離子色譜法測(cè)定啤酒麥汁中的陰離子、陽(yáng)離子和有機(jī)酸

1、離子色譜法測(cè)定啤酒/麥汁中的陰、陽(yáng)離子和有機(jī)酸鄭明杰(福建雪津啤酒有限公司，福建莆，351111)摘 要：啤酒中陰陽(yáng)離子、有機(jī)酸的種類、含量與構(gòu)成對(duì)啤酒的風(fēng)味和口感有很大的影響，因此它們的含量是啤酒的重要的質(zhì)量指標(biāo)。本文采用瑞士萬通的Metrohm-861型離子儀對(duì)福建雪津啤酒有限公司啤酒/麥汁樣品進(jìn)行了分析測(cè)定，采用Metrosep C2 100 型陽(yáng)離子分析柱，4mM酒石酸+0.75mM吡啶二羧酸+2%丙酮淋洗液，分離測(cè)定鈉、鉀、氨、鈣、鎂等陽(yáng)離子；Metrosep A Supp 5 250 型陰離子分析柱和3.2mmol/L碳酸氫鈉+ 1mmol/L碳酸鈉+2%丙酮淋洗液分離測(cè)定7種常規(guī)

2、陰離子和甲酸、乙酸、草酸等陰離子和有機(jī)酸； Metrosep Organic acid有機(jī)酸分析柱和0.3mM H2SO4+15%丙酮淋洗液分離測(cè)定a-酮戊二酸、丙酮酸、檸檬酸、酒石酸、乳酸、蘋果酸、富馬酸、琥珀酸、甲酸、乙酸等有機(jī)酸。方法操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，結(jié)果令人滿意。關(guān)鍵詞：離子色譜；陰離子；陽(yáng)離子；有機(jī)酸；啤酒1 前言啤酒中的有機(jī)酸主要來源于原料、添加劑與發(fā)酵過程。有機(jī)酸是麥汁和啤酒酸度的主要來源。有機(jī)酸本身具有風(fēng)味，除影響啤酒的pH值外，還影響啤酒的風(fēng)味和口感，因此有機(jī)酸1的含量是重要的質(zhì)量指標(biāo)。啤酒中的大部分陰、陽(yáng)離子是釀造用水中帶來的，也將影響到23成品酒的風(fēng)味特征。啤酒及其釀造

3、水中有機(jī)酸的測(cè)定一般采用液相色譜法，無機(jī)陰、陽(yáng)4離子的測(cè)定一般采用化學(xué)滴定法和分光光度法。離子色譜儀在分析溶液中的陰陽(yáng)離子方面5具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的分析方法相比，IC方法的突出優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)分析多組分，因此成為食品和飲料中陰陽(yáng)離子、有機(jī)酸、胺和糖類分析的較好方法，但未見用于啤酒中主要有機(jī)酸和常見陰陽(yáng)離子的同時(shí)檢測(cè)的報(bào)道。同時(shí)可以采用自動(dòng)進(jìn)樣器，降低了工作量、省時(shí)省力、并使測(cè)定的穩(wěn)定性大大提高。本文采用瑞士萬通的Metrohm-861型離子儀對(duì)福建雪津啤酒有限公司啤酒/麥汁樣品進(jìn)行了分析測(cè)定，方法操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，結(jié)果令人滿意。 2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 儀器及試劑Metrohm-861 型連續(xù)雙抑

4、制型離子色譜儀（瑞士萬通）配有電導(dǎo)檢測(cè)器、低脈沖串聯(lián)式雙活塞往復(fù)泵、六通進(jìn)樣閥、雙通道蠕動(dòng)泵、813型自動(dòng)進(jìn)樣器、IC Net 2.3色譜工作站等。所用儀器及各型號(hào)分離柱均為 Metrohm（瑞士萬通）產(chǎn)品。所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，溶液均用電阻率大于18M超純水配制。過濾膜為 Autoscience 0.22m 水系膜。2.2 色譜條件陽(yáng)離子、陰離子和有機(jī)酸的色譜條件見表1。陽(yáng)離子分析采用Metrosep C2 100 型陽(yáng)離子分析柱，Metrosep C2 Guard 保護(hù)柱，4mM酒石酸+0.75mM吡啶二羧酸+2%丙酮淋洗液，進(jìn)樣體積20L，流速1.0mL/min，分離測(cè)定離子包括鈉、鉀、氨

