1. 2M ục tiêu đề tài
2.4 Một số phương pháp xác định hàm lượng ethanol và các tạp chất
độc hại trong rượu chưng cất
2.4.1 Xác định hàm lượng ethanol (Xác định độ cồn) 2.4.1.1 Phương pháp đo tỷ trọng
Xác định theo TCVN 378−86 [37]:
Rửa sạch bình tỷ trọng, tráng 3 lần bằng nước cất, tráng 2 lần bằng ethanol 96% hay 2 lần bằng diethyl ether hoặc acetone. Làm khô ngoài không khí hoặc sấy nhẹở 50ºC trong 30 phút. Sau đó cân để biết khối lượng bình.
Từ từcho nước cất đã đun sôi để nguội vào bình tỷ trọng. Ngâm bình vào chậu nước có nhiệt độ 19−19,5ºC trong 30 phút. Cẩn thận cắm nhiệt kế vào bình tỷ trọng sao cho không có bọt khí bên trong. Đưa nhiệt độ nước trong chậu lên 20ºC, giữ sao cho nhiệt độ trong bình tỷ trọng luôn luôn ở 20ºC trong 15 phút (nếu có máy điều nhiệt càng tốt). Lấy giấy lọc thấm khô hết phần
17
96% cho hết nước bám ngoài bình. Dùng bông hoặc khăn sạch lau khô bình.
Để bình ở nhiệt độ phòng cân trong 30 phút. Đem cân trên cân phân tích để
biết khối lượng nước cất và bình.
Dùng bình tỷ trọng trên, đổ nước cất ra, làm khô bình hoặc tráng rửa nhiều lần bằng chính rượu mẫu. Cho rượu vào bình và làm các thao tác như đối với nước. Sau khi cân biết khối lượng rượu và bình.
Tỷ trọng tương đối của rượu (d) được tính theo công thức:
d = m1–m
m2–m (2.1)
trong đó:
m khối lượng bình tỷ trọng, g;
m1 khối lượng bình và rượu mẫu, g;
m2 khối lượng bình và nước, g;
Biết được tỷ trọng tương đối (d), tra bảng sẽtìm được hàm lượng ethanol tính theo phần trăm thể tích ở 20ºC.
Xác định theo AOAC 982.10 [38]:
Dụng cụ đo xác định tỷ trọng ở 20ºC bằng cách đo sựthay đổi tần số dao
động ống chữ U được đổ đầy phần mẫu thử so với tần số dao động khi được
đổđầy 2 chất chuẩn. Tỷ trọng được chuyển đổi về phần trăm độ cồn tính theo thể tích ở 15,56ºC.
Chuẩn hóa máy đo tỷ trọng:
Tráng ống chữ U bằng hơi acetone và làm khô hẳn bằng luồng không khí. Bật công tắc trên máy đo tỷ trọng theo trật tự sau đây: bật nguồn, hiển thị T, tốc độ lấy mẫu là 2 hoặc 3. Đọc và ghi lại giá trịT với ống chữ U sạch, khô, ở
nhiệt độ 20±0,01ºC.
Bật đèn và mở tấm chắn để quan sát ống chữU. Làm đầy ống chữ U bằng
nước cất hai lần vừa mới đun sôi (hoặc nước đã xửlý ion) (nước chuẩn) bằng cách nhúng ống chất dẻo được nối với đầu vào (phần dưới) của ống chữ U vào
nước chuẩn và kéo từ từ piston trên syringe có kim tiêm số 15, được nối bằng
ống nhựa với đầu ra (phần phía trên) của ống chữ U. Quan sát ống chữ U để đảm bảo rằng ống đã chứa đầy nước và không có bọt khí. Để đầu cuối ống đã đổ đầy chìm trong nước chuẩn và syringe vẫn được nối trong khi lấy số đọc. Tắt nguồn sáng và đóng tấm chắn. Giá trị T của nước trên hiển thị số sẽ tiếp tục thay đổi cho đến khi nhiệt độ của phần mẫu thử cân bằng với nhiệt độ không đổi của bểổn nhiệt (khoảng 2 đến 3 phút). Ghi lại giá trịT của nước.
