濃香型原酒中己酸乙酯與乙酸乙酯的快速分析研究

常瑞紅，蔡 楠，洪 勝，姜 勇，張瑞娟，郭亞飛

（江蘇洋河酒廠股份有限公司，江蘇宿遷223800）

中國白酒是世界著名的六大蒸餾酒之一，也是我國特有的蒸餾酒。它是以糧谷為原料，經(jīng)傳統(tǒng)固態(tài)法發(fā)酵、蒸餾、陳釀、勾調(diào)而成，其工藝比其他5種蒸餾酒復(fù)雜得多，是我國偉大而寶貴的民族遺產(chǎn)[1]，濃香型白酒作為我國十三大香型的主要香型，因其“無色透明（允許微黃），窖香濃郁、綿甜醇厚，香味協(xié)調(diào)、尾凈爽口”的感官特點(diǎn)，而深受廣大消費(fèi)者喜愛，是目前銷量最多的白酒，銷售份額占白酒市場80%以上[2]。白酒中的香味化合物種類繁多，常見的為酯類、醇類、酸類等化合物，其中酯類化合物是白酒中最重要的香味組成成分，現(xiàn)在白酒中檢出的酯類有45種以上[3]。濃香型白酒中最主要的酯類物質(zhì)是己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯，其中己酸乙酯為濃香型白酒的主體香，而己酸乙酯的含量及與其他酯類物質(zhì)的量比關(guān)系決定了濃香型白酒的品質(zhì)和風(fēng)格[4]，己酸乙酯和乙酸乙酯比值超出一定范圍，可能造成原酒品質(zhì)變差、香味不協(xié)調(diào)、口感不正、典型性差，從而影響白酒勾調(diào)及成品酒品質(zhì)。目前，原酒中風(fēng)味物質(zhì)的分析大部分采用氣相色譜法，此方法操作較繁瑣、浪費(fèi)人力和原酒，且分析周期較長，結(jié)果反饋與原酒分級入庫不同步[5]。因此，開發(fā)一種高效、準(zhǔn)確、簡便地檢測原酒中己酸乙酯與乙酸乙酯含量的檢測方法具有重大意義。

近紅外光譜分析技術(shù)是利用樣品在近紅外光譜區(qū)特有的、豐富的物質(zhì)信息，用于有機(jī)物（含氫基團(tuán)C-H、S-H、N-H、O-H）定量定性的一種現(xiàn)代化分析技術(shù)[6]，其與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法相比，具有分析速度快、樣品無需前處理、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已在農(nóng)業(yè)[7]、化工[8]、食品[9]等行業(yè)廣泛應(yīng)用，為提高酒類檢測效率，實(shí)現(xiàn)在線檢測，研究者逐漸將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用到酒類生產(chǎn)行業(yè)，如酒醅[10]、大曲[11]、白酒[12]、葡萄酒[13]等的快速分析，主要分析含量較高組分，而對酒類產(chǎn)品中的微量組分分析報(bào)道較少。

本研究以濃香型原酒為研究對象，運(yùn)用氣相色譜分析、近紅外光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法（偏最小二乘法）建立己酸乙酯與乙酸乙酯的快速檢測模型，以期將該模型應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，提高數(shù)據(jù)（己酸乙酯與乙酸乙酯含量）反饋的及時(shí)性，及時(shí)辨識原酒質(zhì)量指導(dǎo)原酒分級。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

酒樣：417個(gè)原酒樣品，江蘇洋河酒廠股份有限公司。

試劑：己酸乙酯（色譜純，99.5%），Sigma公司；乙酸乙酯（色譜純，99.5%），Sigma公司；乙酸正丁酯（色譜純，98%），Sigma公司；無水乙醇（色譜純99.7%），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

儀器設(shè)備：NIRMaster傅里葉變換近紅外光譜儀，瑞士BUCHI公司；GC-2014C氣相色譜（配有氫火焰離子化檢測器），日本島津公司；白酒分析專用色譜柱（20 m×0.45 mm），Kromat公司；電子分析天平，奧豪斯國際貿(mào)易有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 化學(xué)值測定

氣相色譜測定條件：進(jìn)樣口溫度130℃；檢測器溫度 150℃，柱溫 95℃，進(jìn)樣量 0.4 μL；以99.999%的氮?dú)鉃檩d氣，流速40 mL/min；H2流速30 mL/min；空氣流速300 mL/min。

氣相色譜程序升溫：初始溫度35℃，保持5 min，以5℃/min升到70℃，保持20 min。

60%vol乙醇溶液的配制：準(zhǔn)確量取300 mL無水乙醇移于500 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度，搖勻備用。

2%（體積分?jǐn)?shù)）內(nèi)標(biāo)溶液的配制：準(zhǔn)確量取2 mL乙酸正丁酯移入100 mL容量瓶中，用60%vol乙醇溶液定容至刻度，搖勻備用。

