利用HS-GC-MS快速测定出窖酒醅的酒精度

陆伦维，冯小兵，熊晓通，程平言，向祖祥，胡 峰

（贵州茅台酒厂（集团）习酒有限责任公司，贵州习水564622）

在白酒发酵过程中，窖池中各种微生物生化代谢及其相互作用、相互影响、协调发展共同构成了窖池特定的微生态系统。其中，发酵酒醅充当着物质循环、能量流动和信息传递的载体[1]。在出窖酒醅中，需要检测的重要理化指标有水分、酸度、淀粉含量、糖分、酒精度、总酯等。但是，酒精度是最关键的指标之一[2]。检测出窖酒醅中酒精度含量不仅能够直观反映酒醅的出酒率高低，而且还影响着酒的品质[3]。因此，出窖酒醅酒精度的检测对生产指导具有非常重要的意义。

酒精度是指酒中含乙醇的体积百分比，通常是以20℃时的体积比表示的。目前，国家标准中规定酒精度检测方法主要是酒精计法和密度瓶法。因为酒醅为固体且酒精度较低，酒精计法不适用。密度瓶法需要蒸馏且对环境温度要求较高，不好控制，对操作者要求也较高[4]。而顶空进样法是比较适用于挥发性组分分析的一种分析方法，既可免去样品萃取、浓缩等步骤，还可降低样品中非挥发性组分对仪器的污染[5]。

本次研究利用顶空进样技术对挥发性组分分析的优势，联合气相色谱-质谱仪，建立了一种快速测定出窖酒醅中酒精度的方法。通过检测出窖酒醅的酒精度，为公司白酒生产车间提供了数据支持，为监控窖池发酵过程是否异常提供了有益途径，对白酒生产具有重要指导意义。

1 材料、仪器与方法

1.1 材料、试剂及仪器

样品：出窖酒醅。

试剂：无水乙醇（色谱纯）；氯化钠（优级纯）。

仪器设备：气相色谱质谱联用仪，Agilent GC 7890A-MSD 5975C；GERSTEL顶空进样器；电子天平AR2130/C，奥豪斯上海公司；高速离心机HC-3518，安徽中科中佳科学仪器公司；旋涡混合器QT-1，上海琪特分析仪器有限公司；恒温水浴锅（精度±0.1℃），国华电器有限公司；附温度计密度瓶，上海信谊仪器厂有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理

称取一定量的酒醅于50 mL离心管中，加入一定量经煮沸冷却后的超纯水，涡旋振荡使其混合均匀；离心，静置一段时间；取上清液4 mL于顶空瓶中，加入一定量的氯化钠，进行HS-GC-MS分析。

1.2.2 仪器分析条件

顶空条件：孵育温度50℃，孵育时间2 min，进样量1 mL。

气相色谱分析条件：色谱柱：DB-FFAP毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度180℃，载气为氦气，分流比10∶1；升温程序：起始40℃，10℃/min升温至90℃，不保持；再以30℃/min升温至180℃，保持2min。

质谱分析条件：传输线温度250℃；EI离子源；离子源温度：230℃；电子能量：70 eV；四级杆温度150℃，全扫描采集模式，扫描范围m/z:30～350 amu。

1.2.3 定性与定量

通过NIST11谱库检索及标准品比对进行定性，采用外标法进行定量。

1.3 酒精度检测方法（国标密度瓶法）

以蒸馏法去除样品中的不挥发物质，用密度瓶法测定馏出液的密度。根据馏出液的密度，查表求得20℃时乙醇的体积分数，即酒精度（%vol）。本次试验严格按照GB/T 15038标准中密度瓶法步骤对各酒醅样品的酒精度进行测定。顶空气相色谱质谱联用仪测定结果以g/100 g表示，通过查表转换成酒精度（即mL/100 mL）。

2 结果与讨论

2.1 样品预处理及条件优化

将酒醅样品中的乙醇充分浸提出来是确保检测结果准确的关键，本研究通过对酒醅稀释比例、离心速率、静置时间和顶空条件等进行优化，获得最优条件。

2.1.1 酒醅稀释比例优化条件确认

实验分别称取出窖酒醅15 g、10 g、7.5 g、6 g、5 g于50 mL离心管中，加入经煮沸冷却后的超纯水30 mL，水与酒醅比例（体积质量比）分别为2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和6∶1。经过旋涡振荡混合均匀后，离心静置，取上清液，同一条件下HS-GC-MS进样分析，所得结果（转化为酒精度）见图1。

图1 不同酒醅稀释比例所得酒精度含量图

在上述不同稀释比例条件下，经过同一条件HS-GC-MS分析可以得到较好的乙醇峰形，均在标准曲线范围内，且与国标密度瓶法所得结果（2.06%vol）差异较小。因此，选择水与酒醅稀释比例为4∶1，即酒醅7.5 g，加水30 mL。

2.1.2 离心速率优化条件确认

按照水与酒醅稀释比例添加样品到50 mL离心管中，经过旋涡振荡混匀后，需要使酒醅与样液分离开来，分别以6000 r/min、8000 r/min、10000 r/min离心10 min，结果见图2，结果表明，采用10000 r/min离心效果较好。

图2 不同离心速度对乙醇峰面积的影响

2.1.3 静置时间优化条件确认

将离心后的离心管取出，放置一定时间，然后取4 mL进行HS-GC-MS分析。静置时间分别设为10 min、20 min、30 min和40 min,所得结果如图3所示。结果表明，静置时间为20 min时结果最佳。

图3 不同静置时间对乙醇峰面积的影响

2.1.4 氯化钠浓度条件优化

实验表明，在样品中加入氯化钠，可以增加溶液的离子强度，提高检测组分的挥发性，进而提高检测灵敏度[6]。因此，在顶空瓶中加入4 mL样品，分别加入0 g、1 g、2 g、3 g氯化钠，使其氯化钠浓度分别为0 g/mL、0.25 g/mL、0.50 g/mL、0.75 g/mL，进行氯化钠浓度条件优化。其结果如图4所示，结果表明，氯化钠浓度为0.50 g/mL时为最佳。

图4 不同氯化钠溶液浓度对乙醇峰面积的影响

2.2 方法评价

根据优化的条件对出窖酒醅进行HS-GC-MS分析，得到的乙醇峰经过谱库检索和标准品比对，可以有效检测出乙醇含量，换算出酒醅的酒精度。

用超纯水配制系列乙醇标准溶液，在优化条件下分析检测，建立标准曲线，该方法在测定范围内具有良好的线性关系。具体信息见表1。

表1 定量方法线性及检测限、回收率

2.3 HS-GC-MS法与国标密度瓶法结果比较

取3个出窖酒醅样品，分别为1#、2#和3#。根据本实验优化条件,用HS-GC-MS法测定样品并与国标密度瓶法所得结果进行比较，结果见表2。

表2 HS-GC-MS法与国标密度瓶法结果比较

从表2可知，HS-GC-MS法与国标密度瓶法结果比较接近，准确性较高，且快速简单，可以实现快速测定出窖酒醅的酒精度。

3 结论

通过顶空进样，联合气相色谱质谱检测技术建立了一种快速测定出窖酒醅酒精度的方法，通过优化条件，确定了最优参数。该法与国标密度瓶法相比，具有速度快、简便、准确等优点，可以作为一种酒醅酒精度检测的参考方法。