基于近红外光谱分析技术快速检测白酒中的关键指标

酿LIQUOR2019年9月

（2019）05-0093-04文章编号:1002-8110

酒

MAKINGVol.46.№.5

Sep.，2019

基于近红外光谱分析技术快速检测白酒中的关键指标

田育红，王凤仙，吴

青

山西汾阳032205）（山西杏花村汾酒股份有限责任公司质量检测中心，

摘要:介绍了一种基于近红外光谱分析技术快速检测酿酒生产中酒精度、总酸和总酯含量的分析方法，实验收

集了具有足够代表性的680多个标准白酒样品，利用最小二乘法（PLS）回归分析，建立相应的模型，酒精度、总酸和总酯的相关系数分别达到0.9995、0.9576、0.9910，随后用模型对盲样验证，En值在-1~+1之间，说明近红外检测结果是可信的，近红外可以用在酿酒生产中快速准确检测关键性指标并指导生产。关键词：近红外；白酒；酒精度；总酸；总酯中图分类号：TS262.3；TS207.3

文献标识码：B

RapidDetectionofKeyIndicatorsinLiquorBasedonNearInfraredSpectroscopy

TIANYuhong，WANGFengxian，WUQing

(QualityTestingCenter,ShanxiXinghuacunLiquorCo.,Ltd.,fenyang032205,China)

Abstract:Inthispaper,ananalyticalmethodbasedonnearinfraredspectroscopyforrapiddeterminationofalcoholcontent,totalacidcontentandtotalestercontentinliquor-makingwasintroduced.Morethan680standardliquorsampleswithsufficientrepresentativenesswerecollected.Thecorrespondingmodelswereestablishedbyleastsquareregressionanalysis(PLS).Alcoholcontent,totalacidcontentandtotalestercontentweredetermined.Thecorrelationcoefficientswere0.9995,0.9576and0.9910,respectively.Thenthemodelwasusedtovalidatetheblindsamples.TheEnvaluewasbetween-1and+1,whichindicatedthattheNIRdetectionresultswerecredible.NIRcouldbeusedtoquicklyandaccuratelydetectkeyindicatorsinbrewingproductionandtoguideproduction.Keywords:near-infrared;whitespirit;alcoholdegree;totalacid;totalester

酿酒生产车间需检测酒精度、总酸和总酯等关键目前，

性指标，酒精度普遍采用的方法是GB5009.225-2016中的酒精计法，总酸和总酯采用的方法是GB/T10345-2007中的指示剂法，这些传统国标常规方法均存在操作过程复杂、大量消耗化学试剂、分析周期长、对环境产生不良影响的缺点。因此为了满足酿酒生产实际需要和降低成本，研究一种快速、精准、高效的分析技术来检测酿酒生产中的关键性指标显得尤为重要。

近红外分析技术具有检测精度高、分析速度快、稳定性好、无需复杂的前处理，化学损耗和污染也较少等优点，现已被广泛应用于农产品、饲料、烟草检测等行业中，近几年，已有关于近红外光谱应用于检测白酒行业生产原料与酒醅的报道，而且近红外光谱技术一般用于检测白酒中的乙醇含量。但是，应用近红外光谱分析技术测定白酒中总酸、总酯等指标的研究很少。本文以近红外光谱分析技术为基础，采用偏最小二乘法（PLS）分别建立酒精度、总酸、总酯的定量检测

收稿日期：2019-07-22

模型，以此为快速测定白酒中重要指标提供参考。11.1

材料与方法材料

白酒样品：山西汾酒厂股份有限责任公司质量检测中心提供。依据多年化验数据分析，采集了酿酒生产不同时期12个批次，680个样品作为建模酒样。其中，酒精度60%vol~70%vol，总酸0.40g/L~1.10g/L,总酯3.00g/L~8.00g/L，这些定标样品必须涵盖待测样品检测项目所有可能测定范围，要避免共线性现象，尽可能均匀分布；另外，随机采集抽取约36份盲样样品作为验证样品集，以最终评价定标的稳定性、准确度,并调整模型,消除与常规化学分析法测量的误差。1.2

仪器设备试剂

傅里叶变换近红外光谱仪（美国赛默飞世尔科技）；光谱仪光源为高强度卤钨灯，检测器为高灵敏度的InGaAs，且各个模块均有自己独立的检测器；配有玻璃样品池。光谱范围为12000cm-1~4000cm-1，分辨率为8cm-1，扫描次数为22次；

作者简介：田育红（1975-），女，山西人，2000年毕业于西北农林科技大学，获学士学位。现任山西杏花村股份有限公司质量检测中心主管工程师，主要从事酒类检测及质量控制。

