可見光光譜滴定-直接碘量法測(cè)定葡萄酒中的SO2

汪海波，呂萍萍，關(guān)朝亮，何浩，宋喜臣，王飛

（1. 綏芬河海關(guān)綜合技術(shù)中心，黑龍江綏芬河 157399；2. 秦皇島海關(guān)技術(shù)中心，河北秦皇島 066004）

二氧化硫（SO2）作為防腐劑、漂白劑和抗氧化劑已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)[1-2]。在葡萄酒釀造過(guò)程中添加SO2是為了抑制細(xì)菌繁殖，防止氧化和變質(zhì)[3]。而SO2的高殘留會(huì)使酒體產(chǎn)生不愉快的氣味和滋味，且對(duì)人體有害[2,4]。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—2014中規(guī)定葡萄酒中總SO2殘留的限量值為0.25 g·L-1[5]。

目前，涉及葡萄酒中SO2測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 15038—2006[6]和GB 5009.34—2016[7]，測(cè)定方法主要有氧化法[6]、直接碘量法[7]以及蒸餾后測(cè)定[7-8]等。直接碘量法在測(cè)定白葡萄酒時(shí)較為適用，但在測(cè)定紅葡萄酒時(shí)因酒樣的深紅色，通過(guò)操作者目視很難判定滴定終點(diǎn)，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不夠準(zhǔn)確。蒸餾法可以避免酒樣顏色對(duì)滴定終點(diǎn)的干擾，但該方法需要蒸餾大約1 h，耗時(shí)較長(zhǎng)，不適合大批量的檢測(cè)。此外，有學(xué)者對(duì)電位滴定法[4]測(cè)定SO2進(jìn)行研究，但利用光譜滴定法測(cè)定SO2的研究還未見報(bào)道。

可見光光譜滴定技術(shù)[9]（Visible Spectral Titration Technology，VSTT）是一種新的滴定技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)滴定過(guò)程的自動(dòng)化，將測(cè)定溶液的顏色變化用數(shù)字化方式記錄，用VSTT的色變滴定曲線的突變峰標(biāo)識(shí)滴定終點(diǎn)，以儀器測(cè)定顏色變化代替人員目視觀察實(shí)現(xiàn)了滴定過(guò)程的自動(dòng)化和可溯源。本文利用VSTT分別按直接碘量法和蒸餾法測(cè)定了葡萄酒中SO2殘留量，并與目視測(cè)定法進(jìn)行了比較。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

光譜滴定儀SX-Z-3.3，秦皇島水熊科技有限公司[10-11]；梅特勒托利多電子天平XP205；滴定管等。

選擇市售紅葡萄酒和白葡萄酒各一款作為供試樣品。NaOH：100 g·L-1（天津市科密歐學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純）。H2SO4溶液（1+3）：取1體積濃硫酸（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純）緩慢注入3體積水中。碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液0.02 mol·L-1：按GB/T601配制0.1 mol·L-1的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液并標(biāo)定，使用時(shí)準(zhǔn)確稀釋5倍（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純）?？扇苄缘矸壑甘疽?0 g·L-1：按GB/T603配制后加入40 g NaCl（天津市科密歐學(xué)試劑有限公司，分析純）。Na2SO3（天津市科密歐學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純）。乙二胺四乙酸二鈉（天津市科密歐學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純）等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 光譜滴定法原理

按照物體色的測(cè)量方法[12-14]對(duì)滴定過(guò)程中溶液顏色變化進(jìn)行測(cè)量，獲得CIE1976（L*a*b*）均勻彩色空間參數(shù)值明度值L*、紅-綠色品指數(shù)a*、黃-藍(lán)色品指數(shù)b*與滴定體積相關(guān)的滴定曲線。通過(guò)對(duì)白葡萄酒和紅葡萄酒的測(cè)定獲得滴定曲線，見圖1和圖2。

由圖1和圖2分析可以得出，在滴定終點(diǎn)附近，明度值L*減少說(shuō)明溶液透明度下降；紅-綠色品指數(shù)a*變化不明顯，說(shuō)明溶液中紅綠顏色分量的變化不大；黃-藍(lán)色品指數(shù)b*減少，說(shuō)明黃色分量減少藍(lán)色分量增加。通過(guò)比較圖1和圖2還可以看出，紅-綠色品指數(shù)a*值在白葡萄酒中為5左右，而在紅葡萄酒中為45左右，這也正是紅葡萄酒顯現(xiàn)鮮艷紅色所致，而紅葡萄酒中紅-綠色品指數(shù)a*值遠(yuǎn)大于黃-藍(lán)色品指數(shù)b*值，使得b*值的變化（即淀粉變藍(lán)）被弱化，人眼無(wú)法敏銳察覺，但利用可見光光譜滴定技術(shù)可以克服干擾測(cè)出黃-藍(lán)色品指數(shù)b*值的變化，進(jìn)而準(zhǔn)確的找出滴定終點(diǎn)。采用VSTT的參數(shù)(△b*/△v)3來(lái)判定滴定終點(diǎn)，以(△b*/△v)3為縱坐標(biāo)，以滴定體積為橫坐標(biāo)做繪制色變曲線，曲線上最大峰值即為滴定終點(diǎn)，見圖3。

