固相微萃取- 氣質(zhì)聯(lián)用測定γ 輻照前后白酒中香氣成分

靳亞峰,陳鑫鑫,路振宇,張祺玲,李文革,張裕平

（1.河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003;2.湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所,湖南 長沙 410125）

白酒作為我國特有的蒸餾酒,因其悠長的歷史底蘊以及特別的味道,被許多消費者所青睞.其中白酒中乙醇和水的比例占98%,其他微量物質(zhì)占2%,而恰恰是這2%決定了酒類的香氣和質(zhì)量[1].微量化學(xué)物質(zhì)主要包括醇類、酯類、酸類和其他物質(zhì),這些物質(zhì)的組分和含量的多少對白酒的香氣和質(zhì)量起決定性作用[2].人們發(fā)現(xiàn)人工催陳白酒,即通過電子束輻照技術(shù),不僅可以縮短生產(chǎn)周期,而且適當(dāng)?shù)妮椪談┝窟€能提升白酒品質(zhì)[3].早在1960 年,就有用γ 射線輻射威士忌等蒸餾酒的研究報告;我國自1970 年起也開始進(jìn)行輻射白酒的研究并取得突破性進(jìn)展[4].因而,對這些微量物質(zhì)的研究是近年來研究白酒的關(guān)鍵[5].

當(dāng)前,對白酒的香氣和品質(zhì)的研究有多種樣品前處理方法,如液液萃取、固相萃取、固相微萃取[6]等.固相微萃取方法具備分離效果好、分析速率快、樣品用量少和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢[7],故在白酒香氣物質(zhì)成分分析中被廣泛使用.在對樣品預(yù)處理過程中,萃取頭的選擇和優(yōu)化萃取條件是對白酒成分進(jìn)行分析的關(guān)鍵因素[8].

本研究利用頂空- 固相微萃取（Headspace-solid-phase microextraction,HS-SPME）與氣相色譜- 質(zhì)譜（Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）結(jié)合的方法來檢測輻照前后白酒中的微量物質(zhì)成分.對萃取頭和萃取條件進(jìn)行優(yōu)化,萃取條件包括預(yù)熱時間、NaCl 質(zhì)量濃度、樣品的裝液量、萃取溫度、萃取時間和解析時間.在最佳條件下對不同年份未輻照酒以及對應(yīng)的輻照酒進(jìn)行分析檢測,以期獲得較好的試驗數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豫北龍泉白酒、氯化鈉、萃取手柄、100 μm PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS 型萃取頭.

1.2 儀器與設(shè)備

Trae1310-ISQ 型氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用儀,賽默飛世爾科技有限公司.

1.3 方法

1.3.1 色譜條件、質(zhì)譜條件和輻照條件 色譜條件:柱溫箱升溫程序40 ℃保持1 min,2 ℃/min 升至64 ℃,然后以3 ℃/min 升溫至160 ℃,再以10 ℃/min 升溫至250 ℃,維持5 min,進(jìn)樣口溫度250 ℃.色譜柱:TR-5MS 毛細(xì)管柱（60 m*0.25 mm）,型號為HP-INNOWAX,載氣:高純度氦氣（99.999%）,載氣流速:1 mL/min.質(zhì)譜條件:電子轟擊離子源,電離電壓70 eV,溫度250 ℃,接口溫度250 ℃,四極桿溫度150 ℃,質(zhì)量掃描范圍m/z 30～500,譜庫:NIST 05.輻照條件:60Co-γ 射線,劑量為5.3 kGy,劑量率為50 Gy/h.

1.3.2 頂空固相微萃取條件 在容量為15 mL 的樣品瓶中添加一定量的白酒、無機鹽和磁子后,迅速旋緊樣品的瓶蓋并將樣品瓶放置于磁力攪拌加熱臺上,先預(yù)熱,再在轉(zhuǎn)速為400 r/min 的條件下,進(jìn)行攪拌加熱,然后把萃取頭插入已處理過的樣品瓶的頂空部分,萃取頭與液面相距1 cm,保持一段時間再將已經(jīng)充分吸收過微量成分的萃取頭插入到氣相色譜進(jìn)樣口中進(jìn)行熱解析.

