固态法白酒与固液法白酒的同位素鉴别技术

钟其顶，王道兵，熊正河

(1. 天津科技大学，天津 300457；2. 中国食品发酵工业研究院，北京 100027；3.全国食品发酵标准化中心，北京 100027)

固态法白酒与固液法白酒的同位素鉴别技术

钟其顶1,2,3，王道兵2,3，熊正河2,3

(1. 天津科技大学，天津 300457；2. 中国食品发酵工业研究院，北京 100027；3.全国食品发酵标准化中心，北京 100027)

固态法白酒和固液法白酒的鉴别是当前白酒行业所面临的技术难题。本实验以碳稳定同位素为指标，建立了气相色谱-燃烧-同位素质谱(GC-C-IRMS)联用方法测定白酒中乙醛、乙醇、丙醇、异丁醇、异戊醇、乳酸乙酯等主要挥发性物质中的δ13C。测定了43个传统固态法白酒样品，其乙醇δ13C分布范围为(-17.65±1.31)‰，测定了24个流通领域白酒样品，其乙醇δ13C分布范围为(-15.30±1.41)‰，经t检验分析，二者存在显著性差异(P<0.01)；t检验结果还表明，传统固态法白酒样品和流通领域白酒样品中异戊醇和乳酸乙酯中δ13C也存在显著差异。模拟实验发现，白酒中乙醇δ13C与添加玉米酒精含量呈正相关关系；添加的玉米酒精和挥发性香气物质会改变白酒中的乙醇及微量组分的稳定碳同位素比值，因此稳定同位素技术将有望成为固态法白酒和固液法白酒的有效鉴别手段。

气相色谱-燃烧-稳定同位素比值质谱(GC-C-IRMS)；固态法白酒；固液法白酒；δ13C；乙醇

白酒是具有悠久历史的中国特色传统食品，凭借独特的固态发酵和固态蒸馏传统酿造技术成为世界六大蒸馏酒之一。随着社会发展，白酒行业出现成本较低，自动化程度较高的液态酒精工艺，通过串蒸、调香和固液法结合等方式生产新工艺白酒，简称固液法白酒[1]。相对传统固态法白酒而言，固液法白酒允许使用食用酒精、香气和香味等物质调整成品酒质量，过程控制、生产技术、品质质量和产品成本均明显低于传统固态法白酒。为了保护消费者权益，国家标准明确规定，凡采用新工艺生产的白酒需要明确标注执行固液法白酒的国家标准，以示区别传统固态法白酒。但由于目前缺乏固态法和固液法白酒有效鉴别的配套方法标准，部分不法企业为了利益最大化，将新工艺(固液法)白酒冒充传统固态法白酒进行销售，严重干扰了白酒行业的市场秩序。因此，鉴定固态法白酒和固液法白酒是当前白酒行业中亟待解决的技术难题[2]。

同位素质谱技术在食品成分掺假鉴别方面具有其他化学检测不可比拟的技术优势，现已成功用于果汁掺糖[3-5]、掺水[6-7]分析，葡萄酒掺劣质酒[8-11]分析，橄榄油产地鉴别[12-15]，蜂蜜掺糖[16-17]分析奶制品真实性鉴别[18-20]等方面。本研究采用气相色谱-燃烧-同位素质谱(GC-C-IRMS)联用技术测定白酒中微量挥发性组分和乙醇中的δ13C，通过固态法白酒和固液法白酒中微量挥发性组分及乙醇之间13C同位素比值的差异分析，探讨固态白酒和固液法白酒鉴别技术的可行性。

1 实验部分

1.1主要仪器

Triplus自动进样器，Trace GC气相色谱仪，燃烧转化装置，Delta V Advantage稳定同位素比值质谱仪：均为美国Thermo-Fisher公司产品。

1.2主要试剂

实验室标准物质：乙醛、乙醇、丙醇、异丁醇、异戊醇、乳酸乙酯，均为色谱纯，且δ13CVPDB均通过EA-IRMS标定(参考物质为IAEA-CH-6和NBS-22)；氦气(纯度>99.999%)；乙醇(国产色谱纯)。

1.3色谱条件

1.3.1白酒挥发性物质δ13C(不包括乙醇)的测定 Wax毛细色谱柱；GC进样口温度200 ℃；载气为高纯氦气(99.999%)，恒流模式(1.2 mL/min)；程序升温：初始温度40 ℃，保持5 min，以3.5 ℃/min升温至200 ℃；进样量0.5 μL。

1.3.2白酒中乙醇δ13C的测定 Wax毛细色谱柱；GC进样口温度200 ℃；载气为高纯氦气(99.999%)，恒流模式(1.2 mL/min)；程序升温：初始温度40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升温至80 ℃，然后以15 ℃/min升温至200 ℃；进样量0.7 μL。

