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指纹图谱技术在黄酒质量控制中的应用
2007-04-13 16:13:04   来源: 《华夏酒报》   作者:毛健 马俊孝   评论:0

     随着人们生活水平的提高,消费理念不断成熟,健康、绿色成为食品消费的主流,在酒类产品中人们越来越多的选择绿色饮料酒黄酒。黄酒行业由此得到了迅速发展,并不断朝着高档产品发展。然而,如何科学地评价黄酒产品品质,在感官品评的基础上,科学地表述产品的个性,这是当前黄酒产业发展中的一个重要课题。究其原因,与中国黄酒一直以“感官品评”作为评价酒质的主要方式这一现实有关。黄酒作为一种嗜好品,采取感官品评的方式有其很大的必要性和合理性,但不稳定的人为因素又制约了这种方式的科学性。黄酒产品同中药一样有种类繁多、成分复杂等特点,尽管在质量标准中建立了多项鉴别试验,但也不能做到对黄酒样品逐一成分进行鉴定。因此,在感官品评的基础上,寻求科学、有效、全面的品质评价方法和手段就成为了亟待解决的问题。下面就指纹图谱技术在黄酒质量控制中的应用谈一些粗浅的认识。
     1 黄酒指纹图谱的概念及特点
     指纹(fingerprint)概念来源于法医学,依据每个人的指纹结构上微小差别可以鉴别区分不同的人。近代指纹分析的概念结合生物技术的发展延伸到了DNA指纹图谱分析,而且应用范围也从犯罪学扩大到医学和其他生命科学领域。黄酒指纹图谱是借用中药指纹图谱的发展和应用而来的,最先发展起来的是黄酒化学成分色谱指纹图谱,特别是高效液相色谱(HPLC)和气相色谱(GC)。随着现代化分析仪器的广泛应用,黄酒指纹图谱技术也受到关注。
     每一种类型的黄酒产品都有独特的风味和口感以区别于其它种类,即它们有自己的指纹特征。我们通常所说的黄酒指纹图谱是指化学指纹图谱,指导黄酒样品经适当处理后,采用一定的分析手段测定得到的能够标示该样品表现组分群体特性的色谱或光谱的谱图,并使待测物的检测尽可能多地反映其全貌的各种分析手段。
     黄酒的指纹图谱基本反映了该黄酒的化学成分及其含量分布状况。具有特征明显、专属性强、重现性好的特点,且操作方便、快速,可以用来作为鉴别黄酒优劣的依据,是一种实现对黄酒多组分多指标分析的理想方法。
     2 指纹图谱技术应用于黄酒产品质控的必要性
     目前黄酒的质量成分分析尚停留在蛋白质、氨基酸等常规营养物质上,与当今仪器分析的发展极不相称。由于蛋白质、氨基酸也存在其它酒中,只是量的差别而已,无法从机理上阐明黄酒的保健养生功能,使宣传缺乏深度。通过应用先进仪器设备,对黄酒功能性成分进行检测与研究,提出几个特异的功能性成分,必将大大促进黄酒的发展。
     黄酒指纹图谱具有整体性、模糊和可以部分量化的特征。因此,可以借鉴中药指纹图谱技术,寻找同一种黄酒化学成分的相似性,从而构建黄酒指纹图谱。
     综合黄酒的酿造、生产过程及黄酒微量成分的复杂性,不难发现黄酒的质量、个性需要综合感官品评与测量数据进行综合反映,没有数据作指导,产品质量难以稳定,而没有感官品评仅有数据也难做出高质量的产品。利用指纹图谱技术对黄酒中色、香、味物质的复杂量比关系进行剖析,建立黄酒产品“标准指纹图谱”,与感官品评相结合,应用于对黄酒产品质量及稳定性的评价,不失为一种科学、有效的评价手段。因此,科学地运用现代测量手段对产品进行数据分析并积累产品数据,结合感官对数据进行分析,掌握产品(包括原料)质量与市场反应结果的差异,建立产品的个性标准,对保持产品质量稳定,并适时改进提升产品质量具有很大的指导意义。
     3 指纹图谱主要采用的研究方法
     主要有:(1)色谱法:包括传统的薄层色谱法、液相色谱法(HPLC)、气相色谱法(GC)、高效毛细管电泳法等;(2)光谱法:包括紫外光谱法、红外光谱法、近红外光谱法等;(3)其它方法:如X射线衍射法、核磁共振法等。黄酒指纹图谱研究方法虽然较多,但是结合黄酒产品的特点,色谱法是主流方法,尤其是HPLC和GC色谱技术,已经成为大家所公认的分析手段,是目前我们研究中优先考虑的方法。
