同步熒光光譜法鑒別山西老陳醋

毛立新，郭潔麗，楊小蘭

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

同步熒光光譜法鑒別山西老陳醋

毛立新，郭潔麗，楊小蘭

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

使用同步熒光光譜技術(shù)對(duì)不同品牌、不同年份山西老陳醋進(jìn)行研究。結(jié)果表明：相同品牌、不同年份老陳醋的熒光吸收峰都在280 nm和360 nm波長(zhǎng)附近出現(xiàn)，但熒光強(qiáng)度存在較大的差異，可據(jù)此對(duì)同一品牌老陳醋進(jìn)行年份判定。不同品牌、相同年份老陳醋在熒光吸收峰位置和熒光強(qiáng)度上都存在較大的差異，故可根據(jù)熒光光譜圖進(jìn)行判別。對(duì)所得的同步熒光光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，從得分圖可以直觀地鑒定各種醋。本研究建立一種運(yùn)用同步熒光光譜法快速鑒別老陳醋的方法，具有重要的實(shí)踐意義和應(yīng)用前景。

同步熒光光譜；老陳醋；主成分分析

山西制醋歷史悠久，山西老陳醋是我國(guó)最馳名的食醋，由于其風(fēng)味獨(dú)特、品質(zhì)優(yōu)良、色香味俱佳而位列中國(guó)4大名醋之首。釀制過(guò)程中最關(guān)鍵的工藝為熏醅和陳釀。熏醅是山西食醋的獨(dú)特釀造工序，可使山西老陳醋的酯香、熏香、陳香有機(jī)結(jié)合[1]；同時(shí)熏醅也可使山西老陳醋獲得滿意的色澤，不需外加調(diào)色劑。陳釀是將淋好的新醋，經(jīng)過(guò)夏伏曬、冬撈冰，使醋中的水分和揮發(fā)酸大量散失，醋的濃度和不揮發(fā)酸含量大大提高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間陽(yáng)光照射，各種成分不斷進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)（主要是酸類(lèi)和醇類(lèi)的酯化反應(yīng)），使成品具有濃郁的芳香[1-2]。現(xiàn)在市面上的假冒醋一般都使用冰醋酸、色素和防腐劑等食品添加劑勾兌出來(lái)，和真正老陳醋在成分上存在很大的差異。

同步熒光光譜技術(shù)是以相同的掃描速率同時(shí)進(jìn)行激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)的掃描，即激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)之間保持恒定的波長(zhǎng)差（Δλ）。通過(guò)這種方式，可以增加光譜的選擇性，還可以更好地表達(dá)含多種熒光組分樣品的熒光光譜[3-7]。如橄欖油通過(guò)使用合適的波長(zhǎng)間隔、縮小光譜波段和簡(jiǎn)化光譜，可達(dá)到減少光譜重疊的目的[8]。熒光光譜法由于具有較高的靈敏性、良好的選擇性以及對(duì)樣品的無(wú)損壞性而廣泛用于物理、化學(xué)研究中[9]。

主成分分析（principle component analysis，PCA）是一種無(wú)監(jiān)督分類(lèi)過(guò)程?？蓽p少較多的變量為較少的主成分（PCs）數(shù)據(jù)，覆蓋大多數(shù)數(shù)據(jù)中的方差，顯著減少了原數(shù)據(jù)的維數(shù)，實(shí)現(xiàn)有效的可視化[7]。主成分得分圖可直觀表現(xiàn)同步熒光光譜技術(shù)對(duì)不同樣品的區(qū)分效果。

目前，熒光技術(shù)多用于水體污染物[10-12]、原油[13-15]、中藥[16-17]、酸奶[18]、食用菌[19]、亞麻油[20]、茶葉[21]等方面的研究中。在食品研究領(lǐng)域，氨基酸、維生素等物質(zhì)中熒光基團(tuán)的存在引起了人們對(duì)熒光光譜技術(shù)的高度重視，近10年來(lái)人們對(duì)食品中自發(fā)熒光物質(zhì)的研究也日益增多[22-25]。而其應(yīng)用于老陳醋鑒別方面的研究至今還未見(jiàn)報(bào)道。由于真正的老陳醋中含有芳香族類(lèi)物質(zhì)及其衍生物（此類(lèi)物質(zhì)具有熒光吸收峰），因此本研究利用同步熒光光譜法對(duì)老陳醋進(jìn)行鑒別。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