1.4转化条件

燃烧转化装置(IsoLink)中配备陶瓷(Al2O3)氧化管(填料为CuO，NiO和Pt)，工作温度1 000 ℃，将乙醇、异戊醇等有机物转化成CO2。

1.5白酒样品

1.5.1传统固态法白酒 从白酒厂获得43个某香型以高粱为主要原料的传统工艺白酒基础酒样品，建立该香型固态法白酒参考样品库。

1.5.2流通领域白酒 从市场流通领域购买24个同一香型以高粱为主要原料的白酒样品，其中部分样品价格较低，疑似为采用固液法新工艺生产的白酒样品。

1.6样品前处理

将白酒样品转移至进样小瓶，按1.3.1条件测定白酒中乙醛、丙醇、异丁醇和乳酸乙酯的稳定同位素13C(δ13C)比值。

吸取20 μL白酒样品于进样小瓶，加入1.5 mL丙酮溶液，混匀，按1.3.2条件测定白酒样品中乙醇δ13C比值。

1.7结果表示

采用相对测量法表示样品中13C/12C，结果以δ(千分差，‰)表示：

δ13C=(R样品/R标准-1)×1 000

其中，R样品为样品中13C与12C的比值；R标准为标

准物质V-PDB中13C与12C比值，13C/12C=(11 237.2±90)×10-6。

2 结果与讨论

2.1测定方法

根据1.3和1.4设定的GC-C-IRMS各项参数，同一白酒样品经不同前处理后，分别测定乙醇及各种挥发性成分，其离子流图分别示于图1和图2。图1表明，采用丙酮作为有机溶剂测定白酒中乙醇44的离子峰强度在4 V左右，符合同位素质谱1～10 V线性测定范围。由图2可见，白酒中乙醛、乙酸乙酯、甲醇、正丙醇、异丁醇、异戊醇和乳酸乙酯44离子峰强度均处于同位素质谱1～10 V线性测定范围，并具有较好分的离度。

2.2白酒中乙醇δ13C分布情况

测定了43个某香型传统固态法白酒样品和24个流通领域同一香型白酒样品中乙醇δ13C(‰)，结果示于图3和图4。

图1 GC-C-IRMS测定白酒中乙醇44,45,46的离子流图 Fig.1 Ions chromatography of ethanol 44,45,46 in Chinese spirit determinated by GC-C-IRMS

图2 GC-C-IRMS测定白酒中挥发性风味物质44,45,46的离子流图Fig.2 Ions chromatography of volatile flavors 44,45,46 in Chinese spirit determinated by GC-C-IRMS

图3 传统固态法白酒乙醇δ13C频率直方图 Fig.3 Frequency descriptive statistics chart of δ13C of ethanol of traditional Chinese spirit

图4 流通领域白酒样品乙醇δ13C频率直方图 Fig.4 Frequency descriptive statistics chart of δ13C of ethanol of Chinese spirit in market

由图3可见，传统固态法白酒乙醇δ13C均值为-17.65‰，标准偏差为1.31；由图4可见，流通领域白酒样品乙醇δ13C均值为-15.30‰，标准偏差为1.41。两种样品乙醇的13C/12C比值Test差异性检验结果列于表1，二者的乙醇δ13C存在显著性差异(双侧检验Sig小于0.01)。根据工作经验，在白酒行业中，一些企业虽然采用添加部分玉米酒精的固液法白酒工艺生产白酒，但考虑到消费者更倾向选择固态法白酒的消费心理，未按照GB10344—2005《预包装饮料酒标签通则》进行如实标注，而以侥幸心理虚假标注的传统固态法的香型白酒国家标准。为了进一步证实以上假设，开展了在固态法白酒中添加玉米酒精的实验分析。

表1 固态法白酒样品和流通领域白酒样品乙醇的13C/12C比值Test差异性检验结果Table 1 Test results of 13C/12C of ethanolbetween traditional Chinese spirit and Chinese spirit in market

2.3添加玉米酒精对传统固态法白酒中乙醇δ13C的影响

根据固液法白酒生产特点和43个传统固态法白酒中乙醇δ13C分布，从中心处挑选代表性白酒样品A(乙醇δ13C为-17.08)，向其中分别添加30%、50%玉米酒精(体积比)，获得不同乙醇添加量的白酒样品，测定其乙醇δ13C，结果列于表2。以添加玉米酒精的百分含量为横坐标，白酒样品中乙醇的δ13C为纵坐标作图，示于图5。

图5 掺入不同比例玉米酒精的白酒13C/12C变化曲线图Fig.5 The curve of 13C/12C of ethanol during Chinese spirit mixed different ratio maize ethanol

