啤酒中二氧化硫的检测方法 段明明_二氧化硫检测方法

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晋中学院

本科毕业论文（设计）

题目啤酒中二氧化硫的检测方法 院系化学化工学院 专业应用化学 姓名段明明

学号

0809122107

学习年限2008 年 9月至2012年 6月 指导教师郭彦青副教授 申请学位理学学士

2012年 5月7日

啤酒中二氧化硫的检测方法

学生姓名:段明明指导教师:郭彦青

摘要:目前啤酒中二氧化硫的检测方法多种多样,如:甲醛—碘量法、通氮蒸馏—滴定亚硫酸测定法、盐酸副玫瑰苯胺比色法、化学分析仪流动注射分析法及流通计时电位分析法等，本文对目前市场上常规使用的几种啤酒中二氧化硫检测方法进行了分析比较，对检测方法的选用有一定的借鉴作用。

关键词：二氧化硫、啤酒、食品检测

Testing method of sulfur dioxide in beer

Author’s Name: Duan Mingming Tutor: Guo Yanqing

ABSTRACT: At present in the testing method of sulfur dioxide beer is varied, such as formaldehyde-by

iodine

volume

method,the

nitrogen distillation-titration method, hydrochloric acid determination sulfite vice rose aniline colorimetric method, chemical analyzer flow injection analysis method and circulation time potential analysis, this paper discues the present market of the routine use of so2 detection method several beer are analyzed and compared, and the detection method for the selection of a certain reference.KEYWORDS：Sulfur dioxide； Beer；

Food testing；

Test methods

目录 啤酒中的二氧化硫………………………………………………1

1.1 二氧化硫的来源及其影响……………………………………1 1.2 二氧化硫的存在形式…………………………………………1 1.3 二氧化硫的作用………………………………………………2 1.3.1 抗氧化作用……………………………………………2 1.3.2 风味稳定剂……………………………………………2 1.3.3 杀菌作用………………………………………………2 1.4 二氧化硫过多的危害…………………………………………2 2 检测啤酒中二氧化硫含量的方法………………………………2

2.1 直接碘量法……………………………………………………2 2.2 甲醛—碘量法…………………………………………………3 2.3 盐酸副玫瑰苯胺法……………………………………………3 2.4 盐酸副玫瑰苯胺比色法………………………………………4 2.5 通氮蒸馏一滴定亚硫酸测定法………………………………5 2.6 分光光度法……………………………………………………6 2.7 化学分析仪流动注射分析法…………………………………6 2.8 流通计时电位分析法…………………………………………6 3 啤酒中二氧化硫含量测定方法展望……………………………7 参考文献………………………………………………………………8 致谢……………………………………………………………………10

引言

随着我国啤酒行业的迅速发展，在满足了数量上的需求外，人们对啤酒质量的要求正在不断提高，因此，如何提高啤酒风味的稳定性，延长啤酒的货架寿命已成为质量控制中急需解决的重要问题。啤酒风味的变化主要是由于来自麦芽与麦汁的一些羰基化合物发酵时未得到充分还原而形成的，为此许多厂家为了保持风味稳定性，除在生产过程中尽量防止氧的摄入外，还采取在灌装前添加抗氧化剂的方法，SO2即属于此类添加剂，它既是还原剂又是杀菌剂，由于它是属于GRAS级的食品添加剂，安全而有效，在国外早已应用于啤酒行业[1]。啤酒中的二氧化硫

1.1 二氧化硫的来源及其影响

啤酒中的二氧化硫主要来自于两个方面；一方面是啤酒酿造的原辅材料中，如啤酒花、辅料和麦芽等。另一方面是啤酒在发酵过程中酵母的代谢产生的二氧化硫。据相关资料显示，原料中94%的二氧化硫在麦汁煮沸中挥发掉，因而啤酒中的二氧化硫主要来自于酵母代谢。可以认为，10～15mg/L的二氧化硫是酵母产生的。大量不确定的因素可以影响二氧化硫的含量，包括麦汁成分、发酵工艺条件、酵母菌株与生理状况。麦汁中脂类含量与溶解氧量直接影响二氧化硫含量。麦汁中脂类含量增加，成品啤酒中二氧化硫含量急剧降低。而采用纯氧充氧的麦汁发酵过程中产生的二氧化硫含量明显降低。发酵工艺条件也影响着二氧化硫的含量，例如大量的文献报道了发酵压力与发酵温度直接影响成品啤酒中二氧化硫含量。王德良[2]等人研究发现麦汁的添加方式对发酵产生的二氧化硫含量也有着重要的影响。采用生理活性较弱的酵母进行接种发酵而产生的二氧化硫普遍低于正常发酵的情况。

