酿酒科技２０１０年第１１期（总第１９７期）・ＬＩＱＵＯＲ—ＭＡＫＩＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１０ Ｎｏ．１ｌ（Ｔｏ１．１９７） 近红外光谱法快速分析白酒中的关键指标 陈（１．江苏省泰州市产品质量监督检验所，江苏妍 ，胡 慧 ，汪凤祖。 泰州 ２２５３００；２．江苏省泰州市出入境检验检疫局，江苏泰州 ２２５３００） 摘要： 为适应快速分析白酒中关键指标的需要，研究应用近红外光谱法（ＮＩＲ）来测定白酒样品中乙醇、总酸、总 酯和己酸乙酯含量。实验收集了１２９份市售白酒样品，利用最小二乘法（ＰＬＳ）回归分析，建立相应的定标模型。结果 表明，乙醇、总酸、总酯和己酸乙酯等定标模型的预测误差分别为０．６９、０．１９、０．２６和０．１８；相关系数分别达到０．９７、 Ｏ．６７、０．８７和０．８２。与传统分析方法相比，近红外光谱法在测定乙醇、总酸、总酯和己酸乙酯等指标方面具有方便、快 速、无损和耗费少等优势，尤其适合大批量样品分析，具有很好的应用前景。 关键词： 分析检测；近红外技术；偏最小二乘法；预测模型； 白酒 中图分类号：０６５７．３；ＴＳ２６２．３；ＴＳ２６１．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—９２８６（２０１０）ｌ１—００９０—０３ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｋｅｙ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｌｉｑｕｏｒ ｂｙ Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ＣＨＥＮ Ｙａｎ ．ＨＵ Ｈｕｉ ａｎｄ ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇ．ｚｕ （１．Ｔａｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２５３００；２．Ｔａｉｚｈｏｕ Ｅｎｔｒｙ—Ｅｘｉｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｑｕａｒａｎｔｉｎｅ Ｂｕｒｅａｕ，Ｔａｉｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２２５３００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｒａｐｉｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｌｉｑｕｏｒ，ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｏｔａｌ ａｃｉｄｓ，ｔｏｔａｌ ｅｓｔｅｒｓ，ａｎｄ ｅｔｈｙｌ ｃａｐｒｏａｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｌｉｑｕｏｒ ｓａｍｐｌｅｓ．１ ２９ ｌｉｑｕｏｒ ｓａｍｐｌｅｓ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ＰＬＳ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｓａｍｐｌｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｈｅｔ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｏｄｅｌｓ（ｅｔｈａｎｏｌ，ｔｏｔａｌ ａｃｉｄｓ，ｔｏｔａｌ ｅｓｔｅｒｓ，ａｎｄ ｅｔｈｙｌ ｃａｐｒｏａｔｅ）ｗｅｒｅ ０．６９，０．１ ９，０．２６ ａｎｄ Ｏ．１ ８ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｌｅｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌｔｉａｏｎ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ０．９２，０．９０，０．９７ ａｎｄ ０．