（分析化学专业论文）江西白酒指纹图谱及化学组分分析方法的研究.pdf

摘要 摘要 白酒是我国特有的一种蒸馏酒。白酒中除含大量的乙醇和水外，其香味成 分是仅占总量2 左右数百种化合物的集合，如醇、酯、酸、羰基化合物、酚类、 微量元素等，其中又以醇和酯的含量相对较多，约为千分之几，其它组分多在 万分之几甚至百万分之一以下。由于这些微量芳香成分是形成白酒独特风味的 主要原因所在，所以开展白酒中微量芳香成分的研究意义重大。本论文在查阅 国内外文献的基础上，运用三维荧光光谱、高效液相色谱和气相色谱质谱联用 分析技术，结合相关的化学模式识别手段，研究白酒的指纹图谱构建方法，并 运用于江西白酒的区分鉴别及质量控制；同时，采用等离子体原子发射光谱及 离子色谱分析技术，研究白酒中微量元素及有机酸新的分析方法。其主要研究 内容如下： 1 运用三维荧光光谱技术对江西五个不同生产厂家的2 3 个白酒样品进行 了测定，获得了它们的指纹图谱，提取其11 个特征参数作为变量，引用主成分 分析法对白酒样品进行分类，并用反传人工神经网络对未知样品进行预报。结 果表明，不同厂家生产的白酒其三维荧光指纹图谱存在显著差异，主成分分析 法能对样品进行正确分类，从而建立了识别不同厂家白酒的新方法，能有效地 控制白酒样品的质量。此外，主成分分析还用于优化反传人工神经网络，统计 多次预报的结果，表明经优化的反传人工神经网络能对未知样品的来源进行准 确预报。 2 采用高效液相色谱法对江西五个不同生产厂家的2 3 个白酒样品进行了 测定，构建了它们的指纹图谱，并运用系统聚类分析法及基于主成分分析一投影 判别法对白酒的指纹图谱进行了模式识别研究。结果表明，不同厂家生产的白 酒其高效液相色谱指纹图谱存在一定差异，且系统聚类分析法和主成分分析投 影判别法均可以较好地区分各不同厂家的产品，为白酒品种与质量的鉴定判别 提供了一种新的手段。 3 采用顶空进样，结合g c - m s 分析技术，建立了江西五个不同生产厂家的 2 3 个白酒样品的指纹图谱，并运用系统聚类分析及逐步判别分析对白酒的指纹 图谱进行了模式识别研究。结果表明，不同厂家生产的白酒其g c m s 指纹图谱 既有较好的相关性，又存在一定差异，且系统聚类分析及逐步判别分析均能对 摘要 样品进行正确分类，判别函数回判准确率为1 0 0 ，从而建立了识别不同厂家白 酒的方法，为白酒质量控制提供了一定的科学依据。 4 运用电感耦合等离子体原子发射光谱法( i c p a e s ) 建立了江西白酒中b ， a s ，b a ，c o ，n i ，c u ，b e ，s r ，c r ，l i ，s e ，p b ，b i ，c d ，m n ，z n ，m g ，f e ， k ，n a ，c a ，a 1 等2 2 种微量元素分析的新方法，考察了不同厂家生产的白酒中 微量元素含量的差别。实验结果表明，白酒经少量硝酸消化，样品消解完全， 可以满足i c p a e s 检测的要求。结果的相对标准偏差为0 5 2 4 ，加标回收率为 9 6 9 5 0 o - 1 0 7 6 ，方法具有较好的准确度和精密度，且不同厂家生产的白酒中所 含微量元素有一定的差异，如章贡酒中z n 、m g 、k 、n a 、c a 、a i 含量均低于其 他厂家生产的白酒，只有4 号章贡酒样品含有少量的b i ；8 号四特酒样品含n a 较 高于其它白酒样品；1 5 号李渡酒样品中的c u ，f e ，k 含量最高；而临川贡酒中的 舢含量明显高于其他生产厂家白酒。本章研究结果为进一步探讨白酒质量与微 量元素之间的关联性提供了理论依据。 5 建立了非抑制型电导检测离子排斥色谱法测定白酒中6 种有机酸( 草酸、 酒石酸、苹果酸、甲酸、琥珀酸、乙酸) 的方法。以i o np a ci c e - a s 6 色谱柱为分 离柱，选用背景较低的稀苯甲酸溶液为淋洗液，考察了淋洗液浓度、流速、色谱 柱温度对分离和测定有机酸的影响。通过实验确定最佳的色谱条件为：1 0 m m o l l 苯甲酸溶液作为淋洗液，流速0 4 5 m l m i n ，柱温3 5 。所测有机酸的检测限为 0 0 3 4 1 - - 0 9 0 4 5 m g l ，相对标准偏差在o 1 3 0 旷5 1 2 之间( n - - - 5 ) ，回收率为 9 0 7 5 1 0 8 5 ，方法具有较好的准确度和精密度。该法用于江西五个不同生产 厂家2 3 个白酒样品中有机酸的测定，结果令人满意。 关键词：白酒；微量元素；有机酸；指纹图谱；三维荧光光谱；高效液相色谱； 顶空进样：气相色谱质谱联用；电感耦合等离子体原子发射光谱；离子排斥色 谱法；主成分分析；聚类分析；反传人工神经网络；逐步判别分析。 