1.2二氧化硫的存在形式

二氧化硫在不同的酸度环境下以游离二氧化硫和结合二氧化硫两种形式存在。当pH在1.77～7.20之间时，游离二氧化硫主要以亚硫酸氢根的形式存在。而啤酒溶液的典型pH在3.5～4.5左右。所以啤酒中的游离二氧化硫主要以亚硫酸氢根的形式存在。二氧化硫还能与啤酒中的醛、糖、色素等物质发生可逆反应。这些发生反应的二氧化硫称为结合二氧化硫。游离二氧化硫和结合二氧化硫在啤酒中是同时并存的。总二氧化硫即为游离二氧化硫和结合二氧化硫的总和。啤酒中作的二氧化硫浓度一般为1～30mg/L。

1.3 二氧化硫的作用

1.3.1 抗氧化作用

作为抗氧化剂主要是由于二氧化硫能够结合氧而产生无毒害影响的硫酸根离子，从而消耗了啤酒中大部分的溶解氧，降低了啤酒氧化速率，减慢氧化性浑浊和老化风味的形成速度[3~4]。1.3.2 风味稳定剂

作为风味稳定剂主要是由于二氧化硫能够与含醛类化合物与酮类化合物等羰基化合物结合产生非挥发性的亚硫酸盐加成物[5~6]，从而掩盖了不饱和醛类的劣味, 有利于改善啤酒的风味。一般当二氧化硫的浓度大于2mg/L 时，就可以掩盖大部分劣醛的味道[7]。

1.3.3 杀菌作用

游离的二氧化硫能够有明显的抑制细菌增长的作用[8]，一般认为游离二氧化硫对细菌的抑制能力顺序为：革兰氏阴性菌＞革兰氏阳性菌＞霉菌＞酵母。当啤酒中的游离二氧化硫消耗殆尽时，结合态的二氧化硫与啤酒中的醛类、酮类的反应将逆向进行，生成游离态二氧化硫，抑制细菌增长。同时Kanedaetal等表明亚硫酸盐能抑制自由基的反应[9]。

1.4 二氧化硫过多的危害

然而SO2不是添加得越多越好，成品中残留的SO2过多，不仅会使啤酒产生不良风味，而且SO2对亚硫酸盐敏感的人来说还会产生一系列过敏反应[6]。为此一些国家对食品中残留的作了一定的限量，如英国允许的最高使用量是70 mg/ kg[1]，美国FDA 则将10mg/ kg(以总SO2计)设定为界限值[10]，超过此数值时必须在标签上加以标注。国家有关标准规定发酵酒的二氧化硫残留量应≤0.01 g/kg。

2检测啤酒中二氧化硫含量的方法

目前我国检测啤酒中二氧化硫含量的方法多种多样，主要采用碘量法、碱滴定法、比色法及蒸馏法等，以及一些新型检测技术[11~12]。

2.1直接碘量法

方法原理：啤酒中的SO2包括游离的和结合的，加入NaOH破坏其结合状态并使之固定[13]，再用碘标准溶液进行滴定。

方法步骤：吸取氢氧化钠溶液于碘量瓶中，再将样品以吸管尖插入氢氧化钠溶液的方式加入到碘量瓶中，摇匀，盖塞。静置一段时间后，再加入少量冰块、淀粉指示剂、硫酸溶液，摇匀，用碘标准溶液迅速滴定至蓝色，30s内不变即为终点记下消耗碘标准溶液的体积。以水代替样品做空白试验，操作同上。

误差分析：由于样品中含有其他还原性物质，使测定值偏高。

优点：无需蒸馏，只需滴定操作，检测仪器简单，检测时间短、检测步骤方便、检测效率高，适用于大批量检测。

缺点:啤酒颜色影响滴定终点颜色的判定，肉眼分辨有影响。以水代替样品做空白试验没有考虑啤酒本底的影响。

2.2甲醛—碘量法

直接碘量法对啤酒中二氧化硫含量的测定, 过程受其它还原性物质的干扰, 造成测定结果的准确度差，为了克服这个方面的缺点，李忠军和汪德荣[14]两位教授在2001年对直接碘量法进行了改进，并探讨了不同环境下的最佳分析条件。本法探讨了用甲醛作掩蔽剂碘量法测定啤酒中残留的二氧化硫，最佳分析条件为: pH 为3～4，甲醛用量为SO2含量的2～4倍，掩蔽时间为4min,温度25～33℃，该法的检出限为2×10-5 g/kg，可满足啤酒中二氧化硫的测定。

