基于多元数据分析对白酒年份检测的研究应用进展

2021-05-24 10:12:32 来源：食品安全导刊

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　　基于多元数据分析对白酒年份检测的研究应用进展

　　近年来，人们对白酒质量安全方面越来越重视，为了满足人们对白酒质量的需求，酒质检测技术也得到了快速的发展。本文论述了近几年来对白酒年份分析检测技术的研究应用，对提高和监督白酒酒质具有一定的指导意义。

　　引言

　　白酒作为我国古老的酒精饮料之一，距今已有上千年历史[1]。白酒对于国人来说不仅仅是一种饮料，更是一种传承文化，随着历史的发展，酒文化已经成为中国文化中不可或缺的一部分。白酒的生产工艺通常都涉及到三个基本过程：发酵、蒸馏和陈酿（也叫老熟、陈化）。新蒸馏出的白酒(基酒)通常要经过几个月到几年的陈酿才能去掉酒中刺激性、辛辣口味。在这个陈酿过程中，白酒中会发生一系列复杂的物理化学反应，如氧化、酯化和水解等[2]。由于中国白酒的经济价值与其年龄高度相关，一些不诚实的生产商将刚生产的产品假冒为陈酿多年的白酒，以获得更高的售价。为了维护市场秩序，保护消费者权益，迫切需要对白酒的年龄进行甄别和相关的预测分析。因此白酒酒龄的认证对于保护消费者不被欺骗具有重要意义。

　　目前用于白酒年份鉴定的方法可分为感官评价和仪器分析两大类。感官评定通常由训练有素的品酒师进行，根据色、香、味和整体质量特征对白酒进行分级。很明显，评价结果在一定程度上缺乏客观性和重现性，因为容易受到外部环境条件和品酒师身心状况的影响。最重要的是，找出一种理想的方法来准确、方便地表征中国白酒的喜好特征，这对于白酒年份的确定具有重要意义。

　　主成分分析(PCA) 和典型判别分析（LDA）是处理不同因素间相关性的一种科学方法[3]。PCA和LDA可以计算出主成分信息，并使各成分之间尽可能地保留原始变量的信息，且彼此不相关。通过PCA、LDA与各种分析检测方法结合使用，能够更有效地保持酒类质量稳定，并适时改进提升酒类质量具有很大的指导意义。

　　各类检测方法对年份白酒的分析

　　气相色谱（GC）

　　气相色谱方法利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离[4]。在白酒的检测分析中，气相色谱分析方法是普遍用于获取白酒中的物质信息，适用于分析和鉴别不同质量、不同种类、不同年份的白酒。杨莹[5]等人利用气相色谱直接进样技术对四种不同陈酿时间的特香型白酒中香气成分进行了鉴定和定量分析。结果表明，通过PCA数据建立模型图，明确地显示了能将四种不同陈酿年份的特香型白酒进行区别。气相色谱法是各白酒企业分析白酒最常用的方法之一，有着庞大的数据积累。因此，利用气相色谱建立白酒年份图谱有了强大的数据支撑，为确定白酒的酒龄提供了基础。

　　气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）

　　气相色谱-离子迁移光谱法是基于气相色谱柱对复杂化合物组分进行分离，分离后的离子化物质在特定电场中通过固定距离(漂移管)需要的漂移时间不同来识别[6]。张敏敏[7]利用 GC-IMS 技术，对不同年份的酱香型白酒（茅台）样品进行了初步分析，并通过LAV软件，结合PCA、PCA-聚类分析等统计分析方法，快速生成了指纹图谱。结果显示，3种不同年份的酱香型白酒的指纹图谱普遍存在着差异，而相同年份的白酒之间的差别较小。这些发现为白酒年龄的判别提供了定量依据，为进一步研究白酒陈酿过程提供了科学依据，也为防范假冒伪劣产品提供了一种可能的工具。