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i n ei sak i n do fc h i n e s eu n i q u ed i s t i l l e dl i q u o r s ，e x c e p to fag r e a tn u m b e ro f e t h a n o la n dw a t e r ，w h i c hi n c l u d e sh u n d r e d so fa r o m ac o m p o n e n t so n l ya c c o u n t i n g f o r2 ，s u c ha sa l c o h o l s ，e s t e r s ，a c i d s ，c a r b o n y lc o m p o u n d s ，p h e n o l sa n dt r a c e e l e m e n t s t h ec o n t e n t so fa l c o h o l sa n de s t e r sa r ea b o u ta tt h ep p tl e v e l ，o t h e r s c o n t e n t sa l la r eb e l o w0 01p p mo re v e nlp p m t h et r a c ea r o m ac o m p o n e n t sa r et h e m a i nr e a s o nf o rt h es p e c i a lf l a v o rf o r m a t i o ni nw i n e s ，t h e r e f o r e ，i ti sa ni m p o r t a n t i s s u et os t u d yo nt h et r a c ea r o m ac o m p o n e n t so fw i n e s r e f e r r e dt oal o to fl i t e r a t u r e s ， i nt h i s p a p e r , 谢廿1t h eh e l p o ft 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 u m ，h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) a n dg a sc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r u m ( g c - m s ) s e p a r a t i o na n dd e t e c t i o n ，t h ec h r o m a t o g r a p h i cf i n g e r p r i n t so f2 3 w i n e s a m p l e sp r o d u c e db yf i v ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r si nj i a n g x ip r o v i n c eh a v e b e e nb u i l t t h e n ，t h e yw e r ee v a l u a t e db yt h er e l a t e dc h e m i c a lp a r e mr e c o g n i t i o nm e t h o d s m e a n w h i l e ，an e wm e t h o df o rs t u d y i n go nt h et r a c ee l e m e n t sa n do r g a n i ca c i d so f w i n e sh a sb e e ne s t a b l i s h e d b yi n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m a - a t o m i c e m i s s i o n s p e c t r o m e t r y ( i c p - a e s ) a n dn o n s u p p r e s s e di o ne x c l u s i o nc h r o m a t o g r a p h y 、) l ，i t l l c o n d u c t o m e t r i cd e t e c t i o n t h em a i nr e s u l t so fs t u d ya r et h ef o l l o w i n g ： 1 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 es p e c t r u mt e c h n i q u ew a sa d o p t e dt od e v e l o pt h e f i n g e r p r i n t so fw i n e s ，a n d2 3s a m p l e sp r o d u c e db yf i v ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r sw e r e a n a l y z e d ，t h et e c h n i q u eo fp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ( p c a ) w a sa p p l i e dt o i n v e s t