中国白酒是中华传统文化和科技传承的载体,是构成人民美好生活的重要元素。伴随着我国全面进入小康社会新时期,白酒消费也进入了品质消费新时代[1]。贮存陈酿是提升白酒品质的重要环节,白酒在贮存陈酿过程中经历了复杂的物理和化学反应过程[2],其颜色、香气和口感都发生显著变化[3]。白酒的色泽是消费者对于白酒的第一印象,微黄透明是陈酿重要的品质标识。近年来随着经济的发展、生活品质的提高,大家越来越关注品质更高的陈酿白酒,广大消费者普遍认为白酒越陈黄色越深,陈酿白酒中黄色强度逐渐被认为代表着白酒的品质[4]。白酒颜色是陈酿白酒品质的重要体现之一,然而因白酒颜色过浅,不仅令其定量难度上升,也使得对于它的研究较少,目前对于白酒颜色判断仅以目视为主,主观差异较大。白酒在长期贮存中发生化学反应能产生微黄色或淡黄色,属于非酶褐变反应。白酒中的非酶褐变反应受白酒中微量成分的种类以及含量、水分、pH值、温度、时间、金属离子和含氧量等因素的影响[5]。目前普遍认为白酒微黄色的色泽是在陈酿贮存的过程中经过了长时间的反应产生的,因此研究白酒颜色量化对于白酒品质表征和控制有着重要意义,然而现今仅有目视法判断颜色,难以支撑白酒颜色与品质相关的研究。
颜色也是食品的重要外观指标之一,对于它的检测能有效的判断食品的质量,如有研究表明葡萄酒的颜色可以提供酿酒产地、陈酿时间等信息[6-7],啤酒的颜色能反映出酿造工艺及辅料等信息[8]。通过检测食品的颜色可以改进加工工艺,提升加工食品的品质,也可用于追踪产品贮藏时的品质变化,因此对于食品颜色的检测意义重大,食品颜色符合未来检测技术的发展方向[9]。测量食品的颜色包括目视法、测色仪法与计算机视觉法[10],其中目视法较为粗糙,主观程度高、精确性差,但快速有效,色差仪等仪器能有效找出目视法无法分辨的色差[11]。测色仪法主要包括3种颜色体系,包括Hunter Lab体系、CIELAB体系、CIELCH体系。其中Hunter Lab体系色差计在众多领域有着广泛的运用,被国内外很多实验室和企业所采用[12],CIELAB法已经在蜂蜜[13]、葡萄酒[14]、牛肉[15]、甜辣粉[16]、橄榄油[17]等众多食品中被使用,而CIELCH体系为极性体系,强调颜色的耐受性,在食品颜色描述和食品颜色变化的研究上难以应用[18]。相较于前2种方法,分光光度法精密度更高,但是仪器价格更高、测量更为复杂。在白酒中,分光光度法已经应用在了氰化物的检测中[19-20],在其他食品中,酚类[21]、还原糖[22]、二甲胺[23]以及呈味化合物[24]等也使用分光光度法检测。同时分光光度法测定啤酒色度是日本酿造协会、欧洲酿造协会和美国酿造化学家学会的标准分析方法[25]。因为陈酿白酒中黄色呈色强度往往较低,颜色极浅,直接分光光度法测量容易低于其检测限,且难以分辨其色差,而且白酒中物质组成复杂,难以提取其黄色物质直接定量。因此,需建立一个完善的方法来量化白酒颜色,本实验在参考文献的基础上,选取了焦糖色素作为标准品,通过浓缩分光光度测量法建立了白酒黄色的量化方法。
酒样:酱香型2015年轮次酒,酱香型2018年轮次酒,酱香型5、6、7、8、9、12、13、17、18年基酒,2011、2012、2013、2016年酱香型酒,2017年七轮次酱香型白酒,深色酱香型白酒以及不同香型的中酒协标样[包括牛栏山(清香型)、董酒(药香型)、白云边(兼香型)、九江(豉香型)、景芝(芝麻香型)、西凤酒(风香型)、老白干(老白干型)、五粮液(浓香型)、三花(米香型)、四特(特香型)]。焦糖(纯度99%),上海麦克林生化科技有限公司;甲醇(色谱级),美国Thermo Fisher Scientific公司。
A380紫外可见分光光度计,翱艺仪器有限公司;R-100旋转蒸发仪,瑞士步琦公司;3 mL石英比色皿、0.22 μm有机系针头式过滤器滤头,海之星实验器材有限公司。
