聚類(lèi)分析在不同年份特香型白酒中的應(yīng)用

楊 瑩，吳生文，林 培，曾婷婷，熊秋萍，蔡 珊

（四特酒有限責(zé)任公司，江西 樟樹(shù) 331200）

年份白酒是指貯存一定時(shí)間的白酒，因其綿柔、醇厚的口感得到消費(fèi)者的廣泛青睞。近年來(lái)“喝酒看年份”，從紅酒、威士忌、白蘭地蔓延到白酒，已成為一種消費(fèi)流行趨勢(shì)，在消費(fèi)者看來(lái)，喝“年份酒”是高質(zhì)量生活享受的表現(xiàn)。但正由于年份酒的火爆開(kāi)場(chǎng)，不少白酒企業(yè)紛紛亮出年份酒的招牌，被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，但其概念卻越來(lái)越模糊。由于沒(méi)有明確的年份酒相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)的市場(chǎng)管控手段，有不良商家抓住這一漏洞大肆破壞年份酒市場(chǎng)，大量假酒紛紛涌入白酒市場(chǎng)，年份酒市場(chǎng)混亂，消費(fèi)者易入年份酒騙局，白酒企業(yè)聲譽(yù)不斷在受損。

建立年份酒相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已迫在眉睫，白酒市場(chǎng)也同樣期待年份酒標(biāo)準(zhǔn)的制定與執(zhí)行。年份酒系列標(biāo)準(zhǔn)如果出臺(tái)，會(huì)保護(hù)自律企業(yè)的正當(dāng)權(quán)益，更有利于凈化白酒年份酒市場(chǎng)，遏制白酒年份酒生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)亂象。隨著現(xiàn)代分析手段的進(jìn)步，不斷揭示白酒的質(zhì)量與風(fēng)味成分及含量密切相關(guān)，霍丹群等利用白酒微量成分的差異對(duì)白酒品牌鑒別進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)白酒的香氣物質(zhì)決定了白酒產(chǎn)品的差異，陳飛利用GC和GC/Q-TOFMS對(duì)白酒基酒中的微量組分進(jìn)行定量檢測(cè)，通過(guò)主成分分析(PCA)、聚類(lèi)分析(HCA)、判別分析(LDA)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析(ANN)等模式識(shí)別技術(shù)對(duì)基酒進(jìn)行鑒別分類(lèi)并建立模型，并通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立基酒酒齡識(shí)別模型。

指紋圖譜是指某些復(fù)雜物質(zhì)經(jīng)一定處理后，采用一定的技術(shù)分析手段，獲得能夠標(biāo)識(shí)特征的譜圖。依靠指紋圖譜評(píng)價(jià)白酒質(zhì)量時(shí)，回歸分析、聚類(lèi)分析、判別分析、相關(guān)分析、主成分分析等多元統(tǒng)計(jì)方法在白酒質(zhì)量控制中能得到較好的效果。本試驗(yàn)通過(guò)建立特香型不同年份白酒的指紋圖譜，利用聚類(lèi)分析進(jìn)行鑒別研究，聯(lián)系指紋圖譜與現(xiàn)有的感官評(píng)酒相比較，綜合有效的評(píng)價(jià)特香型年份白酒的質(zhì)量，體現(xiàn)特香型白酒的年份特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：四特A 系列年份白酒(45 %vol)、四特B系列年份白酒(45 %vol)、四特C 系列年份白酒(45%vol)、四特D 系列年份白酒(45%vol)，四特酒有限責(zé)任公司。四特年份成品酒均采用同一等級(jí)的四特基酒進(jìn)行勾調(diào)，基酒的品質(zhì)保證同一等級(jí)質(zhì)量，且儲(chǔ)存容器相同，成品酒的質(zhì)量差由儲(chǔ)存年份帶來(lái)。

