李國(guó)輝，高紅波，呂志遠(yuǎn)，常迪，王道兵，鐘其頂*

1(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京，100015)2(全國(guó)食品發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)化中心，北京，100015) 3(濟(jì)南趵突泉釀酒有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南，250115)

酒精度是飲料酒重要的質(zhì)量指標(biāo)，測(cè)定飲料酒中酒精度的方法有：氣相色譜法[1-2]、液相色譜法[3]、比色法[4]、近紅外光譜法[5-6]、酒精計(jì)法、密度瓶法[7]、數(shù)字密度計(jì)法[8]、酒精度快速測(cè)定儀法[9]等。我國(guó)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度測(cè)定(GB 5009.225—2016)中規(guī)定第一法為密度瓶法，而密度瓶法需要精確控制溫度以及反復(fù)烘干、稱重，檢測(cè)步驟較為繁瑣，且對(duì)水浴鍋的控溫精度要求高。復(fù)雜的操作容易引入較大的誤差，影響測(cè)定精度與測(cè)定效率。因此，對(duì)于企業(yè)日常生產(chǎn)指導(dǎo)與日常檢驗(yàn)以及相關(guān)檢測(cè)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)而言，建立一種操作簡(jiǎn)單，時(shí)效性強(qiáng)且符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的飲料酒中酒精度的快速測(cè)定方法尤為重要。

本文在飲料酒酒精度測(cè)定中引入測(cè)定原理與國(guó)標(biāo)中密度瓶法相一致的酒精度快速測(cè)定儀，可在20 s之內(nèi)完成酒精度的測(cè)定。前期的研究[9]驗(yàn)證了酒精度快速蒸餾儀的蒸餾性能，分析了該方法對(duì)于黃酒和葡萄酒的測(cè)定準(zhǔn)確性與適用性。本研究將系統(tǒng)論證酒精度快速測(cè)定儀測(cè)定不同類型蒸餾酒和發(fā)酵酒酒精度的準(zhǔn)確性、精密度、適用性與不確定度。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

酒精度快速蒸餾儀(Super Dee)、酒精度快速測(cè)定儀(測(cè)定范圍為0.13%～99.98%酒精，Super Alcomat)、冷水循環(huán)水浴鍋(Chiller)，意大利Gebertini公司；附溫比重瓶(25 mL)，國(guó)營(yíng)安徽省鳳陽(yáng)縣玻璃廠。

1.1.2 試劑

酒精度標(biāo)準(zhǔn)參考溶液(12%、15%、40%、60%酒精溶液)、蒸餾緩沖液、消泡劑：意大利Gebertini公司；無(wú)水乙醇：分析純，國(guó)藥集團(tuán)；蒸餾水。

1.1.3 樣品

市售葡萄酒、黃酒、白酒、啤酒樣品。

1.2 方法

1.2.1 模擬酒樣配制

依照體積法使用容量瓶分別配制0.3%、2.5%、4%、30%、40%、50%、60% vol的乙醇溶液。將待測(cè)酒樣、模擬酒樣以及定容用蒸餾水放入20 ℃水浴鍋中30 min，保證液體溫度與水浴池溫度一致，待測(cè)。

1.2.2 樣品蒸餾

本試驗(yàn)所有飲料酒樣品，蒸餾前的樣品處理方法參照GB 5009.225—2006進(jìn)行，之后使用容量瓶量取100 mL酒樣，加入快速蒸餾儀的蒸餾瓶中，使用100 mL蒸餾水分3次潤(rùn)洗容量瓶，潤(rùn)洗液合并加入蒸餾瓶中。之后在蒸餾瓶中分別加入3～5滴消泡劑和2 mL蒸餾緩沖液。選擇酒精蒸餾模式，將取樣時(shí)所用的容量瓶懸掛于出液口，設(shè)置餾出液質(zhì)量，開(kāi)始蒸餾。約3～4 min后蒸餾完成，自動(dòng)停止。使用20 ℃蒸餾水將餾出液定容至刻度，待測(cè)[9]。

分別設(shè)置餾出液質(zhì)量為70、75、80、85、90、95 g，采用與啤酒和白酒酒精度相近的乙醇模擬樣品進(jìn)行快速蒸餾，分析確定不同酒精度樣品的最佳餾出液質(zhì)量。