18
Tính các hằng số A và B của thiết bịnhư sau:
A = [T 2 (H2O) −T 2 (không khí)] B = T 2 (không khí)
(2.2) (2.3) Nhập các giá trị hằng số A và B tính được vào bộ nhớ của thiết bị. Điều chỉnh công tắc hiển thị vềρ (tỷ trọng) và kiểm tra sốđọc về tỷ trọng của nước.
Sau đó tháo nước trong ống chữ U, làm khô và kiểm tra tỷ trọng của không khí. Các số hiển thị tỷ trọng biểu kiến đối với nước phải là 1,00000 và tỷ trọng biểu kiến đối với không khí là 0,00000. Nếu các giá trị hiển thị lớn hơn
0,00001 so với các giá trị tỷ trọng đúng thì kiểm tra lại nhiệt độ của bể ổn nhiệt, giá trịT của không khí và của nước.
Tiến hành đo trên một mẫu thử:
Bật đèn và mở tấm chắn để quan sát ống chữU. Làm đầy từ từống chữ U bằng phần mẫu thử theo cách đã dùng đối với nước chuẩn, không để lẫn bọt khí. Tắt nguồn sáng và đóng tấm chắn. Sốđọc tỷ trọng của phần mẫu thử trên hiển thị số sẽ tiếp tục thay đổi cho đến khi nhiệt độ của phần mẫu thử cân bằng với nhiệt độkhông đổi của bểổn nhiệt (khoảng 2 đến 3 phút). Ghi lại tỷ trọng của phần mẫu thử và rút phần mẫu thử khác vào ống chữ U. Các số đọc lặp lại chỉđược chênh lệch ±0,00001 đơn vị. Để chuyển đổi tỷ trọng ở 20ºC về phần
trăm độ cồn ở 15,56ºC (Phụ lục C).
Tiến hành đo trên nhiều phần mẫu thử:
Bật đèn và mở tấm chắn để quan sát ống chữ U. Nhấc đầu vào của ống nối bằng chất dẻo ra khỏi bề mặt dưới của phần mẫu thử trước đó và kéo từ từ
piston của syringe để làm rỗng ống nối và ống chữ U. Tháo syringe ra khỏi
ống nối và loại bỏlượng chứa trong syringe. Tháo rời syringe, nhúng ngập đầu
ống nối vào phần mẫu thử mới và rút từ từ khoảng 8 mL đến 10 mL phần mẫu thử qua ống chữ U vào syringe để loại bọt khí và tráng rửa hệ thống bằng phần mẫu thử mới. Tắt nguồn sáng, đóng tấm chắn và ghi lại số đọc lần thứ nhất của phần mẫu thử mới sau khi cân bằng nhiệt độ.
Sau mỗi dãy 10 phần mẫu thử, hoặc khi thấy các hiển thị sốkhông đều thì tráng ống chữ U bằng acetone và làm khô bằng không khí. Đểống chữ U rỗng
ổn định ở 20±0,01ºC trên bểổn nhiệt.
2.4.1.2 Phương pháp sử dụng cồn kế
Xác định theo TCVN 8008:2009 [39]:
Giữrượu ở20ºC trong 30 phút, rót rượu vào ống đong khô, sạch, rót cẩn thận theo thành ống đong để tránh tạo bọt khí quá nhiều. Thả từ từ cồn kế vào
19
ống đong sao cho cồn kế không chìm quá sâu so với mức đọc. Để cồn kế ổn
định. Đọc độ rượu trên cồn kế không để tạo bọt khí bám vào cồn kế làm sai lệch kết quả.
Trường hợp rượu không ở 20ºC thì phải đọc nhiệt độ của rượu và độrượu
cùng lúc. Sau đó tra bảng hiệu chỉnh đểcó độrượu ở 20ºC (Phụ lục B).
2.4.2 Xác định hàm lượng acid (tính theo acetic acid)
Dùng dung dịch sodium hydroxide đã biết nồng độ, trung hoà lượng acid có trong rượu thử với chỉ thị phenolphthalein hoặc bromothymol blue [37, 40].
