酒精度是饮料酒重要的质量指标，测定饮料酒中酒精度的方法有：气相色谱法[1-2]、液相色谱法[3]、比色法[4]、近红外光谱法[5-6]、酒精计法、密度瓶法[7]、数字密度计法[8]、酒精度快速测定仪法[9]等。我国食品安全国家标准酒中乙醇浓度测定(GB 5009.225—2016)中规定第一法为密度瓶法，而密度瓶法需要精确控制温度以及反复烘干、称重，检测步骤较为繁琐，且对水浴锅的控温精度要求高。复杂的操作容易引入较大的误差，影响测定精度与测定效率。因此，对于企业日常生产指导与日常检验以及相关检测、监管机构而言，建立一种操作简单，时效性强且符合国家标准的饮料酒中酒精度的快速测定方法尤为重要。
本文在饮料酒酒精度测定中引入测定原理与国标中密度瓶法相一致的酒精度快速测定仪，可在20 s之内完成酒精度的测定。前期的研究[9]验证了酒精度快速蒸馏仪的蒸馏性能，分析了该方法对于黄酒和葡萄酒的测定准确性与适用性。本研究将系统论证酒精度快速测定仪测定不同类型蒸馏酒和发酵酒酒精度的准确性、精密度、适用性与不确定度。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.1.1 仪器
酒精度快速蒸馏仪(Super Dee)、酒精度快速测定仪(测定范围为0.13%～99.98%酒精，Super Alcomat)、冷水循环水浴锅(Chiller)，意大利Gebertini公司；附温比重瓶(25 mL)，国营安徽省凤阳县玻璃厂。
1.1.2 试剂
酒精度标准参考溶液(12%、15%、40%、60%酒精溶液)、蒸馏缓冲液、消泡剂：意大利Gebertini公司；无水乙醇：分析纯，国药集团；蒸馏水。
1.1.3 样品
市售葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒样品。
1.2 方法
1.2.1 模拟酒样配制
依照体积法使用容量瓶分别配制0.3%、2.5%、4%、30%、40%、50%、60% vol的乙醇溶液。将待测酒样、模拟酒样以及定容用蒸馏水放入20 ℃水浴锅中30 min，保证液体温度与水浴池温度一致，待测。
1.2.2 样品蒸馏
本试验所有饮料酒样品，蒸馏前的样品处理方法参照GB 5009.225—2006进行，之后使用容量瓶量取100 mL酒样，加入快速蒸馏仪的蒸馏瓶中，使用100 mL蒸馏水分3次润洗容量瓶，润洗液合并加入蒸馏瓶中。之后在蒸馏瓶中分别加入3～5滴消泡剂和2 mL蒸馏缓冲液。选择酒精蒸馏模式，将取样时所用的容量瓶悬挂于出液口，设置馏出液质量，开始蒸馏。约3～4 min后蒸馏完成，自动停止。使用20 ℃蒸馏水将馏出液定容至刻度，待测[9]。
分别设置馏出液质量为70、75、80、85、90、95 g，采用与啤酒和白酒酒精度相近的乙醇模拟样品进行快速蒸馏，分析确定不同酒精度样品的最佳馏出液质量。
1.2.3 样品测定
1.2.3.1 密度瓶法
参照GB 5009.225—2016。
1.2.3.2 酒精度快速测定仪法
依照仪器操作程序，设备校正后，将待测蒸馏液直接加入至酒精度快速测定仪的测量杯中，待仪器稳定后示数即为仪器自动换算出的20 ℃下溶液的酒精度测定值(单位% vol)。
2 结果与分析
2.1 温度对酒精度快速测定仪测定影响分析
选取酒精度为(12.01±0.04)%vol和(40.01±0.06)% vol的酒精度标准参比溶液，根据实验室可能的实际温度，分别在试液温度为11、13、15、17、19、21、23、25、27、29 ℃的条件下，将试液直接加入至酒精度快速测定仪中对其酒精度进行测定，结果见图1。
图1 不同试液温度对酒精度测定的影响
Fig.1 The influence of different test temperature on the determination of alcohol strength
注：图中横线和虚线分别表示酒精体积分数为12.01%和40.01%溶液参考值的上下限值
测定结果显示，在11～13 ℃和27～29 ℃下，对不同参比溶液酒精度的测定值均超过了给定的参考值范围，表明试液温度在11～13 ℃以及27～29 ℃时，测定存在一定误差。并且温度越低测定值越高，可能温度影响待测液密度，在自动换算为20 ℃时的酒精度时出现偏差。当待测试液温度在15～25 ℃时，测定值在参考值范围之间。为进一步探究测定稳定性与温度适应性，将15～25 ℃情况下的测定值进行分析，结果见表1。