９６ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｈ ｔｒａｄｉｔｉｔｏｎａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ，ＮＩＲ ｈａｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ｓｐｅｅｄｉｎｅｓｓ ａｎｄ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｉｔ ｗａｓ ｑｕｉｔｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｒａｐｉｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂａｔｃｈｅｓ ｏｆ ｌｉｑｕｏｒ ｓａｍｐｌｅｓ ａｎｄ ｉｔ ｈａｄ ｇｒｅａｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｎａｌｙｓｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ；ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｐａｒｔｉａｌ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ；ｌｉｑｕｏｒ 目前，检测白酒中乙醇、总酸、总酯、己酸乙酯等关键 参数普遍使用的是ＧＢ／Ｔ １０３４５－－２００７中规定的试验方 法．分别采用的是酒精度计法、滴定法以及气相色谱法 等。这些常规分析方法均存在着样品需要预处理、耗时、 费力、测定步骤繁琐等缺点【ＩＪ。为满足市场需要，在如何 保证分析结果的准确度的同时提高检测速度已成为新的 重要课题。 展到食品【３Ｊ、药业【４Ｊ、烟草Ｉ５】、环境监测ｆ６１等领域。 目前。已有关于用近红外光谱测定发酵液中乙醇含 量的报道［ ．而且大多近红外测定白酒样品中的指标多 局限于测定乙醇含量，但涉及到测定白酒中其他各项重 要指标，如总酸、总酯和己酸乙酯等指标的研究较少。本 研究拟以近红外光谱技术为基础，建立一套能够推广使 用的近红外的定标模型，期望为快速测定白酒中的这些 重要指标来提供快速分析提供一种新的依据。 近红外技术是２０世纪６０年代出现、８Ｏ年代后期迅 速发展起来的一种快速、简便、绿色化的成分检测技术。 它测试时间短，能实时反映被测对象状态；不需对样品进 行预处理，可直接进行测定，适合现场检测；不消耗化学 试剂：几乎所有有机物的主要结构和组成都可以在它们 １材料与方法 １．１样品采集 根据白酒中酒精度的大小范围分布，采集了２００９ 的近红外光谱中找到信号，且谱图稳定【”。因此，现代近 年全国不同厂家生产的１２９个不同批次（市售），不同 红外光谱技术已广泛地应用于农业领域中农作物的水 酒精度的样品作为定标样晶。其中，酒精度在３０％ｖｏｌ４０％ｖｏ１￣５０％ｖｏｌ的样品５Ｏ个， 分、蛋白质、氨基酸、糖分、灰分、污染物的测定［２］，且已扩 ４０％ｖｏｌ的样品５０个，收稿日期：２０１０～０８—０８ 作者简介：陈妍（１９６５一），女，江苏宜兴人，大学本科，高级工程师，所长。 通讯作者：胡慧。 陈妍，胡慧，汪凤祖・近红外光谱法快速分析白酒中的关键指标 ５０％ｖｏ１￣６０％ｖｏｌ的样品２９个。这些白酒样品的主要成 分均有较宽的分散性，具有较好的代表性。另外，随机采 集抽取２３份盲样样品作为验证样品集，以最终评价定标 的稳定性、准确度，并调整模型，消除与常规化学分析法 测量的误差。 酒样品的主要光谱差异位于１３００ ｎｍ到１６００ ｎｍ处位 置，所以，在建立定标模型时，将对此光谱区段作重点关 注。 Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ５ Ｓａｍｐｌｅ ｎｕｍｂｅｒ ５６４ １．２常规分析法 采用ＧＢ／Ｔｌ０３４５—２００７中规定的方法测量样品中 乙醇、甲酸、甲酯和己酸乙酯含量的作为输入的手工值， 为建立定标模型提供标准样品。 １．３仪器设备 采用ＦＯＳＳ公司生产的ＩｎｆｒａＸａｃｔ近红外分析仪，扫 描范围为５７０～ｌ８５０ ｎｍ，对上述样品进行近红外光谱扫 描采集。采用ＷＩＮＩＳＩ ＩＩＩ专业建模软件系统，利用主成分 分析ｆ ＰＣＡ）技术自动剔除超常样品，并选择有代表性的 样品，用最小二乘法（ＰＬＳ）回归进行定标建模。 ２结果与讨论 ２．１扫描光程的选择 为了获得最佳的模型建立及预测效果，先对用于扫 描白酒样品的扫描光程进行了优化和选择，图１显示的 是分别在光程为０．１ ｍｍ、０．２ Ｉｒｌｎｌ和０．５ ｍｍ下扫描的１ 份白酒样品得到的光谱图，考虑到本研究拟开发的己酸 乙酯、总酸和总酯等指标本身含量比较少，所以，在保证 近红外光谱仪的检测器的吸光度线性满足的条件下，尽 可能选择最大的扫描光程。