（检测技术与自动化装置专业论文）若干种白酒及白酒单体物质的荧光指纹图谱研究.pdf

摘要 l i l lli l l i l l ll l l ltl il ll l l i l w i l i n un ll u tn l y 18 8 9 3 8 9 本文对白酒体系中主要的酯类单体物质和几种白酒进行荧光光谱分析，归纳酯类 单体物质和白酒的荧光特征，探究酯类单体物质与白酒的荧光光谱相关性的对应规律 和应用基础。 通过实验获得白酒中乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸苯乙酯、 戊酸乙酯总共6 种主要酯类单体物质的荧光光谱，对三维荧光光谱进行分析讨论，总结 酯类单体物质的荧光特性，分析酯类单体物质荧光特征的共同性和差异性，得到，这 些酯类单体物质的荧光峰都是存在于( z , e x ：2 2 5 4 9 0 n t o ，z e r o ：3 0 0 7 0 5 n m ) 范围内的 宽谱峰，最佳荧光峰的位置相近，基本位于z e x 九e m = o 6 0 8 左右的位置；荧光峰个数不 同，乙酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸苯乙酯、戊酸乙酯的荧光峰个 数分别为3 、2 、2 、1 、1 、1 ；荧光峰强度不同，乳酸乙酯和乙酸苯乙酯的荧光强度最 强，约为其他4 种酯类的5 6 倍。 。 实验测得五粮液、古井贡八年原浆酒、双轮酒、郎酒、西凤酒共5 种白酒的荧光光 谱，在分析其荧光光谱特性的基础上，将6 种酯类单体物质与这5 种白酒进行荧光光谱 曲线拟合，计算相关系数，根据白酒香型的不同，对这5 种白酒与酯类单体物质的相关 系数以及相关系数的排列顺序进行对比分析，得到浓香型白酒与酯类单体物质荧光光 谱相关性的规律：浓香型白酒与己酸乙酯荧光光谱曲线拟合的相关系数稳定在0 9 3 以 上；浓香型白酒与酯类单体物质相关系数的排列顺序为：乙酸苯乙酯 戊酸乙酯 己酸 乙酯 丁酸乙酯 乳酸乙酯 乙酸乙酯。 利用荧光光谱测量系统获得洋河蓝色经典系列和国缘系列两类苏酒的三维荧光指 纹图谱，提取白酒的荧光参数，对这两类苏酒的荧光特征进行了分析、归纳，并做对 比研究。通过对荧光峰位置、荧光范围、荧光强度、峰型、激发波长等荧光特征的分 析，总结出两个系列苏酒的荧光特性。国缘系y u 3 种白酒均有1 个荧光峰，荧光范围相 近，基本位于( 融：2 8 0 3 9 0 n m ，k e r n ：3 5 0 5 5 0 n m ) 荧光范围内；洋河蓝色经典系列 3 种白酒均有5 个荧光峰，存在于( x e x ：2 2 6 4 0 0 n t o ，沁m ：3 0 8 6 15 n m ) 荧光范围内。 提出了一种将三维荧光光谱分析技术与统计特征参数分析法、神经网络分类识别 技术相结合实现白酒分类鉴别的方法。通过实验获取宝丰原浆酒系列、国缘系列、洋 河蓝色经典系列共9 种白酒的三维荧光光谱数据。采用小波变换技术对所测得的原始荧 光数据进行压缩处理，提取压缩后数据的统计特征参数作为神经网络输入参量，应用 神经网络完成这9 种白酒的鉴别，鉴别准确率达1 0 0 。 本文从酯类单体物质和白酒两个方面开展研究工作，为将光电检测技术用于白酒 的鉴别以及白酒香型的认定，提供了参考方法，具有一定的应用价值。为提高白酒产 品质量，规范白酒的消费市场提供了帮助。 关键词：白酒、酯类单体物质、荧光光谱、相关性、鉴别 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , an e wm e t h o df o rd i s c r i m i n a t i n gt h ec h i n e s es p i r i t sb a s e do nf l u o r e s c e n c e s p e c t r am e a s u r e m e n t si sp r o v i d e d t h em o s ti m p o r t a n ts e c t i o no ft h i sm e t h o di si n d u c i n g c h a r a c t e r i s t i co ff l u o r e s c e n c es p e c t r ao fl i q u o ra n dt h em a i ne s t e rm o n o m e rm a t e r i a li ns o m e f a m o u sk i n d so fc h i n e s es p i r i t sb yf l u o r e s c e n c es p e c t r am e a s u r e m e n t sa n da n a l y z i n gt h e p r a c t i c a b i l i t