芝麻香型白酒中3-甲硫基丙醇的GC-FPD检测方法研究

李 洁,李 霞,刘艳明*,祝建华,孙言弟

(1.山东省食品药品检验研究院,山东 济南 250101；2.浪潮集团有限公司,山东 济南 250101)

“芝麻香”通常被认为是芝麻香型白酒的代名词,芝麻香型白酒是新中国成立后两大创新香型(芝麻香型与兼香型白酒)之一。芝麻香型白酒是以芝麻香为主体,兼有浓、清、酱三种香型之所长[1],是中国“十一大香型”中最年轻的一个成员,同时也是酿造技术难度最大、酿造条件要求最高,对环境要求最严格的一个香型。作为芝麻香白酒的特征成分—3-甲硫基丙醇(3-methylthio propanol,3-MP),其含量影响着芝麻香型白酒的风味特征和香型[2],对酒的风格和质量起重要作用,因此对3-甲硫基丙醇的检测技术研究也就具有重要意义。

3-甲硫基丙醇为淡黄色易流动液体,又叫菠萝醇,是国家允许使用的食品用香料[3-4],低浓度时有强烈芬芳的肉或肉汤香气和滋味,可作为食用香精添加到水果、蔬菜、酱油、酒中,天然品存在于番茄、果酒、葡萄酒及酱油的挥发成分中[4-7]；化学分子式为C4H10OS,分子质量为106.18 Da,根据国家标准GB 20824—2007《芝麻香型白酒》[8]规定,低酒精度酒(18%vol～40%vol)中3-甲硫基丙醇的含量≥0.4mg/L,高酒精度酒(41%vol～68%vol)中含量≥0.5mg/L,目前测定3-甲硫基丙醇含量的国家标准为GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[9],但由于酒中挥发性成分较多,测定时干扰多,峰形不好,且在氢火焰离子化检测器上的响应比较低,难以实现高效、灵敏的检测。

目前关于3-甲硫基丙醇检测的报道有二氯甲烷提取浓缩法[10]、气相色谱-质谱法(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS法)[11]、气相色谱-质谱/选择离子扫描法(gas chromatography-mass spectrometer/selected ion mon itor,GC-MS/SIM)[12]、GC-MS/SIM内标法[13]、分散液液微萃取结合气相色谱法[14]等。张小溪等[15]建立了GC-MS法检测酿酒酵母发酵液中的3-甲硫基丙醇的方法,程伟等[16]建立了GC-MS法测定粮醅中的3-甲硫基丙醇。本实验研究了内标法和外标法对3-甲硫基丙醇定量的影响,并对3-甲硫基丙醇在火焰离子化检测器(flame ionization detector,FID)和火焰光度检测器(flame photometric detector,FPD)上的响应进行了比对,建立了一种快速、灵敏、高选择性检测3-甲硫基丙醇的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

无水乙醇(分析纯):国药集团化学试剂有限公司；3-甲硫基丙醇标准物质(99.6%):多伦多研究化学品公司；乙酸正戊酯标准物质(99.0%):上海安谱实验科技股份有限公司；芝麻香型原酒酒样:山东景芝酒业股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Aglient 7890B气相色谱仪(配有火焰离子化检测器):美国安捷伦公司；GC2010-plus气相色谱仪(配有火焰光度检测器、硫滤光片):日本岛津公司；A-11型超纯水机:密里博公司；MS204S电子天平:瑞士梅特勒-托利多集团公司。

1.3 方法

1.3.1 气相样品分析

取酒样于进样瓶中,采用GC-FPD法进行分析[10]。

1.3.2 色谱条件

色谱柱:CP-WAX型毛细管柱(50m×0.25mm×0.2μm)；载气:氮气(N2)；流速:1.0 mL/min,恒线速度模式；进样口温度240℃,进样量1 μL,不分流进样；升温程序:初始温度50℃,以10℃/min升至200℃,保持5 min；检测器FPD(硫滤光片)温度为260℃,氢气:62.5 mL/min,空气:90 mL/min。