i g a t e11 f e a t u r ep a r a m e t e r so fw i n e s 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 es p e c t r a , a n db a c k - p r o p a g a t i o nn e t w o r k ( b p n ) w a sa p p l i e dt o p r e d i c tt h e a t t r i b u t i o no f u n k n o w ns a m p l e s t h er e s u l t sb a s e do np c as h o w e dt h a tt h e r ew e r eo b v i o u s d i f f e r e n c e sa m o n gt h et 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 ef i n g e r p r i n t so fw i n es a m p l e s p r o d u c e db yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s ，w h i c he s t a b l i s h e dam e t h o dt od i s t i n g u i s hw i n e s p r o d u c e db yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s ，a n dt h em e t h o dd e v e l o p e dc a nb ee f f e c t i v e l y u s e dt oc o n t r o lt h eq u a l i t yo fw i n e s b e s i d e s ，t h ep r e d i c t e dr e s u l t sb a s e do no p t i m i z e d b a c k p r o p a g a t i o nn e t w o r kc a nb ec o r r e c t l yu s e dt op r e d i c tt h ea t t r i b u t i o no fu n k n o w n s a m p l e s i i i a b s t r a c t 2 am g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h i cm e t h o dw a sd e v e l o p e dt oe s t a b l i s ht h e f m g e r p r i n t so fw i n e s ，a n d2 3s a m p l e sp r o d u c e db yt h ef i v ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r si n j i a n g x ip r o v i n c ew e r ea n a l y z e d i nt h i ss t u d y , t h et e c h n i q u eo fh i e r a r c h i c a lc l u s t e r a n a l y s i s ( h c a ) a n dp r o j e c t i o nd i s c r i m i n a n c eb a s e do np r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ( p c a ) w a su s e dt od i f f e r e n t i a t ea n de v a l u a t et h ef i n g e r p r i n t s t h er e s u l t so nh c a a n d p c as h o w e dt h a tt h e r ew e r ed e f i n i t ed i f f e r e n c e sa m o n gt h ef i n g e r p r i n t so fw i n e s a m p l e sp r o d u c e db yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s ，a n dc l a s s i f i e dt h et w e n t y - t h r e ew i n e s a m p l e si n t of i v eg r o u p sr a t i o n a l l y ，w h i c hc o u l de s t a b l i s ham e t h o dt oi d e n t i f yt h e v a r i e t i e sa n dq u a l i t yo fw i n es a m