基于电子鼻的白酒品质检测_李静

2015 年第 41 卷第 4 期（ 总第 328 期） 161
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
指纹图谱上方的数字编号 1 ～ 9 代表峰 1 ～ 9
图 1 汾酒样品的标准指纹图谱 Fig． 1 Standardfigerprint of the Fenjiu samples
第一作者： 硕士，讲师（ 本文通讯作者，E-mail： lisytu@ 163． com） 。 * 国家自然基金项目（ 编号： 21206051） ； 江苏省产学研联合创新
资金（ BY20130155-22） 收稿日期： 2014 － 07 － 18，改回日期： 2015 － 01 － 12
属氧化物半导体膜的电子鼻，对不同类型的红酒进行 描述和分类，区分效果良好。Lozanoc 等［11］采用电子 鼻结合主成分分析和概率神经网络对葡萄酒酒龄进 行鉴别，鉴别准确率达到 97% 。许春华等［12］利用电 子鼻与 电 子 舌 对 果 酒 的 风 味 进 行 了 分 析。ZHANG 等［4］用 纳 米 氧 化 锌 传 感 器、柯 永 斌 等［13］ 和 殷 勇 等［14 － 17］利用 TGS 系列气敏传感器、高永梅等［18］ 用 GC-Flash 型电子鼻测试了不同香型的中国白酒，获得 良好的区分度。
由图 1 可知，汾酒的指纹图谱中主要有 9 个特征 峰。不同样品的峰 1 ～ 4 相似，为汾酒的基本特征，不 具备品质鉴别能力。峰 5 在指纹图谱中对应 C10，为 汾酒气味挥发物中的大分子物质，在不同样本中区分 度最大。比对表 1 可知，除样本 1（ “系列”发酵工艺） 外，样本 2 ～ 6（ 传统发酵工艺） 的峰 5 面积与陈化年 限正相关。样品 1 为“系列发酵”产生的原酒，由于 经过人工老熟技术，与酒样 2 的指纹图谱有相近峰面
表 2 感官评价中包括嗅觉、味觉等体验标准，受 评价人员主观因素影响，且评价体系复杂，不利于白 酒生产流通中统一标准的建立。如图 2 所示，感官评 价与“峰面积总和”的排序依次为 2、3、1、4、6、5，顺序 一致。“峰面 积 总 和 ”代 表 样 品 气 味 挥 发 物 的 总 量， 品质越高的酒样，“峰面积总和”越高。采用 zNoseTM 4200 电子鼻检测酒样“峰面积总和”，能在 1 min 内 完成，快速客观，可作为汾酒品质标准确定的检测手 段之一。
陈化年限 发酵 感官评
/（ 年）
工艺 价顺序
0. 25 + 人工 “系列” 3
老熟技术 （ 新）
50
传统
1
10
传统
2
1
传统
4
1
传统
6
0. 5
传统
5
/
/
酒精度（ 乙醇 体积分数） /%
53
42 42 64 62 50
zNoseTM电子鼻（ 4200 美国 EST 公司） 以及系统 软件（ MicroSense 4. 0） ，包括 1 个检测器，1 个短的分 离柱（ DB-5） 及相关的电路系统，能在 1 min 内完成气 味物质的检测； 同时 zNoseTM电子鼻所用分离柱较短， 只收集包 含 5 ～ 20 个 碳 原 子 的 碳 氢 化 合 物 （ C5 ～ C20） ，基本包括了人类可以感知的白酒芳香气味分 子，却不吸收乙醇和水分，避免了常规电子鼻中金属 氧化物传感器反应漂移［7］的问题。
评分指标 色泽 香气 棉柔 醇甜 爽净 协调 后味 异杂味 风格 特性
无色、清亮（ 4） 香气浓（ 5） 绵柔醇和（ 3） 醇甜舒适（ 4） 爽净舒畅（ 3） 香味协调（ 4） 后味悠长（ 5） 无异杂味（ 4） 风格突出（ 3） 特性突出（ 4）
表 2 汾酒质量感官评价标准 Table 2 quality standards of the Fenjiu samples
1 材料与方法
1. 1 材料与仪器 1. 1. 1 材料
汾酒样品： 串蒸汾酒、国藏汾酒、老白汾酒、汾酒、 杏花村酒、玻汾酒，均由汾酒集团提供，具体信息如表 1 所示，每种酒样取 17 个平行样，共 102 个样品。酒 样 2 ～ 6 在酿造后，均由传统发酵技术进行陈化； 而酒 样 1 在短期发酵后，又对其进行了人工老熟，以增加 其老熟度。表 1 中样品 7 为正构烷烃，用于化学成分 的鉴定和特征峰位置的标定。 1. 1. 2 仪器