方法原理：二氧化硫在水溶液中主要以HSO3-及SO32-形式存在，我们在体系中加入掩蔽剂甲醛后，由于甲醛的氧化作用，体系中没有

存在，只有其它的还原性物质或离子消耗碘标准溶液[9]。而碘量法不加掩蔽剂，直接用碘标准溶液滴定，溶液中HSO3-及其它还原性物质和离子均消耗碘溶液，由两次滴定之差就扣除了干扰离子的影响，从而测得实际二氧化硫的含量。

方法步骤：将啤酒及缓冲溶液置于碘量瓶中，加淀粉溶液，用碘标准溶液滴定至溶液呈淡蓝色30秒不变色为止，记录体积V1；按同样分析步骤，加入适量掩蔽剂，测干扰空白体积V2，V1-V2即为体系中HSO3-所消耗的碘标准溶液体积，据此可计算出样品中的二氧化硫。

误差分析：与直接碘量法一样，此法亦受酸碱性影响，碱性过大，由于碱与I2反应生成IO-，进而自身歧化成IO3-和I-，多消耗碘液，使测定结果偏高；且在强碱性溶液中甲醛与二氧化硫的掩蔽产物分解，掩蔽失效亦引起结果偏高。

优点：无需蒸馏，只需滴定操作，检测仪器简单，检测时间短、检测步骤方便、检测效率高，适用于大批量检测。消除了啤酒本底的影响。

缺点：啤酒颜色影响滴定终点颜色的判定，肉眼分辨有影响，控制条件太多。

2.3盐酸副玫瑰苯胺法

方法原理：啤酒中游离的SO2被四氯化汞钠吸收液吸收，生成稳定的络合物，再与甲醛和碱性品红作用，经分子重排生成紫红色的络合物[13]，这个紫红色的深浅和SO2的浓度成正比，从而根据测定颜色来确定啤酒中SO2含量。

方法步骤：首先配制二氧化硫标准系列溶液，以正己醇为消泡剂，向冷的未脱气啤酒中加入6种不同浓度的二氧化硫标准使用液(通过二氧化硫储备液加入汞稳定剂经稀释后配制)，再分别加入盐酸副玫瑰苯胺溶液，旋转混合后再加入甲醛溶液定容混匀。保温一段时间后取出，以未加标样的显色液作参比，于550nm测定吸光值，制作校准曲线的回归方程。以样品空白作参比，同法测定样品的吸光度，二氧化硫含量通过校准曲线线性回归方程计算求得。

误差分析：测定样品时，以标准的零管作参比液，未考虑啤酒样品本底的影响，因此会导致测定结果偏高。

优点: 操作简单，灵敏度高，再现性好，为我国标准GB／T5009．34规定的方法。缺点：操作过程使用了有毒的四氯汞钠溶液，易对环境造成汞污染；检测时间较长；形成的络合物易与试样中干扰物质反应，进而影响实验结果；样品自身颜色也会对测定结果造成干扰。该法测得的是游离SO2与部分结合SO2的总和[15]。

2.4盐酸副玫瑰苯胺比色法

盐酸副玫瑰苯胺法测得的是啤酒中游离SO2与部分结合SO2的总和，用该法测定样品时, 以标准的零管作参比液, 未考虑啤酒样品本底的影响, 因此会导致测定结果偏高。为了克服这几方面的缺点，张晓磊和蔡心尧[9]两位教授对该法进行了改进，在样品处理时加入氢氧化钠溶液后已将结合的SO2释放出来以游离态存在, 所以测定的结果是总SO2。并且以啤酒作本底绘制工作曲线,样品的测定中又通过空白的制备而消除了啤酒本底的影响, 因此测定结果更准确。

方法原理：啤酒中的SO2包括游离的和结合的，加入NaOH破坏其结合状态并使之固定，加入H2SO4又使SO2游离，游离的SO2被四氯化汞钠吸收液吸收，生成稳定的络合物，再与甲醛和碱性品红作用，经分子重排生成紫红色的络合物[13]，这个紫红色的深浅和SO2的浓度成正比，从而根据测定颜色来确定啤酒中SO2含量，与标准系列比色定量[16]。反应方程式如下：