所有樣品（表1）購(gòu)于太原市各大超市；實(shí)驗(yàn)所用水為蒸餾水。

表1 樣品采集編號(hào)Table 1 Different brands of Shanxi mature vinegar with different maturation yeeaarrss

1.2 儀器與設(shè)備

RF-530熒光檢測(cè)計(jì) 日本島津公司；N3000色譜工作站 浙江大學(xué)智能信息研究所。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

由于老陳醋色澤等原因，使用原樣測(cè)定時(shí)會(huì)出現(xiàn)熒光碎滅現(xiàn)象，故采用梯度稀釋以確定熒光吸收峰表現(xiàn)最強(qiáng)時(shí)的稀釋倍數(shù)[18]。通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)確定樣品稀釋5倍時(shí)熒光強(qiáng)度最大，所以實(shí)驗(yàn)中醋樣均用蒸餾水稀釋5倍后再進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 熒光測(cè)量

燈源：75 W氛燈；單色器：閃耀式全息光柵；刻線：900條/mm；激發(fā)波長(zhǎng)范圍：250～550 nm；波長(zhǎng)精度：±1.5 nm；分辨率：0.1 nm；靈敏度：100；儀器靈敏度：H；輸出信號(hào)衰減：16；掃描速率：240 nm/min。儀器經(jīng)過(guò)改裝，將激發(fā)單色儀和發(fā)射單色儀旋鈕連接至2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)采用數(shù)控軟件自動(dòng)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速率和停留位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描。在不同激發(fā)波長(zhǎng)和不同波長(zhǎng)間隔（20～120 nm）范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行掃描，每間隔10 nm在N3000色譜工作站進(jìn)行1次數(shù)據(jù)采集。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 7.0、以激發(fā)波長(zhǎng)和波長(zhǎng)間隔為橫、縱坐標(biāo)軸，結(jié)合相對(duì)熒光強(qiáng)度繪制同步熒光等高線指紋光譜圖。使用Unscrambler 9.8軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份和不同品牌老陳醋組分與含量的差異分析

2.1.1 不同品牌和不同年份老陳醋的同步熒光等高線差異分析

圖1 不同品牌和不同年份的山西老陳醋的同步熒光等高線圖譜Fig.1 Synchronous fluorescence contours of different brands of Shanxi mature vinegar with different maturation years

東湖3 a、東湖5 a和東湖釀造的同步熒光等高線圖譜的激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間分別分布在250～530、250～515 nm和250～520 nm，波長(zhǎng)間隔區(qū)間都分布在20～120 nm。東湖3 a、東湖5 a和東湖釀造的等高線分別集中在激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間375～415、380～410 nm和375～415 nm，波長(zhǎng)間隔區(qū)間分別分布于50～90、42～82 nm和55～90 nm。

寧化府3 a、寧化府5 a、水塔5 a和水塔10 a的同步熒光等高線圖譜的激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間都分布在250～550 nm，波長(zhǎng)間隔區(qū)間都分布在20～120 nm。寧化府3 a的等高線集中在激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間380～410 nm和波長(zhǎng)間隔區(qū)域58～85 nm；寧化府5 a的等高線集中分布在激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間380～410 nm和波長(zhǎng)間隔區(qū)間55～92 nm；水塔5 a集中在激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間370～415 nm和波長(zhǎng)間隔50～95 nm；水塔10 a等高線集中在375～410 nm和波長(zhǎng)間隔55～92 nm。

紫林1 a、紫林2 a、紫林3 a和紫林5 a的同步熒光等高線圖譜的激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間分別分布在250～540、250～550、250～520 nm和250～515 nm，波長(zhǎng)間隔區(qū)間都分布在20～120 nm。紫林1 a的等高線集中在激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間340～380 nm和280～290 nm、波長(zhǎng)間隔65～108 nm和68～92 nm；紫林2 a、紫林3 a和紫林5 a的等高線分別集中在激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間340～375、340～370 nm和335～370 nm，波長(zhǎng)間隔區(qū)間70～102、69～97 nm和67～102 nm。