     3.1 气相色谱
     气相色谱(GC)是以气体为流动相的一种分析方法。具有分离效能高、选择性好、灵敏度高、样品用量少和分析速度快等优点。它要求样品能够气化,对于含有较多挥发性成分的黄酒产品的鉴别,GC能发挥独特的优点。实际应用中多与质谱(MS)连用。
     鲍忠定等通过GC、GC/MS研究了黄酒的香气成分,共鉴定到42种香气成分,其中醇类12种,酸类13种,酯类9种,其它类8种,并以内标法定量测定黄酒中的部分醇、酯的组分,回收率在94.8%-103.8%之间,具有较高的准确度与灵敏度。王志沛等人有PERKIN ELMER Autosystem气相色谱仪,FFAP石英毛细管柱,柱温35℃保持3min,以10℃/min升温至190℃。进样器温度150℃,检测器温度200℃。载气为高纯氮气,结果定量地测定出正丁醇、异丁醇、异戊醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、乙醛等化合物。
     3.2 高效液相色谱(HPLC)高效液相色谱(HPLC)是以经典液相色谱法为基础,引入GC的理论与实验方法发展而成的分离分析方法。对于挥发性低、热稳定性差、分子量大的高分子化合物以及离子型化合物尤为有利。由于具有分辨率高、分析速度快、重现性好的特点,近年来发展很快,非常适合构建黄酒产品的指纹图谱。
     陈青俊等以液相色谱二级管阵列检测法(HPLC-DAD)测定黄酒中的β-苯乙醇,并利用该检测体系对不同厂家的几种黄酒中的β-苯乙醇进行了比较。应用该方法可以将黄酒中的β-苯乙醇与其他杂质达到安全分离,样品β-苯乙醇组分峰无干扰;采用二级管极管阵列检测器色谱峰的光谱相似系数和保留时间同时对待测组分进行定性,结果可靠。测定结果与气相色谱法(GC法)无显著性差异,但分析时间、精密度、回收率等优于GC法。郭翔用高效液相色谱仪,Hypersil - BD-SC18色谱柱(250×4.6mm×5μm);萃取小柱为Sep-Pakc18柱,测得11种有机酸。除柠檬酸外,其它有机酸的回收率在96.23%以上,相对标准偏差为0.26-2.87%,对测定黄酒中有机酸有较高的准确度。
     3.3 气相色谱和质谱连用
     栾金水等通过脱色/去高沸点物质用气相色谱-质谱联用法对黄酒风味物质作了定性鉴定。取100ml黄酒加入150g无水硫酸钠干燥1h,过滤滤去干燥剂,加入20g干燥的4A分子筛,干燥1h,通过多层无水硫酸钠过滤,沉淀1h收集清液,此时酒样中无水,此酒样供气质联用仪分析,结合NIST数据处理系统检索得出黄酒中香味组分共49种化合物,其中醇类14种、酸类12种、酯类15种、醛5种。宣栋梁等采用阴离子交换树脂有选择性地从黄酒中富集有机酸、直接酯化,并萃取浓缩,用气质连用仪对有机酸进行定性,再用FID检测器和外标法进行定量,获得了满意的结果。
     3.4 蛋白质指纹图谱
     种子醇溶蛋白电泳法是目前大麦品种鉴别主要采用的方法。醇溶蛋白属于一类贮存蛋白,存在于大麦的淀粉胚乳中,在成熟的种子中,约占总蛋白含量的40%-50%左右。醇溶蛋白具有特殊的溶解性质,可由乙醇-水混合溶液进行提取。用SDS-PAGE电泳方法对提取液进行电泳,并用Gel-Pro3.1分析软件对电泳的凝胶图谱进行条带分析,利用Cross Checker和MEGA3软件分别对其进行遗传聚类分析,通过种子醇溶蛋白的电泳图谱建立品种的生化“指纹”,组成品种的指纹图谱库,可应用于采购的原料品种和纯度的控制。因此,该方法对黄酒生产具有重要意义和应用价值。
     林艳等认为大麦种子醇溶蛋白的SDS-PAGE电泳图谱可作为品种的生化“指纹”,并将该方法用于鉴定澳大利亚、法国啤酒大麦的品种和纯度。石思信等也利用电泳技术进行过水稻品种鉴定的研究。
     4 指纹图谱的信息解析方法