5、、鈣、鎂等。陰離子采用Metrosep A Supp 5 250 型陰離子分析柱，Metrosep A Supp 4/5 Guard 保護(hù)柱，3.2mmol/L碳酸氫鈉+ 1mmol/L碳酸鈉+2%丙酮淋洗液，100mM 硫酸抑制器再生液，進(jìn)樣體積 20L，流速0.6mL/min，分離測(cè)定離子包括7種常規(guī)陰離子和甲酸、乙酸、草酸等。有機(jī)酸：Metrosep Organic acid 有機(jī)酸分析柱，M etrosep RP Guard 保護(hù)柱，0.3mM H2SO4+15%丙酮淋洗液，10mM LiCl抑制液，進(jìn)樣體積20L，流速0.3mL/min，分離測(cè)定的有機(jī)酸包括a-酮戊二酸、丙酮酸、檸檬

6、酸、酒石酸、乳酸、蘋果酸、富馬酸、琥珀酸等。 3 分析結(jié)果3.1 樣品制備為避免保護(hù)柱，分離柱和抑制柱堵塞，啤酒樣品需稀釋10倍以上(陰離子以超純水稀釋，陽(yáng)離子以2mM硝酸稀釋，有機(jī)酸樣品以淋洗液稀釋)真空抽濾，麥汁樣品需稀釋50倍以上(陰離子以超純水稀釋，陽(yáng)離子以2mM硝酸稀釋，有機(jī)酸樣品以淋洗液稀釋)以0.45m過濾頭過濾，稀釋后樣品經(jīng)過C18過濾柱處理后經(jīng)0.22m過濾頭過濾后由813自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣，所有淋洗液(除含10%以上丙酮之淋洗液)需經(jīng)0.22m水相過濾膜真空抽濾，含10%以上丙酮之淋洗液需用0.22m有機(jī)相過濾膜真空抽濾。3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制分別配制1ppm、5ppm、10p

7、pm、20ppm的5種陽(yáng)離子的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（2mmol/L硝酸溶液配制）；1ppm、5ppm、10ppm的7種標(biāo)準(zhǔn)陰離子和甲酸、乙酸、草酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(超純水稀釋)； 5ppm、10ppm、50ppm的有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(淋洗液配制)。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)分別繪制各陰陽(yáng)離子和有機(jī)酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線。表1 色譜分析條件Table 1 Chromatography conditionsItems Cations Anions Organic acidSeperation Columns Metrosep C2 100 Metrosep A Supp5 250 Metrosep Organic

8、acidGuard Columns Metrosep C2 Guard Metrosep A Supp 4/5 Guard Metrosep RP GuardEluents 4mM Dipicolinic Acid 0.75mM Acetone 2% NaHCO3 3.2mM Na2CO3 1mM Acetone 2% H2SO4 0.3mM Acetone 15%Regen- erationSample LoopLFlow Rate mL/minApplications/ 20 1.0 Na+,NH4+,K+, Ca2+,Mg2+ H2SO4 100mM LiCl 10mMF-,acetat

9、e,formate,Cl-,NO2-,B20 0.6 r-, NO3-,HPO42-, SO42-, oxalicacidKetoghitatic, pyruvic, citrate, tartrate, lactate, malate,20 0.3fumaric, succinate, acetate,formate,3.3 樣品測(cè)定定性分析：用自動(dòng)進(jìn)樣器注入20L待測(cè)樣品，記錄色譜圖。根據(jù)保留時(shí)間確定離子或+2+2+有機(jī)酸的種類，陽(yáng)離子出峰順序?yàn)椋篘a、NH4、K、Ca、Mg；7種標(biāo)準(zhǔn)陰離子和甲酸、乙-2-2-酸、草酸的出峰順序?yàn)椋篎、乙酸、甲酸、Cl、NO2、Br、NO3、HPO4、SO

10、4、草酸；有機(jī)酸的出峰順序?yàn)椋篴-酮戊二酸、丙酮酸、檸檬酸、酒石酸、乳酸、蘋果酸、富馬酸、琥珀酸、甲酸、乙酸。定量分析：測(cè)量各離子或有機(jī)酸對(duì)應(yīng)的峰面積，用外標(biāo)法定量。根據(jù)樣品的峰面積，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線得出各種離子或有機(jī)酸的濃度。 3.4 分離柱及分離方法的選擇分離柱的長(zhǎng)度決定理論塔板數(shù)(即柱效)，也決定柱子的交換容量。當(dāng)試樣中被測(cè)離子的6濃度遠(yuǎn)小于其他離子的濃度時(shí)，應(yīng)選用長(zhǎng)離子柱容量，啤酒/麥汁中成分復(fù)雜陰離子可能較其它共存離子處于低濃度水平，而且陰離子、陽(yáng)離子、有機(jī)酸采用特定的分析柱，分離效果更佳。分離柱的選擇見表1。由于樣品中乙酸受氟離子的影響太大，雖然在定性分析上采用陰離子分離柱沒有問題，但

