基于濃度三維熒光光譜的食醋鑒別方法研究

單奕 李丹 王萱

摘 要：實驗測定了18種不同類型和不同品牌食醋的三維熒光光譜，通過提取其三維投影圖和等高線圖的基本特征信息，對不同種類的食醋進行了分類識別。結(jié)果表明：借助三維熒光光譜可以很好地反映各食醋樣品在原料、工藝上的相似程度，此方法可以實現(xiàn)對食醋種類的分類，為食醋種類鑒別提供了一種方便、快捷的新思路，具有重要的實踐意義和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：食醋；陳醋；三維濃度熒光光譜；主成分分析

引言

食醋是中國各大菜系中傳統(tǒng)的調(diào)味品，它具有酸味柔和，口感醇厚等優(yōu)良品質(zhì)[1]。它通過自然固態(tài)制曲、液態(tài)發(fā)酵等傳統(tǒng)釀造工藝進行生產(chǎn)[2]，不僅是調(diào)味劑，還有多種保健功能[3][4]。目前，市場上的食醋種類繁多，但品質(zhì)不一，良莠不齊，缺乏有效的鑒別方法，僅憑一些簡單的理化指標以及色、香、味、體等感官指標評判釀造食醋的真?zhèn)巍㈥愥勀攴菁捌焚|(zhì)優(yōu)劣，使評價結(jié)果具有較大片面性與主觀性[5]。

自2000年起，國家相繼出臺了食醋鑒定方面的標準[6]。目前，對食醋質(zhì)量的鑒別方法包括同位素分析[7]、核磁共振法[8]、近紅外光譜[9][10]、氣相色譜和質(zhì)譜技術(shù)等[11][12]。鄭彥婕等采用氣相色譜-質(zhì)譜法對食醋進行測定，但樣品處理復(fù)雜，此種方法能耗高且耗時。解華東等通過掃描33種食醋樣品的紫外光譜，發(fā)現(xiàn)它們的紫外吸收光譜有著十分明顯的差異，但該種方法在識別食醋質(zhì)量和摻假中的應(yīng)用價值尚不明確[13]；陳斌等采用近紅外光譜透射法測定食醋總酸和還原糖，此種方法具有快速、樣本無需預(yù)處理、無需化學(xué)試劑、無檢測成本等優(yōu)點，但是這種方法只能分析醋中的一部分成分，而不能對食醋進行整體有效的分析；宋海燕等[14]采用可見-近紅外光譜技術(shù)，結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法，開展山西老陳醋產(chǎn)地的判別分類工作，該種方法的實現(xiàn)存在兩方面困難，一方面，建立模型所需要的數(shù)據(jù)需真實可靠且具有代表性和統(tǒng)計意義，另一方面，在模型的建立及數(shù)據(jù)處理上存在許多人為主觀因素導(dǎo)致的結(jié)果差異[15]。由于食醋的微量成份未被全部闡明，而且各成份之間協(xié)同交互作用復(fù)雜，應(yīng)用現(xiàn)有的分析方法，僅對某些成份進行定性、定量分析，亦不能有效鑒別食醋。因此，研究新型、可靠的食醋鑒別分類方法，實現(xiàn)對食醋質(zhì)量的有效監(jiān)控具有深遠的社會意義。

熒光光譜技術(shù)由于具有靈敏度高、選擇性好、費用低、試樣量少、分析結(jié)果快速等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用，三維熒光光譜能夠涵蓋比較全面的物質(zhì)熒光特性，從宏觀上對物質(zhì)進行認知，具有更好的整體性[16][17]。近幾年，熒光光譜法在環(huán)境監(jiān)測、腫瘤診斷、鑒別酒的真假和品牌等方面有很多應(yīng)用[18]。在食醋的鑒定方面，熒光光譜的應(yīng)用尚屬少數(shù)，毛立新等用同步熒光光譜法鑒別了山西老陳醋[19][20]，但僅研究了山西老陳醋的鑒別方法，未能提供一套完整的、可用以鑒別所有醋類的方案。目前，這種技術(shù)僅限于對不同食醋類型的指紋鑒定，對于相似的食醋樣品鑒別能力有限，如需要更有效的指紋鑒別手段還需要在識別能力上有所的提高[21][22]。

文章通過提取、分析不同種類食醋的三維熒光光譜，并結(jié)合主成分分析法，以達到精確區(qū)分不同種類食醋的目的，同時為相似食醋樣品的指紋鑒定提供一套可行的方案。

1 實驗儀器和方法

1.1 實驗裝置和方法

實驗中采用的是英國Edinburgh Instruments Inc.生產(chǎn)的FLS920型穩(wěn)態(tài)和時間分辨熒光光譜儀。其中穩(wěn)態(tài)光譜測量的光源功率為450W的氙燈，其波長在200-900nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。實驗儀器的設(shè)置參數(shù)為：激發(fā)光和發(fā)射光的狹縫寬度為3nm，激發(fā)光譜和發(fā)射光譜的掃描間隔均為1nm，在每個波長處的掃描時間為0.2s。

實驗中使用的是無熒光石英比色皿，熒光掃描時用該比色皿盛裝被測樣品3ml并放置于光譜儀的樣品池中。每一樣品掃描一次，每一次測試前均進行搖動以保證溶液的均勻性。所有的熒光光譜檢測過程均在室溫下進行。