ya n dr u l eo f f l u o r e s c e n c es p e c t r ao fl i q u o ra n dt h em a i ne s t e rm o n o m e rm a t e r i a l t h em a j o rf l u o r e s c e n c es p e c t r ao fe t h y la c e t a t e ，e t h y lc a p r o a t e ，e t h y ll a c t a t e ，e t h y l b u t y r a t e ，p h e n y le t h y la c e t a t e ，e t h y la m y | s h o u l db eo b t a i n e db ye x p e r i m e n tf i r s t l y t h e n c h a r a c t e r i s t i c ，d i f f e r e n c ea n di n t e r c o m m u n i t yo ff l u o r e s c e n c es p e c t r ai nt h e s ee s t e rm o n o m e r m a t e r i a l sc a l lb ei n d u c e da n da n a l y z e db yt h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r aa n a l y s i sa n d d i s c u s s i o n t h er a n g eo fe s t e rf l u o r e s c e n c ep e a ki s ( 入e x ：2 2 5 - 4 9 0 n m ，入g i l l ：3 0 0 7 0 5 n m ) a n dt h ef l u o r e s c e n c ep e a kp o s i t i o ni s 沁刘= 0 6 - 0 8 d i f f e r e n tn u m b e ro ff l u o r e s c e n c e p e a k sa n dd i f f e r e n tf l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo fp h e n y le t h y la c e t a t e a n de t h y ll a c t a t ea r et h es t r o n g e s t t h ef l u o r e s c e n c es p e c t r ao fw u l i a n g y e ，g u j i n gl i q u o r , s h u a n g l u nl i q u o r , l a n g i i ua n d x i f e n gl i q u o rs h o u l db em e a s u r e db ye x p e r i m e n t t h ef l u o r e s c e n c es p e c t r ac u r v ea r ef i t t e d b e t w e e ns i xk i n d so fe s t e rm o n o m e rm a t e r i a lm o t i o n e da b o v ea n df i v ek i n d so ft h e s el i q u o r t h er u l e so ff l u o r e s c e n c es p e c t r ao fl i q u o ra n dt h em a i ne s t e rm o n o m e rm a t e r i a la r ei n d u c e d b ym o d u l u sa n a l y s i so b t a i n e df r o mt h ee x p e r i m e n t s am e t h o do fd i s c r i m i n a t i n gt h ec h i n e s e s p i r i t sb yd e t e c t i o nt e c h n o l o g yi sb a s e do nt h er e s e a r c hc o n c l u s i o na b o v e t h e a n a l y s i s ， c o n c l u s i o na n d s t u d yo fm o d u l u sa n a l y s i s o ft h r e e - d i m e n s i o n a l f l u o r e s c e n c e