本研究中选定的实验测试用 光程为０．５ ｍｍ．样品扫描光谱中最大的吸收峰吸光度值 在１．２左右．完全满足近红外检测器吸光度小于２的要 求，所以，选择０．５ ｍｍ的光程条件是可行的，既保证了光 谱的不失真，又保证了各个组分的最大吸光度吸收要求。 图ｌ 不同光程下的白酒样品扫描光谱图 ２．２光谱扫描及光谱数据分析与处理 在选定的０．５ ｍｍ光程条件下，扫描采集的１２９份 市售白酒样品．同时采用ＧＢ／Ｔ １０３４５．１—１９８９中规定的 方法测量样品中乙醇、总酸、总酯和己酸乙酯的含量作为 输入的手工值，为建立定标模型提供手工标准值。其中， １２９份样品的原始光谱图和不同指标的手工标准值的浓 度分布情况见图２和图３。从光谱图上可以看出，不同白 图２白酒样品原始扫描光谱图 图３（ａ）建模样品中乙醇浓度分布图 ＩｌＩｌ Ｉ ｍＩｌｌＩ１．．． 。 图３（ｂ）建模样品中总酸浓度分布图 图３（Ｃ）建模样品中总酯的浓度分布 采用ＳＮＶ＋Ｄｅｔｒｅｎｄ（标准正常化处理和去散射处 理），以及１，４，４，１（对光谱求一阶导数，每隔４点求导，每 隔４点作平滑处理）的光谱处理方式对原始光谱图进行 数学的处理后，各个样品的处理谱图见图４，经过数学处 理后，光谱图变得更加精细．样品之间的差异性逐渐在谱 酿酒科技２０１０年第１１期（总第１９７期）－ＬＩＱＵＯＲ—ＭＡＫＩＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１０ Ｎｏ．１１（Ｔｏ１．１９７） 图３（ｄ）建模样品中己酸乙酯的浓度分布 图３采集样品不同指标的浓度分布图 图上显示出来．有利于定标过程中对光谱信息的选择。 图４白酒样品光谱的近红外一阶导数处理谱图效果 ２＿３校正模型的建立 采用ＳＮＶ＋Ｄｅｔｒｅｎｄ，以及１，４，４，１的光谱处理方式 后，采用最小二乘法（ＰＬＳ）分别建立了白酒中乙醇、总 酸、总酯和己酸乙酯等几种成分的定标模型，定标效果见 表ｌ 表１中列出了实际参与校正模型构建样品的样品 数（Ｎ）、均值（Ｍｅａｎ）、最值（Ｍｉｎ和Ｍａｘ）、交叉验证标准 误差（Ｓｅｃｖ）以及交叉验证的相关系数（１－ＶＲ）。 表１ 白酒中各个成分的化学分析与交叉验证的相关性 注：ＳＥＣＶ：交叉验证的标准误差，１－ＶＲ：交叉验证的决定系 数。 从表ｌ中可以看出，乙醇和总酯指标的预测相关性 分别为０．９７和０．８７，预测误差为０．６９和０．２６；而总酸和 己酸乙酯的相关性比较而言，效果差些，相关性为０．８２ 和０．６７．而且预测误差也为０．１９和０．１８。但考虑到总酸、 总酯和己酸乙酯这些指标在样品中的含量范围，这样的 预测误差和相关系数水平还是比较不错的。 ２．４预测模型的再验证 建立好不同指标模型后，又选取２３份未参与定标的 样品作为盲样，对各个指标的预测模型的预测性能予以 评价．来进一步验证所建模型的可靠性。各个指标的预测 性能见图５ 盲样预测能够客观地反映所建定标模型对样品的预 图５（ｂ）乙醇总酸 图５（Ｃ）乙醇总酯 图５（ｄ）乙醇己酸乙酯 图５各指标的预测性能 测性能，由预测效果来看，乙醇、总酸、总酯和己酸乙酯等 预测模型对于盲样的预测误差（ＳＥＰ）分别为０．５８７、 ０．１７８、０．１５１和０．０９４，盲样预测的相关性分别为Ｏ．９８、 ０．８１、０．６０和０．９５，此实际盲样预测效果和建立定标时评 估效果是一致的。 综上所述，建立的乙醇、总酸、总酯和己酸乙酯模型 （下转第９４页） 酿酒科技２０１０年第１１期（总第１９７期）・ＬＩＱＵＯＲ—ＭＡＫＩＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１０ Ｎｏ．１ｌ（Ｔｏ１．１９７） １．４蒸馏一比色法 用标准，其最新版本适用于后者，因此笔者认为，二者存 在矛盾之处。主要表现在以下几方面： 通过氮气流拖曳，酸化蒸馏提取葡萄酒中的二氧化 硫，利用氢氧化钠溶液接收，与盐酸副玫瑰苯胺・甲醛显 色，在５８０ ＩｌｌＴＩ下测定吸光度，与标准系列比较测定总二 氧化硫［２Ｊ。 １．５直接碘量法 ①残留量是指食品添加剂或其分解产物在最终食品 中的允许残留水平，亚硫酸盐类添加剂最大使用量以二 氧化硫残留量计，其实最终检测结果就是葡萄酒中总二 氧化硫。 葡萄酒中加碱，使结合型二氧化硫释放．低温，加酸， ②葡萄酒发酵过程中会自然产生二氧化硫【３Ｊ，就上 用碘标准滴定溶液快速滴定测定总二氧化硫（ＧＢ／Ｔ 述检测方法都只是测定葡萄酒中的总二氧化硫．无法区 ｌ５０３８－－２００６） 别添加量与自然产生量。因此最大使用量以二氧化硫残 ２结果与讨论 某贸易公司经天津港口岸进口一批法国原装红葡萄 酒（干型、半干型）和白葡萄酒（干型）。