p l e s 3 ah e a d s p a c eg c - m sm e t h o dw a sd e v e l o p e dt oe s t a b l i s ht h ef i n g e r p r i n t so fw i n e s ， a n d2 3s a m p l e sf r o mt h ef i v ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r si nj i a n g x ip r o v i n c ew e r e a n a l y z e d i nt h i ss t u d y , t h et e c h n i q u eo fh i e r a r c h i c a lc l u s t e ra n a l y s i s ( h c a ) a n d s t e p w i s ed i s c r i m i n a n ta n a l y s i sw a su s e dt od i f f e r e n t i a t ea n de v a l u a t et h ef i n g e r p r i n t s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew a sg o o dc o r r e l a t i o na sw e l la sd e f i n i t ed i f f e r e n c e s a m o n g t h ef i n g e r p r i n t so fw i n es a m p l e sp r o d u c e db yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s ，a n dt h e t e c h n i q u eo fh c aa n ds t e p w i s ed i s c r i m i n a n ta n a l y s i sc o u l db ec o r r e c t l yu s e dt o d i s t i n g u i s ht h ec l a s s e so fd i f f e r e n ts a m p l e s ，w h i c he s t a b l i s h e dam e t h o dt od i s t i n g u i s h w i n e sp r o d u c e db yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e s ，a n dt h em e t h o dd e v e l o p e dc o u l dp r o v i d e t h es c i e n t i f i cb a s i sf o rt h eq u a l i t yc o n t r o lo fw i n e s 4 am e t h o do fs i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no ft r a c ee l e m e n t si nw i n e sw a sd e v e l o p e d b yu s i n gi n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m a - a t o m i ce m i s s i o ns p e c t r o m e t r y ( i c p a e s ) t h e c o n t e n t so ft w e n t y - t w ok i n d so fe l e m e n t sa s ，b a , c o ，n i ，c u ，b e ，s t , c r , m n ，l i ，s e ， p b ，b i ，c d ，b ，z n ，m g ，f e ，k ，n a , c aa n da 1w e r ed e t e r m i n e di nt w e n t y t h r e ew i n e s p r o d u c e db yf i v ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r si nj i a n g x ip r o v i n c e t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t si n d i c a t e dt h a tw i n es a m p l e sc l e a r e du pc o m p l e t e l yb yas m a l lq u a n t i t yo fn i t r i c a c i dc o u l ds a t i s f yt h er e q u e s to fi c p - a e sa n a l y s i s ，t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n so f t h em e t h o dw e r eb e t w e e n0a n d5 2 4 ，a n dt h er e c o v e r yr a t e sw e r eb e t w e e n9 6 9 5 a n d10 7 6 t h em e a s u r i n gm e t h o dw a sp r o v i d e dw i t hb e a e ra c c u r a c ya n dp r e c i s i o n a n dt h et r a c ee l e m e n t sh a v ed e f i n i t ed i f f e r e n c e si nw i n e sp r o d u c e db yd i f f e r e n t m a n u f a c t u r e r s ，f o ri n s t a n c e ，t h ec o n t e n to fe l e m e n t sz n ，m g ，k ，n a ，c a ，a ii n z h a n g g o n gw i n es a m p l e si sl o w e rt h a nw i n e sp r o d u c e db yt h eo t h e rm a n u f a c t u r e r s ， i v a b s t r a e t b u tt h e r ei ss m a l la m o u n to fe l e m e n tb io n l yi nz h a n g g o n gw i n es a m p l en o 4 ，t h e c o n t e n to fe l e m e n t sn ai sh i g h e s ti ns i t ew i n es a m p l en o 8 ，t h ec o n t e n to fe l e m e n t sa 1 i sh i g h e ri na l ll i n c h u a ng o n gw i n e si so b v i o u s l yh i g h e rt h a nw i n es a m p l e sf r o mt h e o t h e rm a n u f a c t u r e r s ，a n dt h ec o n t e n to fe l e m e n t sc u ，f e ，ki nl i d uw i n es a m p l en o 15 i st h eh i g h e s ti n2 3w i n es a m p l e s t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c hr e s u l t si n t h i s s t u d y p r o v i d e dt h et h e o r e t i c a lb a s i sf o rf u r t h e rs t u d yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw i n eq u a l i t i e s a n dt r a c ee l e m e n t s 5 as i m p l ea n ds e n s i t i v em e t h o dw a se s t a b l i s h e df o rt h es e p a r a t i o na n dd e t e c t i o no f6 o r g a n i ca c i d s ( o x a l i ca c i d s ，t a r t a r i ca c i d ，m a l i ca c i d ，f o r m i ca c i d ，s u c c i n i ca c i da n d a c e t i ca c i d ) b yn o n s u p p r e s s e di o ne x c l u s i o nc h r o m a t o g r a p h yw i t hc o n d u c t o m e t r i c d e t e c t i o n t h ee f f e c to fb e n z o i ca c i dc o n c e n t r a t i o n ，f l o wr a t ea n dc o l u m nt e m p e r a t u r e o nt h es e p a r a t i o no fo r g a n i ca c i d sw a si n v e s t i g a t e db yu s i n gi o np a ci c e a s 6 髂 a n a l y t i c a lc o l u m na n dd i l u t e db e n z o i ca c i do fl o w e rb a c k g r o u n d2 l se l u e n