f i n g e r p r i n t sb e t w e e ny a n g h el i q u o ra n dg u o y u a nl i q u o r a r eo b t a i n e db y f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p ym e a s u r e m e n ts y s t e m t h ec h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i so ff l u o r e s c e n c ei s a l s oo b t a i n e db yf l u o r e s c e n c e ，f l u o r e s c e n c er a n g e ，f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y , p e a ke x c i t a t i o n w a v e l e n g t h ，w a v e l e n g t hs c a n n i n g g u o y u a nl i q u o rh a v eo n ef l u o r e s c e n c ep e a k , t h er a n g eo f f l u o r e s c e n c ep e a ki s ( k e x ：2 8 0 - 3 9 0 n m ，l e m ：3 5 0 5 5 0 n m ) y a n g h el i q u o rh a v ef i v e f l u o r e s c e n c ep e a k s ，t h er a n g eo ff l u o r e s c e n c ep e a ki s ( k e x ：2 2 6 - 4 0 0 n m ，概：3 0 8 6 15 r i m ) al i q u o rc l a s s i f i c a t i o nd i s c r i m i n a t i o nm e t h o d i s p r o v i d e db y c o a l e s c e n to f t h r e e d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p yp a r a m e t e r s ， s t a t i s t i c a l a n a l y s i s ， a n dn e u r a l n e t w o r kc l a s s i f i c a t i o nr e c o g n i t i o nt e c h n o l o g y f l u o r e s c e n c es p e c t r ad a t ao fs e v e r a lk i n d so f l i q u o r , f o re x a m p l ey a n g h el i q u o r , g u o y u a nl i q u o ra n ds oo n ，c a l lb eo b t a i n e df i r s t l y 1 1 1 e c o m p r e s s e dd a t ao b t a i n e df r o mw a v e l e tt r a n s f o r mm e a s u r e m e n t c a l lb ea st h ei n p u t p a r a m e t e r so fn e u r a ln e t w o r k a n dd i s c r i m i n a t i o nr e s u l tc a nb eo b t a i n e df r o mn e t w o r k c l a s s i f i c a t i o nr e c o g n i t i o ns y s t e m t h er e s e a r c ho fl i q u o ra n dt h em a i ne s t e rm o n o m e rm a t e r i a lp r o v i d e san e wm e t h o db o t h f o ri d e n t i f i c a t i o no fl i q u o ra n dt h el i q u o rf a v o ri d e n t i f i c a t i o nb yp h o t oe l e c t r i c i t yt e c h n o l o g y i tc a l lh e l pt oi m p r o v eq u a l i t yo f l i q u o r k e