盐化-减压浓缩-高效液相色谱法测定酱香白酒中乳酸和乙酸的含量

2022-10-21滕明德莫新良王先桂

理化检验-化学分册 2022年10期

滕明德,莫新良,王先桂

(茅台学院实习实训中心,仁怀 564500)

酱香白酒是中国最受欢迎的白酒之一,其中的两种有机酸乳酸与乙酸对白酒口感的影响较为强烈,一直是行业研究的热点。

目前,白酒中有机酸的分析方法主要有高效液相色谱法[1-2]、气相色谱-质谱法[3-4]和离子色谱法[5]等。相较于其他香型白酒,酱香白酒的酒精度数大多在53°左右,含有更多种类的风味物质[6-7],这些复杂的物质与较高的酒精度数会给乳酸和乙酸的定量分析产生干扰。因此,在定量分析时往往需要对酒样进行适当的前处理。文献[8]采用稀释的办法来处理酒样,然后用液相色谱法进行分析,但本工作发现,简单的稀释无法消除乙醇对乳酸的干扰;文献[4]用衍生的方式将酸转化成酯,然后用气相色谱-质谱法进行分析,但该方法需要昂贵的试剂与仪器,且前处理过程繁杂,不利于广泛应用;离子色谱法测定酒中有机酸含量的报道中均未进行合适的前处理,但酒中的乙醇会对有机酸在色谱柱上的保留行为产生严重影响。鉴于此,本工作在酱香白酒中先加入碱溶液,使酒中的酸转化为相应的盐,再经过减压浓缩除掉乙醇,然后通过磷酸溶液调节酒样酸度,提出了盐化-减压浓缩-高效液相色谱法测定酱香白酒中乳酸和乙酸含量的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1200 INFINITY型高效液相色谱仪,配紫外可见光检测器;RE-52AA型旋转蒸发仪;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵。

混合标准溶液:取500 mL水于1 L容量瓶中,加入适量的乳酸和乙酸,再用水定容至1 L,配制成乳酸、乙酸质量浓度均为4 000 mg·L-1的混合标准溶液。

模拟酒样:取500 mL 53%(体积分数,下同)乙醇溶液于1 L容量瓶中,加入适量的乳酸和乙酸,再用53%乙醇溶液定容至1 L,配制成乳酸、乙酸质量浓度均为4 000 mg·L-1的模拟酒样。

乳酸、乙酸、磷酸二氢钠、氢氧化钠、磷酸均为分析纯;甲醇、乙醇为色谱纯;试验用水为超纯水。

酱香轮次白酒取自于贵州省遵义仁怀市茅台镇某酒厂,7个轮次的酒样来源于同一个生产周期,每轮次酒样取500 mL装于陶瓷酒瓶,编号后带回实验室常温存放。

1.2 仪器工作条件

AquasilTMC18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm);柱温28℃;流动相为0.02 mol·L-1磷酸二氢钠溶液,等度洗脱;流量0.8 mL·min-1;检测波长208 nm;进样量5μL。

1.3 试验方法

取酱香白酒25 mL,用2 mol·L-1氢氧化钠溶液调节酒样酸度至pH 9左右,使乳酸和乙酸转化成乳酸钠与乙酸钠,于60℃减压浓缩至12.5 mL,再用水定容至50 mL,然后用2 mol·L-1磷酸溶液调节酒样酸度至pH 3,按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 乙醇对乳酸、乙酸色谱保留的影响

按照仪器工作条件对混合标准溶液、53%乙醇溶液和用水稀释100倍(体积比)的酒样进行分析,结果见图1。

图1 色谱图Fig.1 Chromatograms

由图1可以看出:以水为溶剂时,乳酸和乙酸能够实现基线的完全分离,出峰时间分别为7.746 min和8.323 min;但在相同测定条件下乙醇也有一定的响应,而且峰形极不对称,峰底涵盖了部分乙酸和全部乳酸;稀释100倍后的酒样色谱图表明,虽然乙醇不影响乳酸和乙酸的定性,但严重影响了乳酸和乙酸的峰面积。因此,在使用高效液相色谱法分析乳酸和乙酸时,特别是高度数白酒时,需要经过有效的前处理来除掉乙醇,仅通过稀释无法消除其对乳酸和乙酸的影响。