93第五期酿利用近红外光谱技术的定量分析模块TQAnalyst建立分析模型，再用近红外光谱技术中的工作流程设计软件RESULTInte-gration建立工作流程，工作流程应包括采集、测定、报告、和存档，最后用近红外光谱技术中的操作软件RESULT-Operation采集分析样品。

理化检测设备与试剂：500mL全玻璃蒸馏装置，恒温水浴（控制精度±1℃），精密酒精计，精密温度计，水浴锅（温控100℃），全玻璃回流装置，50ml碱式滴定管，25ml酸式滴定管。酚酞指示剂（10g/L）：按GB/T603-2002配制；氢氧化钠标准滴定溶液[c(NaOH)=0.1mol/L]：按GB/T601-2016配制与标定；硫酸标准滴定溶液[c（H2SO）4

=0.1mol/L]：按GB/T601-2016配制与标定；乙醇（无酯）溶液[40%（体积分数）]：量取95%乙醇600mL于1000mL回流瓶中，加入3.5mol/L氢氧化钠标准溶液5mL，加热回流皂化1h。然后移入蒸馏器中重蒸，再配成40%乙醇溶液。1.3

方法

1.3.1基础数据获得

为保证实验可靠性及模型准确性，采用透射方式扫描采集近红外光谱对定标样品进行1次采样，扫描22次取平均，对获得的样品光谱进行预处理，自动剔除掉个别的异常光谱，最终剩余建模用的光谱数量为680个。建模酒样酒精度实测值测定：采用GB5009.225-2016《食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定》中的酒精计法；建模酒样总酸总酯实测值测定：采用GB/T10345-2007《白酒分析方法》中的指示剂法。1.3.2样品集划分

本实验采用Kennard-Stone（K-S）法来进行样本集划分，其原理为：选择马氏距离最远的2个样本加入建模集，计算剩余的每个样本到建模集中每个已选样本的距离，找出最大最小距离值样本，加入建模集，重复操作，直至建模集样本数目满足要求为止。本实验最终选择680个白酒样本作为校正集，100个样品作为验证集，以最终评价定标的稳定性、准确度,并调整模型,消除与常规化学分析法测量的误差。其余38个白酒样品不参与建模分析，作为预测集样品，用于预测模型效果。其统计信息如表1所示。

表1

校正集与验证集数据统计结果

建模集样品数指标最大值最小值平均值标准差/%

/%/%/%校正集

680

酒精度68.465.266.51.28总酸0.451.10.680.14总酯

2.487.945.071.23验证集

100

酒精度68.465.867.10.99总酸0.390.860.590.1总酯

3.08

7.14

4.76

0.96

1.3.3数据处理

用近红外光谱技术的定量分析模块TQAnalyst建立分析94

酒2019

模型。给模型定义一个名称，分别为酒度、总酸和总酯；选择恒定Constant光程类型,用透明玻璃样品池（0.5mm)采集定标样品，并对获得的样品光谱进行预处理，利用主成分分析(PCA)技术自动剔除掉个别的异常光谱，并选择近红外最常用的偏最小二乘算法（PLS）定量建模,同时将国标方法检测出定标样品中酒精度、总酸、总酯含量作为输入的手工值，为建立定标模型提供参考值。其中，680个样品的原始光谱图和不同指标的手工标准值的浓度分布情况见图1和图2，从光谱图中看出，光谱差异在7500nm~5400nm处位置，所以建立定标模型，对此光谱区段作重点关注；定标样品酒精度范围主要在64%vol~70%vol，总酸范围主要在0.40g/L~1.00g/L,总酯范围主要在3.00g/L~8.00g/L。

图1定标样品原始扫描光谱图

图2（a）建模样品酒精度浓度散点图

图2（b）建模样品总酸总酯浓度散点图

第五期

22.1

结果与分析

田育红，等：基于近红外光谱分析技术快速检测白酒中的关键指标2019

方差（RMSEP）和相关系数(R)来表示，预测模型相关系数越大，预测均方差越小，模型预测能力越好。2.3

模型效果验证

通过稳健统计分析法，对实验室随机抽样18个新产大米查和18个新产二米查酒分析统计，同时与常规理化检测数据

光谱预处理

在TQ的Spectra窗口中对获得的样品光谱选择一阶导

数，滤噪和基线校正等预处理各个样品的光谱图经过预处理后，光谱图变得更加精细，样品之间的差异性逐渐在谱图上显示出来，有利于定标过程中对光谱信息的选择，提高分析精度。2.2表2

