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气相色谱 – 质谱法快速测定客家黄酒中的醇类物质

发布时间:2020-03-19 14:46 作者:潘东
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广东客家人聚居的地区生产一种特色的发酵酒,叫客家黄酒,又叫作娘酒、甜酒、糯米酒等。在客家人的日常生活中,客家黄酒有着重要的位置,在节日、喜庆日作为传统的酒类饮品,作为特产手信销售,其风味已被游客所接受。传统客家黄酒是以糯米为原料,经过木桶将糯米蒸熟,放入瓦蓊中,加入小曲、麦曲发酵,后期加入米酒,经过糖化、发酵、陈酿等工艺制作而成。根据研究发现,客家黄酒中含有对身体有益的生物活性成分,如各种氨基酸、低聚糖、活性肽物质、多酚类物质,具有抗氧化、降血压、提高免疫力的功效。在酿造过程中,会产生各种醇类物质,如正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇等,这些醇类物质具有一定的毒性,含量过高时,会造成头晕、头痛等症状。客家黄酒中止发酵会添加一定量的食用酒精,提高乙醇浓度,杀死微生物,阻止糯米继续糖化。由于所用的食用酒精质量有差异,会带入各种醇类物质,也有个别生产企业在勾兑过程中加入酯、醇类物质增加黄酒的香气并改善口感。

对客家黄酒中醇类物质的测定进行研究,可以鉴别客家黄酒的质量,满足食品生产、经营监督的需要。目前关于酒中醇类的测定方法主要有分光光度计比色法和气相色谱法。比色法操作简单,不需要大型仪器,但灵敏度低,测定误差大,干扰因素多,不能一次检测全部醇类;气相色谱法需要蒸馏或用正己烷萃取制样,操作繁琐。笔者使用0.22μm滤膜过滤后直接进样,用单四极杆气相色谱–质谱法进行测定,无需样品前处理,微量的醇类物质损失少,能完整反应酒中醇类的组成,检测速度快,有利于提高执法抽样、企业送检的检测服务质量。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪联用ISQ单四极杆质谱系统:Trace1310型,配有SSL进样口,Triplus自动进样器,使用Xcalibur4.1质谱分析软件;

超纯水机:明澈–D4UV型;

尼龙滤膜:孔径0.22μm,直径13mm,天津津腾实验设备有限公司;

数据处理软件:OriginPro7.5,美国 OriginLab公司;

甲醇纯度标准物质:编号为GBW06111,中国计量科学研究院;

乙醇水溶液中异丁醇和异戊醇标准物质:编号为GBW(E)080648,中国计量科学研究院;

乙醇:色谱纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;

丙醇:色谱纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司,用乙醇配制成1000μg/mL的标准使用溶液;无水乙醇:分析纯,天津市大茂化学试剂厂;

客家黄酒样品:编号分别为1#,2#,3#,4#,5#,市购,其中1#,2#,3#为广东省河源市工厂产品,4#为广东省梅州市工厂产品,标签均标明符合DBS 44/002–2013《广东黄酒》要求;5#样品为个体自酿产品;

实验用水为自制超纯水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱仪

色谱柱:DB–FFAP毛细管色谱柱(30m×0.25mm,0.25μm,美国安捷伦科技有限公司) ;升温程序:40℃(保持3min),以 3.0℃/min升至100℃(保持2min),以20℃/min升至160℃(保持1min),以10℃/min升至230℃(保持5min);高纯He气流量:1mL/min,恒流模式;进样模式:分流,分流比为50∶1 ;进样口温度:200℃;进样体积:1μL。

1.2.2 质谱条件

质谱检测器;选用EI源模式;温度:280℃;传输线温度:250℃。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

分别取5种酒样 1 mL,经0.22μm滤膜过滤于进样瓶中,无需其它前处理,直接进样分析。

1.3.2 标准溶液配制

将无水乙醇与超纯水按体积比1∶1混合,作为溶剂,将甲醇、丙醇、异丁醇和异戊醇标准物质配制成质量浓度分别为1,5,10,25,50,100μg/mL的系列标准工作溶液。

1.3.3 定性分析

用全扫模式对样品测定,获得质谱图,使用NIST MS Search 2.2 对所得图谱进行定性分析,与标准品图谱比对,结合文献值和仪器生产商的报告值进行定性,确定醇类物质的种类。