y w o r d s ：l i q u o r , e s t e rm o n o m e rm a t e r i a l ，f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y , c o r r e l a t i o n ， i d e n t i f i c a t i o n 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i 第一章绪论1 1 1 白酒概述1 1 2 白酒的检测技术1 1 3 白酒中单体物质的分析检测工作3 1 4 本文的主要研究工作和主要创新点4 1 4 1 主要研究工作4 1 4 2 主要创新点：5 第二章实验原理与仪器介绍7 2 1 荧光分析法基本理论7 2 1 1 荧光产生的原理：7 2 1 2 荧光光谱检测技术的特点7 2 1 3 三维荧光光谱分析法二8 2 2 光谱研究的实验设备9 2 3 本章小结9 第三章白酒中酯类单体物质的荧光光谱研究1 l 3 1 实验样品与实验方法1 1 3 1 1 实验样品1 1 3 1 2 实验方法1 2 3 2 实验结果1 2 3 2 1 乙酸乙酯的三维荧光光谱1 2 3 2 2 己酸乙酯的三维荧光光谱1 3 3 2 3 乳酸乙酯的三维荧光光谱1 4 3 2 4 丁酸乙酯的三维荧光光谱1 4 3 2 5 乙酸苯乙酯的三维荧光光谱“1 5 3 2 6 戊酸乙酯的三维荧光光谱1 6 3 3 分析与讨论1 7 3 3 1 酯类单体物质的荧光发射谱1 7 3 3 2 酯类单体物质的荧光光谱特征分析1 9 3 4 本章小结2 0 第四章酯类单体物质与浓香型白酒对应关系的探索性研究2 1 4 1 实验样品与实验方法2 1 4 1 1 实验样品2 1 目录 4 1 2 实验方法2 1 4 2 实验结果2 1 4 2 1 白酒三维荧光光谱2 1 4 3 分析与讨论2 4 4 3 1 相关系数的定义2 4 4 3 2 五粮液与酯类物质的荧光光谱对比及曲线拟合2 4 4 3 3 古井贡与酯类物质的荧光光谱对比及曲线拟合2 6 4 3 4 双轮酒与酯类物质的荧光光谱对比及曲线拟合2 9 4 3 5 郎酒与酯类物质的荧光光谱对比及曲线拟合3 1 4 3 6 西风酒与酯类物质的荧光光谱对比及曲线拟合3 3 4 3 7 白酒与酯类单体物质的荧光光谱对应关系3 6 4 4 本章小结3 7 第五章两类苏酒紫外荧光特性的对比研究3 9 5 1 实验样品与实验方法3 9 5 1 1 实验样品3 9 5 1 2 实验方法一3 9 5 2 实验结果3 9 5 2 1 国缘系列白酒三维荧光光谱图3 9 5 2 2 洋河蓝色经典系列三维荧光光谱图4 l 5 3 分析与讨论4 4 5 3 1 国缘系列与洋河蓝色经典系列白酒的荧光特征分析4 4 5 3 2 国缘系列与洋河蓝色经典系列白酒与酯类单体物质的曲线拟合4 5 5 4 本章小结4 6 第六章基于荧光光谱统计特征参量的9 种白酒鉴别4 7 6 1 实验样品与实验方法4 7 6 1 1 实验样品4 7 6 1 2 实验方法4 7 6 2 实验结果分析4 7 6 3 实验数据处理 6 3 1 小波数据压缩 6 3 2 统计特征参量提取 6 4 白酒的鉴别 6 5 本章小结 第七章总结与展望 7 1 总结 7 2 展望i 致 射 i l 目录 参考文献5 9 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文6 5 i i i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 白酒概述 白酒在我国有着悠久的酿造历史，几乎是和中华文明同时开始的。酒文化是中国文 化史上不可缺少的重要组成部分，我国诗经中早有记载关于“十月获稻、为此春酒 以及“为此春酒，以介眉寿的经典诗句；史记殷本纪中也有关于商纣王的“以 酒为池，悬肉为林 的记载等n 1 ，可见酒文化是与中国社会、历史融为一体的。我国酒 的品种多种多样，作为一种物质文化，酒的发展历程与经济发展史以及社会文化发展史 同步，酒不仅仅是一种食物饮品，还具有重要的经济和文化价值。世界六大名酒包括白 兰地、金酒、威士忌、俄得克酒、朗姆酒以及中国的白酒，白酒作为我国的传统饮品在 世界上同样占有重要的地位，为世人所称道心1 。中国的名优白酒酿造工艺独特，对酿造 原料、酿造过程和酿造环境都有特殊的要求，酒种众多，具有酒香悠长、口味醇厚、入 口甘美、入喉净爽、各味谐调的独特风格。白酒的酿造在我国历史上长期处于依靠经验 生产的处境，虽然形成了众多的名优白酒品牌，但对于白酒体系的复杂成分以及各种香 型的形成原因始终没有完整全面的科学认定1 。 白酒是一种含有多种微量有机化合物的酒精混合溶液。研究表明，在白酒体系中乙 醇和水的比例占到总量的9 8 - - - - 9 9 ，剩下1 - 2 的物质是各种微量有机化合物，这些微 量有机化合物可分为酸、酯、醛、醇等类型哺儿7 1 。