进行比对，计算偏差。并采用CNAS通用的评定准则En比率法，计算总酸总酯En值。En值是CNAS（中国合格评定国家认可委员会）对实验室能力验证结果的一个评定准则，其计算方法为：

En=

XLAB-XREF

姨ULAB2+UREF2

偏最小二乘法建立校正模型光谱数据

白酒标样3个指标TQAnalyst分析软件定量建模性能

模型性能

模型名称酒精度总酸总酯

校正均方差0.1030.03980.198

相关系数0.99950.95760.9910

预测均方差0.1450.03760.165

相关系数0.99970.95160.9922

XLAB——其中：—近红外光谱检测值

—理化检测值XREF——

—参加实验室报告不确定度ULAB——

—参考实验室报告不确定度UREF——

根据本文2.1对定标样品所采集的光谱图预处理，采用内部交叉验证法检验模型稳健性。然后通过比较模型校正均方差(RMSECV)和相关系数(R)来衡量模型的质量,相关系数越大，校正均方差越小，模型质量越好。模型预测性能用预测均

表3

ULAB和UREF的置信水平为95%

（越接及绝对值En≤1可接受的En值应在-1~+1之间，近0越好）。

模型预测与理化检测36个白酒关键指标数据结果分析

编号

近红外理化酒精度偏差近红外理化总酸偏差总酸偏差酒度68.3

68.268.267.567.867.868.168.267.868.067.868.468.167.868.068.068.067.865.868.166.365.966.366.366.266.566.166.166.365.865.865.966.267.966.165.9

酒度68.268.068.167.467.667.767.968.367.767.867.768.267.967.767.768.268.067.765.667.965.865.466.065.965.966.165.865.866.265.865.465.665.867.865.865.7

近-理0.10.20.10.10.20.10.2-0.10.10.20.10.20.20.10.3-0.20.00.10.20.20.50.50.30.40.30.40.30.30.10.00.40.30.40.10.30.2

总酸0.550.630.650.590.470.630.860.850.590.680.630.500.640.580.630.650.640.650.440.480.500.390.560.520.550.730.610.570.480.610.570.670.660.570.510.53

总酸0.520.570.650.530.470.580.780.900.550.740.710.560.570.500.570.680.720.680.500.530.560.440.630.580.590.700.580.650.540.630.600.680.610.580.580.54

近-理0.030.060.000.060.000.050.08-0.050.04-0.06-0.08-0.060.070.080.06-0.03-0.08-0.03-0.06-0.05-0.06-0.05-0.07-0.06-0.040.030.03-0.08-0.06-0.02-0.03-0.010.05-0.01-0.07-0.01

百分比率0.060.100.000.110.000.080.10-0.060.07-0.08-0.12-0.110.120.150.10-0.05-0.12-0.05-0.13-0.10-0.11-0.12-0.12-0.11-0.070.040.05-0.13-0.12-0.03-0.05-0.010.08-0.02-0.13-0.02

总酸En总酯En0.340.670.000.670.000.560.90-0.560.45-0.67-0.90-0.670.790.900.67-0.34-0.90-0.34-0.67-0.56-0.67-0.56-0.79-0.67-0.450.340.34-0.90-0.67-0.22-0.34-0.110.56-0.11-0.79-0.11

-0.58-0.05-0.08-0.68-0.18-0.68-0.75-0.08-0.58-0.68-0.88-0.53-0.080.15-0.43-0.78-0.100.650.300.180.23-0.40-0.13-0.40-0.40-0.40-0.48-0.75-0.450.800.35-0.380.580.30-0.35-0.48

总酯偏差近红外理化总酯偏差百分比率-0.060.00-0.01-0.05-0.02-0.05-0.050.00-0.04-0.05-0.10-0.06-0.010.02-0.05-0.08-0.01-0.080.030.020.03-0.05-0.01-0.04-0.04-0.03-0.04-0.12-0.050.080.04-0.040.060.03-0.04-0.05

总酯3.564.094.594.953.614.885.997.165.227.003.503.282.932.483.543.564.104.523.854.163.502.954.243.663.504.514.163.983.884.173.853.544.194.263.713.70

总酯3.794.114.625.223.685.156.297.195.457.273.853.492.962.423.713.874.144.263.734.093.413.114.293.823.664.674.354.284.063.853.713.693.964.143.853.89

近-理-0.23-0.02-0.03-0.27-0.07-0.27-0.30-0.03-0.23-0.27-0.35-0.21-0.030.06-0.17-0.31-0.040.260.120.070.09-0.16-0.05-0.16-0.16-0.16-0.19-0.30-0.180.320.14-0.150.230.12-0.14-0.19

