芝麻香白酒中3-甲硫基丙醇的GC-FPD分析

孙啸涛, 张锋国, 董 蔚, 孙金沅, 孙宝国,*

(1.北京工商大学北京市食品风味化学重点实验室,北京 100048;2.北京工商大学食品质量与安全北京实验室,北京 100048;3.山东扳倒井集团技术中心,山东高青 256300)

芝麻香白酒中3-甲硫基丙醇的GC-FPD分析

孙啸涛1,2, 张锋国3, 董 蔚1,2, 孙金沅1,2, 孙宝国1,2,*

(1.北京工商大学北京市食品风味化学重点实验室,北京 100048;
2.北京工商大学食品质量与安全北京实验室,北京 100048;
3.山东扳倒井集团技术中心,山东高青 256300)

建立了利用气相色谱-火焰光度检测器检测芝麻香白酒风味成分3-甲硫基丙醇的方法.样品前处理方法为CH2Cl2萃取,酒样浓缩50倍分析;色谱方法为DB-FFAP(60m×0.25mm×0.25 μm)毛细管柱,程序升温,进样口温度为260℃,检测器温度为200℃;采用外标法定量.结果表明: 在3-甲硫基丙醇质量浓度为5～100mg/L时,线性相关系数为0.9913,检测限为2.5mg/L,定量限为5mg/L.在3-甲硫基丙醇质量浓度为8,30,80mg/L 3个水平下,回收率为84.3%～89.7%,相对标准偏差为3.7%～4.6%.对国内5家芝麻香型白酒骨干生产企业共18个酒样的3-甲硫基丙醇经换算后的检测结果是:企业Ⅰ原酒及商品酒中均未检出3-甲硫基丙醇;企业Ⅱ原酒中未检出3-甲硫基丙醇,商品酒Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c和Ⅱ-d中3-甲硫基丙醇质量浓度分别为1.03,0.35,0.80,0.67 mg/L;企业Ⅲ原酒及商品酒中均未检出3-甲硫基丙醇;企业Ⅳ原酒及商品酒中3-甲硫基丙醇质量浓度低于0.1mg/L;企业V原酒中未检出3-甲硫基丙醇,商品酒Ⅴ-a中3-甲硫基丙醇质量浓度为0.18mg/L.

3-甲硫基丙醇;3-甲硫基丙酸乙酯;气相色谱-火焰光度检测器;芝麻香白酒

白酒是中国的国酒,目前有十二大香型.芝麻香白酒是新中国成立后的创新香型酒,具有“芝麻香突出、诸味协调、丰满细腻、回味悠长”的特点[1].风味物质的独特性造就了酒体风格的差异性,GB/T 20824—2007《芝麻香型白酒》中将3-甲硫基丙醇确定为芝麻香白酒的特征风味物质,并规定高度酒中3-甲硫基丙醇质量浓度须大于0.5mg/L,低度酒质量浓度须大于0.4mg/L[2].3-甲硫基丙醇结构如图1.

图1 3-甲硫基丙醇结构式Fig.1 Structure of 3-methylthiopropanol

3-甲硫基丙醇俗称菠萝醇,分子式为C4H10OS,具有典型的硫化物气息,稀释到一定程度后具有洋葱、甜的肉汤的气味,是调配肉味香精的重要香料之一,也可用于调配水果、蔬菜、酱油、酒等食用香精[3].目前,对于白酒中3-甲硫基丙醇含量的检测方法主要是国标采用的气相色谱-氢火焰离子化检测器(GC-FID)法[2];胡国栋等[4]应用气相色谱-火焰光度检测器(GC-FPD)对芝麻香白酒中的高沸点含硫化合物进行了分析,确定3-甲硫基丙醇为芝麻香白酒的特征成分;万素琴等[5]应用气相色谱-质谱(GC-MS)法对芝麻香白酒中3-甲硫基丙醇进行了测定,检出限为50μg/L;张媛媛等[6]应用浸入式固相微萃取和液-液萃取两种前处理方法,结合GCMS对扳倒井芝麻香型白酒中含硫组分进行分析;张小溪等[7]建立了GC-MS测定发酵液中的3-甲硫基丙醇含量的方法;侯晟等[8]建立了高效液相色谱法同步测定发酵液中3-甲硫基丙醇及其衍生香料的方法.