　　电子鼻（E-nose）

　　电子鼻又称为气味扫描仪，是一种基于人类嗅觉器官模拟出的一种挥发性物质检测器[8]。原理是不同挥发性物质的化学性质在传感器阵列上表现出不同的电信号，通过计算机对这些信号进行进一步分析处理，从而对气味质量进行分析与评定。徐晚秀[9]等人采用表面声波型电子鼻zNose对5种年份的清香型白酒代表——汾酒进行采样分析。结果表明，采用PCA和LDA进行数据分析，建立了一种操作简单、准确、快速、灵敏度高的适用于汾酒酒龄测定的方法。研究发现，电子鼻能够对所选的不同酒龄的汾酒进行有效且正确的区分。周容[10]等人对不同年份的兼香型白酒进行电子鼻检测分析，结果表明，通过LDA数据处理，对兼香型年份白酒进行逐步线性判别分析得出储存期为12年内能获得100%的准确率，超过12年的储存年份也能获得较高的准确率，因此电子鼻技术对兼香型各年份酒具有良好的区分效果。相比其它检测分析技术，电子鼻有着便捷、检测速度快等优点。因此，电子鼻作为一种快速检测技术，是未来鉴别白酒年份的主要发展趋势。

　　展望

　　随着我国白酒的高需求量，给白酒市场带来了巨大的利润，伴随着高额的收益，同时白酒发展中出现的问题也逐渐显示出来。近年来，白酒年份造假的事件时有发生，白酒行业在白酒生产质量管理方面还不完善。目前白酒行业中对白酒年份的区分没有一套完善的方法。因此，无论是为保护消费者权益，还是为促进我国白酒行业发展需要，对其进行有效的检测显得尤为重要。由于现代仪器分析技术的迅速发展，促使酒类年份指纹图谱的研究越来越成为近年来研究的一个热点。然而，目前受白酒样本数量较少和样本分散程度不均匀等问题的约束等问题，应需进一步提升和优化。年份酒类的指纹图谱建立和大数据分析一样，仍需要大量的分析数据和工作研究。科学地运用检测技术对酒类进行数据分析并积累产品数据，结合感官对数据进行分析，掌握酒类质量与市场反应结果的差异，建立产品的个性标准，对保持酒类质量稳定，并适时改进提升酒类质量具有很大的指导意义。

　　今后主要探究方向会在以下几个方面：建立不同年份、不同类型白酒的鉴别模型；建立用于新酒以及商业化白酒特征研究的方法；研究白酒陈酿时间与白酒成分特征的关系，建立完整白酒的指纹图谱；结合指纹图谱技术和人工感官评价方式。酒作为饮品，结合感官评价更加有利于了解不同酒的风味。相信随着检测技术和方法不断地更新改进、不断地优化，对白酒质量的研究更加深入，为开发更多的酒类产品提供了强有力的技术支撑，帮助酒企进一步发展。

　　参考文献

　　[1]张国强.白酒技术发展趋势的思考[J].酿酒,2005(06):10-15.

　　[2]乔华. 白酒陈化机理的研究及应用[D]. 山西大学, 2013.

　　[3]保丽红. 主成分分析与线性判别分析降维比较[J]. 统计学与应用, 2020, 9(1):6.

　　[4]张美花. 气流式液相微萃取系统与气相色谱联用技术研究[D]. 延边大学, 2012.

　　[5]杨莹，吴生文，林培，等. 特香型年份白酒挥发性成分气相指纹图谱实验方法学的研究[J]. 中国酿造, 2020, v.39;No.346(12):180-184.

　　[6]陈通. 基于GC-IMS技术的植物油品质分析方法研究[D].江苏大学,2020.

　　[7]张敏敏,路岩翔,赵志国,等.气相-离子迁移谱结合化学计量学方法快速区分不同年份酿造白酒[J/OL].食品工业科技:1-13[2021-03-27].https://doi.org/10.13386/j.issn1002-0306.2020080205.

　　[8] 王晓明，陈开兵. 电子鼻在食品分类和检测系统中的应用[J]. 滁州职业技术学院学报，2018，17（4）：52-54.

　　[9]徐晚秀, 李臻峰, 张振,等. 基于电子鼻的中国白酒酒龄检测[J]. 食品与发酵工业, 2016, 042(002):144-149.

　　[10]周容，袁琦，夏瑛，等. 电子鼻技术在兼香型白酒年份区分中的应用研究[J]. 中国酿造, 2020, v.39;No.342(08):69-73.

　　基金项目：邵阳学院研究生科研创新项目（编号: CX2019SY053）