离子色谱法测定啤酒麦汁中的阴离子、阳离子和有机酸

1、离子色谱法测定啤酒/麦汁中的阴、阳离子和有机酸郑明杰(福建雪津啤酒有限公司，福建莆，351111)摘 要：啤酒中阴阳离子、有机酸的种类、含量与构成对啤酒的风味和口感有很大的影响，因此它们的含量是啤酒的重要的质量指标。本文采用瑞士万通的Metrohm-861型离子仪对福建雪津啤酒有限公司啤酒/麦汁样品进行了分析测定，采用Metrosep C2 100 型阳离子分析柱，4mM酒石酸+0.75mM吡啶二羧酸+2%丙酮淋洗液，分离测定钠、钾、氨、钙、镁等阳离子；Metrosep A Supp 5 250 型阴离子分析柱和3.2mmol/L碳酸氢钠+ 1mmol/L碳酸钠+2%丙酮淋洗液分离测定7种常规

2、阴离子和甲酸、乙酸、草酸等阴离子和有机酸； Metrosep Organic acid有机酸分析柱和0.3mM H2SO4+15%丙酮淋洗液分离测定a-酮戊二酸、丙酮酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、富马酸、琥珀酸、甲酸、乙酸等有机酸。方法操作简单，灵敏度高，结果令人满意。关键词：离子色谱；阴离子；阳离子；有机酸；啤酒1 前言啤酒中的有机酸主要来源于原料、添加剂与发酵过程。有机酸是麦汁和啤酒酸度的主要来源。有机酸本身具有风味，除影响啤酒的pH值外，还影响啤酒的风味和口感，因此有机酸1的含量是重要的质量指标。啤酒中的大部分阴、阳离子是酿造用水中带来的，也将影响到23成品酒的风味特征。啤酒及其酿造

3、水中有机酸的测定一般采用液相色谱法，无机阴、阳4离子的测定一般采用化学滴定法和分光光度法。离子色谱仪在分析溶液中的阴阳离子方面5具有很强的优势，与传统的分析方法相比，IC方法的突出优点是同时分析多组分，因此成为食品和饮料中阴阳离子、有机酸、胺和糖类分析的较好方法，但未见用于啤酒中主要有机酸和常见阴阳离子的同时检测的报道。同时可以采用自动进样器，降低了工作量、省时省力、并使测定的稳定性大大提高。本文采用瑞士万通的Metrohm-861型离子仪对福建雪津啤酒有限公司啤酒/麦汁样品进行了分析测定，方法操作简单，灵敏度高，结果令人满意。 2 实验部分2.1 仪器及试剂Metrohm-861 型连续双抑

4、制型离子色谱仪（瑞士万通）配有电导检测器、低脉冲串联式双活塞往复泵、六通进样阀、双通道蠕动泵、813型自动进样器、IC Net 2.3色谱工作站等。所用仪器及各型号分离柱均为 Metrohm（瑞士万通）产品。所用试剂均为优级纯，溶液均用电阻率大于18M超纯水配制。过滤膜为 Autoscience 0.22m 水系膜。2.2 色谱条件阳离子、阴离子和有机酸的色谱条件见表1。阳离子分析采用Metrosep C2 100 型阳离子分析柱，Metrosep C2 Guard 保护柱，4mM酒石酸+0.75mM吡啶二羧酸+2%丙酮淋洗液，进样体积20L，流速1.0mL/min，分离测定离子包括钠、钾、氨

5、、钙、镁等。阴离子采用Metrosep A Supp 5 250 型阴离子分析柱，Metrosep A Supp 4/5 Guard 保护柱，3.2mmol/L碳酸氢钠+ 1mmol/L碳酸钠+2%丙酮淋洗液，100mM 硫酸抑制器再生液，进样体积 20L，流速0.6mL/min，分离测定离子包括7种常规阴离子和甲酸、乙酸、草酸等。有机酸：Metrosep Organic acid 有机酸分析柱，M etrosep RP Guard 保护柱，0.3mM H2SO4+15%丙酮淋洗液，10mM LiCl抑制液，进样体积20L，流速0.3mL/min，分离测定的有机酸包括a-酮戊二酸、丙酮酸、柠檬

6、酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、富马酸、琥珀酸等。 3 分析结果3.1 样品制备为避免保护柱，分离柱和抑制柱堵塞，啤酒样品需稀释10倍以上(阴离子以超纯水稀释，阳离子以2mM硝酸稀释，有机酸样品以淋洗液稀释)真空抽滤，麦汁样品需稀释50倍以上(阴离子以超纯水稀释，阳离子以2mM硝酸稀释，有机酸样品以淋洗液稀释)以0.45m过滤头过滤，稀释后样品经过C18过滤柱处理后经0.22m过滤头过滤后由813自动进样器进样，所有淋洗液(除含10%以上丙酮之淋洗液)需经0.22m水相过滤膜真空抽滤，含10%以上丙酮之淋洗液需用0.22m有机相过滤膜真空抽滤。3.2 标准曲线的绘制分别配制1ppm、5ppm、10p