对白酒中3-甲硫基丙醇含量检测的已有方法尚有很大改进空间,FPD是一类对含硫、磷化合物特异性强的选择性检测器,具有灵敏度高、专一性强的优点,尤其适合对含硫化合物的痕量分析[9-10].本研究拟利用GC-FPD技术采用外标法定量对芝麻香白酒中的3-甲硫基丙醇进行系统研究,希望建立一种高效、准确和特异性强的检测方法.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酒样:编号为Ⅰ-1、Ⅱ-1、Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4、Ⅳ-1和Ⅴ-1的原酒,分别取自5家芝麻香型白酒骨干生产企业(企业依次编号为企业Ⅰ、企业Ⅱ、企业Ⅲ、企业Ⅳ和企业Ⅴ);编号为Ⅰ-a、Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d、Ⅲ-a、Ⅲ-b、Ⅲ-c、Ⅳ-a、Ⅴ-a的相应企业的商品酒,由市场购得.

3-甲硫基丙醇标样,山东省滕州市瑞元香料厂; C2H5OH、CH2Cl2(色谱纯),德国Merck公司;NaCl、CH2Cl2(分析纯),国药集团化学试剂有限公司.

1.2 仪器与设备

7890A型气相色谱仪,配自动进样器和火焰光度检测器,美国Agilent公司;EYEL 4 OSB-2000型旋转蒸发仪,日本TOKYO公司;HD-200p型氮吹仪,德国Blue Marlin公司.

1.3 样品前处理

取50mL酒样用煮沸5min冷却至室温的超纯水将酒样酒精度稀释至14%,加入NaCl至饱和析出、摇匀,静止10 min,加入有机溶剂萃取3次,合并萃取液.萃取液加入无水硫酸钠干燥过夜、过滤,依次经旋转蒸发仪、氮吹仪浓缩,准确定容至1mL,供GC-FPD进样分析.

1.4 色谱方法

色谱柱为DB-FFAP型(60 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管柱;升温程序为初始温度50℃,以15 ℃/min升至100℃,以4℃ /min升至140℃,保持8 min,以15℃ /min升至220℃,保持3 min;载气(N2)流速1.0mL/min;进样口温度为260℃;检测器温度为200℃;进样量1μL;分流比20∶1.

1.5 定量方法

用色谱纯CH2Cl2配制3-甲硫基丙醇的系列标准溶液,质量浓度分别为1.0,2.5,4.0,5.0,10.0, 20.0,50.0,100.0mg/L;按照1.4方法进样分析,以质量浓度-峰面积建立标准曲线;将色谱峰信噪比(S/N)大于3的质量浓度确定为检出限,信噪比大于10确定为定量限.

2 结果与分析

2.1 典型色谱图分析

3-甲硫基丙醇(质量浓度为20 mg/L)的典型GC-FPD色谱图如图2,保留时间为21.3min左右的为3-甲硫基丙醇.

图2 3-甲硫基丙醇典型色谱图Fig.2 Typical chromatogram of 3-methylthiopropanol

2.2 萃取剂的考察

向50 mL的60%乙醇/水溶液添加50μg的3-甲硫基丙醇溶液,考察 n-C6H14、CH3COOC2H5、CH2Cl2和CHCl3等萃取剂对3-甲硫基丙醇萃取率的影响,结果如图3.由图3可以看出,CH2Cl2萃取率最高,达到83%左右,因此,最终选择CH2Cl2作为酒样的萃取剂.

2.3 线性范围和检出限、定量限考察

对用CH2Cl2溶液配制的一系列质量浓度为1.0,2.5,4.0,5.0,10.0,20.0,50.0,100.0 mg/L的3-甲硫基丙醇标准溶液进行GC-FPD分析,以质量浓度-峰面积进行线性回归,绘制标准曲线.线性回归方程为:y=358.07x-727.28,线性相关系数: R2=0.991 3,线性范围为5～100 mg/L.

按照1.4建立的色谱方法的检出限(LOD)为2.5mg/L(S/N=3.5,如图4),定量限(LOQ)为5 mg/L(S/N=10.1,如图5).

图3 不同溶剂的萃取率Fig.3 Extraction rate of different solvents

图4 检出限的色谱图Fig.4 Chromatogram of LOD

图5 定量限的色谱图Fig.5 Chromatogram of LOQ

2.4 回收率和精密度考察

称取50mL的60%乙醇-水溶液,分别添加质量浓度为8,3,80mg/L的低、中、高3个水平的3-甲硫基丙醇标准溶液,按照1.3的方法前处理,依照1.4方法进样分析,各添加水平下的平均回收率和相对标准偏差如表1;对8,30,80mg/L共3个水平的溶液连续测样3天,计算日内精密度和日间精密度,结果显示其相对标准偏差均小于5%.

