μg/L)；而Cu離子在大茬酒中質(zhì)量濃度(60.22 μg/L)卻明顯高于二茬酒(8.66 μg/L)和燒酒(9.57 μg/L)；其他各離子在3種酒中含量基本相當(dāng)。3種酒樣中，Al離子質(zhì)量濃度均值最高，為65.34 μg/L；其次是Fe、Na、Mg離子，質(zhì)量濃度均值分別為55.39、49.90、46.65 μg/L；Mn離子在3種酒樣中質(zhì)量濃度均小于3 μg/L，Ni離子質(zhì)量濃度最小，僅為0.44～0.79 μg/L。對(duì)比表5、表6可知，大茬酒、二茬酒、燒酒中常見(jiàn)金屬離子總質(zhì)量濃度分別為相應(yīng)蒸餾前酒醅中金屬離子的0.007 8%、0.007 0%、0.007 2%。可見(jiàn)在蒸酒過(guò)程中，從酒醅轉(zhuǎn)移到原酒中的金屬離子非常少，金屬離子因其非揮發(fā)性絕大部分被留在糟醅中。

2.3 酒醅、酒糟中常見(jiàn)金屬離子相關(guān)性分析

由表5可知，對(duì)比相應(yīng)批次的酒醅(蒸酒前)和酒糟(蒸酒后)中金屬離子含量，發(fā)現(xiàn)二者總體差別不大。為了更準(zhǔn)確地對(duì)比各批次酒醅和酒糟中金屬離子的含量差異，使用SPSS 22.0進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 3對(duì)酒醅和酒糟的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

Sig.代表相關(guān)系數(shù)的概率值，小于顯著性水平0.05說(shuō)明數(shù)據(jù)變化前后有顯著的相關(guān)性；Sig.(雙側(cè))代表雙尾顯著性差異，大于0.05說(shuō)明這一對(duì)均值沒(méi)有顯著性差異。

由表7可知，每對(duì)酒醅和酒糟的相關(guān)系數(shù)均介于0.999～1.000，線性相關(guān)性強(qiáng)；3對(duì)酒醅和酒糟的Sig.都小于0.05，說(shuō)明每對(duì)酒醅和酒糟間都具有顯著相關(guān)性。3對(duì)酒醅和酒糟的雙尾顯著性差異都大于0.05，說(shuō)明每對(duì)酒醅和酒糟間的金屬離子含量均值都無(wú)顯著性差異，進(jìn)一步說(shuō)明蒸餾過(guò)程中大多數(shù)金屬離子都留在了糟醅中。

3 結(jié) 論

對(duì)比傳統(tǒng)工藝和機(jī)械化工藝生產(chǎn)的三排凈原酒發(fā)現(xiàn)，機(jī)械化工藝原酒中金屬離子含量普遍偏低，離子總含量約為傳統(tǒng)工藝原酒中的7.95%～20.24%。3種傳統(tǒng)工藝原酒中，壓排酒金屬離子總含量最高，普通酒金屬離子總含量略低于壓排酒，中段酒最低；普通酒及壓排酒中的金屬離子總含量約為中段酒的2.54～2.55倍。對(duì)比傳統(tǒng)三排凈原酒釀酒原料與各釀造環(huán)節(jié)物料中金屬離子含量發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)金屬離子由高粱、大曲、稻殼等釀酒原料引入，僅有少量是由潤(rùn)糧水或在發(fā)酵和蒸餾過(guò)程中引入的；金屬離子在酒醅1、酒糟1、酒醅2、酒糟2、酒醅3、酒糟3中的總含量依次增大，顯示隨著釀造過(guò)程的進(jìn)行，各環(huán)節(jié)物料中金屬離子含量呈上升趨勢(shì)。大茬酒、二茬酒、燒酒中金屬離子含量約為相應(yīng)酒醅的0.007 8%、0.007 0%、0.007 2%，表明金屬離子因其非揮發(fā)性絕大部分被留存在糟醅中，向原酒中遷移極少。加強(qiáng)對(duì)白酒釀造過(guò)程中金屬離子遷移規(guī)律的研究，有助于加深人們對(duì)釀造規(guī)律的掌控，可為改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量提供指導(dǎo)。