1.2.3 樣品測(cè)定

1.2.3.1 密度瓶法

參照GB 5009.225—2016。

1.2.3.2 酒精度快速測(cè)定儀法

依照儀器操作程序，設(shè)備校正后，將待測(cè)蒸餾液直接加入至酒精度快速測(cè)定儀的測(cè)量杯中，待儀器穩(wěn)定后示數(shù)即為儀器自動(dòng)換算出的20 ℃下溶液的酒精度測(cè)定值(單位% vol)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)酒精度快速測(cè)定儀測(cè)定影響分析

選取酒精度為(12.01±0.04)%vol和(40.01±0.06)% vol的酒精度標(biāo)準(zhǔn)參比溶液，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室可能的實(shí)際溫度，分別在試液溫度為11、13、15、17、19、21、23、25、27、29 ℃的條件下，將試液直接加入至酒精度快速測(cè)定儀中對(duì)其酒精度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同試液溫度對(duì)酒精度測(cè)定的影響

Fig.1 The influence of different test temperature on the determination of alcohol strength注：圖中橫線和虛線分別表示酒精體積分?jǐn)?shù)為12.01%和40.01%溶液參考值的上下限值

測(cè)定結(jié)果顯示，在11～13 ℃和27～29 ℃下，對(duì)不同參比溶液酒精度的測(cè)定值均超過(guò)了給定的參考值范圍，表明試液溫度在11～13 ℃以及27～29 ℃時(shí)，測(cè)定存在一定誤差。并且溫度越低測(cè)定值越高，可能溫度影響待測(cè)液密度，在自動(dòng)換算為20 ℃時(shí)的酒精度時(shí)出現(xiàn)偏差。當(dāng)待測(cè)試液溫度在15～25 ℃時(shí)，測(cè)定值在參考值范圍之間。為進(jìn)一步探究測(cè)定穩(wěn)定性與溫度適應(yīng)性，將15～25 ℃情況下的測(cè)定值進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試液溫度對(duì)酒精度快速測(cè)定儀的測(cè)定影響(X±sd)

在15～25 ℃的溫度范圍內(nèi)，酒精度快速測(cè)定儀在對(duì)低酒精度(12% vol)和高酒精度(40% vol)的標(biāo)準(zhǔn)參比樣品測(cè)定值的最大絕對(duì)差值分別為0.03% vol和0.08% vol，RSD值分別為0.10% vol和0.08% vol，結(jié)果優(yōu)于GB 5009.225—2016對(duì)酒精度測(cè)定精度的要求。經(jīng)t檢驗(yàn)分析，在95%的置信區(qū)間下，酒精度快速測(cè)定儀對(duì)酒精度標(biāo)準(zhǔn)參比溶液測(cè)定值與參考值無(wú)差異(P>0.05)。結(jié)果表明，酒精度快速測(cè)定儀可以在試液溫度為15～25 ℃的條件下對(duì)其酒精度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。與常規(guī)方法相比，降低了測(cè)定過(guò)程對(duì)溫度的依賴性。充分體現(xiàn)了酒精度快速測(cè)定儀測(cè)定酒精度的準(zhǔn)確性與溫度優(yōu)越性。

2.2 蒸餾餾出液重量?jī)?yōu)化

前期對(duì)于酒精度快速蒸餾儀的研究結(jié)果表明，當(dāng)試液酒精度為6%～10% vol時(shí)，餾出液質(zhì)量為80 g時(shí)為蒸餾終點(diǎn)，而當(dāng)試液酒精度為12%～20% vol時(shí)，蒸餾終點(diǎn)為85 g，因此設(shè)定葡萄酒和黃酒的蒸餾終點(diǎn)為85 g。且酒精度快速蒸餾儀的蒸餾殘留量為0.04% vol，與常規(guī)蒸餾方法一致，滿足蒸餾要求[9]。本次試驗(yàn)主要圍繞啤酒酒精度和白酒酒精度的模擬樣品進(jìn)行蒸餾測(cè)定，分析不同酒精度模擬液的蒸餾終點(diǎn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同餾出液重量對(duì)樣品酒精度測(cè)定的影響

Fig.2 Effect of different distillate weight on alcohol strength of sample

當(dāng)模擬液酒精體積分?jǐn)?shù)為0.25%和2.5%時(shí)，餾出液質(zhì)量為70 g時(shí)已達(dá)到蒸餾終點(diǎn)；而4%的模擬液的蒸餾終點(diǎn)為75 g。鑒于啤酒實(shí)際樣品的酒精度范圍，設(shè)定啤酒樣品的蒸餾餾出液質(zhì)量為75 g。當(dāng)樣品的酒精度逐步提高時(shí)，蒸餾時(shí)間需相應(yīng)延長(zhǎng)，蒸餾終點(diǎn)同步延后。30% vol、40% vol、50% vol、60% vol的模擬液的蒸餾終點(diǎn)為90 g。因此，白酒蒸餾時(shí)設(shè)定餾出液質(zhì)量為90 g。

