反吹-气相色谱法快速检测啤酒中的主要风味物质

2019-10-29贺立东

中国酿造 2019年10期

杨珍，贺立东

（1.镇江市高等专科学校医药与化材学院，江苏镇江 212028；2.镇江市功能化学重点实验室，江苏镇江 212028；3.华润雪花啤酒（中国）有限公司技术中心，天津 300400）

啤酒是人们日常生活中不可或缺的饮品之一。啤酒的口感与醇香主要由风味物质保持，尽管风味物质的浓度很低，但成分非常复杂，已检出的就有上百种，包括醇类、酯类、酸类、醛类、酮类、硫化物、酚类化合物等[1-5]。其中风味阈值低、含量较高的乙醛、二甲基硫、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、正丙醇、异丁醇、乙酸异戊酯、异戊醇、己酸乙酯和辛酸乙酯等化合物对啤酒风味影响最大。LI H M等[6-8]对啤酒酿造过程及原料中的风味化合物和异味组分进行了分析研究，以气相色谱（gas chromatography，GC）法为主，在此基础上发展了气相色谱-气味检测技术（gas chromatographyodor detection technology，GCO）[9]、电子自旋技术[1，10]、核磁共振技术[11]以及气质联用（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）技术等[12-18]。众所周知，气相色谱法中采用直接进样简便，无制备损失与污染，苗延林等[19]就尝试过直接进样法，但是啤酒本身的黏度较大，其中不挥发组分会使色谱柱污染，所以在采用气相色谱法分析或是各种联用技术时，很少采用直接进样的方式，一般都要进行预处理。常用的预处理方法有溶剂萃取法[5，14]、顶空（headspace，HS）分析法[6，11]、固相微萃取法（solid-phase microextraction，SPME）等[16，20]。但是这些方法所需要的仪器昂贵，前处理工序复杂，花费时间较多，因此这些方法不利于啤酒企业生产过程中优化工艺的快速分析。

随着啤酒生产规模化、集团化发展，主要风味物质的快速检出对啤酒的酿造过程控制和啤酒质量起关键作用。本实验利用气相色谱仪及其反吹微板流控装置，对啤酒直接进样，建立了一种快速分析啤酒中主要风味物质的气相色谱分析方法。该方法简单易行，有效降低样品基质的影响，缩短样品的检测运行时间，减少材料消耗，能及时、有针对性地控制啤酒类生产工艺中风味物质的含量，提高啤酒的质量。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乙醛、二甲基硫（dimethyl sulfide，DMS）、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、正丙醇、异丁醇、乙酸异戊酯、正丁醇、异戊醇、己酸乙酯、辛酸乙酯（均为色谱纯）、无水乙醇（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Agilent 7890A气相色谱仪（配有分流/不分流进样口、火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）、液体自动进样器及微板流路控制反吹装置（QuickSwap））：美国安捷伦公司；ME204分析天平：梅特勒托利多公司。

1.3 方法

1.3.1 标准储备溶液的制备

在100 mL 容量瓶中加入适量无水乙醇，用电子天平准确称取乙酸乙酯0.834 4 g，正丙醇0.603 3 g，辛酸乙酯0.066 5 g，乙酸异戊酯0.093 5 g，己酸乙酯0.081 0 g，乙酸异丁酯0.049 0 g，二甲基硫0.024 6 g，无水乙醇定容，制成标准储备液一；另取100 mL 容量瓶，加入适量无水乙醇后，准确量取10 mL标准储备液一加入，再准确称取加入异丁醇0.295 2 g，异戊醇1.734 6 g，乙醛0.187 8 mg，然后用无水乙醇定容，然后用无水乙醇定容，制成标准贮备液二，冰箱贮存待用（0～5 ℃）。

1.3.2 正丁醇内标溶液的制备

准确称取正丁醇0.4 g于预先加入适量无水乙醇的100 mL容量瓶中，用无水乙醇定容，冰箱贮存待用。

1.3.3 标准曲线的制作

准确移取10 μL、20 μL、40 μL、60 μL、80 μL标准储备液二，分别于预先加入10 mL去离子水的比色管中，再分别加入50 μL正丁醇内标溶液（此时正丁醇内标溶液质量浓度为20 mg/L），轻摇混匀后，进气相色谱仪分析，分别测得各组分色谱峰和内标峰的峰面积，用内标法制作标准曲线。

