從大曲氣味建立原酒質(zhì)量評(píng)分模板的方法探討

王曉勇　張　鑫　蔚慧欣任婷月　趙金燕　成劍峰　胡紅娟

1（山西杏花村汾酒廠股份有限公司，山西汾陽032205）

2（山西省食品工業(yè)研究所，山西太原030024）

大曲是我國傳統(tǒng)釀造食品中使用的一種糖化發(fā)酵劑。在白酒生產(chǎn)中，大曲在使用前按照一定種類曲的比例配比后用于酒醅發(fā)酵，生產(chǎn)用曲的質(zhì)量等級(jí)劃分更多地依靠感官評(píng)定、粉碎度、糖化力、液化力等指標(biāo)來確定，各項(xiàng)指標(biāo)與原酒質(zhì)量之間相關(guān)對(duì)應(yīng)性關(guān)系不明確，大曲配比靠經(jīng)驗(yàn)的積累，缺乏數(shù)據(jù)支撐。

電子鼻是一種依靠氣味進(jìn)行嗅覺識(shí)別的分析系統(tǒng)，由有選擇性的氧化型傳感器組成陣列，外接圖像識(shí)別裝置，能夠識(shí)別單一的或復(fù)合的氣味，能夠給出樣品中揮發(fā)成分的整體信息。目前，電子鼻在肉品新鮮度的檢測(cè)、果蔬成熟度和儲(chǔ)藏期的檢驗(yàn)、茶葉的分類、谷物品質(zhì)的篩選、飲料的識(shí)別、酒類的識(shí)別、植物油的檢測(cè)、醬油以及食品包裝的檢測(cè)等方面均有研究。

電子鼻在白酒香型及年份判斷方面已有研究，本試驗(yàn)利用電子鼻對(duì)生產(chǎn)用的大曲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以各批次對(duì)應(yīng)的原酒評(píng)語為參考依據(jù)建立評(píng)分模板，對(duì)分類模板進(jìn)行細(xì)化組合，針對(duì)性地提高模板的判別能力，對(duì)大曲氣味和原酒質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行了初步探索，為后續(xù)大曲標(biāo)準(zhǔn)化配比應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)積累。

1　材料與方法

1.1　主要材料與試劑

某公司生產(chǎn)用已經(jīng)粉碎的大茬酒大曲及二茬酒大曲。

1.2　主要儀器與設(shè)備

PEN3電子鼻系統(tǒng)，該電子鼻由10個(gè)不同的金屬氧化物傳感器組成傳感器陣列，德國AIRSENSE公司；標(biāo)準(zhǔn)篩；40 mL頂空瓶。

1.3　試驗(yàn)方法

1.3.1　樣品處理

標(biāo)準(zhǔn)篩篩取粉狀大曲，取樣顆粒為16目顆粒度。

1.3.2　樣品測(cè)定

直接稱取0.5 g粉狀大曲樣品，移入頂空瓶，旋好瓶蓋，靜置1 h后直接頂空吸氣法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3　電子鼻測(cè)定條件

采樣時(shí)間為1 s/組；傳感器自清洗時(shí)間為90 s；傳感器歸零時(shí)間為10 s；樣品準(zhǔn)備時(shí)間為5 s；進(jìn)樣流量為600 mL/min；分析采樣時(shí)間為90 s；選定74 s、75 s、76 s數(shù)值為分析數(shù)據(jù)。

2　結(jié)果與分析

以生產(chǎn)大曲為樣品，探索大曲氣味與酒質(zhì)的關(guān)系，默認(rèn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制管理為理想狀態(tài)。建模依據(jù)為評(píng)語描述。在一個(gè)生產(chǎn)季節(jié)內(nèi)大茬原酒、二茬原酒評(píng)語及評(píng)分分別見表1、表2。

表1　大茬原酒評(píng)語評(píng)分表

表2　二茬原酒評(píng)語評(píng)分表

從評(píng)語及評(píng)分表中數(shù)據(jù)來看，評(píng)語及評(píng)分不能對(duì)應(yīng)，從歸類分析出發(fā)，選用評(píng)語為歸類依據(jù)進(jìn)行后續(xù)模板的建立。

2.1　大茬原酒評(píng)分模板分析

以評(píng)語淡、雜、酸甜、醇甜、特綿、凈爽建模。

大茬評(píng)分模板PCA分析圖見圖1。建模后模板的PCA主成分分析差異96.75%，差異率較高，由圖1可以看出醇甜的樣品與其他有良好的區(qū)分，凈爽、醇甜、酸甜之間可良好區(qū)分。淡、雜、特綿、酸甜之間不好區(qū)分。

圖1　大茬評(píng)分模板PCA分析圖

大茬評(píng)分模板LDA分析結(jié)果見下頁圖2。由圖2可知，LDA線性判定分析差異只有39.9%，同樣也是醇甜的樣品與其他有良好的區(qū)分，酸甜、醇甜、凈爽、特綿之間可以良好區(qū)分，雜、淡之間不能區(qū)分。

對(duì)于上述試驗(yàn)結(jié)果，所建立的模板進(jìn)行歸類分析顯然不理想，為提高模板識(shí)別能力，進(jìn)行了模板拆分優(yōu)化。

拆分優(yōu)化模板1：以上述大茬評(píng)分模板為基礎(chǔ)，篩選數(shù)據(jù)，即以醇甜、特綿、酸甜為依據(jù)建立優(yōu)化模板，優(yōu)化模板1PCA分析結(jié)果見下頁圖3。由圖3可知，優(yōu)化后模板的PCA主成分分析差異98.59%，醇甜、特綿、酸甜的樣品之間有良好的區(qū)分。

