紹興黃酒的陳釀特性與指紋圖譜檢測(cè)方法及裝置研究.pdf

1、黃酒是我國(guó)最古老的獨(dú)有酒種，集營(yíng)養(yǎng)和保健為一體，被譽(yù)為“國(guó)粹”。然而目前針對(duì)黃酒的基礎(chǔ)研究較為薄弱，對(duì)黃酒陳釀過程中風(fēng)味成分的陳釀機(jī)理缺乏全面系統(tǒng)的研究；且檢測(cè)水平落后，對(duì)黃酒產(chǎn)品的質(zhì)量控制僅局限在幾項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)，如酒精度、總糖、總酸，對(duì)與黃酒風(fēng)味形成密切相關(guān)的微量功能性組分了解甚少，與消費(fèi)者對(duì)黃酒品質(zhì)越來越高的要求極不相稱，阻礙了黃酒產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展與壯大。本研究是對(duì)本課題組前期研究(基于近紅外光譜的紹興黃酒風(fēng)味成分與酒齡的檢測(cè)分析)的

2、進(jìn)一步深入和拓展，目的是建立黃酒不同陳釀階段以及酒齡的指紋圖譜快速檢測(cè)方法，為黃酒產(chǎn)品質(zhì)量控制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供新手段、新裝備。
　　 本文以紹興黃酒為研究對(duì)象，綜合利用儀器分析、可見/近紅外、近紅外和中紅外光譜技術(shù)，對(duì)紹興黃酒的陳釀特性及其酒齡和品質(zhì)的指紋圖譜檢測(cè)方法和裝置開展了研究，獲取了基于黃酒中多類化學(xué)組分以及近紅外光譜的黃酒酒齡特征指紋圖譜；建立并對(duì)比了黃酒多種風(fēng)味成分的近紅外、中紅外光譜定量分析模型；分析了溫度對(duì)黃酒品質(zhì)

3、可見/近紅外光譜檢測(cè)精度的影響，確定了最佳檢測(cè)溫度水平，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了基于溫度控制的黃酒品質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，本文的主要研究結(jié)果和結(jié)論如下：
　　 (1)對(duì)2007年冬釀紹興黃酒在陳釀3至45個(gè)月時(shí)間范圍內(nèi)，各種特征風(fēng)味成分的含量變化進(jìn)行了動(dòng)態(tài)追蹤檢測(cè)。結(jié)果表明，在黃酒陳釀過程中：①6項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)中，酒精度和總糖含量呈下降趨勢(shì)，非糖固形物和總酸含量則穩(wěn)步上升，氨基酸態(tài)氮和pH的變化趨勢(shì)不明顯。除pH外，其余指標(biāo)的含量隨陳釀過程存在顯

4、著差異；②乳酸與總酸一致，含量不斷增加，并存在顯著性差異；③5個(gè)糖類指標(biāo)中，葡萄糖含量變化趨勢(shì)不明顯，未檢測(cè)出顯著性差異。麥芽糖、異麥芽糖、潘糖和異麥芽三糖則存在顯著性差異，但無(wú)明顯變化趨勢(shì)；④黃酒中的9種主要金屬離子元素(Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn)的含量在陳釀過程中均存在一定波動(dòng)，無(wú)明顯增加或降低趨勢(shì)。除Ca與Cu外，其它7種元素均存在顯著性差異；⑤16種游離氨基酸指標(biāo)中，天門冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、異亮氨酸

5、、亮氨酸、酪氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸及總氨基酸含量在陳釀過程中均有降低趨勢(shì)，其余7種氨基酸(蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸)含量總體保持穩(wěn)定。除天門冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸外，其余氨基酸的含量均存在顯著差異；⑥11種揮發(fā)性成分指標(biāo)(異丁醇、異戊醇、2，3-丁二醇、β-苯乙醇、丙三醇、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、壬醛、苯甲醛、癸酸乙酯)中，異丁醇、異戊醇、壬醛、苯甲醛含量在陳釀中有所