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取頭的選擇

于樣品瓶中加入5 mL 酒樣、磁子和1.0 g NaCl 密封,攪拌加熱,于60 ℃下分別預(yù)熱20 min,之后在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400 r/min 的條件下,分別將不同顏色萃取頭插入瓶內(nèi),60 ℃攪拌加熱30 min,最后在GC 進(jìn)樣口解析15 min,不同萃取頭萃取的白酒香氣成分如圖1 所示.

圖1 不同萃取頭萃取的白酒香氣成分Fig.1 The aroma components of liquor extracted under the conditions of different kinds of extraction fibers

由圖1A 可知,灰色和紅色萃取頭的醇類、酯類和酸類的峰面積較高.由圖1B 可知,灰色萃取頭雖然峰面積高,但香氣物質(zhì)種類明顯低于紅色萃取頭.根據(jù)以上分析,選擇紅色PDMS 型萃取較合適.

2.2 預(yù)熱時間的選擇

將5 mL 酒樣、磁子和1.0 g NaCl 加入樣品瓶中,密封攪拌加熱,在60 ℃下分別預(yù)熱10、20、30、40、50 min,之后在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400 r/min 的條件下,將萃取頭插入瓶內(nèi),60 ℃攪拌加熱30 min,最后在GC 進(jìn)樣口解析15 min,不同預(yù)熱時間下萃取的白酒香氣成分結(jié)果如圖2 所示.

圖2 不同預(yù)熱時間下萃取的白酒香氣成分Fig.2 Liquor aroma components extracted under different preheating time

由圖2 可知,隨著預(yù)熱時間的延長,除其他成分外,醇類、酯類和酸類物質(zhì)的香氣成分的峰面積都是先降低后升高,而香氣物質(zhì)種類卻明顯減少,因此過長的預(yù)熱時間并不能有效提高峰面積和物質(zhì)種類.當(dāng)預(yù)熱時長為20 min 時,峰面積總和雖然略低于預(yù)熱10 min 時,但香氣物質(zhì)種類有所增加.因此預(yù)熱時間為20 min 時效果好.

2.3 NaCl 質(zhì)量濃度

分別往15 mL 的樣品瓶內(nèi)加入5 mL 原酒樣、磁子,并分別加入質(zhì)量為0、0.5、1.0、1.5、2.0 g 的NaCl,密封攪拌加熱,于60 ℃下預(yù)熱20 min,之后在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400 r/min 的條件下,將萃取頭插入瓶內(nèi),60 ℃攪拌加熱30 min,最后在氣相色譜進(jìn)樣口解析15 min,不同NaCl 質(zhì)量濃度下萃取的白酒香氣成分結(jié)果如圖3 所示.

圖3 不同NaCl 質(zhì)量濃度下萃取的白酒香氣成分Fig.3 Liquor aroma components extracted under different NaCl mass concentration

添加NaCl 可以增加可檢出酯類和香氣物質(zhì)的數(shù)量和種類[8].由圖3 可知,5 mL 酒樣中加入0.5 g NaCl時的效果更好.因此在5 mL 酒樣中添加0.5 g 無機鹽即無機鹽質(zhì)量濃度為0.1 g/mL 時的成效更好.

2.4 樣品裝液量

于15 mL 的樣品瓶中分別加入體積為4、5、6、7、8 mL 原酒樣、磁子,并分別對應(yīng)加入質(zhì)量為0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 g NaCl,密封攪拌加熱,于60 ℃下預(yù)熱20 min,之后在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400 r/min 的條件下,將紅色萃取頭插入瓶內(nèi),60 ℃條件下攪拌加熱30 min,最后在氣相色譜進(jìn)樣口解析15 min,不同樣品裝液量下萃取的白酒香氣成分結(jié)果如圖4 所示.