t t h r o u g h t h et e s t ，t h eo p t i m a ls e p a r a t i o no fs i xo r g a n i ca c i d sw a sa c h i e v e d 、) l ，i t h1 0 m m o l l b e n z o i ca c i ds o l u t i o n 嬲t h ee l u e n ta taf l o wr a t eo f0 4 5m l m i n a n dc o l u m n t e m p e r a t u r ea t3 5 c d e t e c t i o nl i m i t sf o rt h eo r g a n i ca c i d sr a n g e df r o m0 0 3 4 1t o 0 9 0 4 5 m g l ，t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n sw e r eb e t w e e n0 1 3 a n d5 1 2 a n dt h e r e c o v e r yr a t e sw e r eb e t w e e n9 0 7 5 a n d10 8 5 ，t h em e a s u r i n gm e t h o dw a s p r o v i d e dw i t hb e t t e ra c c u r a c ya n dp r e c i s i o n t h eo r g a n i ca c i d si n2 3j i a n g x iw i n e s a m p l e sf r o mt h ef i v ed i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r sw e r ea n a l y z e dw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s k e yw o r d s ：w i n e s ；t r a c ee l e m e n t s ；o r g a n i ca c i d s ；f i n g e r p r i n t s ；t 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 es p e c t r u m ；h i g hp e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ；h e a d s p a c e ；g a s c h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r u m ；i n d u c t i v e l yc o u p l e d p l a s m a - a t o m i c e m i s s i o n s p e c t r o m e t r y ；i o n - e x c l u s i o n c h r o m a t o g r a p h y ；p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ； h i e r a r c h i c a lc l u s t e r a n a l y s i s ；b a c k p r o p a g a t i o nn e t w o r k ；s t e p w i s ed i s c r i m i n a n t a n a l y s i s v 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权南昌文学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：导师签名( 手写) ： 签字日期：年月 日 签字日期：年 月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 白酒是我国特有的一种蒸馏酒。白酒中除含大量的乙醇和水外，其香味成 分是仅占总量2 左右数百种化合物的集合，如醇、酯、酸、羰基化合物、酚 类、微量元素等，其中又以醇和酯的含量相对较多，约为千分之几，其它组分 多在万分之几甚至百万分之一以下。由于这些微量芳香成分是形成白酒独特风 味的主要原因所在，所以开展白酒中微量芳香成分的研究意义重大。 白酒是以曲类、酒母等为糖化发酵剂，利用粮谷或代用原料，经蒸煮、糖 化发酵、蒸馏、贮存、勾兑而成的世界六大蒸馏酒之一【l 】。虽然白酒都是经以上 步骤而生产的，但由于所用曲类和酒母的不同，以及酿造原料和酿造方法的各 异，也造成了白酒在风味及品种上的差异。 在我国己知白酒的香型己不少于十种，如浓香、清香、米香、凤香、芝麻 香、特香等等。随着我国白酒工业的发展，先进的仪器分析技术的采用，评酒 工作的改进及新产品的开发，众多的新型白酒也不断涌现。近几年对白酒香型 的分类也有了许多新的认识，人们提出了一些新的观点 2 1 。