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酒中有乾坤

气相色谱(GC)

  • 酒中有乾坤


    谈到中国酒文化,人们往往第一个想到的就是诗词:

    诗,可抒豪情,酒亦如是;

    诗,可诉离别,酒亦如是;

    诗,可谈情爱,酒亦如是;

    诗,可叹年华,酒亦如是;

    喜、怒、哀、乐皆可入酒、皆可如酒、皆可助酒、皆可煮酒,诗亦如是;

    “酒与诗”的故事是一个太大的坑,我就不往里填了,话题也有点跑偏,其实今天重点是想介绍一下用GsBP-Inowax色谱柱分析中国三大名酒的结果情况,供君一阅!

    中国传统白酒是以粮谷为原料,以酒曲为糖化发酵剂,经蒸煮、糖化发酵、蒸馏、贮存、勾兑而成。不同品牌不同产地的白酒所采用的原材料,发酵等生产工艺都不一样,这就意味着白酒成分非常复杂,主要是醇类,酯类和醛类和其他痕量风味物质。正是由于这些组分含量的区别,所以白酒的香气口感不同。

    白酒常见的香型有酱香型、浓香型、清香型等,酱香型味最重(高级酯、高级醇等总含量也最高),浓香居中,清香更低(香型物质总含量也是最低的)。本文所介绍的三种名酒:茅台,五粮液和泸州老窖就分属酱香型和浓香型,并对它们进行成分以及主体香源物质进行分析。

    传统上,一般先浓缩进行测定,但由于回收率不稳定,本文所采用的是直接进样法,气相色谱仪7890+FID分析。

    以下是检测方法:

    仪器:A7890 w/ FID

    柱型:GsBP-Inowax, 30m x 0.32mm x 0.40um,订购号:2532-3004

    炉温:50°C 5min 5 °C/min 200°C 2min

    载气:氢气 @ 1.3mL/min (恒定流量)

    进样口:分流40ml/min @ 240 °C, 0.1 μL

    检测器: FID @ 260 °C

    样品:茅台,五粮液,泸州老窖

    进样量:1ul


    图一茅台(酱香型)样品测试图谱 (A)峰1-7放大图 (B)峰11-16放大图



    图二五粮液(浓香型)样品测试图谱 (A)峰1-6放大图 (B)峰9-16放大图

    图三泸州老窖(浓香型)样品测试图谱


    峰号

    茅台

    保留时(min)

    五粮液 保留时间(min)

    泸州老窖 保留时间 (min)

    1

    乙醛

    2.640

    乙醛

    2.597

    乙醛

    2.647

    2

    丙醛

    3.292

    丙醛

    3.245

    乙酸乙酯

    4.048

    3

    异丁醛

    3.365

    异丙醛

    3.318

    乙醇

    5.302

    4

    甲酸乙酯

    3.595

    乙酸乙酯

    3.988

    丁酸乙酯

    7.374

    5

    乙酸乙酯

    4.043

    乙缩醛

    4.199

    戊酸乙酯

    10.106

    6

    乙缩醛

    4.267

    甲醇

    4.498

    己酸乙酯

    13.166

    7

    甲醇

    4.555

    乙醇

    5.118

    乳酸乙酯

    16.605

    8

    乙醇

    5.263

    异丁酸乙酯

    5.808

    乙酸

    20.086

    9

    丙酸乙酯

    5.419

    仲丁醇

    6.990

    丁酸

    24.179

    10

    异丁酸乙酯

    5.567

    丁酸乙酯

    7.291

    正戊酸

    26.550

    11

    仲丁醇

    7.060

    异戊酸乙酯

    8.235

    正己酸

    28.759

    12

    丁酸乙酯

    7.359

    正丙醇

    7.422

    油酸乙酯

    35.600

    13

    正丙醇

    7.497

    异丁醇

    9.212



    14

    异戊酸乙酯

    8.302

    仲戊醇

    9.941



    15

    异丁醇

    9.322

    戊酸乙酯

    10.096



    16

    正丁醇

    10.811

    正丁醇

    10.702



    17

    异戊醇

    12.599

    异戊醇

    12.531



    18

    己酸乙酯

    13.138

    己酸乙酯

    13.134



    19

    己酸丙酯

    15.119

    己酸丙酯

    15.060



    20

    乳酸乙酯

    16.590

    庚酸乙酯

    15.980



    21

    辛酸乙酯

    19.869

    乳酸乙酯

    16.542



    22

    乙酸

    19.992

    正己醇

    16.651



    23

    壬酸乙酯

    21.633

    己酸丁酯

    18.679



    24

    丙酸

    22.107

    辛酸乙酯

    19.842



    25

    己酸己酯

    22.949

    乙酸

    20.021



    26

    正丁酸

    24.141

    壬酸乙酯

    21.602



    27

    未知杂质

    24.504

    正丁酸

    24.084



    28

    异戊酸

    25.027

    正戊酸

    26.473



    29

    正己酸

    28.754

    正己酸

    28.685



    30

    辛酸

    29.843

    十四酸乙酯

    30.801



    31

    亚油酸乙酯

    35.829

    辛酸

    32.818




    图一是茅台酒的分析图谱,此酒属于酱香型白酒,因有一种类似豆类发酵时的酱香味。这种酒酒体醇厚,回味悠长。从放大图可以看出峰1-7和11-16分离状况详情:图(A)乙酸乙酯和乙缩醛分辨率为3.69;丙醛和异丙醛分辨率为1.82。甲醇的拖尾因子是1.18。图(B)几种主要醇类仲丁醇、正丙醇、异丁醇和正丁醇的峰形很好。