笔者分别采用上述 方法测定该批葡萄酒中总二氧化硫，结果见表２。 表２不同方法测定葡萄酒中二氧化硫的检测结果（ｍｅ／ｔ， 留量计的表述以或限量规定（Ｏ．０５ ｇ＆ｇ）是否有不妥之 处？并且如果二氧化硫残留量按此限量规定执行．恐怕相 当一部分进口葡萄酒都会被拒之国门之外。 ⑧虽然ＧＢ／Ｔ ５００９．３４—２００３和ＧＢ／Ｔ １５０３８－－２００６ 都保留了葡萄酒中游离二氧化硫的检测方法，但葡萄酒 卫生标准里已经没有游离二氧化硫的概念．是否有必要 恢复已删除的“游离二氧化硫（ｍｇｍ）≤５０”的规定？ ３结语 近年来，随着葡萄酒等食品的进出１：３贸易不断扩大， 检验检疫工作不断深入，各个国家对二氧化硫残留指标 要求也更为严格，相应卫生标准和检测方法有待进一步 规范统一，为一线执法工作人员提供可靠有力的依据。 参考文献： 注：①由于葡萄酒中含有低沸点有机酸类，因此蒸馏一碱滴 【１］尹沽，朱军莉，励建荣．食品中二氧化硫的来源与检测方法ｆＪ］．食 定法检测结果会稍高；②红色葡萄酒对比色产生干扰，而且由 品科技，２００９，（１ １）：２９２—２９６． 于红葡萄酒的产地与种类繁多，使得因酒体颜色而导致的吸光 度偏差无规律可循；活性炭可以脱色，但会影响检测结果。 ［２］ＡＯＡＣ Ｏｆｉｃｉｆａｌ Ｍｅｔｈｏｄ ９９０．２８，１ ６ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｓｕｌｉｆｔｅｓ ｉｎ Ｆｏｏｄｓ （Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｍｏｎｉｅｒ—Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｍｅｔｈｏｄ）［Ｓ］． ［３］王连珠．食品中亚硫酸盐测定应注意方法的选用［Ｊ】．中国国境 卫生杂志，２００２，（１）：４４—４５． 依据国家发酵酒卫生标准（ＧＢ ２７５８－－２００５）及其检 测方法（ＧＢ／Ｔ ５００９．３４－－２００３），由表２的检测结果，得出 该批葡萄酒符合国家标准规定；但是，食品添加剂卫生标 准（ＧＢ ２７６０－－２００７）对二氧化硫添加剂最大使用量做了 规定（见表１），并且ＧＢ ２７６０作为ＧＢ ２７５８－－２００５的引 ・—‘ ”—。十＿”— －—‘ — 一—’一一—‘ －－—‘ ＊—＿卜一—十ｒ一十－— 一— ＊—・ ”—＋－一十－十”—十一 十－十”＋一＋－十－ ［４］ＧＢ ２７６０－－２００７，食品添加剂卫生标准［Ｓ］． ［５］黄国平．食品中二氧化硫脱除方法研究进展［Ｊ］．食品科技，２００７， ｆ】２）：１９—２１． ・—．卜＊——卜＊—＋一一。。ｔ一一十一—。－卜一。。十一“＋一—’一一—＋一ｎ十－—＋一一十－—・ 一－—十一－十一——卜＊十一十－—。＋一一－－￣－．十・ （上接第９２页） 梁晓艳，吉海彦．近红外光谱技术在农作物品质分析方面的应 可以很好地预测未知样品，可以将此模型作为初始模型． 快速测定白酒中的上述指标。 ３结论 用［Ｊ］＿中国农学通报，２００６，（２２）（１）：３６６—３７１． 肖昕，谢新华，毛兴学，等．用近红外透射光谱技术测定精米蛋白 质含量研究【Ｊ】．分析测试学报，２００４，（２３）（４）：４３—４５． 徐晓杰，宋丽丽，朱新科，等．近红外光谱法用于六味地黄丸粉 本文建立的白酒中重要指标的近红外快速检测方 法，无需制样、称样和消耗化学试剂，简化了常规分析程 序，获得的近红外分析结果完全误差接近常规分析的误 末混合过程的质量控研究［Ｊ］．中国现代应用药学，２００６，（２３） （７）：６４４－６４６． 宋怡，刘巍，丁中涛．近红外光谱法同时测定卷烟纸中的钾和钠 ［Ｊ］．分析测试技术与仪器，２００９，（１５）（２）：９５—１００． 差。该方法不仅使质检人员远离有害化学物质，减少环境 污染，而且可用于样品的在线检测、反映产品的及时状 况，满足生产和贸易需要。因此，不管是在检测机构还是 企业都有很好的应用前景。 何金成，杨祥龙，王立人，等．近红外光谱法测定废水化学需氧 量［Ｊ】．浙江大学学报，２００７，（４１）（５）：７５２—７５５． 李燕萍，许宏贤，钱莹，等．发酵液中乙醇含量的近红外光谱 ＮＩＲＳ定量分析与验证［Ｊ］＿食品与发酵工业，２００８，（３４）（７）： １３６—１４０． 参考文献： ［１］ 徐广通，袁洪福，陆婉珍．现代近红外光谱技术及应用进展［Ｊ］． 光谱学与光谱分析，２０００，（２０）（２）：１３４—１４２． 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