控溫水平衰減全反射-紅外光譜快速鑒別茅臺酒真假

張世明*， 朱 順， 李 莉

(上海市酒類產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中心有限公司，上海 200081)

白酒是我國釀酒文化的結(jié)晶，影響廣泛。其中，茅臺酒具有悠久的歷史、獨特的釀造工藝、深厚的文化底蘊、突出的內(nèi)在品質(zhì)，乃我國當之無愧的國酒。然而，在高額利潤的驅(qū)使下，一直以來市場上充斥著大量的假茅臺酒，嚴重影響酒類產(chǎn)品市場的有序穩(wěn)定和消費者的合法權(quán)益。因此，如何實現(xiàn)酒類產(chǎn)品的快速真假鑒別，受到了社會各界的廣泛關(guān)注。目前，常用的酒類產(chǎn)品檢測方法有：感官評價[1]、試劑鑒別[2]、色譜技術(shù)[3,4]和光譜分析[5]。感官評價一般借助外觀、色澤、氣味、滋味等對酒類產(chǎn)品進行整體評價，但需豐富的經(jīng)驗；試劑鑒別雖然方便、快捷，但僅能區(qū)分糧食釀造酒和酒精加水的勾兌酒，對于高仿酒等假冒偽劣酒卻無能為力；色譜技術(shù)是較好的檢測手段，但需借助氣相、液相色譜等昂貴的儀器設(shè)備，且費時、費力，不利于推廣使用。相比之下，光譜分析是比較實用的檢測方法，其中傅里葉變換紅外光譜(FTIR)法成為近年來的研究熱點[6]，其優(yōu)勢在于：圖譜具有明顯的“指紋”特征、操作簡便、通用性強等，能夠滿足現(xiàn)場快速分析檢測的要求，非常適用于白酒類復(fù)雜體系的分析。

傳統(tǒng)的FTIR樣品制備是采用KBr粉末壓片法。孫素琴等[6 - 11]通過加熱濃縮白酒液體，然后將適量的濃縮產(chǎn)物與KBr粉末混合壓片制樣，測得酒樣的紅外圖譜，并對比分析了不同香型酒、同一香型不同種類酒以及真假茅臺酒的“指紋”特征圖譜。呂海棠等[12]研究發(fā)現(xiàn)清香型與濃香型白酒的紅外圖譜存在差異，并認為該法可直觀地鑒定白酒產(chǎn)品的真?zhèn)?。王霓等[13]也以此進行了醬香型白酒真?zhèn)蔚蔫b別研究。然而，KBr粉末壓片法進行樣品制備時，需繁瑣的濃縮、研磨、干燥及壓片等流程，耗時費力，不利于現(xiàn)場快速檢測。本文借助一種帶有控溫的水平衰減全反射附件的傅里葉變換紅外光譜儀(HATR-FTIR)，通過將液體酒直接進樣、加熱濃縮，成功實現(xiàn)了茅臺酒的快速檢測及真假鑒別。方法簡化了操作流程，檢測時間少于5 min，為實現(xiàn)酒類產(chǎn)品真?zhèn)蔚默F(xiàn)場快速鑒別提供了重要手段。

1 實驗部分

1.1 儀器設(shè)備

Spectrum GX FTIR紅外光譜儀(Perkin Elmer公司)，DTGS檢測器，掃描信號累加16次，光譜分辨率4 cm-1，測量范圍800～4 000 cm-1；控溫裝置為Love Control公司的變溫附件。

1.2 實驗樣品

白酒酒樣均來源于市場，并由專業(yè)品酒師對其進行了真假區(qū)分。

1.3 實驗過程與數(shù)據(jù)處理

首先，將樣品池用乙醇和水交替清洗至潔凈，調(diào)節(jié)控溫裝置至所需溫度后，扣除背景干擾。用移液槍準確移取體積為1 mL的酒樣置于樣品池內(nèi)，蒸發(fā)干燥，采集相應(yīng)的紅外圖譜。一維圖譜通過Perkin Elmer公司的Spectrum for window軟件獲得；二階導(dǎo)數(shù)譜采用Perkin Elmer公司的Spectrum v3.02操作軟件，5點平滑得到。對同一酒樣分別進行紅外光譜采集3次以上，對比圖譜相似度，相關(guān)系數(shù)達0.999以上，即可認為數(shù)據(jù)具有良好的重現(xiàn)性，表明該方法符合實驗的要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 優(yōu)化測試條件