    从成分上分析,酱香酒的各种芳香物质含量高种类多,但其中乙酸乙酯起很大的作用,茅台酒中乙酸乙酯的含量高于五粮液和泸州老窖。它的香味分为前香和后香。前香是由低沸点的醇、酯、醛类组成,起呈香作用;后香是由高沸点酸组成,起呈味作用,也是大家所说的空杯留香的原因。茅台酒的酸度是其它酒的3至5倍,主要以乳酸和乙酸为主。由于乳酸在FID上没有响应,但可以从乙酸的峰看出其含量是大于五粮液和泸州老窖的。高级醇的种类多含量高,其中正丙醇和异戊醇含量特别高。有些峰难以鉴别,如峰27在正丁酸和异戊酸之间出来,由于检测系统限制并没有鉴别出来。

    图二和图三是浓香型白酒泸州老窖和五粮液的图谱。这种香型的白酒窖香浓郁,绵甜爽净。图二的放大图可以看出峰1-6和9-16的分离情况:图(A)乙酸乙酯和乙缩醛分辨率为3.72;丙醛和异丙醛分辨率为2.17。甲醇峰形较好,拖尾因子是0.94。图(B)几种主要醇类仲丁醇、正丙醇、异丁醇和正丁醇的峰形很好。

    它的主体香源成分是己酸乙酯和丁酸乙酯。有机酸以乙酸和己酸为主,从图谱中可以看出己酸的含量比其它香型酒要高出几倍,其中乙酸含量在此酒中是要略高于己酸的,但由于乙酸在FID上响应较弱,所以峰面积小。五粮液中还有醛类和高级醇。在醛类中,乙缩醛较高,是构成喷香的主要成分。

    图三中泸州窖酒的成分相对简单,相比于五粮液中还有其它低沸点的醇、酯、醛,泸州老窖只有几种主要成分乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸和正己酸, 这是浓香型酒几种典型的香味成分, 这几种成分含量明显高于五粮液:乙酸和己酸含量比同属浓香型白酒的五粮液要高,己酸乙酯和丁酸乙酯比酱香型白酒茅台高十倍左右。但其它成分含量很低。这种酒几乎不含除乙醇以外的醇类。

    酒中一般含有大量酯类和仅次于酯类含量的酸类。酯类主要影响香气,乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯这三类起主导作用,其他酯类在呈香过程中起烘托作用。酸在酒中起调味作用需要比例适当,含量少则会导致味道寡淡,但过量会酸味重。不同含量的酯类和酸类再加上一些少量醇、酯、醛类形成了每种白酒的独特风格, 如同为浓香型泸州老窖和五粮液这些成分含量就有显著区别, 在下表中列出了这三种酒的特征组分和含量。


    表2 三种酒的重要组分及其含量

    白酒品牌

    香味类型

    重要组分(%

    特征组分(%

    茅台


    酱香型


    正丙醇(0.134)

    乙酸(0.175)

    异戊醇(0.163)

    乙酸乙酯(0.435)

    乳酸乙酯(0.278)


    五粮液


    浓香型


    乙缩醛(0.018)

    己酸乙酯(0.538)

    乙酸乙酯(0.185)

    丁酸乙酯(0.034)

    异戊醇(0.144)

    乙酸(0.047)

    乳酸乙酯(0.139)

    己酸(0.31)

    泸州老窖


    浓香型


    乙酸乙酯(0.16)

    己酸乙酯(0.41

    乳酸乙酯(0.055

    丁酸乙酯(0.006)


    乙酸(0.065)


    己酸(0.239)

    表3 总酸和总脂

    白酒品牌

    总酸 %*

    总脂 %*

    茅台

    0.229

    0.93

    五粮液

    0.391

    1.0

    泸州老窖

    0.308

    0.64

    *含量是由面积归一法来计算的,由于这与FID响应有关且测试中峰面积计算有一定误差,所以得到的只是估值。乙酸由于在FID中响应低,其计算出来的含量也远低于实际值。


    白酒中的成分是很复杂的,由于有些成分的含量低或者在FID上响应低,所以在以上的方法中没有列出。为了避免含量低导致未检出,我们通过增加进样量,减小分流比的方法,对比了60m气相色谱柱在38℃起始温度下进行检测的结果。

    以下是检测方法:

    仪器:A7890 w/ FID

    柱型:GsBP-Inowax, 60m x 0.32mm x 0.50um,订购号:2532-6005

    炉温:38°C 5min 5°C/min 200°C 20°C/min 260°C 6min

    载气:氢气 @ 1.3mL/min (恒定流量)

    进样口:分流20ml/min @ 240 °C, 0.1 μL

    检测器:FID @ 260 °C

    样品:五粮液

    进样量:6ul

    图四. 大量进样后五粮液样品测试谱图

    在没有浓缩的情况下,30m的气相柱基本能够实现主要成分的分离且分析时间短。改变升温程序或者增加柱长可以检出一些微量物质,但由于响应值低很难分析,结果并没有得到很好的改善。而相比于这里的38°C,之前的50°C起始温度比较容易达到,减少了冷却时间,有助于快速分析。为了能够检测出更多的物质,可以用以下两种方式实现:1. 尝试以异辛烷为溶剂来萃取,将酒中风味物质浓缩或者用TCD进行测试。2.换用其他固定相的毛细管柱例如6425-6005来达到更好的分离效果。

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  • 安平

    第1楼2020/11/03

    应助达人

    白酒分析是一个非常复杂的项目

    使用wax类的色谱柱分析白酒的醇醛酯类,甲醇乙酸乙酯乙缩醛的分离比较难,色谱柱的选择比较重要。

    一般是直接进样,由于物质种类较多,样品不容易预处理的。


    如果分析酸类,增塑剂,特殊物质时,需要预处理,一般是萃取浓缩

1
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  • wazcq

    第2楼2020/11/03

    应助达人

    进样量:6ul进样口不过载吗?

0
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  • 安平

    第3楼2020/11/03

    应助达人

    为什么用tcd会检测到更多物质呢?

    tcd灵敏度会低一些的

0
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  • xiao-jin

    第4楼2020/11/03

    楼主确定载气是用氢气吗?氢气作为载气可以使得出峰时间缩短,但带来问题会使得醇类分离困难。

0
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  • xx_dxd_xx

    第5楼2020/11/03

    说到白酒问题我每次都忍不住要提一下:白酒成分跟洋酒有很大不同,不要迷信国外的方法和柱子!
    洋酒成分以醇为主,酯和醛较少,所以用wax柱比较多。而白酒酯和醛含量高,特别是乙酸乙酯和乙缩醛很多,这两个在wax柱上与甲醇很难分开。所以做白酒不要盲从国外的方法,wax柱做白酒是不合适的。
    国内关于白酒的研究其实已经很多了,LZP-930是现在公认成熟的解决方案。这种柱子实际上就是1701与少量FFAP的混合固定相,极性比1701略微强一点,添加FFAP可以把乙酸往后推,不干扰正丁醇。如果想买进口柱子,用1701柱比wax柱要好,或者用厚液膜的624柱也是可以的。

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  • xx_dxd_xx

    第6楼2020/11/03

    氢气做载气没问题的,我这一直这么用,做白酒效果也很好。分离困难是应该换了载气之后没有相应的调升温程序,换成氢气之后线速度增加,升温速率要成比例的增加,而初始的恒温时间要成比例的缩短。

    xiao-jin(xiao-jin) 发表:楼主确定载气是用氢气吗?氢气作为载气可以使得出峰时间缩短,但带来问题会使得醇类分离困难。

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  • p3276347

    第7楼2020/11/03

    谢谢高见

    xx_dxd_xx(xx_dxd_xx) 发表:说到白酒问题我每次都忍不住要提一下:白酒成分跟洋酒有很大不同,不要迷信国外的方法和柱子!洋酒成分以醇为主,酯和醛较少,所以用wax柱比较多。而白酒酯和醛含量高,特别是乙酸乙酯和乙缩醛很多,这两个在wax柱上与甲醇很难分开。所以做白酒不要盲从国外的方法,wax柱做白酒是不合适的。国内关于白酒的研究其实已经很多了,LZP-930是现在公认成熟的解决方案。这种柱子实际上就是1701与少量FFAP的混合固定相,极性比1701略微强一点,添加FFAP可以把乙酸往后推,不干扰正丁醇。如果想买进口柱子,用1701柱比wax柱要好,或者用厚液膜的624柱也是可以的。

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  • zyl3367898

    第8楼2020/11/03

    应助达人

    酒中有乾坤,没想到在气相上展现的这么详细。

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  • xiao-jin

    第9楼2020/11/04

    原来做农药系列分析时也选用氢气做载气,对于酒类分析氢气做载气不太了解,由于氢气安全性差,再加分流部分会放置在分析室内,所以安全一定要注意,个人意见

    xx_dxd_xx(xx_dxd_xx) 发表: 氢气做载气没问题的,我这一直这么用,做白酒效果也很好。分离困难是应该换了载气之后没有相应的调升温程序,换成氢气之后线速度增加,升温速率要成比例的增加,而初始的恒温时间要成比例的缩短。

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  • zyl3367898

    第10楼2020/11/04

    应助达人

    我们用氮气做载气,氢气还是不安全。

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