應用三維熒光光譜檢測不同紅酒品質*

張澤瑋，邱 笛，賴吉龍，陳珊珊，吳婉婷，文桂膠，崔琴琴，譚 超

(宜賓學院，過程分析與控制四川省高校重點實驗室，四川 宜賓 644000)

伴隨著經(jīng)濟文化的繁榮，酒文化也逐漸成為一種潮流。其中紅酒備受人們青睞，紅酒中包含幾百種不同濃度組分的復雜混合物，是一種對人體十分有益且時尚健康的酒精類飲品。它不僅酒精含量較低，還具有能夠有效調節(jié)人體新陳代謝、控制膽固醇水平及美容養(yǎng)顏等功效[1]，但如今有許多不法商販以次充好，用假冒偽劣產(chǎn)品欺騙消費者，導致紅酒來源良莠不齊，很難保證質量問題。然而目前市場上對于葡萄酒產(chǎn)品類型在標準上又缺乏有效識別手段，故紅酒品質的定性定量鑒別對于規(guī)范市場，對紅酒地理標志產(chǎn)品保護有極大的幫助。而紅酒中的酚類物質、氨基酸、花青素、均二苯代乙烯等類黃酮類化合物，均含有熒光基團[2]，因此可借助三維熒光光譜指紋技術結合化學計量學方法對紅酒品質進行定性定量分析。

目前紅酒鑒定的方法主要有三大類：(1)感官判定法；(2)化學反應分析法：由于葡萄汁中存在花色苷[3]，真紅酒中加入少量小蘇打顏色會發(fā)生改變，而通過人工合成色素進行勾兌出來的紅酒不會發(fā)生化學反應，故不存在變色現(xiàn)象；(3)儀器分析法：高效液相色譜法[4-5]、氣相色譜與質譜聯(lián)用[6-7]、近紅外光譜法[8-9]、紫外-可見光譜吸收法、毛細管電泳法、薄層色譜法等，而紫外-可見光譜吸收法，毛細管電泳法，薄層色譜法由于其分析時間長，操作過程復雜，結果不夠直觀、準確等原因，不能用于大批量葡萄酒定性定量檢測。

目前發(fā)表的有關葡萄酒研究的文獻中，楊東偉等[10]采用反相高效液相色譜-二極管陣列檢測法同時測定市售紅酒中的草酸、酒石酸、檸檬酸等11種有機酸的含量，平均回收率為85.5%～99.5%檢測限在0.3～2.5 mg/L，該檢測方法快捷靈敏且準確；盧汝梅等[11]測定國產(chǎn)15種葡萄酒中的白藜蘆醇含量，采用高效液相法得出白藜蘆醇含量，在通化干紅葡萄酒的最高為5.6 mg/L，該方法重現(xiàn)性好，應用前景很大；樊雙喜等[12]把GC/MS用來檢測葡萄酒所含TCA的含量，葡萄酒中TCA的含量測定用此方法，展開了另一種思路。檢測葡萄酒香氣成分時，GC/MS扮演了重要的角色，是目前大多數(shù)研究者應用的技術方法；張樹明等[13]在對葡萄酒發(fā)酵生產(chǎn)過程中酒精度研究中，應用近紅外光譜技術測定酒精度的含量。通過化學計量學方法中的主成分回歸和最小二乘法對葡萄酒酒精度進行預測和判斷；郭海霞等[14]建立了一個三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡的識別模型，紅酒樣品的預測識別率達100%，結果表明近紅外光譜技術結合BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型能無損快捷判別紅酒真?zhèn)巍?/p>

由于三維熒光可以比較直觀地看出物質的熒光特點，因此三維熒光光譜技術目前正廣泛應用于各種食品安全檢測中[15-16]，筆者參照馬晨光等[17]的實驗研究，借助三維熒光光譜指紋技術結合化學計量學方法對不同品牌干紅葡萄酒及同種品牌不同等級干紅葡萄酒的指紋峰進行研究，分析各種干紅葡萄酒三維熒光光譜的特征參量，對于保證紅酒品質有重要的實際意義。

1 實 驗

1.1 主要儀器與試劑

FL8500型熒光分光光度計，美國珀金埃爾默股份有限公司;智利進口紅酒牧羊人赤霞珠美樂紅葡萄酒(A,750 mL/瓶)，中央山谷酒莊;長城紅酒特選7年橡木桶解百納干紅葡萄酒(B,750 mL/瓶)，中糧集團有限公司;張裕紅酒貴馥晚采甜紅葡萄酒(C,750 mL/瓶)，煙臺張裕集團有限公司;長城紅酒耀世經(jīng)典干紅葡萄酒(D,750 mL/瓶)，中糧集團有限公司;張裕紅酒第九代特選級解百納干紅葡萄酒(E,750 mL/瓶)，煙臺張裕集團有限公司;怡寶礦泉水(555 mL/瓶)，華潤怡寶飲料(中國)有限公司。

1.2 實驗參數(shù)設置

激發(fā)掃描速率：2400 nm/min；設置掃描的激發(fā)波長：250～400 nm，狹縫寬度：10 nm；激發(fā)波長：300～500 nm，間隔10 nm；發(fā)射狹縫寬度：10 nm。