6、降低，丙三醇含量出現(xiàn)上升，其余指標(biāo)含量均出現(xiàn)一定波動(dòng)，無(wú)顯著變化規(guī)律。
　　 結(jié)果表明，黃酒中的大部分常規(guī)指標(biāo)、乳酸、金屬離子、氨基酸等化學(xué)組分，在陳釀過程中均參與了復(fù)雜的物理化學(xué)變化，使得其含量經(jīng)歷了顯著的變化。但黃酒中主要糖類指標(biāo)，葡萄糖的含量未檢測(cè)出顯著性差異，可推斷糖類指標(biāo)在陳釀過程中變化不大。由于所用檢測(cè)方法的限制，11種揮發(fā)性成分中大部分指標(biāo)未發(fā)現(xiàn)有明顯變化趨勢(shì)，其陳釀機(jī)理有待進(jìn)一步研究。
　　 (2)建立了

7、基于以上各類化學(xué)組分的黃酒酒齡判別模型。結(jié)果如下：①基于6項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)主成分得分的SLDA1、以及基于其組分含量的SLDA2和PLS-DA酒齡判別正確率分別為50.6％，48.7%和75.7%；②基于5種糖類指標(biāo)的SLDA1、SLDA2和PLS-DA酒齡判別模型的判別正確率分別為39.3%，36.4%和66.5%；③基于9種金屬離子的SLDA1、SLDA2和PLS-DA酒齡判別模型的判別正確率分別達(dá)到72.7%，73.4%和81.4%；④

8、綜合常規(guī)指標(biāo)、乳酸、糖類以及金屬離子四類化學(xué)指標(biāo)，所建立的SLDA1、SLDA2和PLS-DA判別模型對(duì)酒齡的判別正確率分別為91.0%，86.6%和91.2%；⑤基于16種氨基酸指標(biāo)的SLDA1、SLDA2和PLS-DA酒齡判別模型的判別正確率達(dá)到86.4%，85.6%和91.2%；⑥基于11種揮發(fā)性成分指標(biāo)所建立的SLDA1、SLDA2和PLS-DA模型對(duì)酒齡的判別正確率分別為90.6%，90.6%和92.1%。
　　 結(jié)果

9、表明，綜合常規(guī)指標(biāo)、乳酸、糖類和金屬離子，以及氨基酸、揮發(fā)性成分所建立的酒齡判別模型，最佳判別正確率均超過90%，可用于黃酒酒齡鑒別和酒齡指紋圖譜檢測(cè)方法的建立。
　　 (3)分析了不同陳釀階段黃酒基酒以及不同標(biāo)注酒齡勾兌酒在800 nm-2500 nm范圍內(nèi)的近紅外光譜，發(fā)現(xiàn)兩者的光譜吸收特征一致，主要吸收峰均位于1455 nm、1692 nm、1776 nm、2266 nm、2302 nm以及1900-1950 nm處，與黃

10、酒中的糖、酸、氨基酸等風(fēng)味成分中的主要基團(tuán)C-H、O-H、N-H等的吸收密切相關(guān)。主成分分析結(jié)果顯示，不同酒齡的基酒和勾兌酒樣品的均有明顯聚類趨勢(shì)。基于LDA、LS-SVM以及PLS-DA三種模式識(shí)別方法所建立的基酒酒齡判別模型，其建模集判別正確率分別為93.6%，98.7%和94.4%，預(yù)測(cè)集判別正確率分別為96.3%，91.3%和95.2%；勾兌酒酒齡的LDA、LS-SVM、PLS-DA以及DPLS模型的建模集判別正確率分別為85.

11、0%，100%，99.2%和100%，預(yù)測(cè)集判別正確率分別為72.5%，87.5%，86.3%和95.0%。
　　 結(jié)果表明近紅外光譜能提取不同酒齡黃酒的整體差異信息，可用于基酒以及勾兌酒的酒齡的檢測(cè)分析和指紋圖譜的建立。
　　 (4)建立了黃酒中的6項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)、乳酸、5種糖、16種氨基酸及總氨基酸含量的近紅外、中紅外光譜PLSR定量分析模型。①對(duì)常規(guī)指標(biāo)和乳酸的分析結(jié)果表明，所建近紅外、中紅外光譜分析模型均可用于總糖、