試劑及耗材：叔戊醇（純度≥99.6%）、乙酸正戊酯（純度≥99.4%）、乙醇（純度≥99.9%）、乙醛（純度≥99.8%）、甲酸乙酯（純度≥99.7%）、乙酸乙酯（純度100 %）、乙縮醛（純度≥99.4 %）、甲醇（純度≥99.4 %）、異戊醛（純度≥98.2 %）、仲丁醇（純度≥99.8%）、丁酸乙酯（純度≥99.8%）、正丙醇（純度≥99.8 %）、異丁醇（純度≥99.%）、戊酸乙酯（純度≥99.8 %）、正丁醇（純度≥99.9 %）、2-甲基-1-丁醇（純度≥99.6%）、異戊醇（純度≥99.8%）、己酸乙酯（純度≥99.8%）、正戊醇（純度≥99.8%）、醋酉翁（純度≥99.3%）、庚酸乙酯（純度≥99.0%）、乳酸乙酯（純度≥99.8%）、正己醇（純度≥99.9%）、辛酸乙酯（純度≥99.6 %）、糠醛（純度≥98.8 %）、丙酸（純度≥99.8%）、2,3-丁二醇（左）（純度≥99.8%）、2,3-丁二醇（內(nèi)）（純度≥99.8%）、異丁酸（純度≥99.8%）、丁酸（純度≥99.7%）、異戊酸（純度≥99.0%）、戊酸（純度≥99.1%）、己酸（純度≥99.8%）、棕櫚酸乙酯（純度≥99.8%）：美國(guó)西格瑪奧德里奇公司。

儀器設(shè)備：GC-8860 氣相色譜儀，美國(guó)安捷倫科技有限公司；DB-624UI 毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.53 mm×3.00 μm)，美國(guó)安捷倫科技有限公司；VORTEX-5KYLIN-BELL 旋渦混合器，海門(mén)市其林貝爾儀器制造有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 內(nèi)標(biāo)溶液制備

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10345—2007《白酒分析方法》并略有改動(dòng)。準(zhǔn)確稱(chēng)量2 mL 乙酸正戊酯與2 mL 叔戊醇的質(zhì)量，裝于100 mL 的容量瓶中，用60 %的乙醇溶液定容至刻度，配制2 %(V/V)的內(nèi)標(biāo)溶液，并分別計(jì)算得出混合內(nèi)標(biāo)中的叔戊醇含量為15.2967 g/L，乙酸正戊酯含量為15.3317 g/L。

1.2.2 白酒溶液制備

使用移液槍吸取1.2.1 中配制的叔戊醇與乙酸正戊酯混合內(nèi)標(biāo)100 μL 于100 mL 白酒樣品中，漩渦振蕩混勻。

1.2.3 氣相色譜條件

載氣(氮?dú)?流速：1.5 mL/min；氫氣流速：30 mL/min；尾吹流速：40 mL/min。

空氣流速：400 mL/min；檢測(cè)器：氫火焰離子化檢測(cè)器；氣化溫度：250 ℃；進(jìn)樣量1 μL。

1.2.4 感官品評(píng)

由8 人組成品評(píng)小組，將酒樣注入潔凈、干燥的專(zhuān)用酒杯中，在明亮處觀察，記錄其色澤、清涼程度、沉淀以及懸浮物情況。按照舉杯齊眉，眼觀其色，鼻聞其香，口品其味的原則，記錄其香氣特征，仔細(xì)品嘗記錄口味特征。

1.2.5 相對(duì)峰面積計(jì)算

相對(duì)峰面積計(jì)算公式為：Ar=Ai/As。其中，Ai為待測(cè)峰的峰面積，As 為同一譜圖中參照峰的峰面積。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

聚類(lèi)分析是研究如何將樣品或變量按照多個(gè)方面的特征進(jìn)行綜合分類(lèi)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，是根據(jù)物以類(lèi)聚的原理將相似的樣品或變量歸為一類(lèi)。聚類(lèi)分析是一種探索性的分析，在分類(lèi)的過(guò)程中，不必事先給出一個(gè)分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)，聚類(lèi)分析能夠從樣本數(shù)據(jù)出發(fā)，自動(dòng)進(jìn)行分類(lèi)。