選取真茅臺酒為研究對象，對不同測試條件(時間、溫度)進行優(yōu)化。首先，控制液體池恒溫80 ℃，從將液體酒樣加入液體池開始計時，分別采集0、60、120、160、180、240、300 s的紅外光譜曲線。如圖1所示，測試前期主要表現(xiàn)為-OH基團的強吸收，這主要是因為酒中以酒精和水等成分為主。隨著時間的延長，酒精和水等含有-OH基團的易揮發(fā)性組分大量流失，吸收峰強度逐漸下降。此外，酒中含有的一些微量組分開始出現(xiàn)吸收峰，明顯的吸收峰變化位于1 500～1 800 cm-1：60 s之前，在～1 640 cm-1處僅有一單吸收峰；此后，在～1 713 cm-1處逐漸出現(xiàn)一個新的吸收峰；240 s時，～1 640 cm-1處的單峰分裂為1 646 cm-1和1 597 cm-1處的雙峰，且近似為“平臺”形狀；之后1 646 cm-1處的吸收峰逐漸降低至消失。觀察整個變化過程，發(fā)現(xiàn)240 s時的紅外光譜曲線具有特征最為鮮明、數(shù)量最多的吸收峰。因此，選擇240 s為采集“特征紅外圖譜”的最佳時間。

另外，分別采集70、75、80、85 ℃下的“特征紅外圖譜”。如圖2所示，不同加熱溫度下得到的曲線基本相同，只是得到“特征紅外圖譜”所需要的時間不同(時間長短與溫度高低成反比)。另外，當溫度高于80 ℃后，液體酒樣出現(xiàn)沸騰，導(dǎo)致部分酒樣濺到液體池外，這將會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，選取80 ℃為采集“特征紅外圖譜”的最佳加熱溫度。

圖1 80 ℃恒溫加熱不同時間真茅臺酒的紅外光譜圖Fig.1 The FTIR spectra of Moutai liquor measured at different times under the constant temperature of 80 ℃

圖2 不同溫度下真茅臺酒的特征紅外圖譜Fig.2 The characteristic FTIR spectra of Moutai liquor measured at different temperatures

圖3 真(a)和假(b)茅臺酒的一級紅外圖譜Fig.3 The characteristic FTIR spectra of Moutai liquor (a) and counterfeiting Moutai liquor (b)

2.2 真假茅臺酒一級紅外光譜比較分析

在優(yōu)化的實驗條件下，我們采集了真、假茅臺酒的紅外圖譜，并進行了對比分析。如圖3所示，真、假茅臺酒的一級紅外圖譜展現(xiàn)出了顯著的差異。真茅臺酒的一級紅外圖譜中，3 009 cm-1和2 926 cm-1分別為-CH3和-CH2-的碳氫伸縮振動峰[6 - 9]；而假茅臺酒中對應(yīng)的吸收峰位置分別移至2 984 cm-1和2 930 cm-1，且真茅臺酒在2 926 cm-1處的吸收峰強度較大。說明真、假茅臺酒中分子的碳鏈長短是不同的，且真茅臺酒中含量較高。此外，1 460 cm-1附近的吸收峰為其相應(yīng)的碳氫彎曲振動。

1 500～1 800 cm-1為真、假茅臺酒區(qū)別最為明顯的特征區(qū)域。真茅臺酒在1 713 cm-1處展現(xiàn)出了一個明顯的強尖峰，此應(yīng)歸因于酯類的C=O伸縮振動峰。此外，在1 713 cm-1附近的低波數(shù)區(qū)域出現(xiàn)了一個接近“平臺”形狀的雙峰，對應(yīng)于羧酸酯類的酸類物質(zhì)，而較弱的吸收峰進一步表明真茅臺酒中此類物質(zhì)的含量相對較少。明顯不同的是，假茅臺酒在1 591 cm-1處的吸收峰顯著強于真茅臺酒，但1 713 cm-1處的特征峰卻相對很弱。這種明顯差異的產(chǎn)生足以說明假茅臺酒中含有大量的酸類物質(zhì)，酯類物質(zhì)含量較低。