〈1〉SO2+ 2 NaOH→Na2SO3 + H2O（固定SO2）

〈2〉Na2SO3+ H2SO4→Na2SO4 + SO2 + H2O（SO2游离）〈3〉（HgCl4）2-+ SO2+ H2O→（HgCl2SO3）2-+ 2Cl-+ 2H+ 〈4〉（HgCl2SO3）2-+ HCHO + 2 H+→HgCl2 + CH3OSO3H 〈5〉

H2N-H2N-CL-

+

--= NH2 Cl+3HCLCLH3N

CL

N+H3CL-

N+H3CL-

N+H3CL-CLH3+N

+3CH3OSO3H  HO3SCH2-HN=

=

-NH-CH2-SO3H +-CL

-NH-CH2-SO3H

方法步骤：步骤同盐酸副玫瑰苯胺法，只是在样品和空白的制备上进行了改进。样品的制备：吸取汞稳定剂及H2SO4溶液于容量瓶中。用加有正己醇的量筒量取冷的未脱气啤酒至容量瓶中，旋转混合，加入NaOH溶液，旋转混合并保持15s，再加入H2SO4溶液，加水至刻度，混匀。

空白的制备：用加有正己醇的量筒量取冷的未脱气的啤酒至容量瓶中，加入淀粉指示剂，然后用滴管滴加碘溶液，至蓝色不褪，再加入少许碘溶液，使碘稍过量，加水至刻度，充分混匀。

优点：操作较简捷，且具有较好的回收率与重复性，可满足产品质量控制分析的要求[16]，适合从事啤酒生产与质检的单位使用。

缺点：操作过程使用了有毒的四氯汞钠溶液，易对环境造成汞污染；检测时间较长；形成的络合物易与试样中干扰物质反应，进而影响实验结果；样品自身颜色也会对测定结果造成干扰。

2.5通氮蒸馏一滴定亚硫酸测定法

方法原理：在酸性条件下通过蒸馏，用过氧化氢(H202)收集二氧化硫(SO2)，形成亚硫酸根后，再用碱进行滴定[17]。

方法步骤：将过氧化氢溶液置于收集瓶中，加入混合指示剂(溶液呈紫色)，再加入氢氧化钠溶液，待溶液呈橄榄绿色后，将收集瓶安装在蒸馏装置上。烧瓶中加入预先冷却的啤酒、乙醇、消泡用硅油和磷酸，之后，快速安装在蒸馏装置上，边通气边火焰加热一段时间。取下收集瓶并将瓶口以去离子水洗涤，而后用氧氧化钠溶液滴定至溶液呈橄榄绿色，计算亚硫酸含量。

优点：由于采用了双重冷凝管，被蒸馏出的水、乙醇、有机酸的量相对减少，所以对测定值不会带来影响。另外占用空间小，分析时间短，操作简便。同时避免了兰金法采用减压操作容易出现倒流的弊端，改为通气法[18]。

缺点：亚硫酸是不稳定的化合物，自样品取样至定量，其过程易产生误差；定量操作过程中，也容易出现亚硫酸的分解现象；要求快速取样给操作带来相当难度。

2.6分光光度法

方法原理：啤酒中的亚硫酸盐与汞稳定剂反应，生成稳定的络合物，再与甲醛和盐酸副玫瑰苯胺作用生成紫红色络合物，与标准系列比较定量[19]。

方法步骤：移取汞稳定液和硫酸溶液于容量瓶中，加入未除气的啤酒样（取样时加消泡剂），摇匀，加入氢氧化钠溶液，摇匀，静15s,再加入硫酸溶液，定容，同时做空白实验。吸取一定量定容液至另一容量瓶中，加入显色剂和甲醛溶液，定容。25℃水浴中保温一段时间，在550nm处以空白样作比对，测定其吸光度值，标准曲线法定量。

优点：操作简捷，灵敏度高，且具有较好的回收率与重复性。

缺点：操作过程使用了有毒的四氯汞钠溶液，易对环境造成汞污染；检测时间较长。

2.7 化学分析仪流动注射分析法

方法原理：样品酸化后从游离亚硫酸盐和不稳定的结合亚硫酸盐中释放SO2气体，样品加热到90℃时，全部亚硫酸盐从乙醛一亚硫酸盐络合物中释放SO2，SO2气体通过聚四氟乙烯膜，与甲醛和副蔷薇苯胺盐酸盐反应，生成副蔷薇苯胺盐酸盐一甲基磺酸，再与标准曲线比色定量[20]。