微量有机化合物构成了白酒的主要呈 香呈昧物质。各种白酒中微量有机物的含量和相互配比不同，白酒内部的香味成分相互 调和，达成平衡，从而构成不同白酒各自独特的香型风格特征。从现有各香型白酒的检 测结果可知，白酒香型风格的骨架成分是由3 5 0 多种单体物质构成的，这些成分是构成 白酒典型性的物质基础。在白酒的单体物质中酯类单体物质是非常重要的呈香呈味物 质，对白酒整体品质和香型特征的形成有重要的影响作用馏钔。因此，对酯类物的研究 有利于白酒品质、香型的改善和提高，特别是将酯类物与成品白酒相结合，寻找白酒香 型与不同酯类物的对应关系及其影响程度，能够为白酒整体香型品质的确定提供科学的 参考依据以及量化标准。 1 2 白酒的检测技术 白酒作为我国的传统饮品，已经形成了大规模的白酒产业，并在国民经济中占有重 要地位，但是假冒劣质白酒的存在严重损害了我国名优白酒的声誉和利益，阻碍我国名 优白酒的发展壮大，同时，也威胁着广大人民群众的身体健康和生命安全。目前，市场 上出现的假酒主要是以食用酒精或廉价白酒勾兑，冒充名优白酒销售，以次充好，牟取 暴利。因此，如何采用科学检测技术鉴别名优白酒，已经成为我国白酒领域里倍受关注 的研究课题n l q 引。 我国的白酒检测方法大体上可分为两类：第一类，通过专业品酒师的感官品评对白 酒品质、香型进行认定，即感官鉴定法；第二类，通过光电仪器对白酒进行理化指标的 江南大学硕士学位论文 认定分析m 3 。具体的检测方法如下： 1 感官鉴定法 品酒作为一门传统技艺在我国有着悠久的历史传承。明代酒史中，已对酒的“香、 色、味 给予了较为系统的评酒术语n4 1 ，酒的感官品评作为一种职业技能在我国经过了 长时间的积累和发展，具有其独特的优越性。白酒作为一种饮品长期以来都是通过人的 感官品评来确定其品质的优劣。品酒主要是人们利用眼、鼻、口等感觉器官对白酒进行 品鉴，根据品酒师的经验和主观判断对白酒进行认定，区分白酒的品质优劣，划分等级， 划定白酒的风格属性。目前为止，品酒依然是白酒香型认定的主要方法，还没有任何一 种实验仪器和理化分析能够完全替代人的感官评定。由于白酒的特殊性，其色、香、味 是否受到人们的喜爱，最直观的判断方法就是通过人的感官评定，这是感官鉴定法的优 越性所在鄹。 2 气相色谱法 气相色谱分析法是一种先进的混合物分离分析技术，将混合物中的各种组分在两分 ，离相之间进行分配，其中一相是不动的( 固定相) ，另一相( 流动相) 携带混合物流过此固 定相，与固定相发生作用，在同一推动力下，不同组分在固定相中滞留的时间不同，依 次从固定相中流出，从而使各组分分离。气相色谱分析法又称色层法或者层析法，具有 分离效果强、选择性好、灵敏度高的优点。 气相色谱法在白酒检测领域的应用较为成熟，利用气相色谱法分析白酒成分不仅可 以一次性检测出白酒体系中多种微量成分，而且可以准确测量白酒色谱骨架成分的含量 以及相互的量比关系，从而进一步对白酒的香型、品质进行研究n h 羽。以周小平为首的 甘肃出入境检验检疫局利用气相和液相色谱技术，成功建立了名优白酒质量指纹专家鉴 别系统n 们。气相色谱分析可定量检测出白酒中多种酯、醇、醛、酸等成分，并能够确定 出它们之间的量比关系，通过计算机专家鉴别系统的自动分析，不仅能鉴别白酒的真伪， 还能确定白酒的优劣。但是气相色谱法在对组分定性分析时，必须用已知物或已知 数据与相应的色谱进行对比或与其他方法联用，才能获得直接结果，对于白酒体 系中大量未知的单体物质该方法无法定量分析。 3 紫外吸收光谱法 紫外吸收光谱法又称紫外分光光度法，是根据物质对不同波长的紫外线吸收程度不 同而对物质的组成进行分析的方法。紫外光谱的波长范围是2 0 0 - 4 0 0 n m ，目前常用的紫 外光谱测量仪器的测量范围可扩充到可见光区域。当所测样品的分子吸收光子后，能量 增加，使得外层电子由基态跃迁到激发态，不同结构的分子，其电子的跃迁方式以及吸 收光的波长范围都不相同，因此可根据样品的吸收波长范围、吸光度的能力对不同物质 进行鉴别。根据白酒对紫外光的选择性吸收范围以及吸收曲线的不同，同样可以对白酒 进行有效区分。许汉英为首的吉林检验检疫局首次提出此方法对白酒进行研究，通过白 酒在紫外区吸收光谱的扫描图谱可对白酒进行鉴别，具有一定应用价值2 。 4 红外光谱法 红外光谱是由于物质吸收电磁辐射后，分子振动转动能级的跃迁而产生的。当电 2 第一章绪论 磁辐射刚好能够满足物质能级跃迁所需的能量并且电磁辐射与物质之间存在相互作用 时，电磁辐射就会被物质所吸收。红外光谱可以依照特征吸收峰的强度测定混合物中各 组分的含量。研究发现：不同品牌、香型的白酒中所含的微量有机成分种类几乎相同， 构成了白酒的主要呈香物质昭舶。微量有机成分的含量高低及它们之间的配比关系不同， 决定了白酒的不同风格流派。可以通过测量白酒体系中微量有机成分的红外光谱，归纳 总结白酒的图谱特征，并根据特征图谱鉴别真假白酒心3 1 。 