1.3.4 定量分析

考虑到客家黄酒中醇类物质种类较多,选择使用甲醇、丙醇、异丁醇和异戊醇4种醇类物质建立标准工作曲线,计算检出限和定量限。其中甲醇含量是酒类产品检测的重点项目,丙醇、异丁醇、异戊醇是黄酒中常见的醇类物质。为考察全扫描模式和离子扫描模式计算结果的差异,在“Xcalibur Instrument Setup”设置中选择“Acquisition-General”模式,检测器打开时间设定1min,离子碎片扫描范围为30~350amu,扫描间隔为0.2s,保存文件名为全扫模式方法。保持其它条件不变,在方法设置中选择 AcquisitionTimed 模式,输入甲醇、丙醇、异丁醇和异戊醇4种醇类的名称、保留时间、离子质量,窗口时间默认为0.30min,保存文件名为离子扫描方法。为考察全扫描模式中乙醇对其它醇类物质的影响,另建一种全扫描方法,将检测器时间设置为4min。

2 结果与讨论

2.1 样品的总离子流(TIC)图

将样品经过0.22μm的尼龙滤膜过滤后,直接进样测定,以1#样品为例,检测器打开时间不同及扫描模式不同时的TIC图见图 1~图 3。使用 NIST MS Search 软件对各色谱峰进行分析,结果见表1。其中甲醇为加标物质,在样品中未检出,其余8种化合物是客家黄酒中含有的醇类物质(除乙醇外)。8种醇类化合物的保留时间顺序与文献中使用相同FFAP型柱时的出峰顺序一致。

2.2 扫描模式

由于酒中的乙醇含量较高,在检测器形成高通量的信号值,导致其它醇类物质检测结果的准确性降低。本研究采用离子扫描模式避开对乙醇峰的读数。参考图1全扫模式的TIC图,甲醇峰在乙醇峰之前,异戊醇的峰离乙醇峰较远,影响不大;而丙醇和异丁醇峰离乙醇峰较近,异丁醇响应值低,受影响较大。对于快速测定,采用全扫模式比离子扫描模式更有效,离子扫描模式虽然能够提高检测精密度,但需要花费更多时间去调试仪器和处理质谱,因此在满足检测需要的前提下选择全扫模式。

2.3 检测器打开时间

对比图1、图2发现,检测器打开时间分别为1min或4min时,乙醇峰之后的基线变化不大,根据仪器制造商提供的说明,在检测器的处理能力满足大通量物质出现信号值时,对后续的物质检测不会造成影响。在全扫模式中,检测器打开时间设定在1min时,虽然对后续的醇类物质造成一定影响,但由于酒类快速检测中,甲醇的检测尤为重要,是判断酒类产品质量的重要依据,因此检测器的打开时间设定为1min。

2.4 管路污染的避免

对于糖类含量较高或颜色较深的客家黄酒产品,直接进样法连续进样后,色谱峰会发生分叉,这是分流管被污染造成的。可以降低进样量至0.2μL,以及采用进样后清洗分流管和更换滤棉的办法,防止管路被污染。

2.5 线性方程与检出限

在1.2仪器工作条件下,对1.3.2中的系列标准工作溶液分别进样测定,用Oringin软件对数据进行线性回归分析,以待测组分的质量浓度(x) 为横坐标,以色谱峰面积(y)为纵坐标进行线性回归。甲醇、丙醇、异丁醇和异戊醇的标准工作曲线方程和线性相关系数见表2,线性范围为1~100μg/mL。

将基质溶液作为空白样品,进样检测21次,按3倍信噪比计算检出限,按照10倍信噪比计算定量限,4种醇类物质的检出限和定量限列于表2。

由表2可知,4种醇类物质的质量浓度在1~100μg/mL范围内与信号值呈良好的线性关系。当进样体积为1μL时,检出限为0.5~2μg/mL,定量限为2~5μg/mL。

2.6 方法精密度与回收试验

取5#样品按1.3.1方法进行处理,然后分别添加5,10,50μg/mL的甲醇、丙醇、异丁醇、异戊醇标准溶液,进行6次平行测定,结果见表3。

由表3可知,测定结果的相对标准偏差为0.4%~3.1%,加标回收率为94.3%~99.8%,说明所建方法的精密度和准确度良好。

3 结语

使用单四极杆气相色谱–质谱法直接进样能快速定性分析客家黄酒中的醇类物质,对其中甲醇、丙醇、异戊醇、异丁醇进行含量检测,该方法精密度、准确度较高,可用于客家黄酒产品的质量控制,满足食品药品生产检查和市场执法需要,为人体健康保驾护航。

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