CH3COOH + NaOH ¾¾® CH3COONa + H2O
Xác định theo TCVN 378−86 [37]:
Dùng pipet lấy chính xác 50 mL (đối với rượu có hàm lượng acid cao) hoặc 100 mL (đối với rượu có hàm lượng acid thấp) cho vào bình tam giác, thêm 3 giọt chỉ thị phenolphthalein, dùng dung dịch NaOH 0,05 N chuẩn đến màu phớt hồng bền trong 30 giây.
Hàm lượng acid (XA) tính bằng số mg CH3COOH có trong 1 L ethanol 100º theo công thức: XA = V ×CN×60 V × 1000 × 100 c (2.4) trong đó:
V thể tích dung dịch NaOH 0,05 N đã tiêu tốn, mL;
V0 thểtích rượu mẫu đem phân tích, mL;
CN nồng độđương lượng của dung dịch NaOH; 60 khối lượng mol của acetic acid, g/mol; 1000 hệ số chuyển ra L;
c độ cồn của rượu mẫu.
Xác định theo TCVN 1051:2009 [40]:
Lấy 100 mL mẫu cho vào bình cầu dung tích 500 mL, thêm 100 mL nước và lắp ống sinh hàn hồi lưu vào bình cầu. Đun sôi dung dịch trong bình cầu 5
phút, sau đó làm nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng (lúc làm nguội để tránh tác dụng của CO2, lắp vào phần trên của ống sinh hàn bộ phận bảo vệ dựng xút
thay đổi định kỳ). Tháo ống sinh hàn, thêm 10 giọt chỉ thị bromothymol blue và chuẩn bằng NaOH 0,05 N cho đến khi đổi màu.
20
Xác định theo AOAC 945.08 [41]:
Lấy 25 mL rượu mẫu cho vào bình tam giác có chứa sẵn 250 mL nước đã đun sôi hoặc nước đã đuổi khí, thêm khoảng 2 mL chỉ thị phenolphthalein và chuẩn độ bằng NaOH 0,1 N.
Hàm lượng acid được tính toán tương tựnhư TCVN 378−86.
2.4.3 Xác định hàm lượng ester (tính theo ethyl acetate)
Sau khi trung hòa lượng acid có trong rượu, thêm chính xác một lượng sodium hydroxide dư để xà phòng hóa ester và chuẩn lại lượng sodium hydroxide dư [37, 40].
CH3COOC2H5 + NaOH ¾¾® CH3COONa + C2H5OH
Xác định theo TCVN 378−86 [37]:
Lấy chính xác 50 mL rượu hoặc ít hơn (với rượu có hàm lượng ester cao) hay 100 mL (với rượu có hàm lượng ester thấp) cho vào bình tam giác, thêm 3 giọt chỉ thị phenolphthalein, lắc đều. Dùng dung dịch NaOH 0,05 N trung hòa
lượng acid có trong mẫu đến màu phớt hồng bền trong 30 giây. Thêm chính xác 10 mL dung dịch NaOH 0,1 N, lắc đều. Lắp ống sinh hàn, đặt lên bếp cách thủy đang sôi và tiếp tục đun sôi trong 1 giờ. Sau đó lấy ra làm lạnh ngay (vẫn giữ nguyên ống sinh hàn). Tráng rửa ống sinh hàn 2 lần, mỗi lần bằng 10 mL
nước cất. Sau khi bình đã nguội, tháo ống sinh hàn, thêm chính xác 10 mL dung dịch H2SO4 0,1 N, lắc đều. Chuẩn lượng acid dư bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,05 N đến màu phớt hồng bền trong 30 giây.
Làm ngay mẫu trắng bằng cách cho tiếp chính xác 10 mL dung dịch NaOH 0,1 N và 10 mL dung dịch H2SO4 0,1 N, lắc đều. Chuẩn lượng acid dư
bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,05 N đến màu phớt hồng bền trong 30 giây.