1.3.1 白酒黄色测定吸收波长选择
选取不同黄色强度的3款酒样进行浓缩,浓缩至干,溶解于1 mL甲醇中,用0.22 μm有机系针头式过滤器过滤,再用甲醇冲洗滤头,定容为3 mL,置于3 mL比色皿,以甲醇溶液管为参比空白,在黄色溶液最佳测量波长450~480 nm处以1 nm的间距测定各管的吸光度。
1.3.2 样品前处理方法优化
选取黄色差异较大的3种酒进行前处理,分别取20、30、40、50、60、80 mL进行浓缩,浓缩至干,溶解于1 mL甲醇中,用0.22 μm有机系针头式过滤器过滤,再用甲醇冲洗滤头,定容为3 mL,置于3 mL比色皿,以甲醇溶液管为参比空白,在450 nm处测定各管的吸光度。
1.3.3 标准曲线绘制
准确称取0.1 g焦糖,用色谱级甲醇溶解并定溶于100 mL容量瓶,得10 mg/L的焦糖水溶液,将其稀释为2.50、2.00、1.50、1.00、0.50、0.25 mg/L。各取3 mL,用0.22 μm有机系针头式过滤器过滤,置于3 mL比色皿,以0管为参比空白,在450 nm处测定各管的吸光度,以吸光度为纵坐标,标准液浓度为横坐标绘制标准曲线。
1.3.4 样品测定
取50 mL酒样,40 ℃旋蒸至干,溶解于1 mL甲醇中,用0.22 μm有机系针头式过滤器过滤,再用甲醇冲洗滤头,定容为3 mL,置于3 mL比色皿,以甲醇溶液管为参比空白,在450 nm处测定各管的吸光度。
对于溶液来说,它呈现的不同颜色,是由于溶液选择性地吸收了某种颜色的光导致的,黄色溶液就是选择性地吸收了蓝光,因此蓝光450~480 nm[26]也是黄色溶液的最佳测量吸收波长,因此选取此段吸收波长进行优化。如图1所示,3种不同黄色深度的酒在450~480 nm吸光值呈下降趋势,且趋势一致,选取450 nm作为白酒黄色量化的最优吸光度能更容易分辨颜色相近的白酒,因此选用450 nm作为白酒黄色测量的最优吸收波长,450 nm吸光值通常也用于蜂蜜[27]等呈黄色食品中颜色强度的表征。
图1 波长与吸光值的关系
Fig.1 The relation between wavelength and absorption value
因为白酒黄色强度往往较弱,直接采用分光光度计进行分析灵敏度较低,因此本研究尝试通过采用样品浓缩的方式提高仪器分析的检测限。通过优化分析白酒样品浓缩体积,使得绝大多数酒在分光光度计的检测范围内,提高测量精度与检测限。结果如图2所示,在20~50 mL浓缩时测得的吸光值线性关系较为稳定,且呈上升趋势,在60 mL与80 mL时所测得的吸光值较20~50 mL的趋势有所降低,可能是因为在浓缩以及过滤中黄色物质有所损失导致的。同时在较深黄色白酒中60~80 mL浓缩时吸光值超过了1.0,在此吸光度下难以精准定量,需要稀释再测量,超出了最佳浓缩体积。因此为了精确定量以及较好的分辨率和较大的检测限,选取50 mL作为浓缩的最佳体积。
图2 浓缩程度与吸光值的关系
Fig.2 Relationship between concentration degree and absorption value
因为白酒中的黄色物质种类与浓度难以测量,为了较为准确地量化白酒的黄色强度,我们需要选取一种与白酒黄色吸收波长相近的物质建立标准曲线来较好的表征白酒的黄色强度。因为焦糖色素[28]黄色最佳吸收波长与白酒相似,且稀释后与白酒对比颜色一致,因此选取了焦糖色素作为建立标准曲线的基准物质。如图3所示,焦糖色素在450~480 nm处的吸收规律与酱香型白酒浓缩液基本一致,因此焦糖色素浓度能较好的体现酱香型白酒的黄色强度。在所选择的最佳实验条件下,标准曲线在0~2.5 mg/L内与吸光度呈良好的线性关系,回归方程为y=0.290 3x,相关系数R2=0.999 9。根据国际理论与应用化学联合会的规定,分光光度法检测样品,扣除空白吸光度以后,样品的吸光度为0.01,相对应的浓度即为检出限,因此该样品检出限为3.4 μg/L。白酒中黄色强度计算为黄色强度=A(吸光值)/0.290 3/50×3 000。
