现代仪器分析技术在白酒感官评价研究中的应用

1、14朱建华,杨晓泉.超声处理对大豆分离蛋白流变学性质的影响J.食品科学,2005,26(12:52-57.15朱建华,杨晓泉,熊犍.超声处理对大豆分离蛋白热致凝胶功能性质的影响J.食品与生物技术学报,2006,25(1:15-20.16GENNAROLD,CAVELLAS,ROMANOR,etal.Theuseofultra-soundinfoodtechnologyI:inactivationofperoxidasebythermosonication J.JournalofFoodEngineering,1999,39(4:401-407.17VERCETA,CRISTINAS,BURGO

2、SJ,etal.Theeffectsof manothermosonicationontomatopecticenzymesandtomatopasterheo-logicalpropertiesJ.JournalofFoodEngineering,2002,53(3:273-278.18VERCETA,BURGOSJ,SIMONC,etal.Inactivationofproteases andlipasesbyultrasoundJ.InnovativeFoodScience&Emerging Technologies,2001,2(2:139-150.19YACHMENEVVG,

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6、roscopiceffectsofultrasoundonthe structureofpotatostarchJ.Starch,1972:24,116-123.27CUNKOR,TOMLJENOVICA.Changesofphysicalpropertiesof cellulosefibersbytheimpactofultrasoundJ.Tekstil,2003,52(2:47-54.28TANGAM,ZHANGHW,CHENG,etal.Influenceofultrasound treatmentonaccessibilityandregioselectiveoxidationrea

7、ctivityof celluloseJ.UltrasonicsSonochemistry,2005,12(6:467-472.收稿日期:2007-07-09*通讯作者基金项目:科技部“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006B A K 04A 05作者简介:张健(1984-,女,硕士研究生,主要从事食品安全方面的研究。现代仪器分析技术在白酒感官评价研究中的应用张健1,赵镭2,欧阳一非1,高海燕1,杨应军1,尹京苑1,*(1.上海大学生命科学学院,上海200444;2.中国标准化研究院食品与农业标准化研究所,北京100088摘要:通过分析、总结、概述一些现代分析技术(主要是G C -M S

8、技术、电子鼻技术和电子舌技术等在白酒感官评价研究中的应用,可以看出,仪器在进行感官评价时具有一致性、客观性等优势,已为科技人员所关注。虽然传感器选择、数据方法分析、数据库建立等复杂问题尚需解决,但以仪器集成化发展为基础的定量化、标准化和科学化是今后白酒品评发展的必然趋势。关键词:白酒;感官评价;G C -M S ;电子鼻;电子舌ApplicationsofModernEquipmentAnalyticalTechniquesinSensoryEvaluationofLiquorZHANGJian 1,ZHAOLei 2,OUYANGYi-fei 1,GAOHai-yan 1,YANGYing-

9、jun 1,YINJing-yuan 1,*(1.CollegeofLifeSciences,ShanghaiUniversity,Shanghai200444,China ;2.FoodandAgriculturalStandardizationInstitute,ChinaStandardizationInstitute,Beijing100088,ChinaAbstract:Byanalyzingandreviewingsomemodernanalyticaltechniques(mainlyincludingGC-MS,electronicnoseand electronictongu

10、e,etc.insensoryevaluationofliquor,theequipmentshaveadvantagesofconsistencyandobjectivity.Although thesensorselection,dataanalysis,databaseandothercomplexissuesremaintobeunsolved,basedonthedevelopmentofintegratedequipment,theinevitabletrendofsensoryevaluationofliquorismorequantitative,standardizedand

11、objective. Keywords:liquor;sensoryevaluation;GC-MS;electronicnose;electronictongue中图分类号:TS261.7文献标识码:A文章编号:1002-6630(200710-0561-05白酒的生产和消费在我国国民经济中占有十分重要的地位。由于白酒品种多样、成分复杂,其品质并不能通过某种成分的量化来表达,它是各种成分的综合反映。目前,国内外对于白酒的质量鉴别,除了检测卫生、理化指标外,主要是依靠训练有素、经验丰富的专家的感觉器官,即从视觉、嗅觉、味觉,依据产品的色、香、味、格进行观察、分析、描述、定级,作出综合评价,作为

12、确定名、优质酒等级的主要依据1。这种方法快速、简便,且评价具有整体性、综合性的优点。然而,传统的白酒品评方法存在着许多问题:人的感觉器官的灵敏度易受到外界因素的干扰,从而影响评定的准确性。如人的味觉灵敏度易受到其他刺激性食物及其温度的影响;人的视觉涉及光学、视觉心理、视觉生理等诸多因索,不同的人辨色能力会存在一定的差别;评价人员的感觉灵敏度还受到其他因素的影响,如地域性差别、性别不同、精神状态和身体情况等因素。综上原因,感官评价存在一定的模糊性和不确定性。随着社会对无损、快速、智能检测技术的需求,为了使白酒在生产、流通过程中有一个严格、一致的评价标准,进一步体现酒类评价的公正性和准确性,采用仪

