中試規模壺式二次蒸餾對白酒中氨基甲酸乙酯和氰化物以及原酒品質影響

白酒是我國傳統蒸餾酒,隨著消費觀念的轉變,消費者與生產者對白酒生產過程中產生的有毒有害物,如氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)、真菌毒素、生物胺和塑化劑等日益關注[1-2]。EC是一種天然存在于發酵食品和酒精飲料中的2A類致癌物[1,3]。氰化物是蒸餾酒中EC的重要前體[4],本身也是一種劇毒化學物[5]。目前我國還沒有建立酒精飲料中EC控制標準,同國際上大多數國家蒸餾酒中EC限量標準(150 μg/L)相比,我國一些白酒中的EC含量高于限量標準[6]。

為減少酒精飲料中EC及其前體氰化物含量,國際上開發了很多方法,如加入吸氧劑、添加酶分解氰化物、蒸餾過程中使用銅催化劑、低溫和高回流比蒸餾等[3]。多項研究表明,二次蒸餾可以顯著降低蒸餾酒中EC含量[7-9]。在甘蔗朗姆酒中,二次蒸餾使EC的含量降低了97%[7]。

本研究團隊曾在實驗室規模下研究過不同二次蒸餾方式對白酒中安全性指標和品質的影響[10-11],發現壺式二次蒸餾能去除92.76%的EC,同時能去除原酒異嗅。本研究在其基礎上擴大壺式蒸餾規模,在酒廠中試生產規模下研究壺式二次蒸餾對白酒中的氰化物、EC、總酸、總酯、微量成分和感官品質的影響。這將為白酒生產過程中EC 消減以及白酒品質的提升提供重要指導。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

濃香型原酒由安徽金種子酒業股份有限公司提供,2021年生產,酒精度62.2%vol。

氨基甲酸乙酯(純度>99%)、氨基甲酸乙酯-d5(EC-d5,99%),上海安譜實驗科技股份有限公司；KCN標準溶液(1 000 mg/L),北京譜析科技有限公司；各標準品及內標物、巴比妥酸(99%),Sigma-Aldrich；異煙酸、NaOH、KH2PO4、氯胺T、NaCl、乙酸乙酯(HPLC級)、無水乙醇(HPLC級)、無水乙醚、酚酞、硫酸,國藥集團化學試劑有限公司。其余試劑均為分析純。

XLD-300 L夏朗德壺式蒸餾器(加熱面積0.6 m2；冷卻面積1.8 m2；冷卻水耗量0.15 T/h；蒸汽耗量15 kg/h；出酒量7～10 L/h),煙臺帝伯仕自釀機有限公司；7890 N GC-5975 MS氣相色譜-質譜聯用儀,美國Agilent公司；UV-2802紫外可見分光光度計,尤尼柯(上海)儀器有限公司；DK-S24電熱恒溫水浴鍋,上海森信實驗儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 中試規模壺式二次蒸餾方式

壺式二次蒸餾方式參照文獻[11],用水將白酒原酒稀釋到酒精度28%vol,取150 L稀釋后的低度白酒裝入300 L壺式蒸餾器中,打開電源加熱,用自來水冷凝。初始低度酒體積的1.5%作為酒頭,在酒頭之后直到冷凝器出口的餾分呈60%vol酒精度作為酒身,酒身之后直到冷凝器出口的餾分呈0%vol酒精度作為酒尾,蒸餾器中剩余液體為殘液。

1.2.2 異煙酸-巴比妥酸法測定白酒氰化物

采用異煙酸-巴比妥酸法測定氰化物含量,具體方法參照文獻[12]中的分光光度法。

1.2.3 液-液萃取結合GC-MS測定白酒EC

參照文獻[13],準確吸取2.0 mL酒精度60%vol酒樣于5 mL離心管中,加入25 μL 10 μg/mL的氨基甲酸乙酯內標(EC-d5),加入0.5 g NaCl,渦旋振蕩溶解后加入2.0 mL乙酸乙酯,振蕩提取5 min,靜置分層后,吸取上層清液經過濾后進行GC-MS分析。