为了考察方法的准确性、稳定性,使用酱香型白酒样品浓缩,分别进行了6个日内、6个日间的精密度分析。由表1与表2可知样品的稳定性较好,得出的相对标准偏差(relative standard deviation, RSD)值很低,日内为1.70%,日间为3.76%,均低于5%,同时日间测量的浓度平均值低于日内且大致呈下降趋势,可能是因为在放置过程中有所损失。该方法有较好的重复性,准确度高,处理方法和检测方法合理。
图3 焦糖色素吸收波长
Fig.3 Absorption wavelength of caramel pigment
表1 日内精密度试验结果
Table 1 Results of intraday precision test
指标12345 6平均值RSD/%黄色强度59.3260.3559.1160.7658.2860.7659.761.70
表2 日间精密度试验结果
Table 2 Results of interday precision test
指标12345 6平均值RSD/%黄色强度59.1161.3859.7358.4955.3956.4258.423.76
图4为酱香型白酒图片,自左至右为2017年、2018年七轮次、2013年、2011年、2012年以及深色酱香型白酒,目视法难以分辨前5种酒的黄色强度,而浓缩分光光度法测量黄色强度能较好的分辨目视法难以分辨的不同黄色强度酱香型白酒,如表3所示,因此本文开发的方法相较于目测法具有更高的分辨率和准确性。
图4 不同黄色强度酱香型白酒样品
Fig.4 Soy sauce-aroma type Baijiu samples with different yellow intensity
表3 酱香型白酒测定结果
Table 3 The measurement results of soy sauce-aroma type Baijiu
酒品名 黄色强度2011年酱香型52.082012年酱香型66.142013年酱香型32.452017年酱香型30.382018年七轮次酱香型31.21深色酱香型197.59
取酱香型2015年轮次酒,酱香型2018年轮次酒,酱香型5、6、7、8、9、12、13、17、18年基酒等按以上方法进行检测,测得的结果符合肉眼观察排序,对于肉眼难以识别的样品也能较好的分辨。
将不同年份基酒以年份为横坐标,黄色物质浓度为纵坐标进行Beta函数拟合,拟合结果如图5和表4所示。很明显随着年份的增长,黄色成分呈现增长趋势,推测是因为酱香型白酒中黄色物质在自发反应中不断产生,这也符合目前对于白酒变黄规律的了解。这与庄名扬[5]对于白酒黄色的产生有可能是美拉德反应等非酶褐变的猜想所表现出的表象一致,而与李维青[29-30]认为的黄色物质大部分为铁离子,且黄色物质产生属于不良反应并不一致。随着科技的发展,我们对于白酒黄色的产生的认识也在不断进步,白酒黄色的量化有助于白酒黄色的进一步认识。
图5 年份酒的拟合
Fig.5 The fitting of aged Baijiu
表4 酱香型年份酒拟合曲线
Table 4 Fitted curve of soy sauce-aroma type Baijiu in different years
参数结果方程y=a+bx权重不加权截距2.86±9.08斜率4.67±0.79Pearson′s r0.912 4R20.832 6