5 纳米技术法 纳米技术法是一种新兴的物质分析方法，主要是从微观的角度对物质本质进行研 究。邓少平等采用原子力显微镜对我国的传统名优白酒进行直接观察，发现不同酒体在 微观状态下呈现出不同的分布形态瞳制。5 3 度茅台酒的微观形态呈大瓣菊花状的个体游离 分布，基底薄，正圆形；5 2 度五粮液酒呈现清晰的六角晶形结构，中心有核，形体厚实， 边缘连绵，个体均匀，骨架突出，四周分散着小黑点。白酒的纳米图形具有唯一性，被 称之为白酒的“基因图谱”。酒体的微观形态与酒的风格存在一定的内在关联口鄹。 6 激光拉曼光谱法 激光拉曼光谱法是以激光为光源的拉曼光谱分析方法，其灵敏度比常规拉曼光谱可 提高1 0 4 1 0 7 倍，加之活性载体表面选择吸附分子可对荧光发射进行抑制，使其信噪比 得到较大提高。据报告，可通过对甲醇在2 8 2 3 c m 1 拉曼谱带的强度进行分析，作为判断 甲醇存在的依据，并可以确定甲醇的含量，检测精度可达到1 0 m g l 。该方法具有速度 快、用样量少等优点可用于检测真假白酒乜朝。 1 3 白酒中单体物质的分析检测工作 白酒中的单体物质主要包括酸、酯、醇、醛、酮等有机化合物，其中绝大多数为白 酒的呈香呈味物质。这些单体物质对白酒的香型特征起着决定性作用。 对白酒体系中单体物质的研究可以追述到6 0 年代，由于受到当时技术水平和仪器 设备的限制，一般采用化学滴定的传统分析方法测定白酒中的醇、醛、酸等成份m 。 原中国轻工业部在1 9 6 4 年曾组织对茅台和汾酒做试点性研究呻1 ，并采用纸层析色谱法、 薄层色谱和柱色谱等技术定性及半定量检测得出白酒中酸、酯、芳香族类化合物等成份， 首次认定浓香型白酒的主体香味成份是己酸乙酯，清香型白酒的主体香味成份是乙酸乙 酯。内蒙古轻工研究所在1 9 6 5 年采用纸层析定量分析法测量了几种名优白酒的氨基酸， 并采用柱层析定量分析法对白酒中的酸、酯成份进行研究。内蒙古轻工研究所还在1 9 6 6 年采用气相色谱分析方法定量分析了白酒中沸点较高的酯类阳3 ，如辛酸乙酯和乳酸乙酯 等，并在7 0 年代初期成功研制了d n p 混合柱，直接对白酒的香味物质进行测定，为名 优白酒的色谱分析做出了重大的贡献池3 。轻工部食品发酵科学研究所在1 9 8 0 年采用色 谱质谱分析法针对茅台酒的挥发性成份做了测定，认定了白酒体系中挥发性酚元化合 物。原轻工业部日用化学研究所在1 9 8 1 年至1 9 8 3 年针对汾酒的香味微量成分进行了剖 析性研究，主要采用毛细管色谱与质谱联用技术认定得出汾酒的主要香味成份共2 0 4 种， 其中包括有机酸1 8 种、酯类8 0 种、羧基化合物1 8 种、醇类2 0 种、酚类及内酯1 1 种、 3 江南大学硕士学位论文 含氮化合物6 种、缩醛类3 7 种、醚类1 4 种【绷。1 9 9 1 年1 0 月，湖北白云边酒厂、山东 省景芝酒厂与轻工部食品发酵研究所合作，开展了“其它香型名优白酒特征香味组分的 剖析研究 ，主要采用p e g z o m 交联柱直接进样分析法对白酒香味成分做进一步认定， 直接进样检测可得出组分6 7 种，用动态项空进样可检组分7 4 种瞻引。食品发酵工业科学 研究所的蔡心尧等在1 9 9 7 年采用f f a p 毛细管柱直接进样分析法对白酒主体香味成份 进行认定，运用三内标物法对茅台酒进行分析，检测结果得出酯类2 0 种、缩醛3 种、 醇类1 4 种、有机酸1 0 种、羟基化合物7 种、吡嗪2 种、呋喃化合物1 种共5 7 种组分。 白酒体系中还存在部分挥发性极低的物质，对于这些成分一般采用高效液相色谱技术进 行分离和检测，科研工作者在1 9 9 4 年采用高效液相色谱测定技术对酒中的有机酸进行 了检测啪j 。 在白酒以及单体物质的分析检测技术领域，目前还没有形成比较完备的检测系统， 距离白酒生产管理和市场监管的实际要求还有很大差距。因此，探索高效实用的白酒以 及单体物质的检测技术具有重要意义。 荧光光谱技术具有灵敏度高、方法简便、检测速度快等优点而得到广泛应用。在前 期的研究工作中，本课题组已对国内众多品牌的白酒、黄酒以及部分白酒单体物质进行 了荧光光谱分析，并开展了根据荧光光谱鉴别白酒的研究工作哺羽。本文在此基础上， 采用荧光分析法对白酒中主要酯类单体物质和几种白酒进行分析检测，作为白酒分析检 测技术的补充，为白酒分析检测技术的发展提供帮助。 1 4 本文的主要研究工作和主要创新点 1 4 1 主要研究工作 本文应用荧光光谱检测技术对白酒中主要酯类单体物质和几种白酒进行荧光光谱 分析，归纳荧光特征。通过荧光光谱的相关性规律总结酯类单体物质与浓香型白酒的对 应关系。提出了通过荧光光谱的统计特征参量鉴别白酒的方法。主要研究工作如下： ( 1 ) 采用激发波长2 0 0 5 0 0 h m 的紫外光对白酒体系中主要的酯类单体物质进行激 发，通过测量系统获取酯类物的荧光光谱数据，使用o r i g i n 软件将二维荧光数据合成三 第一章绪论 上，实现数据量的压缩，有效保证了神经网络分类器模型的快速训练。