張先鋒?郭天太?陳東俊

內(nèi)容摘要 近紅外光譜分析技術(shù)是一種檢測(cè)速度快、分析準(zhǔn)確高、結(jié)果展示性非常好的綠色檢測(cè)技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。文章簡(jiǎn)述了近紅外光譜分析技術(shù)在酒類成分檢測(cè)方面的應(yīng)用，包括其在白酒酒醅、葡萄酒、果啤、保健酒、黃酒的成分檢測(cè)中的應(yīng)用，并討論了近紅外光譜分析檢測(cè)技術(shù)在人們健康保障方面所起的作用。

關(guān)鍵詞 近紅外光譜 酒類檢測(cè) 健康保障

1 引言

傳統(tǒng)上對(duì)酒的鑒定只是利用酒的色、香、味來(lái)進(jìn)行鑒別，存在很大程度上的不準(zhǔn)確性，而且效率較低，近年來(lái)，在對(duì)酒類的研究中，人們已經(jīng)使用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)不同酒的成分進(jìn)行測(cè)量，未來(lái)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行推廣，可以有效地抑制營(yíng)銷假酒等現(xiàn)象，對(duì)人們的健康生活有重要意義。

2 近紅外光譜分析技術(shù)在酒類檢測(cè)的應(yīng)用

1800 年，天文學(xué)家William Herschel首次發(fā)現(xiàn)了近紅外區(qū)域，并于19世紀(jì)初獲得有機(jī)化合物的近紅外光譜。現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)最早應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。20世紀(jì)50年代，Norris等從農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始使用近紅外光譜分析技術(shù)測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品中各成分的含量。到了20世紀(jì)80年代，相關(guān)專家們開(kāi)始重視該技術(shù)，近紅外光譜分析技術(shù)就得到了進(jìn)一步的發(fā)展。20世紀(jì)90年代，該技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。近紅外光譜分析技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，給人們的日常生活也提供了安全保障。目前，近紅外光譜分析技術(shù)在酒類成分檢測(cè)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。

2.1 白酒酒醅檢測(cè)

白酒制作的關(guān)鍵在于酒醅的釀造，具有真正醇香風(fēng)味的白酒在酒醅釀制的過(guò)程中需要嚴(yán)格把握每一個(gè)參數(shù)的指標(biāo)，如水分、酸度、酯類的含量等。而這些參數(shù)都在近紅外光譜段有特征吸收[1]，故可以使用近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)酒醅進(jìn)行各參數(shù)的測(cè)定。例如，李良等[2]通過(guò)采集白酒酒醅的近紅外漫透射光譜，基于偏最小二乘法建立了近紅外光譜的數(shù)學(xué)模型以快速檢測(cè)白酒酒醅中的水分和酸度值，并采用交叉驗(yàn)證的方法對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，得到的相關(guān)系數(shù)均滿足精度要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，得到的結(jié)論是利用所建立的模型可實(shí)現(xiàn)白酒酒醅中水分和酸度值的快速檢測(cè)。

酯類是白酒產(chǎn)生特殊香味的原因，酒中酯含量直接決定白酒的口感和香氣，一般約占產(chǎn)生白酒風(fēng)味物質(zhì)的75%～95%。戴詩(shī)皎等[3]采用皂化返滴定法對(duì)酒醅中的總酯含量進(jìn)行檢測(cè)，再采集酒醅的漫反射近紅外光譜，經(jīng)過(guò)光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理，建立酒醅中的總酯模型，以決定系數(shù)R2和標(biāo)準(zhǔn)偏差作為評(píng)價(jià)模型的參數(shù)，結(jié)果均滿足精度要求，利用所建立的數(shù)學(xué)模型可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出酒醅中的總酯含量。

2.2 葡萄酒檢測(cè)

葡萄酒具有獨(dú)特的風(fēng)味，含有多種對(duì)人體有益的成分，還具有降血壓、血脂，降低心腦血管發(fā)病率等多種功效，對(duì)人們的身體健康有著重要作用，已成為一種時(shí)尚飲品。近年來(lái)，利用近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)葡萄酒進(jìn)行檢測(cè)日益受到關(guān)注。