1.2 實驗樣品

本次試驗選取山西陳醋（1年，3年，8年，共3種），紫林陳醋，恒順香醋（瓶裝，155ml），苦蕎保健醋，宴會用恒順香醋，恒順香醋（瓶裝，500ml），鎮(zhèn)江香醋（袋裝），北固山康樂醋，鼎豐白醋，來福山西陳醋，寶鼎陳釀米醋，恒順香醋（袋裝），鎮(zhèn)江香醋（袋裝），萬通白米醋，唯加白醋，恒順白醋共18種常用的食醋。

食醋溶液的配制：將食醋和水采用體積混合比配制溶液，配制濃度為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%的共3ml的溶液，溶劑為去離子水。為保證測試的準確性，每一次測試前均進行搖動以保證溶液的均勻性。

2 實驗部分

圖1是濃度從1%到10%食醋溶液的濃度三維熒光光譜，實驗中激發(fā)波長為360nm，發(fā)射波長范圍為400-700nm。

從三維投影圖和等高線圖可以得知每一種醋的基本熒光圖譜信息：最佳激發(fā)波長、熒光發(fā)射波范圍、峰值位置、熒光強度等。如圖1所示的1年山西陳醋的濃度三維熒光光譜，可知它的熒光發(fā)射波長范圍為380-670nm，濃度三維熒光光譜峰值位置分別處于443nm和469nm，所對應(yīng)的熒光強度分別是407200和504100。將18種醋的圖譜特征提取，得表1所示信息。

從表1數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

（1）觀察6種陳醋的熒光強度范圍，可以發(fā)現(xiàn)它們高峰位置的熒光強度均為360000以上，低峰位置的熒光強度在260000以上。

（2）觀察1，3，8年山西陳醋的熒光強度可以發(fā)現(xiàn)，它們的熒光發(fā)射波長范圍為380-670nm，且它們的熒光強度整體呈下降趨勢，即熒光強度隨著年份的增加而逐漸減小。另外兩種陳醋，紫林陳醋和來福山西陳醋，它們的熒光發(fā)射波長范圍為360-670nm，通過這一點可以將它們同1，3，8年山西陳醋區(qū)分開來。

（3）香醋的最佳激發(fā)波長、熒光發(fā)射波范圍、峰值位置和陳醋相似，不同之處在于，香醋兩個熒光峰的差值范圍在78600-84600，而陳醋兩個熒光峰差值的范圍在92700-103800，通過這一點可以區(qū)分香醋和陳醋。

（4）兩種米醋的最優(yōu)濃度均為10%，可以此為判據(jù)區(qū)分米醋和其他食醋。

（5）白醋的熒光強度與前兩者相比明顯較低，且白醋較高峰值位置對應(yīng)較低的發(fā)射波長，這一點和其他食醋不同，因此可以很容易地將白醋區(qū)分出來。

3 分析與討論

（1）各類食醋在380nm的激發(fā)波長下可以吸收光子發(fā)射出的熒光，查閱食醋的主要成分可知，它們是乙酸和一些醇類物質(zhì)，含有基團 。圖中除了主峰以外，還有一個次峰位，它的存在說明

食醋溶液中有至少兩種熒光生色基團。米醋，白醋兩類醋的熒光光譜和陳醋、米醋區(qū)分非常明顯，米醋在570-650nm之間出現(xiàn)一系列小峰，白醋在550-650nm之間出現(xiàn)一系列小峰。這些小峰的出現(xiàn)和米醋白醋的原料有關(guān)。

（2）同一品牌、不同年份的陳醋的熒光特征峰出現(xiàn)的位置一致，均在波長470nm和443nm附近。1，3，8年山西陳醋的熒光強度隨著年份的增加而逐漸減小，說明隨著陳釀時間的延長，陳醋中熒光物質(zhì)的成分和濃度會發(fā)生變化，不同年份陳醋熒光峰的吸收強度不同。因此，熒光峰的吸收強度可以來區(qū)分不同年份的陳醋。

（3）實驗結(jié)果說明熒光發(fā)射強度與溶液的濃度不成線性關(guān)系，當(dāng)濃度增加到一定值時，熒光強度會隨著其濃度的增加而下降，這就是物質(zhì)熒光的一種自身猝滅形式-濃度猝滅。其主要原因是由于發(fā)光物質(zhì)的溶液濃度較大，激發(fā)態(tài)溶質(zhì)與溶質(zhì)間可以進行相互作用，從而形成激發(fā)二聚體或激發(fā)絡(luò)合物使熒光猝滅。此外，由于能量共振轉(zhuǎn)移的結(jié)果，在濃溶液中，受激分子可通過共振轉(zhuǎn)移的方式，把激發(fā)能轉(zhuǎn)移給相鄰的不發(fā)熒光的分子也導(dǎo)致了熒光猝滅。

4 結(jié)束語

通過分析和討論食醋三維熒光光譜和主成分分析結(jié)果，得知：

（1）通過掃描18種食醋、香醋、米醋、白醋的三維熒光光譜，可以定性地比較光譜差異，以區(qū)分各種食醋。

（2）隨著陳釀時間的延長，陳醋特征峰的熒光強度會減小，這是因為陳釀時間越久，陳醋中熒光物質(zhì)的成分和濃度會發(fā)生變化。

（3）基于一定濃度三維熒光光譜具有實時、快速的特點，易于實現(xiàn)食醋種類鑒別，有望發(fā)展成為快速高效的食醋指紋鑒別技術(shù)。

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作者簡介：單奕（1993-），女，江蘇省徐州市人，江蘇師范大學(xué)在讀，研究方向：光學(xué)。