2.3 測(cè)定準(zhǔn)確性驗(yàn)證

通過(guò)密度瓶法和酒精度快速測(cè)定儀分別測(cè)定12%、15%、40%、60% vol酒精度標(biāo)準(zhǔn)參比溶液，單個(gè)樣品平行測(cè)定3次，分析二者測(cè)定差異，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 密度瓶法與酒精度快速測(cè)定儀法酒精度測(cè)定差異分析(X±sd)

酒精度快速測(cè)定儀和密度瓶法對(duì)于同一標(biāo)準(zhǔn)參考溶液的測(cè)定均值的絕對(duì)差值范圍為0.05%～0.1% vol，且二者的測(cè)定值與參考值一致(絕對(duì)差值在0.1% vol之內(nèi))。經(jīng)t檢驗(yàn)分析，在95%的置信區(qū)間下，三者無(wú)明顯差異(P>0.05)，且酒精度快速測(cè)定儀的測(cè)定SD值為0.02% vol，小于密度瓶法。密度瓶法測(cè)定大約需要1.5 h，而酒精度快速測(cè)定儀可在20 s內(nèi)完成測(cè)定，在保證準(zhǔn)確性的同時(shí)極大程度的提高了測(cè)定時(shí)效性。

2.4 飲料酒樣品測(cè)定

分別選取蒸餾酒(白酒)、和發(fā)酵酒(葡萄酒、黃酒和啤酒)驗(yàn)證酒精度快速測(cè)定儀對(duì)酒精度測(cè)定的準(zhǔn)確性與適用性，因配制酒均以蒸餾酒或發(fā)酵酒為酒基配制而成，本文未涉及配制酒樣品。將酒樣依照蒸餾方法蒸餾后，蒸餾液分別采用密度瓶法和酒精度快速測(cè)定儀法測(cè)定，分析驗(yàn)證酒精度快速測(cè)定儀對(duì)于實(shí)際飲料酒樣品酒精度測(cè)定的準(zhǔn)確性和適用性。

2.4.1 蒸餾酒

以我國(guó)特有的白酒作為蒸餾酒代表，選取酒精度標(biāo)示值分別60%、42%和32% vol(高、中、低)3個(gè)不同酒精濃度的白酒樣品進(jìn)行測(cè)定，分析測(cè)定準(zhǔn)確性，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 密度瓶法與酒精度快速測(cè)定儀法對(duì)白酒的酒精度測(cè)定分析(X±sd)

對(duì)于白酒酒精度的測(cè)定，酒精度快速測(cè)定儀的測(cè)定值與密度瓶法的測(cè)定值一致(絕對(duì)差值在0.1% vol之內(nèi))，經(jīng)t檢驗(yàn)分析，二者無(wú)差異(P>0.05)。表明酒精度快速測(cè)定儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)白酒酒精度的精確測(cè)定。

2.4.2 發(fā)酵酒

2.4.2.1 葡萄酒、黃酒

葡萄酒和黃酒在酒精度和其他理化指標(biāo)方面相類似，其酒精度含量在7%～18% vol之間。本文分別選取3個(gè)不同酒精度的葡萄酒和黃酒樣品，蒸餾后，分別采用2種方法對(duì)其酒精度進(jìn)行測(cè)定，分析測(cè)定準(zhǔn)確性，結(jié)果如表4所示。

表4 密度瓶法與酒精度快速測(cè)定儀法對(duì)葡萄酒和黃酒的酒精度測(cè)定分析(X±sd)

對(duì)于不同酒精度的葡萄酒和黃酒樣品，酒精度快速測(cè)定儀和密度瓶法測(cè)定值一致，同一樣品的測(cè)定均值的絕對(duì)差值小于0.1% vol，同樣酒精度快速測(cè)定儀法的重復(fù)性優(yōu)于密度瓶法。經(jīng)t檢驗(yàn)分析，在95%的置信區(qū)間下，二者測(cè)定值之間無(wú)差異(P>0.05)，表明酒精度快速測(cè)定儀的測(cè)定精度滿足對(duì)葡萄酒和黃酒酒精度的精確測(cè)定。