從圖1可以看出，同一品牌、不同年份的老陳醋的等高線圖譜差異不明顯；不同品牌之間的老陳醋中，紫林陳醋和東湖、寧化府和水塔老陳醋的差異較大，而東湖、寧化府和水塔這3種老陳醋之間的差異不顯著。除紫林1 a外，其余種類(lèi)的老陳醋在低波長(zhǎng)區(qū)出現(xiàn)的熒光吸收峰（圖2、3）在同步熒光指紋圖譜（圖1）中都沒(méi)出現(xiàn)，可能因?yàn)樵撐镔|(zhì)的信號(hào)強(qiáng)度較弱且出現(xiàn)的時(shí)間短暫，利用Origin 7.0進(jìn)行平滑處理之后就不存在了。紫林1 a在激發(fā)波長(zhǎng)280～290 nm和波長(zhǎng)間隔68～92 nm處出現(xiàn)等高線，可能存在以下幾種原因：此種物質(zhì)在陳釀1 a的陳醋中含量相對(duì)較高；此物質(zhì)的吸收信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；樣品中摻有其他雜質(zhì)。

2.1.2 相同品牌、不同年份老陳醋組分與含量的差異分析

圖2 相同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光圖譜（Δλ=700 nnmm）Fig.2 Synchronous fluorescence spectra (Δλ = 70 nm) of the same brands with different maturation years

表2 相同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜特征值（Δλ=700 nnmm）Table 2 Synchronous fluorescence spectral data (Δλ = 70 nm) of the same brand with different maturation years

由圖2和表2可知，同一品牌、不同年份老陳醋的熒光特征峰出現(xiàn)位置一致，均在波長(zhǎng)280 nm和360 nm附近。但隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)，不同年份老陳醋熒光峰的吸收強(qiáng)度表現(xiàn)出差異。紫林1 a、紫林2 a和紫林3 a熒光峰A（λex‘280 nm）的熒光強(qiáng)度IA隨年份的增加而逐漸減小，說(shuō)明這種熒光物質(zhì)隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸分解；但熒光峰B（λex‘360 nm）的熒光強(qiáng)度IB逐年遞增，可能是這種熒光物質(zhì)隨著釀制時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸生成。紫林5 a熒光峰的吸收強(qiáng)度和紫林2 a的相似，可能有以下幾種原因：陳釀年份不夠；樣品稀釋倍數(shù)不夠精準(zhǔn)。由圖2可知，隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)，老陳醋中熒光物質(zhì)的成分和濃度會(huì)發(fā)生變化，從而引起熒光強(qiáng)度的差異。因此可根據(jù)熒光峰的吸收強(qiáng)度來(lái)區(qū)分不同年份的老陳醋。

2.1.3 相同年份、不同品牌老陳醋組分與含量的差異分析

圖3 不同品牌、相同年份老陳醋的同步熒光光圖譜（Δλ=700 nnmm）Fig. 3 Synchronous fluorescence spectra (Δλ = 70 nm) of different brands with the same maturation year

表3 不同品牌、相同年份老陳醋的同步熒光光譜特征值（Δλ=700 nnmm）Table 3 Synchronous fluorescence spectral data (Δλ = 70 nm) of different brands with the same maturation year

從圖3和表3可以看出，東湖5 a、寧化府5 a、水塔5 a熒光特征峰的出現(xiàn)位置相似，但其所對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度有所差異。如表3所示，雖然寧化府5 a和水塔5 a老陳醋的最佳激發(fā)波長(zhǎng)A和熒光強(qiáng)度都相似，但在最佳激發(fā)波長(zhǎng)B處的熒光強(qiáng)度存在較大的差異，故可據(jù)此對(duì)這2種老陳醋進(jìn)行鑒別。紫林5 a的熒光特征峰出現(xiàn)位置和其余3種存在明顯的差異，故比較容易進(jìn)行區(qū)分。因此對(duì)不同品牌老陳醋可以通過(guò)熒光特征峰的熒光強(qiáng)度來(lái)加以區(qū)別，還可通過(guò)熒光特征峰的出現(xiàn)位置進(jìn)行分類(lèi)。