2.2 减压浓缩温度对乳酸、乙酸回收率的影响

按照文献[9]报道的方法,于40℃减压浓缩模拟酒样30 min,发现酒样体积几乎没有发生变化。为较快除掉乙醇,设置减压浓缩温度为60℃,发现酒样体积减少一半所需的时间缩短至5 min以内,但温度升高导致乳酸和乙酸有不同程度的挥发。对比模拟酒样和混合标准溶液中乳酸、乙酸的峰面积,发现模拟酒样中两种化合物的损失率超过40%。因此,需要进一步对前处理方法进行调整,以提高乳酸和乙酸的回收率。

2.3 盐化效果以及酒样酸度对乳酸、乙酸色谱保留的影响

乳酸沸点为122℃,乙酸沸点为118.1℃[10],为改善乳酸和乙酸的挥发损失,除乙醇前先在酒样中加入氢氧化钠溶液,使乳酸和乙酸转化为乳酸钠和乙酸钠,从而提高其沸点,避免减压浓缩中二者的损失。由于加碱溶液后的酒样酸度接近pH 9,而流动相的酸度在pH 2.3左右,这种差异可能导致乳酸和乙酸的色谱行为发生改变。试验对比了酒样加碱溶液后不调节酸度和调节酸度至pH 3的色谱图,结果见图2。

图2 不同酒样酸度下的色谱图Fig.2 Chromatograms on different acidities of liquor samples

由图2(a)可知:乙酸的保留时间几乎不受酒样酸度的影响,但乳酸所受影响较大;当酒样酸度在pH 9左右时,乳酸出现两个色谱峰,出峰时间相对提前,这可能与乳酸钠进入色谱系统后与流动相发生反应有关,一部分乳酸钠转换成了乳酸。乳酸的pKa为3.86,乙酸的pKa为4.76,而磷酸的pKa1为2.15[11],因此乳酸和乙酸均以未电离的分子状态在色谱柱上进行分离,而未反应的乳酸钠和乙酸钠则以离子状态进行分离,在该色谱条件下乳酸与乳酸根的保留行为略有差异,乙酸与乙酸根的保留行为一致。因此,为更精确的定性与定量,酒样经盐化反应、减压浓缩除乙醇后,再用磷酸溶液将其酸度调节至pH 3。酸度调节后的酒样色谱图见图2(b),此时不再出现乙醇色谱峰(表明乙醇已被基本除去),并且乳酸和乙酸峰形较好,可实现较好的定性与定量。

2.4 标准曲线和检出限

取适量的混合标准溶液,用水逐级稀释,配制成乳酸、乙酸质量浓度均为20,80,200,500,1 000,2 000 mg·L-1的混合标准溶液系列,按照仪器工作条件进行测定。以乳酸、乙酸的质量浓度为横坐标,对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果显示:乳酸、乙酸标准曲线的线性范围均为20～2 000 mg·L-1,线性回归方程分别为y＝3.117×10-1x＋2.148,y＝2.319×10-1x＋7.603×10-1,相关系数均为0.999 9。

按照试验方法对8个25 mL模拟酒样(乳酸和乙酸的质量浓度为2 mg·L-1)进行分析,根据HJ 168-2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》附录A计算方法检出限,结果显示乳酸、乙酸的检出限分别为0.5,0.7 mg·L-1。

2.5 精密度和回收试验

鉴于酱香白酒中的乳酸与乙酸含量较高[12],按照试验方法对8个实际酱香白酒样品进行加标回收试验,乳酸和乙酸的加标量均为1 000 mg·L-1,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD)。结果显示:乳酸的回收率为98.1%～103%,测定值的RSD为3.5%;乙酸的回收率为95.6%～98.6%,测定值的RSD为3.3%。