13、器测定酒的品质,用科学计量上的品质指标来评价白酒品质是必要的手段之一。本文主要介绍近几年国内外应用仪器和技术在白酒香气和滋味评价中的研究进展,同时展望了新技术在白酒感官品评中的发展趋势2-3。1仪器分析技术的应用1.1白酒香气的研究技术酒的香气是决定酒的品质的重要评价因子之一。我国传统食品白酒的主要成分是乙醇和水(占总量的98% 99%,而溶于其中的酸、酯、醇、醛等种类众多的微量有机化合物(占总量的1%2%作为白酒的呈香呈味物质,却决定着白酒的风格(又称典型性,指酒的香气与口味协调平衡,具有独特的香味和质量。白酒的香气具有复合性、典型性、协调性、层次性等特点4。1.1.1气相色谱-质谱联用(G

14、C-MS气质联用是发展最早,目前最成熟、最成功和应用很广泛的有机质谱联用技术5。气质联用即是将气相色谱通过合适的接口与质谱连接,从而将毛细管柱卓越的分离效能与质谱定性鉴定的优越性有机结合而实现对未知物的分离定性。由于考虑毛细管柱出口为常压状态,而质谱要求高真空状态,因此通常在接口处外接真空系统,真空系统的好坏直接关系分析结果。常用的气质联用仪的配置为小孔径毛细管柱(0.32mm以下、电子电离源(EI、四极杆质量分析器6。1981年,金佩璋等7通过填充柱、毛细管柱色谱分析和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS,检出了玉冰烧酒的香味成分150种。色谱是分离混合物的有效方法,但难以得到结构信息,主要靠

15、与标样对比来达到未知物结构的推定,质谱法提供了丰富的结构信息,样品用量又是几种谱学方法中最少的,因此色谱与质谱的结合,成为分离和鉴定未知混合物的理想手段。在白酒香味成分剖析研究过程中,GC-MS已广泛应用于新发现组分的定性确认。以低度酱香型白酒茅台王子酒为样品,采用气相色谱-质谱联用技术直接进样分析了茅台王子酒的香气成分,共分离出26个色谱峰,并鉴定了其中22个成分,占其香气成分的99.17%8。气相色谱-质谱方法具有操作简单,方便快速,可以认识各成分与风味质量的有机联系。但经G C-M S检测得到的都是经样品分离后的结果,测试结果很难代表样品的整体性,作对比分析时需将检测结果进行重组。由于气

16、质联用仪的特性及白酒中挥发性成分较多的性质,这一技术在今后对白酒中香气成分剖析工作仍然举足轻重。目前,G C-M S的分析主要停留在尽量多的分离未知成分的层面,今后对香气成分分析工作的重点应落在如何更深入地详细剖析白酒中香气成分的具体特征如香气特征、贡献因子(在酒体中的贡献率,从而加深对酒中香气成分体系的了解和理解,更有利于白酒这个传统产业的生产实际和发展。1.1.2电子鼻的应用近些年来,电子鼻技术的兴起,让我们看到了一种通过气味评价酒类等级的新方法。气味的成因和结构非常复杂,全面和快速地检测气味的整体信息几乎不可能,而电子鼻技术让人们认识到综合评价气味整体信息的巨大潜力。电子鼻主要由气敏传感

17、器阵列、信号预处理单元、模式识别单元三大部分组成9,如图1所示。电子鼻利用几个或几十个不同的传感器阵列作检测,根据样品与传感器产生的物理变化(如电阻量而进行数据处理,它的敏感性和选择性达×10-610-9值。电子鼻采用了人工智能技术,实现了由仪器“嗅觉”对产品进行客观分析。由于这种智能传感器阵列系统中配有不同类型传感器,使它能更充分模拟复杂的鼻子,也可通过它得到某产品“真实”的身份证明(指纹图,从而辅助专家快速地进行系统化、科学化的气味监测、鉴别、判断和分析10。宏观结果,从而有效地实现了仪器分析和感官评价的联结,使白酒香气的感官评价走向科学化和定量化。近年来,又提出了另外两种电子鼻

