低氘酒中关键组分的分析测定研究

王晓秋，朱 琦，凌钦才，朱志亮

（上海化工研究院有限公司精细化工研究所，上海 200062）

水是白酒主要成分之一，在白酒原料浸润及蒸煮、制曲及制酒母、糖化与发酵、蒸馏及勾兑等制造生产过程都需要用到水，白酒另一种主要成分是乙醇，两者在酒中共计约占98 %，其余2 %的微量物质是酯、酸、醇、醛、芳香族化合物和酚类等（主要包含乙醛、乙酸乙酯、甲醇、仲丁醇、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯）。这些微量关键物质使白酒呈香呈味，影响白酒的口感和风味，决定白酒的风格和质量，是白酒品质管控关键指标之一，因此白酒企业具有对多种关键物质进行快速准确定量分析的迫切需求。目前白酒中关键组分的分析方法主要采用气相色谱法，如气相色谱-火焰离子化检测器法、气相色谱-火焰光度检测器法、气相色谱-嗅闻-质谱法、气相色谱-质谱法等，国标也推荐使用气相色谱法测试这些成分含量。

水由氢氧两种元素组成，其中氢有3 种同位素，即原子量分别为1、2、3 的H（H，氕）、H（D，重氢，氘）和H（T，超重氢，氚）。由氕与氧组成的水叫重水，重水与普通水看起来十分相像，它们的化学性质也一样，不过某些物理性质却不相同。水中氘含量低于自然界中常用水（氘的含量为150×10%）中氘含量的水就是低氘水。人体内的水含量占到了65 %到70 %，可以说水是生命之源。研究表明，低氘水在细胞活化、防癌保健、疾病治疗以及美容减肥等方面有着非常重要的作用，对人体健康有诸多益处。低氘酒就是低氘水在饮料用水方面的应用尝试。低氘白酒能使人体自主神经协调和平衡性维持在较高水平；显著降低酒精毒性的作用，减少酒精性肝病的发生；能干预降低糖尿病血糖水平，提高血浆胰岛细胞水平，减轻因过量饮酒导致的胰岛细胞损伤。评价白酒是否为低氘酒，关键看氘浓度是否低于150 μg/g。氘作为一种稳定的同位素，测试方法主要有质谱法、气相色谱法、核磁共振法。

有大量文献报道白酒中关键成分的气相色谱法测试，但未见低氘酒中关键组分及氘含量测试方面的文献。况且在白酒中关键成分的气相色谱法测试方面文献中标准溶液的配制均采用量取体积进行稀释，该配制方法受温度及体积读数影响，进而影响标准溶液浓度和测试结果。而采用称量法稀释配制不受温度影响，且称量精度比量取体积要高。

本研究尝试采用称量法进行标准溶液稀释配制，报道低氘白酒中各成分及氘测试方法，旨在为低氘白酒企业质量控制提供方法支持。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样：低氘酒样品（酒精度56%vol），上海化工研究院有限公司试制。

仪器设备：气相色谱仪，Agilent 7890B 型（附氢火焰离子化检测器），美国安捷伦公司；DB-WAX色谱柱（60 m×0.320 mm×0.25 μm），美国安捷伦公司；顶空进样器，Agilent 7697A 型（附1 mL 定量环，12 位20 mL顶空瓶），美国安捷伦公司；气体同位素比质谱仪（附EA IsoLink CN/OH 元素分析仪），Delta V advantage，赛默飞世尔科技有限公司；分析天平，ML304T型，梅特勒-托利多。

试剂及耗材：乙醛、乙酸乙酯、甲醇、仲丁醇、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯标准品（纯度≥99.5%），上海安谱实验科技股份有限公司；贫氘水（氘含量≤1 μg/g），美国Sigma 公司；氢同位素标准水样GBW 04458-GBW 04461，北京万佳首化生物科技有限公司；高纯He，上海佳亚化工有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 顶空条件

顶空瓶：20 mL；定量环：1.0 mL；样品平衡温度：80 ℃；样品环温度：100 ℃；传输线温度：120 ℃；样品平衡时间：30.0 min；样品瓶填充压力：15 psi；压力平衡时间：0.100 min；进样时间：0.500 min。