另外，在紅外圖譜的低波數(shù)區(qū)域(1 000～1 500 cm-1)，1 042 cm-1處的中強峰表明酒樣中含有一定量的較長鏈脂肪族伯醇，且假茅臺酒中含量較高；1 116 cm-1處的吸收峰可能為α-氨基酸、乳酸及其它叔醇、仲醇類中碳氧鍵的伸縮振動[6,8]。此外，1 377 cm-1處的吸收峰明顯強于1 460 cm-1處，且有1 270 cm-1附近的吸收峰，說明酒樣中含有乙酸酯類物質(zhì)。

2.3 真假茅臺酒二級紅外分析

二階導(dǎo)數(shù)譜能將一維圖譜上的細微差別放大，且可以明顯區(qū)分重疊峰。據(jù)此，對比分析了真、假茅臺酒一維圖譜上差異較大區(qū)域(1 500～1 800 cm-1)的二階導(dǎo)數(shù)譜。如圖4所示，真茅臺酒一維圖譜上1 713 cm-1處的吸收峰在其相應(yīng)的二階導(dǎo)數(shù)譜上表現(xiàn)出了四個吸收峰：1 739 cm-1、1 713 cm-1、1 702 cm-1和1 685 cm-1分別可能為脂肪酸酯類的吸收峰、酯和酮的重疊峰、醛和有機酸的重疊峰以及羧酸的吸收峰，此為貴州茅臺酒的特征峰[10,11]；而假茅臺酒在1 739 cm-1和1 713 cm-1處的吸收峰明顯偏低，說明真茅臺酒中含有較高含量的酯類物質(zhì)，而假茅臺酒中含量很少。另外，1 595 cm-1、1 578 cm-1、1 560 cm-1和1 545 cm-1分別是乳酸乙酯、乙酸乙酯、己酸乙酯和戊酸乙酯的吸收峰[11]。

2.4 不同類型白酒一級紅外光譜比較分析

我們進一步比較了茅臺酒、汾酒和夢之藍酒三種白酒的一級紅外圖譜。如圖5所示，它們之間主要表現(xiàn)為兩個區(qū)域的差異。一是2 750～3 000 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)所對應(yīng)的碳氫伸縮振動強度的不同，說明汾酒和夢之藍酒較茅臺酒中含有較少量的碳鏈物質(zhì)。二是1 500～1 800 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)所對應(yīng)的酸、酯類C=O 吸收峰的區(qū)別：在1 713 cm-1處，茅臺酒展現(xiàn)出了強吸收峰，夢之藍酒為中強峰，而汾酒在此處的吸收峰卻非常微弱；此外，夢之藍酒在1 594 cm-1處的中強峰明顯有別于茅臺酒近“平臺”形狀的雙峰，汾酒在1 595 cm-1處出現(xiàn)了強吸收。三種不同類型白酒間吸收峰的巨大差異，表明酒中所含酸、酯類成分的含量不同，也是其相互區(qū)分的較好依據(jù)。

圖4 真(a)和假(b)茅臺酒的二階導(dǎo)數(shù)譜Fig.4 The second derivative spectra of Moutai liquor (a) and counterfeiting Moutai liquor (b)

圖5 茅臺酒(a)、汾酒(b)和夢之藍酒(c)的一級紅外圖譜Fig.5 The FTIR spectra of Moutai liquor (a),Fen wine (b) and Blue dream wine(c)

3 結(jié)論

本文借助FTIR快速、簡便、整體檢測的技術(shù)特點，將“KBr粉末壓片”替換為“控溫HATR”，實現(xiàn)了茅臺酒的快速檢測及真假鑒別。一方面，簡化了操作流程，檢測時間大大縮短，整個過程不超過5 min，為實現(xiàn)酒類產(chǎn)品現(xiàn)場快速檢測及真?zhèn)舞b別提供了重要依據(jù)和手段。另一方面，真、假茅臺酒的區(qū)別主要在于～2 900 cm-1處顯示的分子碳鏈長短及含量不同，特別是一級紅外圖譜和二階導(dǎo)數(shù)譜中1 500～1 800 cm-1區(qū)域內(nèi)所對應(yīng)酸、酯類物質(zhì)種類和含量的差異。