如图6所示,将酱香型2015年不同轮次的酒以轮次作为横坐标,黄色强度作为纵坐标进行Boltzmann函数拟合,R2到达了0.99,该函数能较好的拟合轮次酒的颜色变化情况。同时拟合酱香型2018年的轮次酒发现,与酱香型2015年的轮次酒的相似,R2到达了0.98(表5)。同时2015年的四海盛的各个轮次酒的颜色均大于2018年的国宝酒,与年份酒中陈酿越久颜色越深相一致。在轮次酒中1~3轮次黄色较弱而4~7轮次黄色较强,可能是随着轮次的增加和发酵时间的增加,酒醅中黄色物质的前体物质进一步累积,随着高温蒸馏进入轮次酒中。综上该颜色量化方法能较好的说明酒体黄色情况,对于酱香型白酒陈酿以及轮次酒的分析有所帮助。
图6 酱香型白酒轮次酒黄色强度图
Fig.6 Color intensity diagram of soy sauce-aroma type Baijiu in different rounds
表5 酱香型轮次酒拟合曲线
Table 5 Fitted curve of soy sauce-aroma type Baijiu in different rounds
参数结果模型Boltzmann方程y=A2+(A1-A2)/1+exp[(x-x0)/dx]样品酱香型2015年酱香型2018年A110.81±1.76-0.19±2.12A271.63±1.4135.04±2.2803.55±0.074.05±0.12dx0.34±0.040.26±0.26reduced Chi-Spr5.3411.05R20.996 90.982 0
为探索这种黄色强度快速检测方法是否能够应用于其他香型的酒样,选择11种香型的中酒协标样酒各50 mL,按上述方法对黄色强度进行检测,按照标准曲线与浓缩比来计算样品中黄色强度,结果见表6。如表6所示,清香型、米香型以及老白干香型的黄色强度较低,这可能与样品较低的曲温以及发酵温度有关;浓香型、兼香型以及芝麻香型强度稍高,酱香型白酒黄色强度更高,这可能与其高温堆积高温发酵的工艺有关;豉香型白酒黄色强度最高,这可能与其用肥猪肉浸泡的陈酿工艺有关。这些香型的白酒黄色强度符合我们对于白酒的认识,说明该方法可以扩展应用于其他香型的酒样。虽然豉香型白酒的黄色强度最深,但是它的颜色可能是在浸泡猪肉的过程中产生的,因此选取酱香型白酒作为接下来检测验证以及探究黄色强度的样品。
表6 其他香型酒样测定结果
Table 6 The measurement results of other aroma type of Baijiu samples
酒品名黄色强度牛栏山5.68董酒 12.40白云边20.15九江 246.47景芝 13.95西凤酒ND老白干ND五粮液8.78三花 ND四特 ND国宝 66.14
注:ND表示未检出
本文建立了白酒中黄色的量化方法,此方法操作简单,酒样的稀释率适中,测量稳定性较好,灵敏度高,精密度远超肉眼,线性关系、准确度均满足方法学指标,方法的可重复性与推广性强。对不同香型白酒黄色强度进行分析,发现清香型、米香型以及老白干香型白酒颜色较浅,浓香型、兼香型、董香型颜色微黄,而酱香型白酒颜色较深,豉香型白酒颜色最深,这与国标中对于这些白酒颜色的描述一致。不同香型白酒颜色的差异可能与其发酵温度以及其他工艺相关,如豉香型陈酿过程中浸泡肥猪肉的工艺。对于酱香型白酒不同年份的样品黄色强度分析,发现白酒陈酿时间与黄色强度存在线性关系,对于不同轮次的白酒发现随轮次增加黄色强度有所上升,1~3轮次黄色强度较浅,4~7轮次黄色强度较深,这可能是因为黄色前体在发酵过程中不断积累,这与我们对于酱香型白酒轮次酒黄色强度的认识一致。本文为白酒黄色提供了量化方法,同时对于白酒陈酿过程中黄色的产生与变化规律的探寻提供了基础。
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