提取压缩后数据 的统计特征参数，作为神经网络的输入参量。最终，通过神经网络实现白酒的分类识别。 1 4 2 主要创新点 ( 1 ) 在实验测量白酒中的6 种主要酯类单体物质和五粮液、古井贡八年原浆酒、 双轮酒、郎酒、西凤酒5 种白酒的荧光光谱特性的基础上，运用曲线拟合技术将酯类单 体物质与白酒荧光光谱进行曲线拟合，计算相关系数，得到了酯类单体物质与浓香型白 酒荧光光谱的相关性规律。 ( 2 ) 提出了将三维荧光光谱分析技术与统计特征参数分析法和神经网络分类识别 技术相结合用于白酒鉴别的方法。该方法作为本项目组以往研究工作的补充，为白酒检 测工作提供支持。 江南大学硕士学位论文 6 第二章实验原理与仪器介绍 第二章实验原理与仪器介绍 2 1 荧光分析法基本理论 物质所发射的荧光反映其物质分子特性，根据荧光特性对物质进行定性或定量分析 的方法称为荧光分析法。当短波长光照射某些物质时，该物质中某些结构上的电子会吸 收光子的能量，电子从基态跃迁到激发态。处在激发状态的电子是不稳定的，会通过相 互作用等形式转移一部分能量，跃迁到第一激发态的最低能级，然后通过辐射光子的形 式释放能量而回到基态。在此过程中产生荧光。物质发出的荧光可以通过光谱实验仪器 进行记录，绘制光谱图。物质的荧光特性与物质的内部结构存在一定的联系，因此，可 以通过对物质荧光光谱的分析研究揭示物质的内部特征啪3 。 2 1 1 荧光产生的原理 s ，l jl jl 0 + j l c 、 r v r jl 、，k t 1j jl 、上上 x l l。 !、o+： i - a t fi c i p 塔c ； f0 、r r 、r、f ， f 、t ， t 图2 1 分子能级跃迁示意图m 1 f i g 2 1d i a g r a mo f e n o - g yl e v e lt r a n s f e ro f m o l e c u l a r 物质分子吸收光子能量后被激发，分子内部发生的激发和跃迁过程如图2 - 1 所示， 其中s 。表示基态、s 。表示第一激发单重态、s 。表示第二激发单重态、t 表示第一激发三 重态、a 。、a 2 表示吸收过程；v r 表示振动弛豫；i c 表示内转化；i s c 表示系间窜越；p 表示磷光；f 表示荧光。物质吸收光子之后，电子被激发到s 。和s 。态，s 。态的电子的状 态不稳定，将通过无辐射跃迁的形式迅速跃迁到s 。态的最低能级，处在s 。态最低能级的 电子也不稳定，主要通过3 种途径释放能量：( 1 ) s 。- s 。的辐射跃迁，伴随着光子的发射， 即产生荧光；( 2 ) s 广t 的系间窜跃，经过振动弛豫，到达t 的最低能级，再发生t - s 。 的辐射跃迁，产生磷光；( 3 ) 内转化和系间窜越等无辐射跃迁。最终电子回归到基态2 1 。 2 1 2 荧光光谱检测技术的特点 荧光产生的机理决定了荧光检测技术有自己独有的优点。首先，荧光检测具有灵敏 7 江南大学硕士学位论文 度高的特点，与紫外可见分光光度法比较，荧光检测技术可以在光线较暗的背景下检 测物质的荧光发射。荧光检测分析的灵敏度通常要比分光光度法高2 3 个量级。其次， 荧光检测具有选择性强的特点，采用荧光光谱分析物质可以包含更多的信息，能够得到 物质的荧光参数，这些参数更能全面的反映物质的本质。再次，荧光分析法具有样品用 量少的特点，由于荧光光谱检测法具有较高的灵敏度，不需要大量的实验样品，特别在 样品数量有限的实验条件下，更能显示出其优越性。最后荧光分析法还具有绿色环保的 特点，采用荧光光谱检测技术分析物质不会对环境产生任何污染，是一种科学、绿色、 快速、简便的检测技术3 蚓。 2 1 3 三维荧光光谱分析法 三维荧光光谱是描述荧光强度同时随激发波长和发射波长变化的关系图谱，由于三 维荧光光谱能够提供比常规荧光光谱和同步荧光光谱更完整的光谱信息，可作为一种很 有价值的光谱指纹信息，因此，也被称作三维荧光指纹图谱啪1 。三维荧光光谱的表示形 式可分为：等角三维投影图和等高线图。1 9 世纪末2 0 世纪初的犯罪学和法医学首先提 出指纹图谱鉴定方法。近代，随着基因学的发展，指纹分析的概念与生物技术结合进一 步延伸到d n a 指纹图谱分析领域，应用范围大大提高。 指纹图谱通常的定义是指将实验样品经适当处理后，应用现代检测技术，获得能够 反应该样品特性的图谱，并使图谱信息尽可能多地反映样品的全貌。指纹图谱是从宏观 的角度研究问题，它不强调个体的特异性，而是强调一个群体的相似性，即群体内的共 有特征性。指纹图谱通过色谱的模糊性和整体性来表现物质的相似特征，模糊性强调的 是一组待测样品的指纹图谱具有相似性，但不是完全相同；整体性强调的是在对物质进 行图谱分析时，色谱应该具有“完整面貌，而不是局部特征。