由表2和图5可见，添加30%和50%玉米酒精的固态白酒乙醇13C/12C比值分别为-14.87‰和-14.01‰，明显偏离固态法白酒13C/12C比值的正常分布范围(-17.6±1.3)‰。

结果表明，传统固态法白酒和允许添加食用酒精的新工艺固液法白酒中乙醇13C/12C存在显著性差异，本工作的测定方法有望成为两种工艺白酒的鉴别依据。

表2 模拟固液法白酒中乙醇δ13CTable 2 δ13C values of ethanol in Chinese spirit madefrom traditional and liquid fermentation

2.4白酒中其他挥发性组分δ13C与乙醇δ13C之间的对比分析

为进一步开展传统固态法白酒样品和流通领域白酒样品之间的差异性分析，本研究将白酒中其他微量挥发性组分的δ13C比值进行t检验分析，结果列于表3。从表3可见，传统固态法白酒参考样品和流通领域白酒之间的异戊醇和乳酸乙酯的δ13C比值存在显著差异，而乙醛、正丙醇和异丁醇等δ13C比值未见显著差异。结合2.3和2.4结果分析，流通领域中的白酒(含部分固液法新工艺白酒)除了添加部分玉米食用酒精外，还可能添加其他微量组分，用于改善白酒香气或口感。

表3 固态法白酒样品和流通领域白酒样品挥发性组分比值13C/12C差异Test检验

3 结论及展望

本工作建立了GC-C-IRMS联用方法测定白酒中微量挥发性组分(乙醛、正丁醇、异戊醇和乳酸乙酯)的δ13C和乙醇的δ13C。

通过固态法白酒样品和流通领域白酒样品之间微量组分碳同位素比值t检验发现，两者的乙醇、异戊醇和乳酸乙酯的δ13C之间存在显著差异。

通过添加玉米酒精模拟实验，验证了测定乙醇中13C/12C比值的方法用于固态法白酒和固液法白酒有效鉴别的可行性。

但由于本研究工作是基于某香型以高粱为原料的固态法白酒样品和玉米酒精特定样品范围内的探讨性研究，对于多种粮食来源的白酒验证工作，仍需继续开展进一步的研究。

致谢：感谢中国科学院地质与地球物理研究所同位素质谱实验室张福松老师给予的帮助！

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ApplicationofStableIsotopeTechniqueonDistinguishBetweenChineseSpiritbyTraditionalFermentationandChineseSpiritMadefromTraditionalandLiquidFermentation

ZHONG Qi-ding1,2,3, WANG Dao-bing2,3, XIONG Zheng-he2,3

(1.TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin300457,China; 2.ChinaNationalInstituteofFoodandFermentationIndustries,Beijing100027,China; 3.NationalStandardizationCenterofFood&FermentationIndustry,Beijing100027,China)

It is a technical problem in Chinese spirit industry to distinguish between Chinese spirit by traditional fermentation and Chinese spirit made from traditional and liquid fermentation. Methods for the determination ofδ13C values of major volatile substances (such as acetaldehyde, ethanol, isobutanol, isoamyl alcohol, ethyl lactate, etc) in Chinese spirit by gas chromatography combustion coupled to isotopic ratio mass spectrometry (GC-C-IRMS) were developed. The averageδ13C value of ethanol in Chinese spirit made by traditional fermentation is (-17.65±1.31)‰， and the value of what is called traditional Chinese spirit in market is (-15.30±1.41)‰, sot-test result is significant difference(P<0.01). The simulation test show that the carbon isotope ratio of ethanol observed in Chinese spirit are positive relative to those of the corresponding maize ethanol; it is significant differences onδ13C of isoamyl alcohol and ethyl lactate between reference samples and commercial samples. The results show that theδ13C value of ethanol and volatile aroma components in Chinese spirit (made from traditional and liquid fermentation) will be changed when added maize ethanol and exogenous volatile aroma components, so stable isotope technique will be used in distinguish between Chinese spirit made by tracitional fermentation and Chinese spirit made from traditional and liquid fermentation.

gas chromatography-combustion-stable isotope ratio mass spectrometry(GC-C-IRMS); Chinese spirit made by traditional fermentation; Chinese spirit made from traditional and liquid fermentation;δ13C; ethanol

2013-04-02；

：2013-06-04

国家自然科学基金(31101333)；科技部国际合作项目(2011DFA33270)；公益性行业科研专项经费“双打”专项项目(2012104009-1)；中国酒业协会3C项目资助

钟其顶(1980～)，男(汉族)，广西人，高级工程师，从事食品质量与安全标准化技术研究。E-mail:zhongqiding@163.com

熊正河(1957～)，女(汉族)，教授，从事食品标准化技术研究。E-mail: cnscff@263.net

O 657.63

：A

：1004-2997(2014)01-0066-06

10.7538/zpxb.2014.35.01.0066