2.4.2.2 啤酒

啤酒樣品的酒精度較低，種類包括常規(guī)啤酒、低醇啤酒、無(wú)醇啤酒等，由于其低酒精度的特點(diǎn)，對(duì)啤酒的酒精度測(cè)定方法的精確度要求較高，在GB 2009.225—2016中，要求對(duì)于啤酒酒精度的測(cè)定值的絕對(duì)差值小于0.1% vol，但繁瑣的測(cè)定方法會(huì)造成較大的測(cè)定誤差。為了驗(yàn)證酒精度快速測(cè)定儀對(duì)于啤酒中酒精度測(cè)定的準(zhǔn)確性，本次試驗(yàn)選取4個(gè)不同酒精度的啤酒樣品，分別采用規(guī)定的方法處理與蒸餾，之后分別采用密度瓶法和酒精度快速測(cè)定儀法同步測(cè)定蒸餾液中的酒精度，分析測(cè)定的準(zhǔn)確性，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 密度瓶法與酒精度快速測(cè)定儀法對(duì)啤酒的酒精度測(cè)定分析(X±sd)

對(duì)于不同酒精度的啤酒樣品，酒精度快速測(cè)定儀和密度瓶法的測(cè)定值保持一致，無(wú)差異(P>0.05)，均值的絕對(duì)差值小于0.05% vol。酒精度快速測(cè)定儀的測(cè)定穩(wěn)定性(SD值為0.01% vol)優(yōu)于密度瓶法(SD值為0.03% vol)。因此，酒精度快速測(cè)定儀對(duì)于啤酒樣品酒精度的測(cè)定精度滿足測(cè)定要求。

以上對(duì)所有飲料酒的測(cè)定結(jié)果顯示，對(duì)同一樣品的測(cè)定值，酒精度快速測(cè)定儀高于密度瓶法0.05%～0.1% vol。究其原因，酒精度快速測(cè)定儀對(duì)酒精度的測(cè)定不涉及復(fù)雜的前處理過(guò)程，避免了前處理過(guò)程的損失，提高了測(cè)定準(zhǔn)確性。

2.5 方法不確定度

測(cè)量不確定度是評(píng)價(jià)方法測(cè)定準(zhǔn)確性的依據(jù)，常用來(lái)確定測(cè)定結(jié)果的可行程度[10-11]。本快速測(cè)定方法的不確定度主要來(lái)源于容量瓶體積、重復(fù)測(cè)定等方面，根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》(中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059.1—2012)[12]對(duì)利用酒精度快速測(cè)定儀測(cè)定白酒、葡萄酒、黃酒、啤酒酒精度的方法不確定度進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 飲料酒酒精度快速測(cè)定方法不確定度分析

對(duì)于不同酒精度的樣品，方法的測(cè)定不確定度存在一定差異，其中擴(kuò)展不確定度范圍為0.01%～0.13% vol。李小娜[13]和蔣益中[14]就密度瓶法測(cè)定葡萄酒酒精度的不確定度進(jìn)行評(píng)定的結(jié)果顯示，密度瓶法的擴(kuò)展不確定度為0.03% vol(樣品酒精度為13.12% vol)和0.05% vol(樣品酒精度為12.55% vol)。對(duì)比表明酒精度快速測(cè)定儀與密度瓶法對(duì)葡萄酒酒精度測(cè)定的不確定度相一致。

3 結(jié)論

酒精度快速測(cè)定儀可實(shí)現(xiàn)飲料酒酒精度的快速測(cè)定，該方法操作簡(jiǎn)單，可在20 s內(nèi)完成測(cè)定，測(cè)定速度約為密度瓶法的250倍，且測(cè)定原理與密度瓶法相同；該方法只需將試液直接加入測(cè)量杯即可，避免了復(fù)雜步驟引入的測(cè)量誤差，提高了方法精密度與重復(fù)性。該方法對(duì)環(huán)境的依賴性小，可在待測(cè)液溫度為15～25 ℃的情況下對(duì)其酒精度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，測(cè)定范圍為0.13%～99.8% vol。方法準(zhǔn)確性良好，測(cè)定結(jié)果和方法不確定度與GB 5009.225—2016中第一法密度瓶法相一致，且測(cè)定重復(fù)性和精密度均優(yōu)于密度瓶法，酒精度快速測(cè)定儀可有效的提高檢測(cè)的時(shí)效性，提高工作效率，降低人員成本，可廣泛應(yīng)用于飲料酒企業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)、品控檢測(cè)以及相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的日常檢驗(yàn)。