这样才能保证在不同的 分析环境中都可以搜索和提取与该样品指纹图谱整体“面貌”相关的特征，加以鉴别阳3 1 。 指纹图谱分析强调准确的辨认，而不是精密的计算，图谱的对比强调的是相似性， 而不是相同，这是与传统分析观点的区别所在。与传统分析鉴别方法相比，指纹图谱是 综合地看问题，也就是强调谱图的整体性，反映的信息是综合的。 二维荧光光谱的数据量较小，不能对不同激发波长激发下产生的荧光进行整体的把 握，对于物质体系复杂的混合物分析具有局限性。三维荧光光谱是采用一系列不同波长 的激发光对样品进行激发，获得其相应激发波长的荧光光谱，能够涵盖比较全面的物质 荧光特性，从宏观上对物质进行认知。该技术很好的解决了二维荧光分析方法信息覆盖 不全面、难以直观的对样品进行分析的问题，具有更好的整体性b 5 瑚儿6 5 儿6 6 1 。 白酒体系存在大量的微量有机成分，这些物质共同构成了白酒的复杂体系，微量物 质的综合作用构成白酒独特的香型品质和口感，名优白酒的品质优越是由于其内部的组 成物质时刻处于一种动态的平衡状态，任何干扰或过强的检测手段都有可能打破这种平 衡而使检测结果失去意义。因此，将荧光光谱分析法与指纹图谱分析法相结合，非常适 合白酒的鉴别分析，采用三维荧光光谱分析法对白酒以及白酒内部主要单体物质进行测 量分析有着其独一无二的先天优势，不仅不会破坏白酒体系的平衡状态，也能够从宏观 整体上对白酒以及内部单体物质进行分析，寻找其综合作用的特性，能够涵盖白酒的全 部特性信息渺4 。 2 2 光谱研究的实验设备 本文中所用荧光数据的获取均采用美国r o p e r - s c i e n t i f i c 公司产s p 2 5 5 8 型多功能光 谱测量系统进行测量。系统结构如图2 2 所示，光源：7 5 w 连续氙灯；激发单色仪：焦 距为1 5 0 m m 、两块闪耀光栅；发射单色仪：焦距为5 0 0 m m 、三块闪耀光栅；探测器： c c d ( s p e c - 1 0 ，1 0 0 b t e ) 。测量系统通过专用的控制器( s p e c t rh u b ) 与计算机连接， 应用专门的软件进行操作。 s p e c t r a h u b c o b p u tc r 图2 - 2s p - 2 5 5 8 多功能光谱测量系统结构图 f i g 2 - 2s p 一2 5 5 8m u l t i - f u n c t i o ns p e c t r u mm e a s u r e m e n ts y s t e m 通过计算机控制激发单色仪中的光栅运动，选择光源中特定波长范围内的光作为其 激发光。当激发光通过狭缝后，经过凸透镜的汇聚作用，照射到待测样品上，激发样品 产生荧光。荧光经过单色仪进入探测器，发射单色仪可以对特定发射波长或是某一段发 射波长的光进行指定测量，分别测量出荧光激发光谱和荧光发射光谱。通过检测器把检 测到的光信号转变为电信号，并输入到计算机中，经过软件处理，把信号还原为光谱图 像。 2 3 本章小结 本章主要对荧光光谱原理、荧光光谱检测技术以及实验中用到的光谱检测仪器做了 简要的介绍。 9 江南大学硕士学位论文 第三章白酒中酯类单体物质的荧光光谱研究 第三章白酒中酯类单体物质的荧光光谱研究 白酒体系的成分复杂造成白酒的鉴定以及白酒香型的认定十分困难。目前对白酒香 型的认定主要是采用感官品尝与化学检验的方法，鉴别过程繁琐并且容易受到人的主管 因素影响2 叫3 。若要对白酒香型进行准确的认定，需要了解白酒体系中单体物质对白酒 整体香型的影响。白酒中香味成分( 酸、酯、醇、醛及芳香族化合物等) 仅占白酒总含量 的2 ，但正是由于微量香味成分的相互调和最终决定了酒的独特香气和香型风格，构 成白酒的不同流派。 白酒中的酯类单体物质主要是有机酸和有机醇在分子间经过脱水反应形成的一类 化合物，酯类单体物质是白酒中的主要香味成分，具有芳香性气味和挥发性，酯类物对 形成各种酒的典型性风味起着重要作用。白酒中主要的酯类单体物质包括乙酸乙酯、己 酸乙酯、乳酸乙酯，其总含量约占总酯含量的8 0 左右，被称为三大酯“纠7 1 。研究表明 白酒中三大酯( 乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯) 含量及量比的变化，影响酒的香型、 风格与流派。目前已知已酸乙酯是浓香型白酒的主体香味成分，乙酸乙酯为清香型白酒 的主体香味成分m 例。本章运用荧光检测技术获得白酒体系中主要的酯类单体物质的荧 光光谱，进行分析讨论，总结白酒中酯类单体物质的荧光特性，解析酯类单体物质的荧 光特征以及对白酒荧光光谱的影响程度。 3 1 实验样品与实验方法 3 1 1 实验样品 国家标准物质中心认证的乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸苯乙酯、 戊酸乙酯共6 种酯类单体物质溶液，由江南大学生物工程学院提供。 乙酸乙酯( c h 3 c o o c 2 h 5 ) 是