本實(shí)驗(yàn)采用Agilent Chemstation 工作站、中藥色譜指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)系統(tǒng)A 版軟件、SPSS 22.0 系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份特香型白酒的感官品評(píng)結(jié)果

由表1 可以看出，四特D 系列年份酒酒體感官等級(jí)最高，四特A 系列年份酒酒體感官等級(jí)最低。四特D 系列年份酒香氣優(yōu)雅、細(xì)膩，陳香怡人，入口綿甜甘潤(rùn)，柔順絲滑，香味協(xié)調(diào)、酒體豐滿(mǎn)；四特C系列年份酒清香、濃香、醬香三香協(xié)調(diào)，細(xì)膩,入口綿甜柔順；四特B 系列年份酒香氣淡雅舒適，糧香自然，回味爽凈；四特A 系列年份酒窖香伴著糧香，微有酯香。感官評(píng)語(yǔ)符合特香型酒體的風(fēng)格特點(diǎn)。

表1 不同年份系列特香型白酒的感官品評(píng)結(jié)果

2.2 不同年份特香型白酒特征指紋峰的相對(duì)峰面積結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)4 類(lèi)年份酒樣品共20 個(gè)年份白酒酒樣，共含有39 個(gè)共有峰，包括叔戊醇（醇類(lèi)物質(zhì)內(nèi)標(biāo)峰）、乙酸正戊酯（除醇類(lèi)物質(zhì)以外的內(nèi)標(biāo)峰）兩個(gè)內(nèi)標(biāo)峰和溶劑峰，將41 個(gè)共有峰中相對(duì)峰面積Ar較小且在各年份白酒圖譜中差異較小的共有峰刪除，選取17 個(gè)共有峰進(jìn)行聚類(lèi)分析，經(jīng)驗(yàn)證17 個(gè)共有峰進(jìn)行的聚類(lèi)分析與所有共有峰進(jìn)行的聚類(lèi)分析結(jié)果一致。說(shuō)明選取的17 個(gè)共有峰能代表樣品，可以作為特征指紋峰。四特A 與四特B 系列年份酒共10 個(gè)實(shí)驗(yàn)酒樣17 個(gè)特征物質(zhì)色譜含量見(jiàn)表2，四特C 與四特D 系列年份酒共10 個(gè)實(shí)驗(yàn)酒樣17個(gè)特征物質(zhì)色譜含量見(jiàn)表3。四特A 與四特B 系列年份酒共10 個(gè)實(shí)驗(yàn)酒樣17 個(gè)特征指紋峰的相對(duì)峰面積見(jiàn)表4，四特C 與四特D 系列年份酒共10 個(gè)實(shí)驗(yàn)酒樣17個(gè)特征指紋峰的相對(duì)峰面積見(jiàn)表5。

表2 四特A、B系列年份酒酒樣17個(gè)特征物質(zhì)色譜含量 (g/L)

表3 四特C、D系列年份酒酒樣17個(gè)特征物質(zhì)色譜含量 (g/L)

由表4、表5 可知，不同年份類(lèi)型的特香型白酒相對(duì)峰面積存在一定的差異性，因此表中17 個(gè)特征指紋峰的數(shù)據(jù)可以代表整個(gè)譜圖進(jìn)行聚類(lèi)分析，將不同年份系列的特香型四特白酒區(qū)分開(kāi)。

表4 四特A、B系列年份酒酒樣17個(gè)特征指紋峰的相對(duì)峰面積

表5 四特C、D系列年份酒酒樣17個(gè)特征指紋峰的相對(duì)峰面積

2.3 采用特征峰進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析結(jié)果

聚類(lèi)分析方法采用最遠(yuǎn)鄰元素，區(qū)間采用歐式距離平方計(jì)算。

2.3.1 聚類(lèi)進(jìn)度結(jié)果

根據(jù)聚類(lèi)分析結(jié)果得聚類(lèi)進(jìn)度結(jié)果，見(jiàn)表6。

由表6 可知，系數(shù)越小的兩項(xiàng)越先合并為一類(lèi)，從階段1來(lái)看，16號(hào)酒樣（D1）與17號(hào)酒樣（D2）合并，該項(xiàng)合并的下一階在階段6與酒樣20（D5）合并，合并項(xiàng)在階段12與酒樣18（D3）合并，合并項(xiàng)在階段17 與11 號(hào)酒樣（C1）合并為一類(lèi)，以此類(lèi)推，直到所有的觀測(cè)值合并為一類(lèi)為止。