2.2 不同品牌和不同年份老陳醋的主成分分析

圖4 不同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜主成分得分圖（λexex=250～550 nm50 nmΔλ=70 nm）0 nmFig.4 Synchronous fluorescence spectral score plots for different brands and different maturation years (λex= 250-550 nm, Δλ = 70 nm)

對(duì)不同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，由圖4可得到主成分1、主成分2方差貢獻(xiàn)率分別為87%和11%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為98%?？梢暂^好地區(qū)分不同品牌、不同年份的老陳醋，其中A包括紫林1 a、紫林2 a、紫林3 a、紫林5 a；B中覆蓋了東湖3 a、東湖5 a和東湖釀造；水塔5 a、水塔10 a可從C中獲取。

同B（東湖）和C（水塔）相反，A（紫林）的得分在第1主成分中是正數(shù)，所以不同年份的紫林陳醋可以和其他幾種陳醋分離開(kāi)來(lái)。此外，和B（東湖）相反，C（水塔）的得分在第2主成分中是負(fù)數(shù)，故據(jù)此可以區(qū)分不同年份的東湖（B）和水塔（C）陳醋。另外，寧化府3 a和寧化府5 a也可以由熒光光譜圖分開(kāi)來(lái)。由此可以得出：采用同步熒光光譜法結(jié)合主成分分析法可用于區(qū)分不同年份、不同品牌的山西老陳醋。

3 結(jié) 論

相同品牌、不同年份老陳醋熒光特征峰的數(shù)量和位置相同，均在波長(zhǎng)280 nm和360 nm附近出現(xiàn)，但特征峰的熒光強(qiáng)度變化較大。隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)，老陳醋中熒光物質(zhì)的成分和濃度會(huì)發(fā)生變化，引起熒光強(qiáng)度的差異。因此可根據(jù)熒光峰吸收強(qiáng)度的差異來(lái)區(qū)分同一品牌、不同年份的老陳醋。相同釀造年份、不同品牌老陳醋的同步熒光圖譜差異明顯，具有各自特異的指紋特征，因此可根據(jù)特征峰的數(shù)量和位置及熒光強(qiáng)度來(lái)區(qū)分不同品牌的老陳醋。

通過(guò)對(duì)不同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行特征參數(shù)的提取，再對(duì)最后確定的特征參數(shù)進(jìn)行主成分分析，得到主成分1和主成分2的方差貢獻(xiàn)率分別為87%和11%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為98%，基本可以區(qū)分不同品牌、不同年份的老陳醋。

同步熒光光譜技術(shù)是一種快速、有效的檢測(cè)手段，據(jù)此可建立老陳醋的同步熒光指紋圖譜。本研究利用同步熒光光譜法結(jié)合主成分分析法（多維化學(xué)計(jì)量學(xué)方法），建立了一種高效的識(shí)別方法，這對(duì)鑒別山西老陳醋具有非常重大的意義。

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Discrimination of Shanxi Mature Vinegar by Synchronous Fluorescence Spectroscopy

MAO Li-xin, GUO Jie-li, YANG Xiao-lan
(College of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

Different brands of Shanxi mature vinegars with different maturation years were analyzed by synchronous f uorescence spectroscopy (SFS). Samples with different maturation years from the same brands had f uorescence absorption peaks at both 280 and 360 nm, but a signif cant difference in f uorescence intensity was observed, by which the same brands could be distinguished among different maturation years. The fluorescence absorption peak position and fluorescence intensity differed signif cantly among different brands with the same maturation years, which could thus be distinguished from each other by their spectra. The score plots obtained from principal component analysis of the spectral data allowed visual identif cation of different vinegars. In conclusion, SFS is of great practical signif cance and has promising applications for rapid identif cation of Shanxi mature vinegars.

synchronous f uorescence spectroscopy; mature vinegar; principal component analysis

O657.3

A

1002-6630（2014）04-0077-05

10.7506/spkx1002-6630-201404016

2013-08-19

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31171748）；山西省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2006031085-01）

毛立新（1963—），男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：mlx1963@163.com