12、非糖固形物以及氨基酸態(tài)氮的定量分析(模型RPD>2.0)，以及總酸、pH值、乳酸的定性分析(模型RPD>1.5)。除乳酸外，近紅外光譜分析模型的性能均優(yōu)于中紅外光譜。②對(duì)糖類指標(biāo)的分析結(jié)果表明，所建近、中紅外光譜分析模型可用于葡萄糖含量的定量檢測(cè)(模型RPD>2.0)，異麥芽三糖的近紅外光譜分析結(jié)果較優(yōu)(模型RPD=1.95)，而麥芽糖的中紅外光譜分析結(jié)果較優(yōu)(模型RPD=1.97)，其余指標(biāo)檢測(cè)精度不佳，模型魯棒性欠缺(模型RPD<1

13、.5)。③對(duì)氨基酸指標(biāo)的分析結(jié)果表明，近紅外光譜分析模型性能普遍較優(yōu)，除脯氨酸、苯丙氨酸、組氨酸以及總氨基酸外，其余指標(biāo)定量分析模型的RPD值均超過1.5，其中，天門冬氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、精氨酸模型的RPD值大于2.0。而中紅外模型的魯棒性普遍欠缺，僅天門冬氨酸、谷氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸模型的RPD值大于或等于1.5，絲氨酸模型的RPD值接近1.5，具有定性分析能力，其它指標(biāo)均低于1.50。除脯氨酸和精氨酸外，近紅外光譜模型的整體

14、性能均優(yōu)于中紅外光譜。
　　 結(jié)果表明，近紅外、中紅外光譜均可用于黃酒中主要常規(guī)指標(biāo)、葡萄糖、乳酸，以及部分氨基酸指標(biāo)的定量定性檢測(cè)分析，近紅外光譜分析模型的性能總體優(yōu)于中紅外光譜。
　　 (5)分析了5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃溫度水平下黃酒樣品的可見/近紅外光譜(303-1700 nm)的變化規(guī)律。原始光譜中，在1340-1480 nm波段范圍內(nèi)，在高頻(短波)波段，吸收峰隨著溫度的上升而逐漸

15、增高，反之，在低頻(長(zhǎng)波)波段，吸收峰隨著溫度上升而不斷降低。二階微分光譜中，在1320 nm和1358 nm處的吸收峰值隨溫度上升而增強(qiáng)，而1404 nm處峰值隨溫度上升而降低。主成分分析結(jié)果顯示不同溫度下的樣品光譜有較明顯的聚類趨勢(shì)，表明溫度對(duì)黃酒的可見/近紅外光譜影響顯著。由于氫鍵結(jié)合會(huì)使得水分子的伸縮振動(dòng)向高頻轉(zhuǎn)移，而彎曲振動(dòng)則向低頻轉(zhuǎn)移。溫度越高會(huì)促使氫鍵發(fā)生結(jié)合，從而伸縮振動(dòng)會(huì)向高頻(短波)轉(zhuǎn)移，由此造成樣品光譜發(fā)生變化。<

16、br>　　 建立了不同溫度下黃酒品質(zhì)指標(biāo)的SMLR定量分析模型，確定了酒精度、總糖、非糖固形物、總酸以及氨基酸態(tài)氮的最佳檢測(cè)溫度分別為：15℃，20℃，20℃，15℃和20℃。酒精度、總糖模型的精度較高，魯棒性優(yōu)(模型RPD>2.5)，總酸模型精度一般，僅具有定性分析能力(模型RPD>1.5)，非糖固形物以及氨基酸態(tài)氮模型精度不佳(模型RPD<1.5)。運(yùn)用7個(gè)溫度下的黃酒樣品光譜建立了酒精度、總糖和總酸的溫度補(bǔ)償檢測(cè)模型。結(jié)果表明，

17、酒精度的溫度補(bǔ)償效果較優(yōu)(模型RPD=3.81)，而總糖和總酸溫度補(bǔ)償效果不佳(模型RPD<1.5)。
　　 利用蔡司便攜式光譜儀及其外部程序開發(fā)包、光纖、控溫樣品池，構(gòu)建和開發(fā)了基于可見/近紅外光譜的黃酒品質(zhì)(酒精度、總糖以及總酸)實(shí)時(shí)檢測(cè)的軟、硬件系統(tǒng)，并對(duì)該檢測(cè)裝置的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在15℃水平下，對(duì)37個(gè)樣品的檢測(cè)結(jié)果為：①酒精度的預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)rp、RMSEP以及RPD值分別為0.979，0.464%和3.78；②總