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：準(zhǔn)確稱取己酸乙酯和乙酸乙酯0.800 g，將其用60%vol乙醇溶液溶解并轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，定容至刻度，搖勻后得混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，依次取0.5 mL、1 mL、2 mL、4 mL、6 mL混合標(biāo)準(zhǔn)液至10 mL容量瓶中，分別加入0.2 mL內(nèi)標(biāo)溶液，用60%vol乙醇溶液定容至刻度，得到一定濃度梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次進(jìn)樣后，分別得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。

樣品制備：取待測酒樣10 mL，加入0.2 mL內(nèi)標(biāo)溶液，上機(jī)進(jìn)樣，根據(jù)內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。

本研究通過紅外光譜（FTIR）分析OSA基團(tuán)是否成功接到淀粉鏈上，通過掃描電子顯微鏡（SEM）分析對比原淀粉與 OSA淀粉形態(tài)的差異。選取不同取代度、顆粒濃度及油相比例等因素，以乳液的體積平均直徑粒徑（d4,3）和乳化指數(shù)（EI）為考察指標(biāo)，研究上述因素對 OSA淀粉顆粒制備乳液的乳化性影響。

1.2.2 近紅外光譜采集

將原酒樣品混合均勻后，先用待測液將高性能樣品杯和透反射蓋清洗3次，然后緩緩倒入20 mL樣品（液膜不要有氣泡）。采集光譜使用NIRWare Opreator；測量池選擇NIRFlex Liquid；波長范圍10000～4000 cm-1；儀器分辨率8 cm-1；以空氣為內(nèi)參比；光譜掃描32次，樣品重復(fù)掃描3次，取平均光譜為分析用光譜。

1.2.3 光譜預(yù)處理和模型建立

通過近紅外光譜儀掃描417個(gè)原酒樣品得到1251個(gè)光譜，按照建模要求，校正集∶驗(yàn)證集以2∶1原則進(jìn)行分配，用于定量模型建立。為了消除與濃度無關(guān)的其他因素的干擾，提高圖譜與樣品之間的相關(guān)性[14]，一般選擇性進(jìn)行平滑處理、矢量歸一化、一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)等預(yù)處理，從而可有效降低光譜基線的漂移或平移，以得到樣品的最明顯特征光譜[15]，最后利用偏最小二乘法（PLS）建立相應(yīng)項(xiàng)目的定量模型。

1.2.4 模型評價(jià)方法

近紅外光譜模型的質(zhì)量性能，一般由決定系數(shù)（R2）和預(yù)測均方根誤差（RMSEP）指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，R2越接近1，表明模型線性關(guān)系越好，RMSEP越小，表明模型預(yù)測效果越好，預(yù)測結(jié)果的誤差越小[16]。

為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性和精密度，隨機(jī)取2個(gè)盲樣，通過近紅外光譜儀掃描11次，得到11組數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）評價(jià)模型的穩(wěn)定性和精密度；為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷念A(yù)測能力，隨機(jī)取87個(gè)盲樣，根據(jù)比較氣相色譜儀分析結(jié)果與近紅外模型分析結(jié)果之間的偏差，證明模型預(yù)測結(jié)果是否準(zhǔn)確。

2 結(jié)果與分析

2.1 原酒的氣相色譜（圖1）

圖1 標(biāo)樣和原酒樣品的氣相色譜圖

由圖1可知，混合標(biāo)準(zhǔn)物與原酒中其他風(fēng)味物質(zhì)均得到良好分離，峰形較好且獨(dú)立，可采用此方法對原酒中風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確定量。

2.2 原酒中己酸乙酯與乙酸乙酯的化學(xué)值

運(yùn)用氣相色譜分析原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯的含量，根據(jù)混標(biāo)和內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度、峰面積對應(yīng)關(guān)系，擬合得到線性回歸方程。結(jié)果見表1。

表1 己酸乙酯和乙酸乙酯的保留時(shí)間、回歸方程和相關(guān)系數(shù)

由表1可知，己酸乙酯和乙酸乙酯的保留時(shí)間分別為34.29 min、2.98 min，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)分別為0.9998和0.9997，說明其線性關(guān)系良好。

原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯的化學(xué)值測定結(jié)果見表2，由表2可知，己酸乙酯和乙酸乙酯校正集和驗(yàn)證集的范圍（最大值和最小值）較大，樣品代表性較強(qiáng)，但并不能代表所有原酒，后續(xù)可根據(jù)需要擴(kuò)大建模的數(shù)據(jù)范圍，使建立的模型更具有適應(yīng)性。

表2 原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯的化學(xué)值分析

2.3 原酒近紅外光譜圖處理及模型建立（圖2）

圖2 原酒樣品的近紅外光譜圖

原酒樣品經(jīng)近紅外光譜儀掃描得到一系列原始光譜，最后匯集為一張?zhí)卣鞴庾V圖，如圖2a所示，原始光譜經(jīng)DB1、NCL預(yù)處理后得到最終用于建模的譜圖，如圖2b所示。

原酒中主要成分是水和乙醇，其含量達(dá)98%～99%，水分子的一級倍頻吸收在7200 cm-1附近，合頻位于4600 cm-1附近；乙醇的特征吸收區(qū)域位于4347 cm-1附近[17]，所以為了避免水分和乙醇分子對模型定量的干擾，在建模之初需將此段波長扣除。