1.3.3 定量方法

准确称取3-甲硫基丙醇100 mg于100 mL容量瓶中,用体积分数60%的乙醇定容,配成1 000 mg/L的储备液,取此储备液用体积分数60%的乙醇稀释成0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.5mg/L、1 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L的使用液,以3-甲硫基丙醇含量(x)为横坐标,峰面积(y)为纵坐标制作标准曲线,外标法定量。将色谱峰信噪比(S/N)＞3的浓度确定为检出限(limit of detection,LOD),线性范围的最低点浓度确定为定量限(limit of quantitation,LOQ)。

2 结果与分析

2.1 校准曲线的拟合方式与线性范围、检出限、定量限的考察

对一系列质量浓度为0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.5 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 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。采用一次线性关系拟合法将质量浓度(x)与峰面积(y)进行线性拟合,结果见图1A,按照钟伟燕[17]的方法对质量浓度(x)与峰面积(y)进行二次线性关系拟合,结果见图1B。

图1 3-甲硫基丙醇含量-峰面积一次线性拟合(A)和二次线性拟合(B)结果Fig.1 Linear fitting(A)and quadratic linear fitting(B)results of concentration-peak area of 3-methylthio propanol

从图1A可以看出,通过一次线性拟合的标准曲线的线性关系并不好,R2=0.959 6,峰面积和3-甲硫基丙醇浓度明显不呈一次线性关系,并且在实验的浓度范围内,峰面积增加的速度明显大于3-甲硫基丙醇浓度增加的速度,即在高质量浓度时显示出比低质量浓度时有更高的灵敏度。从图1B可以看出,经过二次线性拟合的曲线基本上和原有的数据点重合,显示峰面积和浓度呈现良好的二次线性关系,相关系数R2=0.999 9。

在FPD检测器上,色谱峰峰面积和3-甲硫基丙醇质量浓度存在特殊关系,明显不同于日常所用的一元线性回归。这是因为含硫化合物在富氢火焰中燃烧时,形成激发态的S2*分子,此分子回到基态时发射出波长为394 nm的特征光,属于二次响应,激发过程如下所示[18]:

特征光经滤光片滤光,再由光电倍增管进行光电转换后,产生相应的光电流,经放大器放大后由记录系统记录下相应的色谱。因此采用二次线性拟合法,得出线性方程为y=583476.1x2+1648 312x-310 670.0,相关系数R2为0.999 9,线性范围为0.1～10 mg/L。检出限(LOD)为0.03 mg/L,定量限(LOQ)为线性范围的最低点0.1 mg/L。

2.2 加标回收率和精密度考察

在10mL的体积分数60%的乙醇溶液中,分别添加20μL、100 μL、500 μL质量浓度为100 mg/L的3-甲硫基丙醇标准溶液,形成0.2mg/L、1.0mg/L、5.0mg/L3个质量浓度水平的溶液进样分析,各添加水平条件下的平均回收率和相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)；对3个浓度水平的溶液连续测样3 d,每天测3次,每两次间隔2 h,计算日内精密度(RSD1)和日间精密度(RSD2),结果见表1。

表1 加标回收试验及精密度试验结果Table 1 Results of adding standard tests and degree of precision

由表1可知,GC-FPD法测定3-甲硫基丙醇结果的平均回收率为93.1%～104.6%；日内精密度(RSD1)为3.2%～4.9%；日间精密度(RSD2)为1.1%～2.1%。表明该方法的准确度、精密度良好。

2.3 GC-FPD法与GC-FID法对比

应用建立的GC-FPD法对芝麻香型阳性酒样进行了分析检测,GB/T 10345-2007《白酒分析方法》[9]中3-甲硫基丙醇的检测方法(GC-FID内标法)的标准溶液和酒样色谱图分别见图2A和图2B,GC-FPD法标准溶液及样品色谱图分别见图2C和图2D。

图2 3-甲硫基丙醇标准溶液在FID(A)和FPD(C)上的色谱图以及阳性酒样在FID(B)和FPD(D)上的色谱图Fig.2 Chromatogram of 3-methylthio propanol standard solution of FID(A)and FPD(C),and the positive wine sample of FID(B)and FPD(D)