圖1 白葡萄酒的光譜滴定曲線Figure 1 Spectral titration curve of white wine

圖2 紅葡萄酒的光譜滴定曲線Figure 2 Spectral titration curve of red wine

圖3 光譜滴定曲線的滴定終點(diǎn)Figure 3 End point of titration of spectral titration curve

1.2.2 光譜滴定測(cè)定方法

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15038中直接碘量法處理樣品加入靴型反應(yīng)器中，將反應(yīng)器放入自動(dòng)樣品盤中，按光譜滴定儀器條件用碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液測(cè)定游離SO2和總SO2，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。在儀器控制界面選定色變曲線參數(shù)與加入試劑體積建立滴定變色曲線，以VSTT色變曲線(△b*/△v)3的滴定終點(diǎn)突變峰對(duì)應(yīng)體積為滴定終點(diǎn)體積，記錄消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液體積。

1.2.3 目視滴定測(cè)定方法

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15038中直接碘量法處理樣品，用碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液進(jìn)行手工滴定，測(cè)定游離SO2和總SO2，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，并記錄消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液體積。

1.2.4 SO2標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制與標(biāo)定

乙二胺四乙酸二鈉鹽溶液（EDTA-2Na，0.50 g·L-1）：稱取0.25 g EDTA-2Na，溶于500 mL新煮沸并已冷卻的蒸餾水中?，F(xiàn)用現(xiàn)配。

亞硫酸鈉溶液（SO21 g·L-1）配制：稱取約0.5g Na2SO3，溶于200 mL上述的EDTA-2Na溶液中，緩緩搖勻以防沖氧，使其溶解，放置2～3 h后取10 mL亞硫酸鈉溶液進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定及計(jì)算具體方法參照SN/T 4675.22—2016[15]《出口葡萄酒中總二氧化硫的測(cè)定 比色法》中的附錄A。最后獲得標(biāo)定結(jié)果為SO2＝1.012 g·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 精密度試驗(yàn)

取50.00 mL樣液（液溫20 ℃）于靴型反應(yīng)器中，加入少量冰塊，加入1 mL淀粉指示液，再加入10 mL硫酸（1+3）溶液，按VSTT法迅速用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，對(duì)白葡萄酒和紅葡萄酒中游離SO2分別進(jìn)行平行測(cè)定6次。取25.00 mL NaOH溶液于靴型反應(yīng)器中，再取25.0 mL樣液（液溫20 ℃），并以吸管尖端插入NaOH溶液的方式加入反應(yīng)器中，搖勻，加蓋表面皿，放置15 min，加入少量冰塊及1 mL淀粉指示液，再加入10 mL硫酸（1+3）溶液，按VSTT法迅速用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，對(duì)白葡萄酒和紅葡萄酒中總SO2分別進(jìn)行平行測(cè)定6次，結(jié)果見表1。

由表1可知，VSTT法測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.60%、3.53%、0.48%和1.28%，滿足GB/T 27404—2008[16]《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測(cè)》中表F.2實(shí)驗(yàn)室內(nèi)變異系數(shù)的要求。

表1 光譜滴定法測(cè)定葡萄酒樣品中SO2的平行結(jié)果Table 1 Parallel results of sulfur dioxide in wine samples were determined by spectral titration

2.2 加標(biāo)回收率

根據(jù)表2中測(cè)得的樣品本底值白葡萄酒和紅葡萄酒的游離SO2含量為16.0、7.0 g·L-1，游離SO2測(cè)定取樣50 mL，待測(cè)樣液中含SO2約為0.8 mg和0.35 mg?？係O2含量為112.6、57.7 g·L-1，總SO2測(cè)定取樣25 mL，待測(cè)樣液中含SO2約為5 mg和2.5 mg。對(duì)上述酒樣添加與待測(cè)樣液中SO2本底含量的質(zhì)量相當(dāng)?shù)腟O2標(biāo)準(zhǔn)溶液，取1.2.4中已標(biāo)定好的亞硫酸鈉溶液0.5、0.5、5、2.5 mL加入到白葡萄酒和紅葡萄酒的游離SO2和總SO2的待測(cè)樣液中，則加入的SO2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量分別為0.5、0.5、5、2.5 mg。用VSTT法對(duì)已加標(biāo)的樣液重復(fù)進(jìn)行6次測(cè)定，結(jié)果見表2。