2.2.1 發(fā)酵液中總酸含量和pH檢測(cè)

葡萄酒發(fā)酵液中的總酸的含量和pH直接影響著葡萄酒成酒的口感、酒中是否有沉淀和其中微生物活性等，所以，對(duì)發(fā)酵液中的這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確快速的測(cè)定是非常有必要的。使用近紅外光譜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，不僅能快速準(zhǔn)確得到發(fā)酵液中的總酸的含量和pH，還能實(shí)現(xiàn)綠色無(wú)損檢測(cè)，不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)污染。賈柳軍等[4]采用透反射方式來(lái)獲取發(fā)酵液的近紅外光譜，發(fā)酵液中的總酸度使用指示劑法進(jìn)行測(cè)定，pH使用pH計(jì)直接測(cè)定。在得到發(fā)酵液的近紅外光譜后，進(jìn)行光譜預(yù)處理，采用4種方法分別建立葡萄酒發(fā)酵液中總酸含量和pH的定量模型，并分別對(duì)這四種模型的決定系數(shù)（R2）、校正標(biāo)準(zhǔn)偏差（RMSEC ）、預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RMSEP? ）、相對(duì)分析誤差（RPD ）以及最佳主因子數(shù)進(jìn)行比較，得出的結(jié)論是：采用SiPLS-GA法結(jié)合PLS法建立的數(shù)學(xué)模型能非常好的貼合實(shí)際，可以達(dá)到快速測(cè)定葡萄酒發(fā)酵液中總酸的含量和pH的目的。

2.2.2 氨基甲酸乙酯檢測(cè)

氨基甲酸乙酯簡(jiǎn)稱EC。人類攝入EC主要通過(guò)發(fā)酵的牛奶面包等和含酒精的飲品，過(guò)多攝入EC會(huì)明顯增加患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。為保障人們的健康和安全，世界衛(wèi)生組織（WHO）也已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格重點(diǎn)檢測(cè)。馮麗丹采用近紅外光譜技術(shù)對(duì)葡萄酒中氨基甲酸乙酯進(jìn)行含量的檢測(cè)[5]，對(duì)葡萄酒樣本采用四種不同的前處理方法，對(duì)每一種前處理方法試驗(yàn)不同的最佳萃取參數(shù)、準(zhǔn)確度和精確度，采用SLE萃取法，結(jié)合GC/MS分析法對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)定，記錄所得數(shù)據(jù)。利用最小二次乘法、傅里葉變換和近紅外光譜分析法建立了測(cè)定葡萄酒中EC的數(shù)學(xué)模型，然后用驗(yàn)證集進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)判斷決定系數(shù)、校正標(biāo)準(zhǔn)偏差的值，得到的結(jié)論是：所建立的數(shù)學(xué)模型能精確地反應(yīng)葡萄酒中EC的含量。

2.3 果味啤中的果汁含量檢測(cè)

果啤是由啤酒中加入濃縮果汁而制成的，比普通的啤酒更具有風(fēng)味，且果啤中含有較少的酒精，擁有甜甜的口感，作為一種新興的混合飲料，果啤越來(lái)越受到人們的歡迎。盛曉慧等使用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)果啤中的果汁含量進(jìn)行檢測(cè)，采用透射的方式采集菠蘿啤的近紅外光譜，然后對(duì)所獲得的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，建立偏最小二乘模型，再以校正正均方根誤差、校正集決定系數(shù)、預(yù)測(cè)均方根誤差、預(yù)測(cè)集決定系數(shù)、范圍誤差比這些參數(shù)作為評(píng)價(jià)模型的指標(biāo)，最后將驗(yàn)證集里的菠蘿啤樣本帶入模型檢驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。最后得到的結(jié)論為：采用Si-PLS波長(zhǎng)優(yōu)化算法建立預(yù)測(cè)菠蘿啤中果汁含量的偏最小二乘模型的預(yù)測(cè)能力很好，能準(zhǔn)確快速測(cè)量出菠蘿啤中的果汁含量。