表1 试液温度对酒精度快速测定仪的测定影响(X±sd)
Table 1 The influence of temperature on the determination of digital balance density meter
在15～25 ℃的温度范围内，酒精度快速测定仪在对低酒精度(12% vol)和高酒精度(40% vol)的标准参比样品测定值的最大绝对差值分别为0.03% vol和0.08% vol，RSD值分别为0.10% vol和0.08% vol，结果优于GB 5009.225—2016对酒精度测定精度的要求。经t检验分析，在95%的置信区间下，酒精度快速测定仪对酒精度标准参比溶液测定值与参考值无差异(P>0.05)。结果表明，酒精度快速测定仪可以在试液温度为15～25 ℃的条件下对其酒精度进行准确测定。与常规方法相比，降低了测定过程对温度的依赖性。充分体现了酒精度快速测定仪测定酒精度的准确性与温度优越性。
2.2 蒸馏馏出液重量优化
前期对于酒精度快速蒸馏仪的研究结果表明，当试液酒精度为6%～10% vol时，馏出液质量为80 g时为蒸馏终点，而当试液酒精度为12%～20% vol时，蒸馏终点为85 g，因此设定葡萄酒和黄酒的蒸馏终点为85 g。且酒精度快速蒸馏仪的蒸馏残留量为0.04% vol，与常规蒸馏方法一致，满足蒸馏要求[9]。本次试验主要围绕啤酒酒精度和白酒酒精度的模拟样品进行蒸馏测定，分析不同酒精度模拟液的蒸馏终点，结果见图2。
图2 不同馏出液重量对样品酒精度测定的影响
Fig.2 Effect of different distillate weight on alcohol strength of sample
当模拟液酒精体积分数为0.25%和2.5%时，馏出液质量为70 g时已达到蒸馏终点；而4%的模拟液的蒸馏终点为75 g。鉴于啤酒实际样品的酒精度范围，设定啤酒样品的蒸馏馏出液质量为75 g。当样品的酒精度逐步提高时，蒸馏时间需相应延长，蒸馏终点同步延后。30% vol、40% vol、50% vol、60% vol的模拟液的蒸馏终点为90 g。因此，白酒蒸馏时设定馏出液质量为90 g。
2.3 测定准确性验证
通过密度瓶法和酒精度快速测定仪分别测定12%、15%、40%、60% vol酒精度标准参比溶液，单个样品平行测定3次，分析二者测定差异，结果见表2。
表2 密度瓶法与酒精度快速测定仪法酒精度测定差异分析(X±sd)
Table 2 Analysis of difference between density bottle method and digital balance density meter
酒精度快速测定仪和密度瓶法对于同一标准参考溶液的测定均值的绝对差值范围为0.05%～0.1% vol，且二者的测定值与参考值一致(绝对差值在0.1% vol之内)。经t检验分析，在95%的置信区间下，三者无明显差异(P>0.05)，且酒精度快速测定仪的测定SD值为0.02% vol，小于密度瓶法。密度瓶法测定大约需要1.5 h，而酒精度快速测定仪可在20 s内完成测定，在保证准确性的同时极大程度的提高了测定时效性。
2.4 饮料酒样品测定
分别选取蒸馏酒(白酒)、和发酵酒(葡萄酒、黄酒和啤酒)验证酒精度快速测定仪对酒精度测定的准确性与适用性，因配制酒均以蒸馏酒或发酵酒为酒基配制而成，本文未涉及配制酒样品。将酒样依照蒸馏方法蒸馏后，蒸馏液分别采用密度瓶法和酒精度快速测定仪法测定，分析验证酒精度快速测定仪对于实际饮料酒样品酒精度测定的准确性和适用性。
2.4.1 蒸馏酒
以我国特有的白酒作为蒸馏酒代表，选取酒精度标示值分别60%、42%和32% vol(高、中、低)3个不同酒精浓度的白酒样品进行测定，分析测定准确性，结果见表3。
表3 密度瓶法与酒精度快速测定仪法对白酒的酒精度测定分析(X±sd)
Table 3 Variation analysis of alcoholic strength between two methods of Baijiu
对于白酒酒精度的测定，酒精度快速测定仪的测定值与密度瓶法的测定值一致(绝对差值在0.1% vol之内)，经t检验分析，二者无差异(P>0.05)。表明酒精度快速测定仪可以实现对白酒酒精度的精确测定。
2.4.2 发酵酒
2.4.2.1 葡萄酒、黄酒