圖2　大茬評(píng)分模板LDA分析圖

圖3　大茬優(yōu)化評(píng)分模板1 PCA分析圖

大茬優(yōu)化評(píng)分模板1 LDA分析結(jié)果見圖4。由圖4可知，LDA線性判定分析差異99.97%，醇甜、特綿、酸甜的樣品之間同樣也是達(dá)到非常高的區(qū)分度。

圖4　大茬優(yōu)化評(píng)分模板1 LDA分析圖

拆分優(yōu)化模板2：以凈爽、酸甜、醇甜建模，進(jìn)一步區(qū)分凈爽的樣品。大茬優(yōu)化評(píng)分模板2 PCA分析結(jié)果見圖5。由圖5可知，建模后的PCA主成分分析差異99.57%，醇甜、凈爽、酸甜的樣品之間有良好的區(qū)分。

大茬優(yōu)化評(píng)分模板2 LDA分析結(jié)果見圖6。由圖6可知，LDA線性判定分析差異99.915%，醇甜、凈爽、酸甜的樣品之間同樣可以達(dá)到非常高的區(qū)分度。

圖5　大茬優(yōu)化評(píng)分模板2 PCA分析圖

圖6　大茬優(yōu)化評(píng)分模板2 LDA分析圖

拆分優(yōu)化模板3：以特綿、醇甜建模，區(qū)分特綿的樣品。

大茬優(yōu)化評(píng)分模板3 PCA分析結(jié)果見下頁圖7。由圖7可知，PCA主成分分析差異98.936%，醇甜、特綿的樣品之間有良好的區(qū)分。

大茬優(yōu)化評(píng)分模板3 LDA分析結(jié)果見下頁圖8。由圖8可知，LDA線性判定分析差異99.988%，醇甜、特綿的樣品之間同樣可以達(dá)到非常高的區(qū)分度。

經(jīng)過拆分優(yōu)化模板的識(shí)別，可以將樣品進(jìn)行雜、淡、醇甜、酸甜、特綿、凈爽歸類，即大茬酒的預(yù)評(píng)價(jià)可以先進(jìn)行高品質(zhì)酒的識(shí)別，即醇甜、凈爽、酸甜的識(shí)別，對(duì)識(shí)別后的未知樣品進(jìn)行醇甜、特綿識(shí)別，這樣會(huì)使樣品得到最大程度的區(qū)分。

2.2　二茬原酒評(píng)分模板分析

以評(píng)語淡、雜、醇甜、特綿建模。二茬評(píng)分模板PCA分析結(jié)果見下頁圖9。由圖9可知，建模后模板PCA主成分分析差異86.356%，醇甜的樣品與其他有良好的區(qū)分。淡、雜、特綿之間不好區(qū)分。

圖7　大茬優(yōu)化評(píng)分模板3 PCA分析圖

圖8　大茬優(yōu)化評(píng)分模板3 LDA分析圖

圖9　二茬評(píng)分模板PCA分析圖

二茬評(píng)分模板LDA分析結(jié)果見圖10。由圖10可知，LDA線性判定分析差異31.556%，同樣也是醇甜的樣品與其他有良好的區(qū)分，雜、淡之間不能區(qū)分，而特綿、醇甜之間也可以較好區(qū)分。醇甜與雜淡之間可以區(qū)分。

同樣，對(duì)二茬模板進(jìn)行拆分優(yōu)化，分別建模。

拆優(yōu)化模板：以上述二茬評(píng)分模板為基礎(chǔ)，選用雜、淡評(píng)語之外的數(shù)據(jù)建立模板。二茬優(yōu)化評(píng)分模板PCA分析結(jié)果見圖11。由圖11可知，PCA主成分分析差異100%，醇甜、特綿的樣品之間有根本的區(qū)分。

二茬優(yōu)化評(píng)分模板LDA分析結(jié)果見下頁圖12。由圖12可知，LDA線性判定分析差異100%，同樣也是醇甜的樣品與特綿樣品有良好的區(qū)分。

在酒質(zhì)的諸項(xiàng)評(píng)語與評(píng)分中，雜、淡兩項(xiàng)評(píng)分相近，從分?jǐn)?shù)的角度看相差不太大，所以在識(shí)別時(shí)歸為一類樣品。建議二茬酒預(yù)評(píng)價(jià)采用上述拆分優(yōu)化模板，即先在醇甜和特綿之間選擇，兩者均排除后則屬于第三類未知樣，既是本模板的雜淡樣。

3討論

1） 未經(jīng)過優(yōu)化處理的模板數(shù)據(jù)歸類能力差，經(jīng)過優(yōu)化的模板聚類能力增加，尤其是LDA線性判定分析差異率大幅提高，增強(qiáng)了實(shí)際應(yīng)用能力，可以將樣品進(jìn)行雜淡、醇甜、特綿歸類，有進(jìn)一步探索的必要。

圖10　二茬評(píng)分模板LDA分析圖

圖11　二茬優(yōu)化評(píng)分模板PCA分析圖

圖12　二茬評(píng)分模板LDA分析圖

2）從試驗(yàn)結(jié)果來分析，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于大茬原酒來講，可能更適合“多模板應(yīng)用-組合判定”的方法。

3）利用電子鼻由大曲氣味判定大曲糖化力高低及預(yù)判酒質(zhì)等級(jí)可能是一項(xiàng)創(chuàng)新的手段，該方法需要前期大量數(shù)據(jù)的積累和分析，并且對(duì)數(shù)據(jù)的客觀性有要求，另外分析方法、模板優(yōu)化方式等相關(guān)內(nèi)容也需要根據(jù)樣品實(shí)際情況進(jìn)行深入研究。

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