實驗過程中盡可能避免一級瑞利散射；實驗中通過加濾波片消除二級瑞利散射。

1.3 實驗步驟

1.3.1 樣品預處理

由于純品紅酒的濃度過大、色澤較深，直接用于熒光測定會導致熒光猝滅，從而影響熒光效率甚至不出現(xiàn)熒光，因此需要對樣本進行稀釋處理，實驗設置以5倍為間隔，從5倍稀釋至40倍，如表1所示，從不同稀釋倍數(shù)下觀察紅酒的熒光效率、峰位置、峰強度、峰走向等特征參量，以此得出最佳稀釋倍數(shù)，在最佳稀釋倍數(shù)下觀察不同紅酒的三維等高線圖。

表1 不同品牌紅酒稀釋方式及倍數(shù)

1.3.2 光譜采集

對1.3.1所制備的樣品進行測試并采集三維熒光光譜，三維熒光掃描方式是同步掃描，在波長范圍間掃描25次，每個樣品得到151×25個熒光光譜數(shù)據(jù)，將得到的不同紅酒光譜數(shù)據(jù)用origin軟件處理(歸一化、平衡濾波)，重新繪制三維投影圖及等高線圖。

1.3.3 定量分析

對得到的三維投影圖及等高線圖進行定量分析。

2 結果與討論

2.1 不同紅酒稀釋倍數(shù)下的三維熒光光譜

對稀釋后的各組紅酒的三維熒光光譜進行掃描，將得到的光譜數(shù)據(jù)采用origin軟件進行處理，合成三維等高線圖，提取三維熒光特征參數(shù)(熒光峰個數(shù)，最佳激發(fā)波長和熒光峰位置)。

在不同稀釋倍數(shù)下，稀釋倍數(shù)越高，葡萄酒的發(fā)射波長發(fā)生藍移，隨著葡萄酒摻水量的增加，在特征峰處的吸收深度逐漸增加，這一特征吸收谷即為葡萄酒對蒸餾水的一個典型吸收谷。從等高線圖中可以得出稀釋倍數(shù)為10倍時的熒光效果最佳，為最佳稀釋倍數(shù)。

以稀釋10倍的不同品種紅酒的等高線圖進行分析，從圖2與圖4中特征峰出現(xiàn)位置為(300,350)nm處，圖3與圖5所示的特征峰在(325,350)nm處，這兩種品牌葡萄酒的特征峰個數(shù)都為一個，從圖5的葡萄酒三維熒光等高線圖中出現(xiàn)了明顯的瑞利散射，產(chǎn)生的原因是能量不足的激發(fā)光照射物質，處于振動能級的能量稍高于基態(tài)，故物質受激發(fā)后釋放能量回到其原態(tài)，將以與激發(fā)光能量相等的波長向各個方向發(fā)射出去。要達到將瑞利峰逐漸消去的目的，需找出與熒光不重疊的瑞利峰，獲取瑞利峰數(shù)據(jù)R，將瑞利峰數(shù)據(jù)R消除隨機誤差和噪聲后作為單位瑞利峰RD，自熒光與瑞利峰開始出現(xiàn)交疊的發(fā)射光譜處開始，逐步消除瑞利峰，直到所有重疊的瑞利峰被消除[18]。

圖1 樣品A等高線圖

圖2 樣品B等高線圖

圖3 樣品C等高線圖

圖4 樣品D等高線圖

圖5 樣品E等高線圖

同種品牌葡萄酒不同等級的等高線圖中可以看出特征峰出現(xiàn)個數(shù)及特征峰出現(xiàn)位置相同，但熒光強度不同，這可能是釀造時間及工藝不同導致葡萄酒中的熒光物質發(fā)生變化。

對比圖2及圖3可知不同品牌葡萄酒的特征峰出現(xiàn)位置、峰個數(shù)、峰強度不同，其中圖1中智利紅酒的峰強度最大，引起差異的原因可能是由于葡萄酒原產(chǎn)地不同，其熒光物質受氣候、地質地貌影響。

2.2 智利紅酒與長城紅酒解百納紅酒的三維熒光圖對比

從圖6～圖9中智利紅酒與長城紅酒的三維投影圖和等高線圖可以直觀地看出對于不同品牌紅酒，用相同的激發(fā)波長照射后所發(fā)射的發(fā)射波長不同，熒光強度不同，特征峰位置不同，而等高線圖可以避免三維投影圖中的峰重疊問題，為三維熒光應用于紅酒的判別分析提供了可行性。

圖6 智利紅酒三維投影圖

圖7 智利紅酒等高線圖

圖8 長城紅酒三維投影圖

圖9 長城紅酒等高線圖

3 結 論

將三維熒光光譜和化學計量相結合的方法，為葡萄酒的檢測和鑒別提供了一種新的檢測手段。以5種紅酒進行試驗，分別研究了同種品牌不同等級的紅酒以及不同品牌紅酒的三維投影圖和等高線圖，將其進行對比分析，得出不同品牌紅酒有自己的指紋峰，可以直觀地從譜圖中看出特征峰的位置、強度、個數(shù)不同；同種品牌紅酒可以通過三維熒光特征峰的強度加以區(qū)分，其特征峰位置及個數(shù)相同。三維熒光光譜靈敏性和可靠性很高，且在檢測紅酒品質過程中簡單快捷，對樣品無損無破壞。該方法可以對紅酒產(chǎn)地、外加人工合成色素進行定性定量檢測，為紅酒的品質檢測提供實際意義。