表6 聚類(lèi)進(jìn)度結(jié)果

2.3.2 聚類(lèi)成員結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)酒樣，將聚類(lèi)成員數(shù)設(shè)為4，根據(jù)聚類(lèi)所得聚類(lèi)成員表見(jiàn)表7。

由表7 可知，所有觀測(cè)年份酒樣如歸為2 群集，則四特A 系列為一類(lèi)，四特B、C、D 系列為一類(lèi)；所有觀測(cè)年份酒樣如歸為3 群集，則A 系列為一類(lèi)，B系列為一類(lèi)，C、D 系列為一類(lèi)；所有觀測(cè)年份酒樣如歸為4 群集，則四特A 系列為一類(lèi)，四特B 系列為一類(lèi)，四特C系列為一類(lèi)，四特D系列為一類(lèi)。

表7 聚類(lèi)成員表

2.3.3 聚類(lèi)分析樹(shù)狀圖

4種年份四特白酒聚類(lèi)分析結(jié)果所得樹(shù)狀圖見(jiàn)圖1。

圖1 四特A、B、C、D 4個(gè)系列年份白酒聚類(lèi)分析樹(shù)狀圖

由圖1 可以明顯看出，特香型4 個(gè)年份系列成品酒酒樣可聚類(lèi)分成4 類(lèi)，基本上與酒體感官品評(píng)結(jié)果相一致，說(shuō)明系統(tǒng)聚類(lèi)分析可以用于鑒別不同年份感官等級(jí)的特香型成品白酒。此結(jié)果與祝成等通過(guò)聚類(lèi)分析對(duì)不同感官等級(jí)白酒基酒的研究相似；與先春等利用近紅外光譜結(jié)合聚類(lèi)分析對(duì)不同風(fēng)格醬香型白酒的研究結(jié)果相似。

3 結(jié)論及展望

通過(guò)對(duì)4 個(gè)系列的特香型年份白酒進(jìn)行色譜分析，從39 個(gè)共有峰中挑選能夠代表整個(gè)譜圖的17 個(gè)特征指紋峰。根據(jù)17 個(gè)特征指紋峰的相對(duì)峰面積數(shù)據(jù)，采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚類(lèi)分析結(jié)果與酒體感官品評(píng)結(jié)果基本一致。說(shuō)明此方法用于鑒別特香型年份系列成品白酒是可行的。本實(shí)驗(yàn)研究成果與趙國(guó)群等利用聚類(lèi)分析對(duì)梨酒品質(zhì)分析相似；與歐陽(yáng)一非等利用聚類(lèi)分析對(duì)油炸型方便面感官評(píng)價(jià)中的應(yīng)用結(jié)果相似；與閆博文等基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法建立北方饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的結(jié)果類(lèi)似。

主成分分析法是通過(guò)降維技術(shù)將多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)主成分的實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析方法，是解決存在多數(shù)且各變量之間存在一定聯(lián)系等相關(guān)問(wèn)題的一種有效方法。根據(jù)聚類(lèi)分析得到的17 個(gè)特征指紋峰來(lái)分析數(shù)量較多的系列的酒體樣本來(lái)說(shuō)，特征指紋峰數(shù)量較多，數(shù)據(jù)庫(kù)龐大且處理繁雜，是否可通過(guò)主成分分析法來(lái)代替17 個(gè)特征指紋峰，使得數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)化且分析結(jié)果與使用全部的譜圖結(jié)果一致呢？這一問(wèn)題后期可繼續(xù)探討。