由圖2可知，原酒樣品在10000～4000 cm-1波段內(nèi)具有特征性的吸收，在7144～5000 cm-1和9500～7404 cm-1波段內(nèi)吸收較為強(qiáng)烈；在10000～9500 cm-1波段內(nèi)吸收相對較弱；由圖2a可知，每條光譜形狀相近，譜圖較窄，說明樣品均勻度好，具有較好的重復(fù)性和一定的差異性。由圖2b所示，光譜經(jīng)DB1、NCL預(yù)處理方法處理后，光譜分辨率得以提高，光譜間的差異得到加強(qiáng)。所以原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯建模的最優(yōu)波段均為9500～7404 cm-1和 7144～5000 cm-1。

2.4 模型的建立

根據(jù)2.3分析，原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯建模最佳光譜區(qū)、最佳預(yù)處理方法和主成分維數(shù)見表3。

表3 己酸乙酯和乙酸乙酯最優(yōu)波段的選擇和最佳預(yù)處理方法

在此條件下，己酸乙酯和乙酸乙酯定量模型的R2分別為0.9107、0.9164，說明模型的線性關(guān)系均較好；預(yù)測均方根誤差（RMSEP）分別為2.1351、1.7918，其值略微偏高一點(diǎn)，說明其模型預(yù)測誤差會(huì)略微偏大一些，RMSEP略大可能是因?yàn)榧核嵋阴ズ鸵宜嵋阴ケ臼窃浦械奈⒘匡L(fēng)味成分，其自身會(huì)發(fā)生一些酯化、縮合及水解等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致含量發(fā)生微小變化。但總體而言，己酸乙酯和乙酸乙酯的模型質(zhì)量是較好的。

2.5 模型精密度和穩(wěn)定性驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯結(jié)果的精密度和穩(wěn)定性，我們隨機(jī)抽取2個(gè)原酒盲樣，分別進(jìn)行11次重復(fù)預(yù)測實(shí)驗(yàn)，并將預(yù)測結(jié)果和化學(xué)值（真值）進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

由表4可知，2個(gè)原酒樣品預(yù)測結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏 差（relative standard deviation，RSD）分 別 為0.93%、1.32%、0.62%、0.96%，均小于5%，說明采用近紅外模型預(yù)測原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯的波動(dòng)較?。活A(yù)測值與化學(xué)值之間的相對誤差分別為0.71%、0.34%、0.45%、0.92%，與化學(xué)值差異較小，同時(shí)對預(yù)測結(jié)果與化學(xué)值進(jìn)行t檢驗(yàn)，在0.05水平下，結(jié)果沒有顯著差異性，說明預(yù)測值與化學(xué)值不存在系統(tǒng)誤差。從而說明兩個(gè)指標(biāo)模型的精密度和穩(wěn)定性較好。

表4 模型預(yù)測樣品的精密度和穩(wěn)定性檢驗(yàn) (mg/100 mL)

2.6 模型可靠性驗(yàn)證

利用已建立好的模型對87個(gè)未參與建模的盲樣進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性，盲樣的預(yù)測能更客觀真實(shí)地反映模型對樣品的預(yù)測性能[18]，結(jié)果見圖3。由圖3可知，己酸乙酯和乙酸乙酯的預(yù)測模型對盲樣的預(yù)測誤差分別為0.591%、0.712%，且相關(guān)性均較好，R2分別為0.9948、0.9977，說明模型的預(yù)測效果較好。綜上所述，建立的模型預(yù)測性能較好，預(yù)測結(jié)果可靠，可以很好地預(yù)測未知原酒樣品中己酸乙酯和乙酸乙酯的含量。

圖3 己酸乙酯和乙酸乙酯預(yù)測值與化學(xué)值相關(guān)圖

3 結(jié)論

本研究采用近紅外光譜技術(shù)對濃香型原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯的近紅外圖譜進(jìn)行分析，并結(jié)合氣相色譜法測得的己酸乙酯和乙酸乙酯含量進(jìn)行建模，原酒中兩項(xiàng)指標(biāo)（己酸乙酯和乙酸乙酯）模型的 R2分別為 0.9107、0.9164，RMSEP 分別為2.1351、1.7918，在后續(xù)驗(yàn)證試驗(yàn)中，預(yù)測值和化學(xué)實(shí)測值無顯著差異（0.05水平下），且預(yù)測重復(fù)實(shí)驗(yàn)的RSD（%）均小于5%；模型對盲樣的預(yù)測誤差分別為0.591%、0.712%，R2分別為0.9948、0.9977，綜合說明模型的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性及可靠性均較好，即預(yù)測效果較好，滿足生產(chǎn)檢測需求。

本文建立了濃香型原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯快速檢測模型，不僅簡化分析流程、提高檢測效率、減少資源浪費(fèi)等，且可及時(shí)高效地檢出原酒中己酸乙酯和乙酸乙酯含量，有效辨識原酒品質(zhì)優(yōu)劣，合理指導(dǎo)原酒分級。因此，近紅外光譜技術(shù)在原酒分析中具有很好的應(yīng)用前景。