95大米查1大米查2大米查3大米查4大米查5大米查6大米查7大米查8大米查9大米查10大米查11大米查12大米查13大米查14大米查15大米查16大米查17大米查18二米查1二米查2二米查3二米查4二米查5二米查6二米查7二米查8二米查9二米查10二米查11二米查12二米查13二米查14二米查15二米查16二米查17二米查18

第46卷第5期

酿LIQUOR2019年9月

（2019）05-0096-03文章编号:1002-8110

酒

MAKINGVol.46.№.5

Sep.，2019

筛选及其在小烧酒中的应用高产酯毕赤酵母的驯化、

王

珣

（黑龙江省卫生监督局行政审批中心，黑龙江哈尔滨150001）

摘要:以异常毕赤酵母Pichiaanomala为出发菌株，经逐级增高乙酸乙酯底物浓度，诱导毕赤酵母产酯，使其产

酯能力短时间提高，并将驯化后的酵母应用于目前比较落后的小作坊酒厂，在不改变原有工艺设备的条件下，使其产品质量指标轻松达到国家相应标准的要求，为小作坊固态酒的生产提供了技术支持。关键词：毕赤酵母；产酯；固态发酵中图分类号：TS262.3；TS261.11；TS261.15

文献标识码：A

DomesticationandScreeningofPichiaWithHigh-yieldofEsterandits

ApplicationinXiaoshaoLiquor

WANGXun

(AdministrativeExaminationandApprovalCenterofHeilongjiangHealthSupervisionBureaunter,Harbin150001,Heilongjiang,China)

Abstract:Pichiaanomalawasusedasthestartingstrain.Byincreasingtheconcentrationofethylacetatestepbystep,Pichiaanomalawasinducedtoincreasetheester-producingabilityforashorttime.Thedomesticatedyeastwasappliedtothesmallcurrentbackwarddistillery.Withoutchangingtheoriginalprocessequipment,theapplicationofsuchyeastmakesthequalityindicatorsoftheproducteasilymeettherequirementsofthecorrespondingnationalstandards,andprovidestechnicalsupportfortheliquorproductioninsmallworkshop'ssolid-stateliquormaking.

Keywords:Pichia;esterproducing;solid-statefermentation0

引言

白酒是我国特有的传统酒种，在漫长的发展中形成了独

收稿日期：2019-08-02

作者简介：王珣（1980-），男，黑龙江人，硕士。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!本研究结果应用于实际检测结果效果显著，对提高检测1.0

0.8效率，降低检测成本具有非常重要的意义。传统国标测定酒0.6精度、总酸和总酯的检测方法耗时长又费人力物力；近红外0.4

替代传统国标法只需约2分钟就可以同时检测出酒精度、总0.2

酸和总酯并出具检测结果，对提高指导生产，提高新产酒的0

-0.2监控起到了重要作用。另外，近红外操作简单、分析快速，不-0.4

破坏样本，是一种无损分析技术，值得推广应用。

-0.6

[参考文献]-0.8

-1.0[1]GB/T10345-2007白酒分析方法[S].

酒精度偏差

总酸偏差

总酯偏差总酸En

总酯En

图33

结论

酒精度总酸总酯偏差和总酸总酯En分布图

[2]GB5009.225-2016,食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定[S].[3]GB/T601-2016化学试剂标准滴定溶液的制备[S].[4]Antaris傅里叶近红外分析仪用户培训手册[Z].

[5]CNAS-GL002能力验证结果的统计处理和能力评价指南[S].[6]彭帮柱,龙明华,岳田利,等.傅立叶变换近红外光谱法检测白酒总酸和总酯[J].农业工程学报,2006,22(12):216-219.

[7]陈妍,胡慧,汪凤祖.近红外光谱法快速分析白酒中的关键指标[J].酿酒科技,2010,2010(11):90-92.

[8]熊雅婷,李宗朋,王健,等.基于最小二乘支持向量机的白酒酒醅成分定量分析[J].食品科学,2016,37(12)

从验证的近一年随机约40个酒样酒精度、总酸和总酯两种检测方法比对分析数据图表来看：两种检测方法酒精度偏差小于等于0.5%voL,符合食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定（GB5009.225-2016）误差规定；两种检测方法总酸总酯检测结果都非常接近，总酸偏差小于0.10，总酯小于0.40，En值在-1~+1之间，说明近红外和理化测定结果均是可信的。96