葡萄酒和黄酒在酒精度和其他理化指标方面相类似，其酒精度含量在7%～18% vol之间。本文分别选取3个不同酒精度的葡萄酒和黄酒样品，蒸馏后，分别采用2种方法对其酒精度进行测定，分析测定准确性，结果如表4所示。
表4 密度瓶法与酒精度快速测定仪法对葡萄酒和黄酒的酒精度测定分析(X±sd)
Table 4 Variation analysis of alcoholic strength between two methods of wine and Huangjiu
对于不同酒精度的葡萄酒和黄酒样品，酒精度快速测定仪和密度瓶法测定值一致，同一样品的测定均值的绝对差值小于0.1% vol，同样酒精度快速测定仪法的重复性优于密度瓶法。经t检验分析，在95%的置信区间下，二者测定值之间无差异(P>0.05)，表明酒精度快速测定仪的测定精度满足对葡萄酒和黄酒酒精度的精确测定。
2.4.2.2 啤酒
啤酒样品的酒精度较低，种类包括常规啤酒、低醇啤酒、无醇啤酒等，由于其低酒精度的特点，对啤酒的酒精度测定方法的精确度要求较高，在GB 2009.225—2016中，要求对于啤酒酒精度的测定值的绝对差值小于0.1% vol，但繁琐的测定方法会造成较大的测定误差。为了验证酒精度快速测定仪对于啤酒中酒精度测定的准确性，本次试验选取4个不同酒精度的啤酒样品，分别采用规定的方法处理与蒸馏，之后分别采用密度瓶法和酒精度快速测定仪法同步测定蒸馏液中的酒精度，分析测定的准确性，结果见表5。
表5 密度瓶法与酒精度快速测定仪法对啤酒的酒精度测定分析(X±sd)
Table 5 Variation analysis of alcoholic strength between two methods of beer
对于不同酒精度的啤酒样品，酒精度快速测定仪和密度瓶法的测定值保持一致，无差异(P>0.05)，均值的绝对差值小于0.05% vol。酒精度快速测定仪的测定稳定性(SD值为0.01% vol)优于密度瓶法(SD值为0.03% vol)。因此，酒精度快速测定仪对于啤酒样品酒精度的测定精度满足测定要求。
以上对所有饮料酒的测定结果显示，对同一样品的测定值，酒精度快速测定仪高于密度瓶法0.05%～0.1% vol。究其原因，酒精度快速测定仪对酒精度的测定不涉及复杂的前处理过程，避免了前处理过程的损失，提高了测定准确性。
2.5 方法不确定度
测量不确定度是评价方法测定准确性的依据，常用来确定测定结果的可行程度[10-11]。本快速测定方法的不确定度主要来源于容量瓶体积、重复测定等方面，根据《测量不确定度评定与表示》(中华人民共和国国家计量技术规范JJF1059.1—2012)[12]对利用酒精度快速测定仪测定白酒、葡萄酒、黄酒、啤酒酒精度的方法不确定度进行分析，结果见表6。
表6 饮料酒酒精度快速测定方法不确定度分析
Table 6 Analysis on uncertainty of rapid determination method for beverage alcohol strength
对于不同酒精度的样品，方法的测定不确定度存在一定差异，其中扩展不确定度范围为0.01%～0.13% vol。李小娜[13]和蒋益中[14]就密度瓶法测定葡萄酒酒精度的不确定度进行评定的结果显示，密度瓶法的扩展不确定度为0.03% vol(样品酒精度为13.12% vol)和0.05% vol(样品酒精度为12.55% vol)。对比表明酒精度快速测定仪与密度瓶法对葡萄酒酒精度测定的不确定度相一致。
3 结论
酒精度快速测定仪可实现饮料酒酒精度的快速测定，该方法操作简单，可在20 s内完成测定，测定速度约为密度瓶法的250倍，且测定原理与密度瓶法相同；该方法只需将试液直接加入测量杯即可，避免了复杂步骤引入的测量误差，提高了方法精密度与重复性。该方法对环境的依赖性小，可在待测液温度为15～25 ℃的情况下对其酒精度进行准确测定，测定范围为0.13%～99.8% vol。方法准确性良好，测定结果和方法不确定度与GB 5009.225—2016中第一法密度瓶法相一致，且测定重复性和精密度均优于密度瓶法，酒精度快速测定仪可有效的提高检测的时效性，提高工作效率，降低人员成本，可广泛应用于饮料酒企业生产指导、品控检测以及相关检测机构的日常检验。
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