1.3.4 啤酒样品的准备

瓶装啤酒于冰箱中冷却至5 ℃左右，开盖后迅速移取。定性分析时，用标准物质对照保留时间。定量分析时，在装有10 mL啤酒的比色管中，加入50 μL正丁醇内标溶液，轻摇混匀，气相色谱分析，计算各风味物质的质量浓度。

1.3.5 色谱条件

色谱柱：HP-InnowaxAgilent19091N-213（30m×320μm×0.5 μm）；进样口条件：温度220 ℃，分流比5∶1，总流速15 mL/min，隔垫吹扫流速3 mL/min。

柱温箱升温程序：起始35 ℃，以5 ℃/min升温至50 ℃，保持2 min，再以15 ℃/min升温至120 ℃，保持2 min，然后以25 ℃/min升温至200 ℃，保持2 min。

色谱柱载气流量程序：2mL/min保持9min，以100mL/min降至9.5mL/min，保持1.5min，再以100mL/min降至0.1mL/min，保持2.5 min。

色谱柱出口压力8.366 5 psi。Quick swap 压力程序：起始压力8.366 5 psi，保持10.6 min，然后以100 mL/min升至83.665 psi，保持2.5 min。

FID条件：温度280 ℃，氢气流量60 mL/min，空气流量500 mL/min，尾吹流量25 mL/min。进样量：1 μL。

2 结果与分析

2.1 定性结果

在上述色谱条件下，对标准溶液进行测定，用标准物质对照保留时间定性，可得啤酒中主要风味物质的色谱图（图1），各标准物质的保留时间见表1。由图1及表1可知，乙醛、二甲基硫、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、正丙醇、异丁醇、乙酸异戊酯、异戊醇、己酸乙酯和辛酸乙酯10种成分都能检出。此方法灵敏度高、检测的组分都实现基线分离和自动积分，并且分析时间较短，约11 min，操作简便，快速又准确。

图1 啤酒中主要风味物质混合标准样品溶液气相色谱图Fig.1 Gas chromatogram of the standard mixture of main flavor compounds in beer

表1 标准样品组分保留时间Table 1 Retention time of standard mixture

2.2 绘制标准曲线

将配制的啤酒风味物质标准溶液用内标法在上述色谱条件下进样，分别测定其与内标液正丁醇的峰面积比，并以此为纵坐标，标准液中各物质与正丁醇的质量比为横坐标，绘制标准曲线。重复进样进行3次测定。结果如表2所示。由表2可知，10种风味物质都具有良好的线性关系（见所得线性回归方程），其中乙酸异戊酯的相关系数能达到0.999 97。除正丙醇和异戊醇之外，其他组分的相对标准偏差（rlative sandard deviation，RSD）都＜1.5%。试验精密度较高，说明该方法能较准确地定量分析啤酒中主要风味成分。

表2 啤酒中主要风味物质的线性回归方程Table 2 Linear regression equation of main flavor compounds in beer

2.3 实际啤酒样品的测定及重复性实验

采用上述分析方法测定了某品牌啤酒中主要风味物质的含量，进样5次。结果如表3所示。由表3可知，该方法能有效地检测成品啤酒中乙醛、二甲基硫、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、正丙醇、异丁醇、乙酸异戊酯、异戊醇、己酸乙酯和辛酸乙酯10种风味成分，5次进样，重现性高，精密度较高。

表3 啤酒中风味物质含量检测结果Table 3 Determination results of flavor compounds contents in beer mg/L

2.4 加标回收实验

取10.0 mL啤酒，加入30 μL标准储备液二，再加入内标液正丁醇50 μL，用内标法进行测定，计算回收率，结果见表4。从表4可以看出，同一样品回收率测定结果均在96%～104%，符合色谱分析的回收率要求，满足日常分析需要。

表4 加标回收率实验结果Table 4 Results of adding standard recovery rates

2.5 讨论

本方法通过使用微板流控装置实现反吹，优点主要体现如下：一是每次啤酒样品中所需分析的目标物出峰之后，高沸点物质可以通过反吹从分流口反向排出，因此几乎没有基质残留于色谱柱中，使分析的准确性得以提高；二是由于增加了反吹功能，实现了啤酒样品的直接进样，相对于常用的顶空进样，避免了复杂的前处理，因此每次样品分析的时间缩短，可以实现快速分析；三是反吹有效保护了色谱柱，既提高了样品分析的稳定性，又延长了色谱柱的寿命，节约成本，特别适用于工业化质控分析。