由表2可知，酒樣的游離SO2和總SO2加標(biāo)回收率分別為96.2%～104.1%和95.2%～104.7%。滿足GB/T 27404—2008《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測(cè)》中表F.1回收率范圍的要求。

表2 光譜滴定法測(cè)定葡萄酒樣品的加標(biāo)回收結(jié)果Table 2 The recovery results of wine samples were determined by spectral titration

2.3 直接法處理樣品時(shí)光譜滴定和目視滴定結(jié)果差異性比較

按照GB/T 15038—2006中直接碘量法對(duì)上述酒樣進(jìn)行處理，處理好的待測(cè)液分別按VSTT法和目視滴定法對(duì)每個(gè)樣品平行測(cè)定6次。對(duì)兩種方法測(cè)定的結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 直接法處理樣品時(shí)光譜滴定法和目視滴定法測(cè)定結(jié)果比較Table 3 Comparison of determination results between spectral titration and visual titration when the sample is processed by direct method

通過(guò)查表可得F0.05(5,5)＝5.05，與表3比較可知兩種方法測(cè)定的結(jié)果總體方差相等，F(xiàn)檢驗(yàn)方差齊性好；在α＝0.05水平，查表可得t0.05/2,10＝2.228，表3中t檢驗(yàn)結(jié)果小于查表值，證明兩種方法的結(jié)果無(wú)顯著性差異。

2.4 蒸餾法處理樣品時(shí)光譜滴定和目視滴定結(jié)果差異性比較

因在直接碘量法測(cè)定紅葡萄酒時(shí)目視滴定法容易造成主觀誤差，筆者特別增加蒸餾法處理樣品對(duì)VSTT法和目視滴定法的結(jié)果加以比較。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.34—2016中蒸餾法對(duì)上述酒樣進(jìn)行處理，再將處理好的待測(cè)液分別按照VSTT法和目視滴定法對(duì)每個(gè)樣品平行測(cè)定6次。對(duì)兩種方法測(cè)定的結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果見表4。

同樣通過(guò)查表可得F0.05(5,5)＝5.05，與表4比較可知兩種方法測(cè)定的總SO2結(jié)果方差相等，F(xiàn)檢驗(yàn)方差齊性好；在α＝0.05水平，查表可得t0.05/2,10＝2.228，表4中t檢驗(yàn)結(jié)果小于查表值，證明兩種方法的結(jié)果無(wú)顯著性差異。

表4 光譜滴定法和目視滴定法測(cè)定的總SO2比較Table 4 Comparison of total SO2 determined by spectral titration and visual titration

3 結(jié)論與討論

有報(bào)道認(rèn)為，直接法測(cè)定的SO2結(jié)果略高于蒸餾法的測(cè)定結(jié)果，其原因可能是葡萄酒中的Vc及其他還原性物質(zhì)消耗了一部分碘標(biāo)準(zhǔn)滴定液所致[17-18]。蒸餾法因處理過(guò)程需蒸餾，增加了檢測(cè)時(shí)間。直接法測(cè)定SO2過(guò)程簡(jiǎn)易、快速，適合大批量樣品的檢測(cè)。利用可見光譜滴定技術(shù)，直接碘量法也可以準(zhǔn)確有效的測(cè)定紅葡萄酒中的SO2，而不受人眼主觀判斷的影響。

結(jié)果表明，光譜滴定直接碘量法測(cè)定葡萄酒中游離SO2和總SO2試驗(yàn)的精密度、準(zhǔn)確度，符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27404—2008中的相關(guān)要求；光譜滴定法和目視滴定法的測(cè)定結(jié)果t檢驗(yàn)不存在顯著性差異。光譜滴定法可用于葡萄酒中SO2的測(cè)定。

本試驗(yàn)將光譜滴定技術(shù)首次運(yùn)用到葡萄酒中SO2的測(cè)定，獲得了滿意的測(cè)定結(jié)果。光譜滴定法實(shí)現(xiàn)了顏色變化過(guò)程的數(shù)字化、圖形化、自動(dòng)化、滴定終點(diǎn)的峰值化，測(cè)量結(jié)果可量值溯源。能克服紅葡萄酒酒樣顏色對(duì)滴定終點(diǎn)的干擾。避免了人員的主觀影響，兼具操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)快速、可溯源性等優(yōu)點(diǎn)。是一種值得推廣的葡萄酒中SO2檢驗(yàn)方法。