7、pm、20ppm的5种阳离子的混合标准溶液（2mmol/L硝酸溶液配制）；1ppm、5ppm、10ppm的7种标准阴离子和甲酸、乙酸、草酸混合标准溶液(超纯水稀释)； 5ppm、10ppm、50ppm的有机酸标准溶液(淋洗液配制)。以质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标分别绘制各阴阳离子和有机酸的标准曲线。表1 色谱分析条件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 样品测定定性分析：用自动进样器注入20L待测样品，记录色谱图。根据保留时间确定离子或+2+2+有机酸的种类，阳离子出峰顺序为：Na、NH4、K、Ca、Mg；7种标准阴离子和甲酸、乙-2-2-酸、草酸的出峰顺序为：F、乙酸、甲酸、Cl、NO2、Br、NO3、HPO4、SO

10、4、草酸；有机酸的出峰顺序为：a-酮戊二酸、丙酮酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、苹果酸、富马酸、琥珀酸、甲酸、乙酸。定量分析：测量各离子或有机酸对应的峰面积，用外标法定量。根据样品的峰面积，通过标准曲线得出各种离子或有机酸的浓度。 3.4 分离柱及分离方法的选择分离柱的长度决定理论塔板数(即柱效)，也决定柱子的交换容量。当试样中被测离子的6浓度远小于其他离子的浓度时，应选用长离子柱容量，啤酒/麦汁中成分复杂阴离子可能较其它共存离子处于低浓度水平，而且阴离子、阳离子、有机酸采用特定的分析柱，分离效果更佳。分离柱的选择见表1。由于样品中乙酸受氟离子的影响太大，虽然在定性分析上采用阴离子分离柱没有问题，但

11、在定量分析上干扰太大，故改用有机酸分离柱来分析。 3.5 淋洗液浓度的选择由于啤酒/麦汁中有机酸含量较高，成分复杂，所以淋洗液中都加入一定量的丙酮，同时通过改变淋洗液条件及流速获得最佳分离效果，并且有机酸分析样品采用淋洗液稀释样品及标样使对前面弱保留的有机酸干扰减小。实验发现阳离子、阴离子和有机酸的最佳淋洗液配置和流速见表1， 3.6 样品的色谱图在最优化的色谱条件下, 实际啤酒/麦汁样品多种共存离子和有机酸能得到较好的分离结果。试样的色谱图分别见图1-3。可见，在最佳的淋洗液配置和流速条件下，阳离子、阴离子和有机酸的分离效果都非常好，灵敏度高，色谱图峰型非常漂亮。图2 啤酒/麦汁样品有机酸色

12、谱图 图3 啤酒/麦汁样品阴离子色谱Fig.2 The chromatogram of organic acid in the sample Fig.3 The chromatogram of anions in thesample3.7 方法的精密度将处理好的啤酒/麦汁样品重复进样5次，计算标准偏差（SD）与相对标准偏差（RSD），结果见表3-5。阳离子的相对标准偏差为在0.9%2.9%之间；阴离子的相对标准偏差为在0.2%4.5之间；各有机酸的相对标准偏差为在0.5%6.2%之间，可见本方法的精确度很好。表3 阳离子标准偏差及相对标准偏差 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 阳离子标准偏差及相对标准偏差 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 有机酸标准偏差及相对标准偏差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 回收率试验在有机酸的样品中添

15、加不同梯度标准，进行回收率试验。由表6可知，本法的回收率在85.7%106.7之间，可以满足啤酒/麦汁样品的分析。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 结论离子色谱法为食品、饮料行业的阴、阳离子和有机酸的分析提供了一种简捷、快速的方法。采用Metrohm-861型离子色谱分析啤酒中的阴、阳离子及有机酸方法操作简单，灵敏度高，运行成本低，结果令人满意。对于10种有机酸的分析，甲酸、乙酸、草酸采用离子交换方法在阴离子柱上分离，其他有机酸离子采用离子排斥柱分离。由于样品中乙酸受氟离子的影响太大，虽然在定性分析上没有问题，但在定量分析上干扰太大，故改用有机酸柱来分析。通过改变淋洗液条件及流速获得最佳分离效果，并用此淋洗液稀释样品及标样使对前面弱保留的有机酸干扰减小，达到良好线性及回收率。参考文献：1 董霞，李崎，顾国贤. 啤酒有机酸类物质研究进展J. 酿酒，2003(