圖4 不同樣品裝液量下萃取的白酒香氣成分Fig.4 Liquor aroma components extracted under different sample loading conditions

對樣品瓶中液相和氣相體積的比值起決定性作用的是樣品的裝液量,同時裝液量的多少也影響微量成分在氣相和液相中的分配[8].由圖4 可知,當(dāng)裝液量體積為4 mL 時,此時香氣物質(zhì)種類數(shù)量也基本達(dá)到最大.因此選擇樣品裝液量為4 mL.

2.5 萃取溫度

于樣品瓶中分別加入體積為4 mL 原酒樣、磁子,并分別加入0.4 g NaCl,密封攪拌加熱,分別于30、40、50、60、70℃下預(yù)熱20 min,之后在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400 r/min 的條件下,將固相微萃取的萃取頭插入瓶內(nèi),于30、40、50、60、70 ℃下分別攪拌加熱30 min,最后在GC 進(jìn)樣口解析15 min,不同萃取溫度條件下萃取的白酒香氣成分結(jié)果如圖5 所示.

圖5 不同萃取溫度條件下萃取的白酒香氣成分Fig. 5 Liquor aroma components extracted under different extraction temperature

由圖5 可知,萃取溫度為40 ℃和70 ℃時可檢出的峰面積較高,但對應(yīng)檢出的香氣物質(zhì)種類都比較少,因此不予選擇.另外通過對比30 ℃、50 ℃和60 ℃,發(fā)現(xiàn)萃取溫度為30 ℃時,可檢出峰面積和香氣物質(zhì)種類最佳.

2.6 萃取時間

于樣品瓶中分別加入4 mL 原酒樣、磁子,并分別加入0.4 g NaCl,密封攪拌加熱,分別于30 ℃下預(yù)熱20 min,之后在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400 r/min 的條件下,將萃取頭插入瓶內(nèi),30 ℃攪拌的條件下分別加熱10、20、30、40、50 min,最后在GC 進(jìn)樣口解析15 min,不同萃取時間下萃取的白酒香氣成分結(jié)果如圖6 所示.

圖6 不同萃取時間下萃取的白酒香氣成分Fig. 6 The aroma components of liquor extracted under different extraction time

由圖6 可知,萃取20 min 時檢出的香氣物質(zhì)種類最多且節(jié)約時間.因此,選擇適宜萃取時間為20 min.

2.7 解析時間

在樣品瓶中分別加入4 mL 原酒樣、磁子,隨后再依次加入0.4 g NaCl,密封攪拌加熱,分別于30 ℃下預(yù)熱20 min,之后在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400 r/min 的條件下,將固相微萃取萃取頭插入瓶內(nèi),30 ℃攪拌加熱20 min,最后在GC 進(jìn)樣口分別解析5、10、15、20、25 min,不同解析時間下萃取的白酒香氣成分結(jié)果如圖7所示.

圖7 不同解析時間下萃取的白酒香氣成分Fig. 7 Aroma components of liquor extracted under different analysis time

香氣組分能否從萃取頭上解析完全,主要受解析時間的影響,解析時間太長或太短對解析的效率都有很大的影響.解析不完全不僅會影響檢測的敏銳度,而且會污染后續(xù)酒樣.從圖7 可知,隨著時間的增加,香氣物質(zhì)峰面積的變化不大,但香氣物質(zhì)種類呈先增加后減少趨勢.根據(jù)以上條件考慮,解析時間應(yīng)選擇15 min.

2.8 輻照前后白酒樣品的測定

預(yù)熱時間為20 min,無機鹽質(zhì)量濃度為0.1 g/mL,萃取溫度為30℃,萃取時間為20 min,解析時間為15 min,對2019 年、2015 年的白酒原樣及其輻照酒進(jìn)行測定,從而得到比較全面的白酒香氣成分的峰面積和種類的信息,如圖8 所示.