2.5 实际样品测定结果

应用1.4建立的 GC-FPD方法对企业Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ提供的18个酒样的芝麻香白酒进行系统分析,图6至图23为相关酒样的GC-FPD色谱图.

表1 平均回收率和相对标准偏差Tab.1 Average spiked recoveries and relativ e standard deviations%

2.5.1 企业Ⅰ芝麻香白酒的检测结果

原酒Ⅰ-1的GC-FPD色谱图如图6.将20～22.5min的窗口放大,保留时间为21.3min未发现色谱峰,即未检出3-甲硫基丙醇;商品酒Ⅰ-a GCFPD色谱图如图7.在保留时间21.3 min发现信噪比为1.3的小峰,但未达到检出限的要求.

2.5.2 企业Ⅱ芝麻香白酒的检测结果

原酒Ⅱ-1的GC-FPD色谱图如图8,在20～22.5 min的时间窗口,未发现色谱峰,即未检出3-甲硫基丙醇;商品酒Ⅱ-a GC-FPD色谱图如图9,在保留时间为21.3min出现信噪比为98的色谱峰,即检出3-甲硫基丙醇;商品酒Ⅱ-b的GC-FPD色谱图如图10,信噪比为71;商品酒Ⅱ-c和Ⅱ-d 的GC-FPD色谱图如图11和图12,在保留时间为21.3min均检出3-甲硫基丙醇,信噪比分别为26和103.

图6 原酒Ⅰ-1色谱图Fig.6 Chromatogram of original wine ofⅠ-1

图7 商品酒Ⅰ-a色谱图Fig.7 Chromatogram of commercialwine ofⅠ-a

图8 原酒Ⅱ-1色谱图Fig.8 Chromatogram of original wine ofⅡ-1

图9 商品酒Ⅱ-a色谱图Fig.9 Chromatogram of commercialwine ofⅡ-a

2.5.3 企业Ⅲ芝麻香白酒的检测结果

图10 商品酒Ⅱ-b的色谱图Fig.10 Chromatogram of commercialwine ofⅡ-b

图11 商品酒Ⅱ-c色谱图Fig.11 Chromatogram of commercial wine ofⅡ-c

图12 商品酒Ⅱ-d色谱图Fig.12 Chromatogram of commercialwine ofⅡ-d

图13至图16为企业Ⅲ不同编号芝麻香原浆酒的色谱图,在20～22.5 min的时间窗口,均未发现色谱峰,即未检出3-甲硫基丙醇;图17、图18为商品酒Ⅲ-a和Ⅲ-b的GC-FPD色谱图,均未检出3-甲硫基丙醇;图19为商品酒Ⅲ-c色谱图, 在20～22.5 min的时间窗口,发现信噪比为1.6的色谱峰,未达到检出限.

图13 原酒Ⅲ-1的色谱图Fig.13 Chromatogram of originalwine ofⅢ-1

图14 原酒Ⅲ-2的色谱图Fig.14 Chromatogram of originalwine ofⅢ-2

图15 原酒Ⅲ-3的色谱图Fig.15 Chromatogram of originalwine ofⅢ-3

2.5.4 企业Ⅳ芝麻香白酒的检测结果

原酒Ⅳ-1的GC-FPD色谱图如图20,在20～22.5min的时间窗口,发现信噪比为6.1的色谱峰,即检出3-甲硫基丙醇;商品酒Ⅳ-a的GC-FPD色谱图如图21,检出3-甲硫基丙醇,信噪比为7.6.但两者均未达到定量限要求.

图16 原酒Ⅲ-4的色谱图Fig.16 Chromatogram of original wine ofⅢ-4

图17 商品酒Ⅲ-a的色谱图Fig.17 Chromatogram of commercialwine ofⅢ-a

图18 商品酒Ⅲ-b的色谱图Fig.18 Chromatogram of commercialwine ofⅢ-b

2.5.5 企业Ⅴ芝麻香白酒的检测结果

原酒Ⅴ-1的GC-FPD色谱图如图22,在20～22.5min的时间窗口,未检出3-甲硫基丙醇;商品酒Ⅴ-a的GC-FPD色谱图如图23,检出3-甲硫基丙醇,信噪比为15.6.