目前人们普遍公认的 五大香型为：浓香型、酱香型、清香型、米香型和其它香型，其中对浓香型与 清香型的研究相对成熟一些，均确认了主体香味组份。其它香型包含的范围较 广泛，如兼香型、药香型、风香型、芝麻香型、特香型等，这些香型均是在前 四大主要香型的基础上发展起来的，与四大香型均有着或多或少的联系【3 】。四大 香型的白酒各具有自己独特的风味【4 - 5 】： 1 浓香型白酒( 以沪州老窖为代表) ，风味的感官特点是绵甜爽净，香味协 调，尾香悠长。以香、绵、甜、净、长及香味协调为典型风格。其主体香气是 己酸乙酯，它是在1 9 6 4 年的轻工业部试点中，首次被确认的。之后，也被许多 单位通过科学实验所证实。主体酯的含量按依次递减的顺序分别为：己酸乙酯、 乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯；有机酸的 含量按递减的顺序排列为：乙酸、己酸、乳酸、丁酸。总酸与总酯比约为l ：4 ， 醇酯比约为1 ：6 。 2 酱香型白酒( 以贵州茅台为代表) ，具有酱香突出，幽雅细腻，空杯留香 第一章绪论 幽雅持久，酒体醇厚丰满，酱味显著，回味悠长的风格特征。其主体香气尚未 定论，现有资料认为酱香型白酒的主体香味成份可能是以芳香族化合物( 含苯环 和杂环化合物) 为主体，与部分脂肪族化合物如醛、酮、醇、酸、酯等所构成l 6 。 3 清香型白酒( 以山西汾酒为代表) ，感官特征可用“晶亮透明，清香纯正， 醇甜柔和，诸味协调，余味爽净”来表达。其香味成分主要是由乙酸乙酯为主 的酯类、以乙醛和乙缩醛为主的醛类、以异丁醇为主的高级醇类、以乙酸和乳 酸为主的酸类等香味成分组成。总酸与总酯的比例为1 ：5 0 - - , 6 0 ，乙酸与乳酸的比 例为1 ：0 8 t 7 - 8 】。 4 米香型白酒( 以桂林三花酒为代表) ，口感可描述为蜜香清雅，入口绵柔， 落口爽净，回昧怡畅，突出蜜香清雅的小曲米香风格。其主体香味成份至今也 未有定论，一般认为其香气成份的特点是乳酸乙酯的含量大于乙酸乙酯，高级 醇的含量较高，及b 一苯乙醇的含量多【9 】。其它香型白酒主体香味成份与清香、 浓香、酱香和米香有着渊源关系，但在香味成份的量比关系及其特征成份上也 因类型不同而异【l m l l 】。 由于不同类型的白酒其化学组成存在一定差别，表现出检测信息具有各自 的特征。因此，系统研究白酒中化学组分新的分析方法及其特征指纹图谱，对 改进白酒的生产工艺，保证白酒生产质量，区分酒的真伪均具有一定的实用价 值。 白酒的质量标准主要包括感官指标、理化指标及卫生指标三个部分，其中 感官指标大多依靠人的感觉器官进行检测，这样结果就会存在个体差异。将感 官指标进行量化，一直是从事白酒技术人员努力的目标，运用指纹图谱技术可 能成为解决这一问题的有效途径之一1 2 j 。 指纹图谱是随着现代分析技术发展而诞生的一种从整体上研究复杂物质体 系的技术，已经在环境保护【1 3 小】、食品评价【1 6 】、中药质量控制【1 7 - 1 8 】等诸多领域中 得到应用，尤其在中药材上应用比较广泛【1 9 。2 2 ，在食品领域中的应用还不是很 普遍。指纹图谱技术在食品领域中的应用，可以对食品的质量和风味等的区分 鉴定提供有效手段。 1 2 指纹图谱的构建方法及应用 指纹图谱是法医学上的一个概念。由于指纹具有人各不同，终生不变，触 2 第一章绪论 物留痕，可以认定人身的特点，指纹鉴定结论在侦察和审判中起着重要作用， 被称为“物证之首 、“证据之王”。借用这一概念，在系统研究中药成分的基础 上，提出了“中药指纹图谱 的概念。中药指纹图谱是指某种( 或某产地) 中 药材或中成药经适当的处理后，采用一定的分析手段，得到的能够标志该中药 材或中成药特征的色谱或光谱的图谱。指纹图谱的作用主要是反应复杂成分的 中药及其制剂内在质量的均一性和稳定性【2 引。指纹图谱技术在食品中的应用就 是在中药指纹图谱的基础之上，把指纹图谱技术与食品的质量控制与风味检测 联系起来，从而为食品的质量和风味等的区分鉴定提供有效手段。 食品指纹图谱是指样品经适当处理后采用一定的分析手段，得到能够表示 该样品特性的色谱、光谱以及其他图谱数据资料，来显示食品固有的综合特征 的一种方法。指纹图谱技术的优势是不需要准确测定产物或产品的各种化学成 分，而只需对产物或产品化学成分的含量和组成( 比例) 利用色谱等现代分析方 法反映出来，从宏观上进行分析来确定产物与产物间的差异，具有整体性和模 糊性的特点【2 4 2 5 】。随着现代分析仪器的发展及指纹图谱研究的深入，目前构建 指纹图谱的方法很多，主要是光谱法和色谱法。包括紫外光谱法( u v ) 、红外光 谱法( i r ) 、质谱法( m s ) 、核磁共振法( n m r ) 、x 射线衍射法( x r d ) 【2 6 j 、 d n a 指纹图谱2 7 之引、薄层色谱法( t l c ) 【2 9 】、高效液相色谱法( h p l c ) 、气相 色谱法( g c ) 、高效毛细管电泳法( h p c e ) ，以及采有多种现代分析仪器联用方 式得到的多维多信息特征谱等。 1 ，2 1 荧光分析法 荧光分析法( f a ) 是近二十多年发展起来的新型化学分析技术。