18、技术。G C型电子鼻是利用气相色谱所采集的数据,取某些固定时刻的峰高或峰面积作为“传感器”,从而进一步进行多变量分析或模式识别,其特点是检测速度快,不仅可以获得气味指纹信息,还可以获得某些化合物的含量信息。高永梅15用GC-Flash型电子鼻通过对6个清香型、17个浓香、4个酱香型白酒样品的分析,得到三种香型白酒样品的代表性电子鼻信号曲线,将电子鼻信号曲线中的气谱峰的保留时间、峰面积等谱图信息转化为数值信息,经过多元统计分析,可以很好地区分不同香型的白酒样品。在对白酒的香型和等级分析中,用电子鼻得到较好的识别效果,并初步建立了白酒香型识别及等级划分的感观量化方法。M S型电子鼻是将样品经过简单

19、处理后直接进行质谱分析,并采用多变量统计方法或模式识别方法对质谱信息进行分析,获得样品的指纹信息。M PilarMarti16等人应用这一类型的电子鼻对多种酒样进行分析,结果表明,该电子鼻系统可以更好地对样品进行区分,并可以鉴定酒的产地及陈年度。比以往的感官检验更准确客观,还可以分析样品中的化学成分,是酒类分析检测以及风味研究的有力工具。此外,也可以结合其他仪器进行分析,取长补短,提高检测精度。目前,电子鼻与G C-M S两种仪器也已经开始联用。1.2白酒滋味的研究技术1.2.1电子舌的应用国内外科研人员越来越多地关注电子舌技术的发展,特别是在酒类分析中,电子舌技术被认为是一种具有广阔发展前景

20、的食品分析技术。电子舌应用味觉传感器阵列和模式识别的数字信号处理方法,模拟人和生物概念的舌(如图2所示,实现了由仪器“味觉”对产品进行客观分析。当电子舌与被检测的液体饮料接触时,味觉传感器表面敏感膜两侧的电势将发生变化,从而对味觉物质产生响应,且可检测出各味觉物质之间的相互关系,并具有类似于生物味觉感受的相同方式17。电子舌系统中的传感器阵列即相当于生物系统中的舌头,感受不同的化学物质,采集各种不同的信号信息输入电脑,电脑代替了生物系统中的大脑功能,通过软件进行分析处理,针对不同的物质进行区分辨识,最后给出各个物质的感官信息。传感器阵列中每个独立的传感器仿佛舌面上的味蕾一样,具有交互敏感作用,

21、即一个独立的传感器并非只感受一个化学物质,而是感受一类化学物质,并且在感受某类特定的化学物质的同时,还感受一部分其它性质的化学物质18。目前,电子舌已在酒类检测中应用,技术还没有电子鼻成熟,但在研究中已取得相当进展。S a t o r u早在1992年,Shurmer和Gardner就已利用12个金属氧化气敏传感器构成阵列识别5种醇类样本,通过主元素分析发现仅有四五个传感器是必需的;不仅如此,该电子鼻系统还可以鉴别被污染腐败的样品,而对同一批的样品,传感器响应的区别不大11。DiNatale等发现气敏传感器能很好地区分五年陈酿的不同酒类12; 2000年,史志存等13对不同品牌的白酒做了测试分

22、析,测试样本为白酒的饱和蒸汽,即对3种浓香型白酒、1种清香型白酒和1种酱香白酒进行了实验,用注射器注入。实验结果表明:使用该实验系统可以准确识别不同香型和同种香型但不同品牌的白酒。采用PCA(主成分分析法方法对所测的数据进行分析,降维时采用K-L展开的方法,得出训练样本完全线性可分的结论,测试样本的分类正确率能达到100%,同时该系统具有速度快,操作简单等优点。Hermosillo等使用一台F O X3000型电子鼻对不同的墨西哥白酒进行检测,结果表明,该电子鼻系统不但可以对不同品牌的白酒进行区分,还可以区分同一种酒的不同陈年度,并发现,电子鼻的检测结果与感官分析及G C-M S分析的结果非常

23、吻合。电子鼻常用的模式识别方法有统计模式识别方法和非统计识别的方法。前者常用的有主成分分析(P C A、偏最小二乘法(PLS和聚类分析(CA;后者常用的是人工神经网络(ANN的方法14。电子鼻技术的优势在于对气体进行综合性、模糊性分析。近20年来,电子鼻研究取得了长足进展,在很多方面的应用研究也取得了实质性的进展。但是,由于受敏感膜材料、制造工艺、数据处理方法等方面的限制,电子鼻的检测与识别范围与人们的期望还存在距离。随着科技进一步发展和众多科研工作者的努力,电子鼻技术必将发挥更大的作用。1.1.3GC-MS与电子鼻的结合G C-M S只能分析香气的成分,不能与人的感觉直接联系起来,而普通的电