2.4 保健酒酒精度檢測(cè)

王喆等[7]將待測(cè)的保健酒樣本分為校正集和驗(yàn)證集，進(jìn)行光譜采集的時(shí)候，每個(gè)樣本采集三次后取平均值，然后對(duì)光譜數(shù)據(jù)平滑處理，再利用偏最小二乘回歸建立測(cè)定保健酒酒精度的數(shù)學(xué)模型。對(duì)驗(yàn)證集的樣品帶入模型所得到的的酒精度與酒精計(jì)測(cè)得的酒精度進(jìn)行比較，得到的結(jié)果可以滿足生產(chǎn)過(guò)程中的檢測(cè)要求，表明近紅外光譜法能實(shí)現(xiàn)保健酒中酒精度的快速測(cè)量。

2.5 測(cè)定黃酒成分

黃酒作為中國(guó)最古老的酒類之一，擁有源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的歷史，被譽(yù)為“國(guó)粹”酒，具有養(yǎng)生保健等多種功效。呂興龍[8]采用漫透反射的方法對(duì)黃酒的近紅外光譜進(jìn)行采集，以決定系數(shù)、交互驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)偏差、預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差和預(yù)測(cè)相對(duì)偏差作為評(píng)價(jià)模型的參數(shù)，然后對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，采用偏最小二乘法建立測(cè)定黃酒成分的定量模型。在分別建立黃酒的酒精度、總酸、糖類和氨基酸態(tài)氮指標(biāo)的近紅外光譜模型，通過(guò)判斷評(píng)價(jià)模型的參數(shù)可以知道模型的預(yù)測(cè)能力滿足生產(chǎn)要求，即得到的模型可以準(zhǔn)確測(cè)定黃酒的成分。

3 結(jié)語(yǔ)

近紅外光譜技術(shù)因?yàn)槠錂z測(cè)的準(zhǔn)確性、快速性、無(wú)污染性、結(jié)果展示直觀，在國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域取得了可見(jiàn)的成效，對(duì)于酒類檢測(cè)來(lái)說(shuō)，近紅外光譜分析技術(shù)給酒的成分檢測(cè)方面帶來(lái)了巨大的便捷，可以迅速有效地檢測(cè)出假酒，對(duì)人們飲酒的安全所起的作用也不言而喻。

（第一作者系中國(guó)計(jì)量大學(xué) 在讀本科生）

（本文由案例庫(kù)在工科背景研究生教育中的實(shí)踐探索（2018-004），浙江省研究生教育學(xué)會(huì)重點(diǎn)課題;面向新工科的計(jì)量特色系列教材建設(shè)（HEX2018007），中國(guó)計(jì)量大學(xué)2018年度校立教改項(xiàng)目;基于需求導(dǎo)向的智能感知方向課程體系構(gòu)建（jg20190195），浙江省高等教育“十三五”教學(xué)改革項(xiàng)目;基于近紅外光譜的葡萄酒檢測(cè)技術(shù)，中國(guó)計(jì)量大學(xué)校立項(xiàng)支持）

【參考文獻(xiàn)】

[1]沈小梅，馬雷，李安軍，等.基于近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)釀酒原料水分的檢測(cè)方法研究與優(yōu)化[J].食品與發(fā)酵科技，2015，51（5）：92-96.

[2]李良，董孝元，吳昊，等.基于偏最小二乘法建立白酒酒醅近紅外分析模型[J].釀酒，2018，45（3）：57-60.

[3]戴詩(shī)皎，王曉慧，羅霞.酒醅中總酯含量檢測(cè)方法的研究[J].釀酒，2019，46（4）：94-96.

[4]賈柳君， 張海紅， 王健， 等. 采用近紅外光譜定量分析葡萄酒發(fā)酵液中總酸含量和pH值[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)， 2017（2）：195-199.

[5]馮麗丹. 葡萄酒中氨基甲酸乙酯檢測(cè)方法的研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2008.