图19 商品酒Ⅲ-c的GC-FPD色谱图Fig.19 Chromatogram of commercial wine ofⅢ-c

图20 原酒Ⅳ-1的色谱图Fig.20 Chromatogram of originalwine ofⅣ-1

图21 商品酒Ⅳ-a的色谱图Fig.21 Chromatogram of commercial wine ofⅣ-a

图22 原酒Ⅴ-1的色谱图Fig.22 Chromatogram of originalwine ofⅤ-1

图23 商品酒Ⅴ-a的色谱图Fig.23 Chromatogram of commercialwine ofⅤ-a

2.5.6 酒样检测结果分析

对芝麻香风格显著的5个不同品牌、18个酒样中3-甲硫基丙醇含量的检测结果如表2.表中所示数据为实际酒样浓度(由浓缩50倍酒样换算得到).企业Ⅰ原酒及商品酒中均未检出3-甲硫基丙醇;企业Ⅱ原酒中未检出3-甲硫基丙醇,商品酒Ⅱ-a、Ⅱ-c和Ⅱ-d中3-甲硫基丙醇质量浓度分别为1.03,0.80,0.67 mg/L,符合国标标准,商品酒Ⅱ-b 3-甲硫基丙醇质量浓度为0.35 mg/L,略低于国标标准;企业Ⅲ原酒及商品酒中均未检出3-甲硫基丙醇;企业Ⅳ原酒及商品酒中3-甲硫基丙醇质量浓度低于0.1 mg/L;企业Ⅴ原酒中未检出3-甲硫基丙醇,商品酒Ⅴ-a中3-甲硫基丙醇质量浓度为0.18 mg/L.

表2 实际酒样的检测结果Tab.2 Results of realwine sample

3 结 论

最早将3-甲硫基丙醇定为芝麻香型白酒国标特征香味物质的原因是,与其他香型白酒相比,3-甲硫基丙醇在芝麻香白酒中含量相对更高[11],但其在豉香型白酒中含量甚至略高于景芝芝麻香型白酒[12];同时,3-甲硫基丙醇在越来越多香型白酒中被发现,如米香型白酒(质量浓度约为0.4 mg/L)、豉香型白酒(质量浓度约为0.7 mg/L)[13],另外,3-甲硫基丙醇的感官特征也并非芝麻香.因此,无论是从含量还是从香味特征角度来衡量,3-甲硫基丙醇在主要代表性芝麻香型白酒中都不具有标志性,将3-甲硫基丙醇定为芝麻香型白酒的特征香味物质是不准确的,在芝麻香型白酒国家标准中规定3-甲硫基丙醇的含量可能是不合理的.

本实验室采用GC-O,GC-MS和GC-NPD等多种手段相结合,在国井芝麻香白酒中共发现11种含硫化合物和31种含氮化合物[14-15],尤其是在芝麻香白酒中首次发现了甲硫基乙酸乙酯、糠硫醇、二糠基二硫醚、二异丙基二硫、二甲基硫代亚磺酸酯和二甲基四硫醚共6种含硫化合物以及2-乙基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯、2-乙酰基吡啶、烟酸乙酯、3-苯基吡啶、3-甲基-2-噁唑烷酮共7种含氮化合物,其中糠硫醇、二糠基二硫醚、吡嗪类化合物以及吡啶类化合物的感官特征是芝麻香.因此,芝麻香白酒的特征香有可能并非由一种单一化合物形成,而是由多种化合物协同贡献形成的整体香,相关研究正在进行中.3-甲硫基丙醇与芝麻香型白酒典型性没有关系,作为特征物质值得商榷,对典型特征物质的分析亦在进一步研究中.

[1] 徐岩.科学传承集成创新走中国白酒技术持续发展的道路——对芝麻香酒的看法和认识[J].酿酒科技, 2013(4):17-20.

[2] 中国食品发酵工业研究院,山东景芝酒业股份有限公司.GB/T 20824—2007芝麻香型白酒[S].北京:中国标准出版社,2007.

[3] 刘玉平,孙宝国,郑福平,等.3-甲硫基-1-丙醇的合成研究[J].香料香精化妆品,2003(6):1-2.

[4] 胡国栋,陆久瑞,蔡心尧,等.芝麻香型白酒特征组分的分析研究[J].酿酒科技,1994(4):75-77.

[5] 万素琴,周玮,颜春荣,等.GC-MS法测定芝麻香型白酒中3-甲硫基丙醇含量[J].江苏农业科学,2014, 42(4):268-270.