24、子鼻可以将感觉器官检测结果比例化,但不能定性定量地测定香气的成分,把这两种技术结合起来使用,不仅可以得到G C-M S对白酒香 气成分的微观分析结果,同时可得到电子鼻指纹图谱的Iiyama等19-20利用味觉传感器和葡萄糖传感器对日本米酒的品质进行了检测,该味觉传感器阵列由8个类脂膜电极组成,利用主成分分析法进行模式识别和降维功能,最后显示出两维的信号图,分别代表了滴定酸度和糖度含量。从模式识别分析上看,电子舌的通道输出值与滴定酸度、糖度之间具有很大的相关性,由此,对米酒的甜度预测作出了数学模型。邓少平等21取6个不同品牌的同种干红葡萄酒,对每个响应电流脉冲信号提取其最大、最小和两个拐点共四个

25、点的特征值,结合主成分分析法用多脉冲电子舌对样品的品牌和产地进行了良好的区分,大大减小了数据处理量,加快了数据处理的速度。西班牙的VicenteParra 利用3种稀有金属材料做传感器,利用主成分分析法分析电子舌系统的分析结果,认为电子舌系统能成功区分性质相近的6种使用同种葡萄酿造的西班牙红酒22。由于电子舌矩阵中传感器数量众多,在多组分环境中每个传感器都会产生一个复杂的响应,因此,必须采用不同的模式识别法,对多维数据进行处理。常用的模式识别方法有主元分析(principlecomponent analysis,PCA、模糊识别(fuzzyrecognition,FR、神经网络识别(neura

26、lnetworkrecognition,NNR、模糊-神经网络识别(fuzzy-neuralnetworkrecognition,FNNR和混沌识别(chaosrecognition,CR23。电子舌系统的研究在国内外起步时间还不长,尽管已取得了一些实验结果,但无论是在敏感材料的选择及其稳定性方面,还是味觉模式的识别、味觉的定量检测方面尚未取得满意的效果。随着电子舌应用技术的不断完善,在白酒品评中一定会起到重要的的作用。1.2.2电子鼻和电子舌集成化在人体内,味觉与嗅觉通常总是一起使用的,只是二者是从不同角度分析同一种物质。电子鼻是由一组气体传感器组成,具有不同选择模式、信号处理、模式识别等功

27、能;电子舌是基于膜电势的变化对液体进行分析。因此尽管电子鼻与电子舌分别可以区分物质,但是它们的结合可以大大提高识别能力。CorradoDiNatale 24等结合了电子鼻与电子舌两种仪器对不同的红酒进行分析。结果表明,结合两种仪器进行检测,效果优于使用任意一种仪器。并且,结合两种仪器,不但可以将不同的酒样区分开来,而且应用偏最小二乘法PLS 建立回归方程,还可以预测样品的多种理化指标如糖度、总酸、p H 值等,相对标准误差最低可至0.1%。此外,该系统还可以更好地预测多种感官指标,很好地预测专家组对酒样风味的感官评分。随着传感技术的发展,越来越多的应用电子鼻和电子舌之间及其与其它检测技术的集成

28、化来提高白酒检测的速度和准确度,这也是电子鼻和电子舌技术发展的趋势所在。2结论与展望新技术,特别是电子鼻技术和电子舌技术的发展,为我们进行食品品质检测提供了广阔的前景。然而,这些新技术的应用范围与人们的期望还存在距离,导致它们的应用只有少数实现,其原因是还有一些问题没有解决好。这些问题主要有:传感器的灵敏度和选择性、稳定性、合适的数据分析方法、如何建立起完整的检测数据库。这些问题的解决,将使电子鼻技术和电子舌技术逐步从实验室走向实用。利用统计学的方法来处理复杂的数据分析是21世纪分析仪器的主导方向。在白酒品质的检测中,采用GC-M S 、电子鼻技术和电子舌技术来共同检测白酒,并把它们的数据进行

29、融合处理来评价白酒品质将具有广阔的发展前景。结合传统感官评价体系,利用现代电子化仪器对感官指标进行定性与定量,逐步使白酒感官评价走向标准化、科学化是今后白酒品质评价发展的必然趋势。参考文献:1沈怡方.中国白酒感官品质及品评技术历史与发展J.酿酒,2006,33(4:3-4.2邓少平.中国白酒评酒方法的科学化问题J.酿酒,1997(2:1-4.3刘文,闫海洁.国内外食品感官分析标准化现状和发展趋势EB/OL.2006-05-30.h ttp:/.4曾伟,朱力红.白酒溶液各主要溶质功能作用及调味启示J.酿酒,2005,32(5:28-29.5杨祖英,马永建,常风启.食品检验M.北京:化学工业出版社

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