1.2.2 色谱条件

DB-WAX 色谱柱（60 m×0.320 mm×0.25 μm），载气：氮气，进样口温度：200 ℃；分流比：40∶1；色谱柱流量：1.5 mL/min；检测器温度：250 ℃；氢气流速：30 mL/min；空气流速：300 mL/min；尾吹气流速：25 mL/min；柱温：40 ℃，保持3 min；以3 ℃/min升至120 ℃；以30 ℃/min升至230 ℃，保持5 min。

1.2.3 混合标准储备液配制

称取标准物质（精确到0.0001 g），分别加入0.5 g乙醛、5 g乙酸乙酯、0.5 g甲醇、0.5 g仲丁醇、5 g丙醇、5 g 异丁醇、5 g 正丁醇、5 g 异戊醇，加水至50 g；配制成质量浓度1 %乙醛、10 %乙酸乙酯、1%甲醇、1%仲丁醇、10%丙醇、10%异丁醇、10%正丁醇，10%异戊醇。

1.3 氘含量测试

1.3.1 测试原理

在高温条件下裂解定量生成H，然后在He 载气携带下经恒温色谱柱分离，分别导入同位素比质谱仪的离子源内，测定质量数为2 的H和质量数为3的HD。

1.3.2 测试条件

载气He 流速：60 mL/min；He 吹扫进样口的流速：80 mL/min；裂解管温度：1380 ℃；气相柱温度：30 ℃。

1.3.3 计算

稳定同位素组成常用δ值表示，δ值指样品中某元素的稳定同位素比值相对标准样品比值的千分偏差。

式中：R＝155.76×10，为国际公认数据，表示维也纳标准平均海洋水中氘同位素和氕同位素含量之比；R样品中氘同位素和氕同位素含量之比。测试出δ(D)，由式（2）计算出R，然后即可计算出氘含量。

2 结果与分析

2.1 出峰位置

各成分出峰位置示于图1。

图1 出峰位置

由图1 可知，乙醛、乙酸乙酯、甲醛、仲丁醛、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、己酸乙酯按序先后出峰，乳酸乙酯最后出峰，出峰时间约21 min，可见分析操作时间较短。

2.2 混合标准溶液中各物质浓度及其标准曲线分析

针对待测样品中各成分浓度差异，采用外标法定量。

取计量的混合标准储备液于20 mL 顶空瓶中，加入计量的己酸乙酯和乳酸乙酯，用质量分数50%的乙醇水溶液稀释，稀释后质量5 g左右（精确到0.0001 g），配制5 个混合标准溶液。确保5 个标准溶液中乙醛、甲醇、仲丁醇统一的浓度分别为0.001 %、0.003 %、0.005 %、0.007 %和0.010 %左右；乙酸乙酯、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇的统一浓度分别为0.01 %、0.03 %、0.05 %、0.07 %和0.10%左右；己酸乙酯和乳酸乙酯的统一浓度分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和1.0%左右。根据称量准确计算标准溶液中各组分的质量浓度。测试前每个标准溶液中加入1 g 氯化钠。其结果见表1。

表1 混合标准溶液浓度 (%)

测试表1 所列标准溶液的峰面积，以峰面积为纵坐标，浓度为横坐标作图，得到标准曲线、回归方程和相关系数（R），图2 列出乙醛峰面积与浓度关系曲线，上述10 条标准曲线的回归方程和相关系数（R）示于表2。

图2 乙醛峰面积与浓度关系

表2 标准曲线回归方程及相关系数

由表2 可知，使用上述标准溶液在顶空、色谱条件下进行测定，标准曲线的相关系数均大于0.999。

由表2 也可知，乙醛在0.00103 %～0.0105 %、乙酸乙酯在0.0122 %～0.1013 %、甲醇在0.0011 %～0.0108 %、仲丁醇在0.0011 %～0.0099 %、丙醇在0.0156 %～0.1055 %、异丁醇在0.0103 %～0.1140 %、正丁醇在0.0115 %～0.1040 %、异戊醇在0.0099 %～0.1120 %、己酸乙酯在0.1109%～0.9985%、乳酸乙酯在0.1115%～1.0013%浓度范围内线性良好。