標準曲線：以60%vol酒精水溶液配制一定濃度梯度的EC標準溶液,和酒樣進行相同的處理。以EC和EC-d5的峰面積比為橫坐標,質量濃度之比為縱坐標建立標準曲線。

GC條件：色譜柱為Agilent HP-INNOWAX石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度250 ℃；載氣為氦氣,純度≥99.99%；流速1 mL/min；進樣量1 μL；不分流進樣；升溫程序為50 ℃保持1 min,以8 ℃/min升至200 ℃。

MS條件：EI電離源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃；掃描范圍35～350 amu；溶劑延遲時間10 min。采用選擇離子監測(selected ion monitoring,SIM)模式。特征離子m/z 62、64分別用于EC和EC-d5定量。

1.2.4 總酸、總酯測定

白酒中總酸、總酯測定參照GB/T 10345—2007《白酒分析方法》。

1.2.5 液液微萃取結合GC-MS法測定白酒揮發性脂肪酸

酒樣的前處理具體步驟及標準曲線的制作參照文獻[10]。

GC條件：色譜柱為Agilent HP-INNOWAX石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度250 ℃；載氣為氦氣,純度≥99.99%；流速1 mL/min；進樣量1 μL；不分流進樣；升溫程序為50 ℃保持2 min,再以4 ℃/min升至230 ℃保持15 min。

MS條件：EI電離源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃；掃描范圍35～350 amu；溶劑延遲時間10 min。

1.2.6 氣相色譜-氫火焰離子化(gas chromatography-flame ionization detector,GC-FID)法測定白酒酯類物質

白酒中的酯類物質(己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯)測定參照GB/T 10345—2007《白酒分析方法》。

1.2.7 二次蒸餾前后酒樣品評分析

二次蒸餾前后酒樣由安徽金種子酒業股份有限公司6名具有多年品酒經驗的專業人員(年齡范圍在40～50歲)以密碼編號方式進行感官品評,并進行描述性分析。

2 結果與討論

2.1 中試規模壺式二次蒸餾效率

蒸餾后各餾分中酒精質量之和與所用原酒中酒精質量之比為蒸餾效率,中試規模壺式二次蒸餾的蒸餾效率達99.32%(表1),優于實驗室規模蒸餾效率99.21%[10]。

表1 中試規模壺式二次蒸餾效率

Table 1 The distillation efficiency of ethanol in pilot scale pot still second distillation

2.2 中試規模壺式二次蒸餾對白酒氰化物影響

氰化物去除率分為絕對去除率R1和相對去除率R2兩種,R1即蒸餾后的酒身中相對于原酒中氰化物含量的下降百分比,R2即蒸餾后的酒身中相對于蒸餾后所有餾分中總氰化物含量的下降百分比,計算公式參照文獻[11]。

濃香型原酒中氰化物濃度為369.06 μg/L,二次蒸餾后酒身中氰化物濃度下降至23.75 μg/L,R1為96.10%,R2為78.43%(表2)。蒸餾后原酒中氰化物濃度下降了81.92%,推測二次蒸餾過程中,部分氰化物轉化成EC以及在蒸餾過程中揮發損失。

表2 中試規模壺式二次蒸餾對白酒氰化物影響

Table 2 Influence of pilot scale pot still second distillation on cyanide in Baijiu

注：中試規模蒸餾所用原酒體積67.5 L；mc-蒸餾后酒頭、酒身、酒尾及殘液中氰化物(EC)質量之和；m0-原酒中氰化物(EC)質量(下同)

2.3 中試規模壺式二次蒸餾對白酒EC影響

EC去除率分為絕對去除率R′1和相對去除率R′2兩種,計算公式參照文獻[11]。

濃香型原酒中EC濃度為168.85 μg/L,二次蒸餾后酒身中EC濃度下降至8.08 μg/L,R′1為97.10%,R′2為98.47%(表3)。R′1和R′2均優于實驗室研究結果[11]。在二次蒸餾過程中EC增加了89.15%,推測在蒸餾過程中,氰化物會在高溫、鐵和/或銅的催化下轉化成EC[9,14],造成蒸餾后的餾分中總EC含量增加。二次蒸餾后酒身中EC含量較低,大部分EC集中在酒頭、酒尾和殘液中,其中殘液的EC含量最高。