圖8 不同酒樣的香氣成分Fig. 8 Aroma components of different wine samples

從圖8-A 可以看出新酒中酯類物質(zhì)的峰面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于老酒中酯類物質(zhì)的峰面積,其差值為1.45×1010. 由圖8-B 可以看出,N-2019 酒樣共檢測出33 種香氣物質(zhì)種類,N-2015 酒樣共檢測出36 種香氣物質(zhì)種類.即N-2015 比N-2019 的香氣成分多3 種,具體表現(xiàn)為醇類、酸類和其他物質(zhì)均多1 種,酯類物質(zhì)數(shù)量不變.其中酸類物質(zhì)是酯類物質(zhì)的前驅(qū)體,對各香氣成分起調(diào)和與均衡作用,增加白酒口味的厚重感,是新酒陳化的過程中一類重要的催化劑[9-10].酸類物質(zhì)的提升,讓白酒的回甜效果增強,可對酒中澀味起中和作用.酯類為白酒提供芳香性氣味,其在白酒中的含量與所占比例會影響酒的風(fēng)格、決定酒的質(zhì)量[11-13],因此說明老酒比新酒的口感好.

上述酒樣經(jīng)輻照后,由圖8-B 可知R-2019 比N-2019 的香氣成分少,主要表現(xiàn)為醇類成分不變,酯類少了3 種成分,酸類成分少了1 種.這可能是由于60Co 源發(fā)出的γ 射線與水分子發(fā)生輻照產(chǎn)生H+、-OH 等活性自由基,氧化還原反應(yīng)和酯化反應(yīng)被這些自由基影響,導(dǎo)致這些反應(yīng)比正常狀態(tài)下減退快,所以使其組分和數(shù)量發(fā)生改變.由于香氣物質(zhì)可以決定白酒的品質(zhì)[14],因此對于2019 年份的酒樣,該輻照劑量并沒有加速白酒的陳化,也沒有使白酒的味道更加醇厚.進(jìn)一步分析2015 年份的酒樣,但R-2015的香氣成分比N-2015 的香氣成分少.醇類使酒的口味更佳香甜,是助香劑的重要來源,連接白酒的香氣與口味,也是酯類的前驅(qū)體[13].說明輻照在短時間內(nèi)改變了白酒香氣成分的含量及比例,使白酒的香氣增加且更加協(xié)調(diào),從而加速了白酒的陳化過程[16].因此對于2015 年的酒樣來說輻照使得白酒的口味更加濃郁.

最后通過對比R-2019 和R-2015,發(fā)現(xiàn)R-2015 的醇類物質(zhì)峰面積比R-2019 多5.37×109,酯類物質(zhì)峰面積多了1.31×1011,酸類物質(zhì)峰面積多5.80×109.另外,R-2015 的香氣成分比R-2019 多4 種,其中醇類、酯類和酸類物質(zhì)均有所增加;但經(jīng)輻照后的峰面積增加量并沒有自然陳化的增加量大.說明雖然應(yīng)用60Co-γ 射線利用輻射對白酒進(jìn)行催陳具備一定的可行性,但結(jié)果顯示輻照催化陳化的方法并不適用于每個年份的白酒[9].這與張苗苗等[2]的研究成果是一樣的,即60Co-γ 射線輻照白酒具有催陳效果,且不同年份的酒和不同的輻照劑量等對白酒的陳化都有一定影響.綜合上述分析,發(fā)現(xiàn)輻照對白酒的影響并不都有利[14].

3 結(jié)論

本試驗通過單因素試驗,針對豫北龍泉酒的測定選擇出最優(yōu)條件:PDMS 萃取頭,預(yù)熱時間為20 min,NaCl 質(zhì)量濃度為0.1 g/mL,萃取溫度為30 ℃,萃取時間為20 min,解析時間為15 min.采用頂空- 固相微萃取與氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù),測定經(jīng)60Co-γ 射線輻照前后四種酒樣的香氣物質(zhì)種類及含量,結(jié)果顯示:①自然放置的陳化方式能使酒樣中酯類、醇類、酸類等香氣物質(zhì)數(shù)量及含量增加,因此能提升白酒的香氣和品質(zhì);②運用輻照催化白酒的陳化雖然具備一定的可行性,但不適用于任意年份的白酒,能否有效催陳還需要針對某一酒樣對其具體的輻照劑量及輻照劑量率等進(jìn)行調(diào)查和研究.