2.3 精密度试验

取标准溶液2，平行测试6 次，计算相对标准偏差RSD,结果示于表3。

表3 精密度结果 (%)

由表3 可知，RSD 均小于5%，因此该测试方法精密度高。

2.4 加标回收率试验

在上述顶空、色谱条件下，对白酒样品进行加标测定，结果见表4。

表4 加标回收率结果

由表4 可知，本测试方法对乙醛、乙酸乙酯、甲醇、仲丁醇、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、己酸乙酯和乳酸乙酯的加标回收率分别在96.38 %与104.82 %、99.63 % 与104.87 %、101.02 % 与104.69%、95.79%与99.49%、96.28%与104.52%、95.70 %与102.13 %、98.38 %与102.46 %、95.12 %与104.32 %、96.45 %与100.61 %、96.97 %与102.49%之间，满足测定要求。

2.5 方法检出限

检出限参照GB/T 5009.1—2003《食品卫生检验方法理化部分总则》的方法，以3 倍信噪比（S/N）计算出检出限，结果见表5。

根据表5 数据可知，该方法测试10 种成分的方法检出限可达1.0×10%左右。

表5 方法检出限 (%)

2.6 氘含量测试

采用标准加入法，称取待测样品50.0000 g，分别加入50.0000 g 贫氘水及标准水样GBW 04458-GBW 04461（其δ(D)示于表6）配成5 个序列待测液，每个待测液重复测量9 次，为消除记忆效应的影响，忽略前3 次测试结果，取后6 次的测量值计算平均值和标准偏差。所得结果见表7。

表6 贫氘水及氢同位素标准水样规格 (‰)

表7 样品标准加入后测试结果 (‰)

对3 个酒样分别以标准加入量为横坐标，6 次平行测试的平均值为纵坐标作图，所得回归曲线示于图3。

由表7 可知，对样品采用标准加入，6 次平行测试的标准偏差均小于1‰，可见采用标准加入法测试精密度满足要求。

由图3 可知，标准加入回归曲线的相关系数均大于0.9999，每个酒样5 个加入点测试值都落在回归直线附近，3 条回归曲线的斜率都与1 相当接近，进一步说明采用标准加入法测试能够满足测试要求。

图3 样品标准加入回归曲线

令回归方程中的x=0，由此可计算出截距分别为-235.38‰、-243.20‰、-246.67‰。由截距按照下面推导的公式可计算出酒样氘含量。

样品氘组成为δ(D)、氘含量为R，取样品m，加入氘组成为δ(D)、氘含量为R的氢同位素标准水样或贫氘水m，混合后氘组成为δ(D)、氘含量为R，混合后质量为m+m。

按式（5）可得出，3 个样品的δ(D)分别为-470.76‰、-486.40‰、-493.34‰。

2.7 样品测定

采用上述方法测定3 个白酒样品，每样取5 g于20 mL 顶空瓶中，并加入1 g 氯化钠，测试乙醛、乙酸乙酯、甲醇、仲丁醇、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯含量。所得结果示于表8。

按式（2）可进一步换算成氘含量分别为82.43×10%、80.00×10%、78.92×10%。所得结果见表8。

表8 样品测试结果 (%)

由表8 可知，上述3 个酒样中乙醛、甲醇、仲丁醇含量在一个数量级，乙酸乙酯、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇含量在一个数量级，己酸乙酯和乳酸乙酯含量在一个数量级。

由表8 可知，3 个样品氘浓度均在80×10%左右，因此都属于低氘白酒。

3 结论

建立了顶空-气相色谱测试低氘酒中乙醛、乙酸乙酯、甲醇、仲丁醇、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯的方法。该方法线性良好，标准曲线的相关系数均大于0.999，标准偏差小于5 %，检出限均可达1×10%左右，加标回收率在95.12 %～104.87 %之间。建立了标准加入法测试酒样氘含量，其回归方程的相关系数接近1，并测试了低氘白酒中氘浓度，其含量在80×10%左右。