表3 中試規模壺式二次蒸餾對白酒EC影響

Table 3 Influence of pilot scale pot still second distillation on EC in Baijiu

2.4 中試規模壺式二次蒸餾前后白酒總酸和總酯變化

原酒中總酸、總酯濃度分別為0.82、3.12 g/L,蒸餾后酒身中總酸和總酯濃度均降低,總酸濃度下降幅度較大,為93.90%,總酯濃度下降了19.87%(表4)。總酸、總酯下降的比例高于之前的研究[10],但趨勢基本一致。

表4 中試規模壺式二次蒸餾前后白酒總酸和總酯變化

Table 4 Changes of total acid and esters in Baijiu before and after pilot scale pot still second distillation

2.5 中試規模壺式二次蒸餾前后白酒揮發性脂肪酸變化

二次蒸餾后,酒身中大部分揮發性脂肪酸顯著降低(表5),下降范圍為29.86%～100%,這與總酸測定結果趨勢相吻合。其中丁酸、戊酸、庚酸、辛酸在二次蒸餾后的酒身中均未檢測到,乙酸、己酸在二次蒸餾后分別下降了84.03%和88.25%。

表5 中試規模壺式二次蒸餾前后白酒揮發性脂肪酸變化

Table 5 Changes of volatile fatty acids in Baijiu before and after pilot scale pot still second distillation

注：-表示未檢測到

2.6 中試規模壺式二次蒸餾前后白酒酯類物質變化

己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯是我國濃香型白酒中的主要香氣成分[15]。二次蒸餾后,酒身中乳酸乙酯含量顯著下降,下降了71.05%,而己酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯含量略有上升,分別上升了15.69%,7.14%和9.40%(表6)。該濃香型原酒中乳酸乙酯/己酸乙酯比值(乳己比)為2.98,蒸餾后的酒身中乳己比下降為0.75。乳酸乙酯含量過高會影響白酒品質,導致口感不爽、放香不足和后味澀雜等問題[16]。壺式二次蒸餾某種程度上起到了增己降乳、提高品質的效果。

表6 中試規模壺式二次蒸餾前后白酒酯類物質變化

Table 6 Changes of esters in Baijiu before and after pilot scale pot still second distillation

2.7 中試規模壺式二次蒸餾對白酒感官品質影響

二次蒸餾前酒樣香味較濃厚,酒體較豐滿,壺式二次蒸餾后的酒身其香味及酒體豐滿度略遜于未蒸餾前原酒,但顯示出低酸度和更宜人的味道和芳香,酒的口感更純凈,在一定程度上減少了該原酒具有的異雜味。

3 結論

本文研究了中試規模壺式二次蒸餾對白酒中氰化物、EC、總酸、總酯、微量成分和感官品質的影響。結果表明,中試規模壺式二次蒸餾的蒸餾效率可以達到99.32%；氰化物絕對去除率R1和相對去除率R2分別為96.10% 和78.43%；EC絕對去除率R′1和相對去除率R′2分別為97.10%和98.47%；蒸餾后酒身中氰化物和 EC 濃度分別下降至23.75 μg/L和8.08 μg/L；總酸和總酯濃度均下降,分別下降93.90%和19.87%；大部分揮發性脂肪酸含量顯著降低；乳酸乙酯含量顯著下降,下降了71.05%,而己酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸乙酯含量分別上升了15.69%,7.14%和9.40%；經感官品評結果表明,蒸餾后的酒身香氣和酒體豐滿度較蒸餾前原酒稍差,但顯示出低酸度和更宜人的味道和芳香,口感更純凈。中試規模的各項指標與實驗室結果類似,部分指標優于實驗室結果,將為酒廠大規模生產中應用二次蒸餾技術消減氰化物、EC,以及降低異雜味提供重要實踐指導作用。