Hàm lượng ester (XE) tính bằng số mg CH3COOC2H5 có trong 1 L ethanol 100º theo công thức:
XE = 8,8×(V2–V1)
2×V ×1000×100c (2.5)
trong đó:
V thểtích rượu mẫu đem phân tích, mL;
V1 thể tích dung dịch NaOH 0,05 N tiêu tốn chuẩn mẫu trắng, mL;
V2 thể tích dung dịch NaOH 0,05 N tiêu tốn chuẩn mẫu thử, mL; 8,8 lượng ethyl acetate ứng với 1 mL dung dịch NaOH 0,1 N, mg; 1000 hệ số chuyển ra L;
21
Xác định theo TCVN 1051:2009 [40]:
Thêm 10 mL dung dịch NaOH 0,1 N vào dung dịch sau khi đã trung hòa
acid trong bình tam giác, lắp vào hệ thống sinh hàn và đun hồi lưu trên bếp cách thủy khoảng 1 giờ. Sau đó, lấy bình tam giác ra làm nguội đến nhiệt độ
phòng (lúc làm nguội để tránh tác dụng của CO2, lắp vào phần trên của ống sinh hàn bộ phận bảo vệ đựng xút thay đổi định kỳ), tháo ống sinh hàn, thêm 10 mL H2SO4 0,1 N và chuẩn lượng dư acid bằng dung dịch NaOH 0,05 N đến
khi đổi màu.
Hàm lượng ester (XE) tính bằng số mg CH3COOC2H5 có trong 1 L ethanol 100º theo công thức:
XE = V1×8,8×10×100
c (2.6)
trong đó:
8,8 lượng ethyl acetate ứng với 1 mL dung dịch NaOH 0,1 N, mg; 10 hệ số chuyển ra L;
c độ cồn của rượu mẫu;
V1 thể tích dung dịch NaOH 0,1 N tiêu tốn khi xà phòng hoá 100 mL mẫu thử, mL. V1được tính theo công thức:
V1=൬10 +V22൰×K–10 (2.7) trong đó:
V2 thể tích dung dịch NaOH 0,05 N tiêu tốn chuẩn lượng acid dư, mL; 10 thể tích dung dịch NaOH và H2SO4, mL;
K hệ số hiệu chỉnh đưa dung dịch NaOH về 0,1 N;
Chấp nhận dung dịch H2SO4 0,1 N vừa chuẩn bị từ fixanal là dùng để thiết lập hệ số hiệu chỉnh, đưa dung dịch NaOH về 0,1 N như sau: thêm vào dung
dịch sau khi xác định ester 10 mL H2SO4 0,1 N và 10 mL NaOH 0,1 N. Dùng dung dịch NaOH 0,05 N chuẩn lượng acid dư và tính hệ số hiệu chỉnh K theo công thức: K = 10 10+V3 2 (2.8) trong đó:
V3 thể tích dung dịch NaOH 0,05 N tiêu tốn chuẩn lượng acid dư, mL; 10 thể tích dung dịch NaOH và H2SO4, mL;
22
Dung dịch NaOH lúc chuẩn bị phải có K trong khoảng 0,97−0,99;
Dung dịch NaOH 0,05 N được điều chế bằng cách bằng cách pha loãng dung dịch NaOH 0,1 N gấp đôi.
Khi xác định hàm lượng ester và thiết lập độ chuẩn, phải dùng cùng một pipet hoặc buret để lấy acid và cùng một pipet hoặc buret để lấy kiềm.
2.4.4 Xác định hàm lượng aldehyde (tính theo acetaldehyde) 2.4.4.1 Phương pháp chuẩn độ 2.4.4.1 Phương pháp chuẩn độ
Aldehyde trong rượu tác dụng với bisulfite, sau đó tác dụng với kiềm giải phóng sulfite. Chuẩn độlượng sulfite thoát ra bằng phương pháp chuẩn iodine sẽtính được lượng aldehyde có trong rượu thử [42, 43].