11、在定量分析上干擾太大，故改用有機(jī)酸分離柱來分析。 3.5 淋洗液濃度的選擇由于啤酒/麥汁中有機(jī)酸含量較高，成分復(fù)雜，所以淋洗液中都加入一定量的丙酮，同時(shí)通過改變淋洗液條件及流速獲得最佳分離效果，并且有機(jī)酸分析樣品采用淋洗液稀釋樣品及標(biāo)樣使對(duì)前面弱保留的有機(jī)酸干擾減小。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子、陰離子和有機(jī)酸的最佳淋洗液配置和流速見表1， 3.6 樣品的色譜圖在最優(yōu)化的色譜條件下, 實(shí)際啤酒/麥汁樣品多種共存離子和有機(jī)酸能得到較好的分離結(jié)果。試樣的色譜圖分別見圖1-3?？梢姡谧罴训牧芟匆号渲煤土魉贄l件下，陽(yáng)離子、陰離子和有機(jī)酸的分離效果都非常好，靈敏度高，色譜圖峰型非常漂亮。圖2 啤酒/麥汁樣品有機(jī)酸色

12、譜圖 圖3 啤酒/麥汁樣品陰離子色譜Fig.2 The chromatogram of organic acid in the sample Fig.3 The chromatogram of anions in thesample3.7 方法的精密度將處理好的啤酒/麥汁樣品重復(fù)進(jìn)樣5次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表3-5。陽(yáng)離子的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為在0.9%2.9%之間；陰離子的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為在0.2%4.5之間；各有機(jī)酸的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為在0.5%6.2%之間，可見本方法的精確度很好。表3 陽(yáng)離子標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 Table 3 SD and RSD of the

13、 Cations sample Cations Mean SD RSD(%)Na+ 20.093 0.4966NH4 K Ca Mg2+2+2.5 2.5 0.9 2.9 1.423.917 0.6949表4 陽(yáng)離子標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 Table 4 SD and RSD of the Anions sample Anions Mean SD RSD(%)F-33.212 0.3352 1.0acetate 22.052 0.3675 1.7 formate 57.522 0.3444 0.6 Cl- 130.0180.2235 0.24.5Br 0.9589 0.04272HPO42-

14、399.079oxalic acidNO3- 7.0200 0.1027 1.51.5184 0.4SO42- 72.966 0.2156 0.36.8241 0.1827 2.7表5 有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 5 SD and RSD of the Organic Acid sampleOrganic Acid pyruvic citrate malate fumaric succinate L-lactate formateRSD(%) 6.2 2.3 1.8 5.3 1.7 1.5 1.8 0.5acetate 92.333 0.48993.8 回收率試驗(yàn)在有機(jī)酸的樣品中添

15、加不同梯度標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行回收率試驗(yàn)。由表6可知，本法的回收率在85.7%106.7之間，可以滿足啤酒/麥汁樣品的分析。表6 回收率Table 6 Recovery of standard spiked Organic AcidRecovery ()Add 0.5Add 1Add 298.055 87.713 104.059 102.435pyruvate 106.727citrate 102.347malate 85.695 93.389 86.616 fumaric 91.937 88.495 92.659 succinate 88.959 93.374 88.503 L-lactate 94.

16、095 93.088 88.167 formate 96.946 94.851 90.782 acetate 88.321 94.791 95.2534 結(jié)論離子色譜法為食品、飲料行業(yè)的陰、陽(yáng)離子和有機(jī)酸的分析提供了一種簡(jiǎn)捷、快速的方法。采用Metrohm-861型離子色譜分析啤酒中的陰、陽(yáng)離子及有機(jī)酸方法操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，運(yùn)行成本低，結(jié)果令人滿意。對(duì)于10種有機(jī)酸的分析，甲酸、乙酸、草酸采用離子交換方法在陰離子柱上分離，其他有機(jī)酸離子采用離子排斥柱分離。由于樣品中乙酸受氟離子的影響太大，雖然在定性分析上沒有問題，但在定量分析上干擾太大，故改用有機(jī)酸柱來分析。通過改變淋洗液條件及流速獲得最佳分離效果，并用此淋洗液稀釋樣品及標(biāo)樣使對(duì)前面弱保留的有機(jī)酸干擾減小，達(dá)到良好線性及回收率。參考文獻(xiàn)：1 董霞，李崎，顧國(guó)賢. 啤酒有機(jī)酸類物質(zhì)研究進(jìn)展J. 釀酒，2003(