由图2A可知,保留时间为31.779min处的色谱峰为3-甲硫基丙醇的峰,标准溶液质量浓度为0.44 mg/L时响应很低,峰面积仅为0.765 pA,为基线噪声的4倍,且随着柱温箱的升高,基线也随之升高,对色谱峰峰形产生明显影响。由图2C可知,保留时间15.9 min处的尖锐对称色谱峰为3-甲硫基丙醇的峰,在质量浓度为0.22 mg/L时响应很高,且基线平稳,附近没有干扰峰出现。

由图2B可知,目标峰3-甲硫基丙醇(出峰时间31.790min)附近有很多干扰峰,这是因为FID作为一种通用型检测器,几乎对所有的有机化合物都有响应,且白酒中挥发性成分较多,基质复杂,容易对目标峰产生干扰,因此对色谱条件要求较高；由于3-甲硫基丙醇在国家标准中含量低微[8](低酒精度酒≥0.4 mg/L,高酒精度酒≥0.5 mg/L),而FID法的检出限约为0.4 mg/L[11],微小的杂质峰将严重影响测定结果的准确性,甚至无法定性,更不能准确定量,难以达到检测要求。由图2D可知,色谱图基线很平稳,仅在保留时间15.1 min(干扰峰)和15.9 min处出现两个峰形特别尖锐的色谱峰,这是因为配有硫滤光片的FPD仅对含硫化合物具有特异性响应,可排除大量溶剂峰及烃类的干扰。3-甲硫基丙醇以S2*分子的形式发射出波长为394 nm的特征光,光电倍增管将光信号转换成电信号,产生相应的光电流,经放大器放大后记录在色谱图上[20],因此灵敏度很高,检出限为0.03 mg/L,定量限为0.1 mg/L,满足测定要求。

2.4 酒样结果分析

取芝麻香型阳性样品分别添加质量浓度为0.4 mg/L、0.8 mg/L、1.2 mg/L 3个水平的3-甲硫基丙醇标准溶液,用GC-FID内标法和GC-FPD法进样检测分析,各添加水平下的平均回收率和相对标准偏差见表2。

表2 两种方法测定酒样的结果分析Table 2 Results analysis ofBaijiusample by two methods determination

由表2可知,GC-FID内标法和GC-FPD法酒样中3-甲硫基丙醇检测结果分别为0.830 mg/L和0.880 mg/L,保留时间分别为31.8 min和15.9 min,GC-FPD法用时较短。从平均回收率和相对标准偏差来看,GC-FPD法在0.4 mg/L、0.8 mg/L和1.2mg/L三个浓度水平的平均回收率分别为93.7%、95.4%、97.8%,相对标准偏差分别为2.9%、2.2%和3.4%；GC-FID内标法相较于GC-FPD法,不仅回收率低,结果的精密度也差。可能由于内标法是单点定量,对于浓度与标准溶液浓度差别较大的样品检测结果偏差较大,不适合于多个浓度梯度的样品的检测,且酒中复杂基质对目标峰产生干扰,影响定量。

3 结论

利用火焰光度检测器(配有硫滤光片)对含硫化合物具有的特异性响应,建立了一种简便、快捷、高选择性、高灵敏的检测芝麻香型白酒中3-甲硫基丙醇的方法,检测时间短,且响应与浓度呈二次线性关系,灵敏度高；由于对含硫化合物的特异性响应,此法干扰少,峰形好,很好地解决了白酒中多种挥发性成分产生的基质干扰问题。在质量浓度0.1～10 mg/L范围,线性良好,相关系数为0.999 9；检出限为0.03 mg/L,定量限0.1 mg/L,与国家标准检测方法的检出限0.4mg/L相比,灵敏度高,达到了检测要求。该方法易于操作、定量准确、快速、重复性好,可作为日常检验方法,适用于芝麻香型白酒特征组分3-甲硫基丙醇的检测。

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