¾® ¾ ¾® ¾ ¾® ¾ Xác định theo TCVN 378−86 [37]:
Lấy một thểtích rượu sao cho có chứa ít nhất 1 mg aldehyde cho vào bình tam giác 500 mL, thêm 50 mL dung dịch đệm phosphate và 10 mL dung dịch NaHSO3, đểyên 20 phút. Thêm nước cất đến khoảng 270 mL. Thêm khoảng 10 mL dung dịch HCl để dung dịch trong bình có pH = 2 (thử bằng giấy chỉ
thị pH) oxy hóa lượng sulfite dư bằng dung dịch I2 0,1 N với chỉ thị hồ tinh bột đến màu phớt xanh, thêm từ từ dung dịch kiềm borate vào cho đến khi dung dịch trong bình có pH = 9,5. Đem chuẩn độlượng sulfite thoát ra bằng dung dịch I2 0,01 N cho đến màu phớt xanh. Làm một mẫu trắng với thể tích
23
Hàm lượng aldehyde (XL) tính bằng số mg CH3CHO có trong 1 L ethanol 100º theo công thức: XL = 22 ×ሺV2 – V1ሻ× CN V × 1000 × 100 c (2.9) trong đó:
V thểtích rượu đem phân tích, mL;
V1 thể tích dung dịch I2 0,01 N tiêu tốn chuẩn mẫu trắng, mL;
V2 thể tích dung dịch I2 0,01 N tiêu tốn chuẩn mẫu thử, mL;
CN nồng độđương lượng của dung dịch I2; 22 đương lượng gram của acetaldehyde; 1000 hệ số chuyển ra L;
c độ cồn của rượu mẫu.
Xác định theo AOAC 972.08 [44]:
Dùng pipet lấy 50 mL mẫu thử (có chứa hàm lượng acetaldehyde không lớn hơn 30 mg), với những mẫu có độ cồn ≤ 100º proof, hoặc lấy 25 mL mẫu thử và 25 mL H2O với những mẫu có độ cồn cao hơn cho vào bình tam giác 750 mL hoặc 1 L có chứa sẵn 300 mL nước đun sôi hoặc nước đã loại khí và 10 mL dung dịch K2S2O5. Đậy nắp bình, xoay bình để trộn và để yên 15 phút. Thêm 10 mL dung dịch phosphate–EDTA, pH của dung dịch phải nằm trong khoảng 7,0−7,2, nếu không phải chỉnh pH bằng cách thêm NaOH hoặc HCl vào dung dịch K2S2O5 và bắt đầu lại với mẫu mới. Đậy nắp bình, xoay bình để
trộn và để yên thêm 15 phút. Thêm 10 mL HCl (khi thực hiện một loạt các mẫu, cho acid vào bình thứ nhất và thực hiện hoàn tất phép xác định rồi mới cho acid vào bình thứhai và tương tự) và khoảng 10 mL hồ tinh bột 0,2% mới chuẩn bị. Xoay bình để trộn đều. Thêm lượng dung dịch I2 0,1 N vừa đủ phá hủy lượng bisulfite dư và đưa dung dịch đến màu xanh nhạt.
Thêm 10 mL dung dịch kiềm borate và chuẩn nhanh lượng bisulfite thoát ra bằng dung dịch chuẩn I2 0,05 N từ buret 10 mL (hoặc dung dịch I2 0,02 N từburet 25 mL) đến màu xanh nhạt như trên thì kết thúc phép chuẩn độ. Xoay nhẹ bình trong khi chuẩn và tránh sự tiếp xúc với ánh sáng. (pH của dung dịch kiềm borate phải nằm trong khoảng 8,8−9,5, nếu không phải chỉnh pH bằng cách thêm NaOH hoặc HCl.)
24
Hàm lượng aldehyde (XL) tính bằng số mg CH3CHO có trong 1 L ethanol 100º theo công thức: XL = 22 × C1×V1 V × 1000 × 100 c (2.10) trong đó:
V thểtích rượu đem phân tích, mL;
V1 thể tích dung dịch I2 0,02 N/I2 0,05 N tiêu tốn chuẩn mẫu thử, mL;
C1 nồng độđương lượng của dung dịch I2; 22 đương lượng gram của acetaldehyde; 1000 hệ số chuyển ra L;
c độ cồn của rượu mẫu.
2.4.4.2 Phương pháp so màu
Cho thuốc thử fuchsine–sulfite (thuốc thử Schiff) tác dụng với rượu thử và
rượu có hàm lượng aldehyde đúng tiêu chuẩn, màu của dung dịch rượu thử không được đậm hơn màu của dung dịch aldehyde tiêu chuẩn [42, 45].
Xác định theo TCVN 378−86 [37]:
Dùng pipet lấy 10 mL rượu mẫu cho vào một ống so màu đáy bằng. Lấy 10 mL aldehyde chuẩn cho vào một ống so màu khác. Đặt cả hai ống nghiệm vào chậu nước có nhiệt độ để cho nhiệt độ của rượu trong hai ống nghiệm đạt