[6] 张媛媛,孙金沅,张国锋,等.扳倒井芝麻香型白酒中含硫风味成分的分析[J].中国食品学报,2012,12 (12):173-179.

[7] 张小溪,王成涛,安晶晶,等.发酵液中3-甲硫基丙醇的GC-MS分析[J].中国酿造,2013,32(3): 146-151.

[8] 侯晟,王成涛,曹雁平,等.发酵液中3-甲硫基丙醇及其衍生香料的HPLC同步检测方法的研究[J].食品工业科技,2011(8):384-391.

[9] Chin Sungtong,Wu Zeying.Observations on comprehensive two dimensional gas chromatography coupled with flame photometric detection for sulfur-and phosphoruscontaining compounds[J].Analytical Methods,2010,2 (3):243-253.

[10] Gomez-Meire S,Campos C,Falque E,et al.Assuring the authenticity of northwest Spain white wine varieties usingmachine learning techniques[J].Food Research International,2014,60:230-240.

[11] 胡国栋,陆久瑞.芝麻香型白酒含硫特征组分的分析研究[J].酿酒科技,1995,72(6):67-68.

[12] 冯志强,邱晓红.豉香型白酒香型研究[J].酿酒, 1995(4):75-84.

[13] 金佩璋.豉香型白酒中的3-甲硫基丙醇[J].酿酒, 2004,31(5):110-111.

[14] 张媛媛,孙金沅,张峰国,等.芝麻香型白酒中含硫风味组分的分析[J].中国食品学报,2014,14(5): 218-225.

[15] 王柏文,李贺贺,张锋国,等.应用液-液萃取结合GC-MS与GC-NPD技术对国井芝麻香型白酒中含氮化合物的分析[J].食品科学,2014,35(10): 126-131.

GC-FPD Analysis of 3-M ethylthiopropanol in Sesame-Flavor Liquor

SUN Xiaotao1,2, ZHANG Fengguo3, DONGWei1,2, SUN Jinyuan1,2, SUN Baoguo1,2,*
(1.Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry,Beijing Technology and Business University, Beijing 100048,China;2.Beijing Laboratory for Food Quality and Safety, Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China; 3.Technical Center ofBandaojing Co.Ltd.,Gaoqing 256300,China)

3-methylthiopropanol in Sesame-Flavor Liquorwas analyzed by gas chromatography-flame photometric detector(GC-FPD)in this study.The wine was concentrated 50 times and extracted by dichloromethane for sample pretreatment.The chromatographic condition carried out that:polar chromatographic column DB-FFAP(60 m×0.25 mm×0.25μm),programmed temperature,inlet temperature 260 ℃,detector temperature200℃.External standardmethod was adopted.The results showed thatwith the concentration of 5-100 mg/L of 3-methylthiopropanol the linear correlation coefficient(R2)was 0.991 3,LOD was2.5mg/L,LOQ was 5 mg/L,while with the level of 8,30,80 mg/L recovery rates were between 84.3%to 89.7%,R.S.D.ranged from 3.7%to 4.6%.Fivemajor Sesame Flavor Liquor corporations and 18 sampleswere inspected.The 3-methylthiopropanol couldn't be detected in commercialwines including the corporation ofⅠandⅢ,originalwines such asⅠ,Ⅱ,ⅢandⅤ.While the concentration of 3-methylthiopropanol in the commercial wines ofⅡ-a,Ⅱ-b,Ⅱ-c,Ⅱ-d andⅤ-a were 1.03,0.35,0.80,0.67,0.18 mg/L,respectively.In the corporation ofⅣ original wine and commercialwine,its concentration were all below 0.1mg/L.

3-methylthiopropanol;ehtyl3-methylthiopropionate;GC-FPD;sesame-flavor liquor

叶红波)

TS262.3;TS202.3

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2014.05.006

2095-6002(2014)05-0027-08

孙啸涛,张锋国,董蔚,等.芝麻香白酒中3-甲硫基丙醇的GC-FPD分析.食品科学技术学报,2014,32(5):27-34. SUN Xiaotao,ZHANG Fengguo,DONG Wei,et al.GC-FPD analysis of 3-methylthiopropanol in sesame-flavor liquor. Journal of Food Science and Technology,2014,32(5):27-34.

2014-08-25

国家自然科学基金青年科学基金项目(31301466);北京市教委科技计划重点项目(KZ201410011015).

孙啸涛,男,实验师,主要从事白酒分析方面的研究;*孙宝国,男,教授,主要从事食品风味方面的研究.通讯作者.