     通常得到的指纹图谱相当复杂,人工比较难免影响结果的准确性。若将其与计算机图谱解析和识别技术结合起来,其应用前景将大为扩展。每一种数据解析技术都有其适用范围,这取决于所要解决的问题类型以及数据类型和规模。目前,指纹图谱比较典型的解析技术有如下几种:
     4.1 观察法
     这是应用比较多的方法,即用待测样品的指纹图谱与标准图谱的特征直接比较,查看其异同,从而得出结论,此方法存在一定误差。4.2 数据对比法
     是指引入相对指数、重叠率、八强峰,N强峰、表现丰度等量化数据进行比较。此法较直观对比法更客观、准确。
     4.3 计算机解析技术
     通常得到的指纹图谱相当复杂,人工比较难免影响结果的准确性。若将其与计算机图谱解析和识别技术结合起来,其应用前景将在大为扩展。
     用计算机解析技术分析黄酒的指纹图谱,是将图谱中各种物理变量转换为计算机可以接受的数值或符号(串)集合,组成多特征因子构成的多维空间,每个因子代表一个特征参数。然后对数据进行评估、处理,其中包括消除噪音值、离群样本的删除、数据的自变量及样本的筛选和必要的数据变换,形成模式的特征空间,在特征空间的基础上通过选择不同的合适支路进行分析、判断,识别出各种模式的隶属情况,从而解决实际问题。
     4.3.1 模糊信息分析法
     该方法是对模糊事物进行划分、判断或推理的方法。通常情况下,模糊信息的特征可以在确定性信息、随机性信息的比较中显示出来。模糊信息的特征就是这种信息给人们提供一种模糊依据,使得人们可以根据这些信息对其相应的必然规律或统计进行模糊识别。
     4.3.2 人工神经网络法
     该法是模拟人脑功能的全新信息处理方法,其理论基础是神经网络的数学模型。此处所说的神经网络并不是生理上所说的真实的神经网络,而是真实神经网络的一种数学抽象。神经网络系统中包含着大量的基本信息处理单元,称为神经元或节点。神经网络对于处理那些关系不明确、背景不清楚、推理规则不确定的问题具有独到之处,非常适宜处理中药指纹图谱信息。反向传播(back propagation,Bp)模型是目前应用最广泛的人工神经网络模型,具有判别分类可靠性大、判别速度快等优点。
     4.3.3 灰色关联聚类法
     灰色系统是既包含已知信息,又包含未知信息的系统。由于中药指纹图谱信息具有灰色性,可用灰色系统理论中的灰关联聚类法进行处理。该方法以定义的相对关联度为测度,构建一种全新的模式别模型。
     4.3.4 非线性映照法
     非线性映照法(NLM)是利用二维图像的识别能力考察高维空间数据点分布的一种模式分类方法。可以直观地对不同类别的点进行分类,但是二维坐标没有明确的物理意义,且难看出每个特征对分类的贡献。
&n文章来源华夏酒报bsp;    4.4 化学计量法
     化学计量法主要包括:(1)化学定量构效关系,(2)分子模拟与优化,(3)周福添等提出采用分离度、相对峰面积之和、基干互信息等指标参数用于指纹图谱的定量评价标准。
     5 结论
     总而言之,指纹图谱技术的出现,使实现了对黄酒原料、黄酒的生产及成品进行内在质量控制。到目前为止,在黄酒生产和流通领域,还没有一种质量控制手段能够全面的、综合地反映出黄酒产品的质量变异,有效地进行全过程的质量控制。黄酒指纹图谱的研究和建立正是为了解决质量控制这一关键问题而采取的一种方法。它从原料的生产、粗加工、贮存,黄酒发酵过程、储存和市售样品等各个角度和方面,进行样品质量成分的理化分析,通过相似性和相关性对比,发现存在的质量变化和缺陷,从而全面、特异地把握住黄酒的质量命脉。用中药质量化学模式识别方法,可以用来建立客观整体和多指标的综合评价黄酒质量体系,将对黄酒的规范化、产业化和国际化具有指导意义。

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编辑:张怡

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