方法步骤：分别配制盐酸、硫酸、甲醛溶液、清洗剂、显色剂，试剂随泵在不同接口处导人反应体系。取梯度标准使用液，置于测量杯中用以确定标准曲线；以二氧化硫含量较低的除气啤酒作为基体以扣除背景干扰；取待测样品经充分除气过滤，收集滤液于测量杯中，进行样品中二氧化硫含量的测定。

优点：该方法结合了空气分离式连续流动分析(CFI)的低分散和流动注射分析(FIA)的高速度双重优点，测定结果准确性高，重复性好，与其余二氧化硫检测方法相比有无法比拟的优越性[21]。检测过程自动化，只需人工进行样品处理和试剂配制，大大提高了检测效率。以二氧化硫含量低的除气啤酒作为基体可以有效扣除背景干扰，可谓其独特优势。

缺点：相对造价成本较高。

2.8流通计时电位分析法

方法原理：溶解的二氧化硫或亚硫酸氢盐的电化学检测基础是将金电极调整到一个合适的电位，才能于金电极上对二氧化硫进行吸附收集。下一步骤，是将沉积的二氧化硫进行化学氧化。在计时电位模式下, 这个氧化过程是在恒定电流下进行的，再通过监控电极的电位以绘制计时电位的响应曲线。快速读取的位势值通过一个通道计算器进行实时处理，这样可以得到一个峰值型号以取代波形的模式。峰值区域和样品中的二氧化硫含量成正比[22]。

方法步骤：在碱化的样品溶液中将游离态和结合态的亚硫酸盐转化成亚硫酸盐阴离子。在酸化的溶液中，通过一个半渗透膜将释放出的二氧化硫及时分离出来，再通过一个电解液输送到测量池中，最后通过溶出计时电位法进行测量。

电化学检测在一个装备353c型三相电极的电化学分析电脑上进行。数据处理和分析软件使用的是Windows版本的vcrsinn2.2。工作和辅助电极分别是E-T/AX金电极丝和铂电极丝。内置标准电极是在饱和KCl中的银一银氯化物电极。

误差分析：二氧化硫的沉积可能会受到许多因素的阻碍，会使得检测结果偏低。优点：操作简单、检测时间短、重现性好、灵敏度高，对环境友好。

缺点：二氧化硫的沉积可能会受到许多因素的阻碍，尤其是高氯离子含量的存在；相对造价成本比较高。啤酒中二氧化硫含量测定方法展望

目前我国二氧化硫含量测定主要采用碘量法、碱滴定法和比色法，新的检测方法如荧光法、化学发光法、电化学和酶法也有应用，还有一些新的分离检测技术，如流动注射、离子色谱、气体扩散膜分离、毛细管电泳和各类传感器的发展也十分迅速[11]。这些新型检测方法具有操作简单、检测时间短、重现性好、灵敏度高等优点，但是相对造价成本都较高。所有的检测方法都有他们的优缺点，合理选择检测方法必须根据自己的目的、考虑环境因素和经济状况。对于一些大型企业和检测机构来说，他们对检测结果要求比较高，要求非常精确，并且有很强的经济后盾，一些新型的方法比较适合他们。虽然检测方法越来越简单，但是所有的检测方法都或长或短得做一整套的实验才能得出测定结果，希望未来能够发明一种像温度计一样的检测仪器，不需要做实验，只需通过简单的测量就能得出结果。

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致谢

岁月如梭，如歌。转眼间，四年的大学求学生活即将结束，站在毕业的门槛上，回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定。晋中学院以其优良的学习风气、严谨的科研氛围教我求学，以其博大包容的情怀胸襟、浪漫充实的校园生活育我成人。值此毕业论文完成之际，我谨向所有关心、爱护、帮助我的人们表示最诚挚的感谢与最美好的祝愿。

我在这里首先要感谢的是我的毕业论文指导老师——郭彦青老师。本论文从开题、资料查找、修改到最后定稿，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血，如果没有他的心血，尚不知以何等糟糕的面目出现。我很自豪有这样一位老师，您值得我感激和尊敬。在此我向我的导师郭彦青教授表示深切的谢意与祝福！

感谢和我共度四年美好大学生活的2008级应化本一班的全体同学。感谢化学化工学院的所有授课老师，你们使我终身受益。感谢所有关心、鼓励、支持我的家人、亲戚和朋友。