它是利用 分子在特定波长的激发光照射下发出特征发射光的原理来检测待测物质的含量 【3 0 】。荧光法测量简便，灵敏度比紫外可见光吸收光度法高2 3 个数量级。相对于 红外光谱技术，荧光光谱技术鉴别食品真伪和产地的研究要少得多。食品中含 有很多特征荧光团( i f ) ，这些成分包括芳香氨基酸( 色氨酸、酪氨酸、苯丙氨 酸) 、维生素a 、维生素b 2 、n a d h 衍生物、一些核苷酸和其他在很多食品中发 现的含量非常低的一些化学成分。k a r o u i 等1 3 l j 利用前表面荧光技术( f f f s ) 测 定了来自不同地区的4 0 个牛奶样品，色氨酸、芳香氨基酸+ 核苷酸和核黄素的激 发波长分别为2 9 0 n m 、2 5 0 n m 和3 8 0 n m ，维生素a 的激发波长在4 10 n m ，通过主 成分分析发现芳香氨基酸+ 核苷酸的荧光光谱的鉴别效果最好，准确率达8 1 5 。 3 第一章绪论 常规荧光光谱法为人们定性和定量分析物质的结构组成以及含量提供了一 个强有力的工具，但常规的荧光分析法由于其所含信息量少，极大地限制了荧 光技术的进一步发展。三维荧光光谱法的突出优点是其中包含了非常丰富的信 息量，可以大大提高方法的选择性【3 2 】。俞蔚等【3 3 】应用三维荧光光谱指纹技术， 研究了不同品种辣椒的三维荧光指纹特征，首次建立了辣椒及辣椒素对照品的 三维荧光指纹图谱。不同品种辣椒具有特征的指纹图谱类型和特征指纹，并确 立了辣椒素所对应的荧光峰位置，该方法可用来作为鉴别辣椒品种和评价辣椒 素含量有效手段。雍克岚等i 蚓研究不同品种烟草石油醚冷萃取物的三维荧光光 谱，包括烟草所共有的荧光性质和各自的荧光特性，寻找它们与烟草香味、劲头 等吃味之间的关系，选择合适的量值指标，为烟草品质的主观感官评估提供了 一个实用的对照方法。 1 2 2 紫外光谱法 紫外光谱法( u v ) 是依据样品中一些含有不饱和结构的成分对紫外光有吸 收而进行鉴别。由于不同食品所含成分的不饱和程度有差异，导致其紫外吸收 曲线的形态、峰位、峰强亦有差异，以此达到鉴别的目的。如果食品亲缘相近 而紫外光谱不易区别，可采用多阶导数光谱法提高分辨率，但对于混合物来说， 其鉴别专属性差，分辨率低。张桂芝【3 5 】采用紫外光谱法及紫外一阶导数光谱法 对国内4 个地区的5 个肉桂样品进行真伪鉴定及质量评价，结果表明，5 个样品之 一被鉴定为正品肉桂，其它4 个为肉桂混淆品。u v 法可快捷、准确地鉴定肉桂， 且能正确评价其质量优劣。张桂芝等【3 6 】还采用化学鉴别法、u v 和f t i r 法对国内 不同地区的5 个市售山豆根样品进行品种鉴定，结果表明，其中有3 个样品在化 学鉴别、光谱鉴别方面与正品均有明显差异，被鉴定为混淆品。u v 及f t i r 光谱 指纹图谱对山豆根及其混淆品的鉴定具有重要意义。 1 2 3 红外光谱法 红外光谱法( 瓜) 是以研究物质对红外辐射的吸收特性而建立起来的一种 定性、定量分析方法，一直是组分鉴定的有效方法1 3 硒9 1 ，不过红外光谱具有加 和性，对于混合物来说，其鉴别专属性差，分辨率低，需借助计算机模式识别技 术或模糊数学方法进行处理。邓月娥等【4 0 】采用f t 承法分析研究剑南春、贵州茅 台( 1 抖) 及假贵州茅台( 2 4 ) 白酒样品的红外光谱图。结果显示，不同香型白酒的冰 4 第一章绪论 冻干燥物在一维谱和二阶导数谱上均具有明显的指纹特征，真、假茅台酒干燥 物的一维谱差异明显。该方法可直观的评价白酒产品的品质与真伪。刘岩等【4 l 】 运用三级红外宏观指纹图谱法对3 种不同香型的白酒进行了鉴定。在一维红外谱 图上，五粮液、茅台酒和汾酒主要区别是特征峰1 7 2 2 c m 1 和1 5 9 4 c m q 在峰强和峰 位上的不同；在二阶导数谱上，则表现出3 种酒酸酯种类和数量的不同；在二维 相关谱图上，3 种白酒形成的峰簇的位置和数量不同。结果表明，对于不同香型 酒的分析，三级红外宏观指纹图谱法是一种有效和快速的检测方法。王家俊等【4 2 】 在配制过程正常的条件下，分批采集1 5 0 个三种正常烟用香精的傅里叶变换衰减 全反射红外指纹图谱，并对原始数据进行均值中心化处理，同时对其光谱信号 进行二阶导数基线校正和k 砌n o r r i s 降噪处理，应用化学计量学中的主成分分析 马氏距离法分类建模，然后对烟用香精配制质量进行多元统计过程控制，结果 表明，将马氏距离上限的控制范围设定在该类平均马氏距离的+ 3 a 范围之内，均 获得了正确的监控预报。何勇掣4 3 】提出了一种用近红外光谱技术快速无损鉴别 杨梅品种的新方法，首先用主成分分析法对典型的四个杨梅品种进行聚类分析， 获取杨梅的近红外指纹图谱，再结合人工神经网络技术进行品种鉴别。主成分 分析表明，以主成分1 和2 对样本的得分值做出的得分图，对不同种类杨梅具有 较好的聚类作用，可以定性分析杨梅种类。利用主成分分析可以把原始波长变 量压缩成能代表原始变量的少数相互正交的主成分，用这些新变量作为神经网 络的输入，建立三层b p 人工神经网络模型，四个杨梅品种共1 0 0 个样本用来建立 神经网络品种鉴别模型，对未知的2 0 个样本进行预测，结果表明，品种识别准 确率达到9 5 ，说明综合主成分分析和人工神经网络的