白酒的风 味 （ 挥 发 性） 物 质 包 括 酸、酯、醛 和 酮 等，尽管体积含量只占总物质的 1% ～ 2% ，但却是造 成风味与 品 质 不 同 的 主 要 因 素［3］。 近 年 来，国 内 外 许多研 究 者 利 用 各 种 检 测 手 段 对 酒 类 进 行 分 析。 Zhang Qiny 等［4］、马燕红等［5］、吴天祥等［6］利用气相 色谱仪（ GC） 分析了中国白酒中化学成分，并建立成 分与香型或酒龄之间的关系。气相色谱仪（ GC） 虽然 可以对白酒中的各种微量成分进行定量检测，但操作 复杂且耗时； 同时，GC 检测都是样品经高速分离后的 结果，测试结果很难代表白酒的整体性，无法将检测 结果与感官评价统一起来。电子鼻是近年来发展起 来的一种新型检测技术，其优势在于对气味进行综合 性和模糊性的分析，且测量过程不破坏反应风味品质 的气味分子，测量结果通过分析更易于与感官评价相 统一，故 在 酒 类 检 测 中 已 经 开 始 应 用［7］。 Buratti 等［8 － 9］采用电子鼻和电子舌、Garca 等［10］采用基于金
本文采用来自汾酒集团的 6 组具有不同陈化年 限及不同制造工艺白酒样品，用 zNoseTM 电子鼻检测 酒样的指纹 图 谱，研 究 指 纹 图 谱 的“峰 面 积 总 和 ”与 感官评价的对应关系。对检测得到的指纹图谱进行 主成分分析和典型判别分析，研究 zNoseTM 电子鼻对 不同品质等级白酒的区分效果。
中国白酒一般是以粮谷为主要原料，用大曲、小 曲或麸曲及 酒 母 等 为 糖 化 发 酵 剂，经 蒸 煮、糖 化、发 酵、蒸馏 而 制 成，为 世 界 六 大 蒸 馏 酒 之 一［1］。 目 前， 白酒质量等级划分与质量控制仍处于主要依靠感官 评价的阶段，其准确性受评价人员的身体状况、情绪、 品评环境等因素的影响，存在一定的模糊性和不确定 性［2］。
微黄、清亮（ 3） 香气浓（ 4） 醇和（ 2） 甜度稍大（ 3） 较爽净（ 2） 香味较协调（ 4） 后味较长（ 4） 稍有泥腥味（ 3） 风格明显（ 2） 特性明显 （ 3）
评分标准
较黄、浑浊（ 2）
黄、有沉淀或悬浮物（ 1）
有香气（ 3）
香气不明显（ 2）
酸味露头（ 1）
摘 要 为了改进传统基于人工感官的白酒品质评价，利用 zNoseTM 电子鼻结合感官评价检测同一企业不同品 质等级的白酒样品。分析电子鼻指纹图谱各特征峰，发现指纹图谱中获得的“峰面积总和”参数，与感官评价对 白酒质量等级的排序一致，可以成为确定品质级别的参数。分别对指纹图谱采用典型判别分析和主成分分析方 法，结果表明： 典型判别分析对 6 种不同等级酒样的区分度更大，准确区分率可达 100% 。因此，文中提出的基于 电子鼻的白酒品质检测方法研究，能快速、准确表达出白酒的品质及风格特点，在白酒生产中通过气味在线检测 来改进工艺。 关键词 白酒； 电子鼻； 典型判别分析； 品质检测
1. 2 实验方法 1. 2. 1 电子鼻参数条件
zNoseTM 4200 电子鼻，传感器的检测温度 60 ℃ ， 分离柱温度以每秒 10 ℃的速率从 40 ℃ 上升到 180 ℃， 传感器焙烤温度 150 ℃ 。运载气体（ 氦气） 流速 0. 03 m / s。在 2 次测量之间，至少要空运行 1 次来清洗系 统，直到基线信号峰值低于 200 Counts。
160 2015 Vol. 41 No. 4 （ Total 328）
分析与检测
表 1 汾酒样品的特性 Table 1 Characteristics of the Fenjiu samples
样品 编号
1
2 3 4 5 6 7
样品 名称
串蒸汾酒
国藏汾酒 老白汾酒 汾酒 杏花村酒 玻汾酒 正构烷烃
将样品用带有螺帽并且用隔膜密封的 40 mL 的 小瓶（ 高度 98 mm、直径 28 mm） 取样 10 mL。在室温 下 1 h 后，开始顶空进样。每个待测样品平行测定 3 次，取平均值。 1. 2. 2 人工感官评价
建立 9 人感官评价小组，其中男性 5 人，女性 4 人，且 感 官 评 价 当 天 身 体 状 况 良 好。感 官 评 价 方 法［20］参考清香 型 白 酒 国 家 标 准［21］ 和 汾 酒 企 业 内 部 标准。感官评价人员各自对样品进行品评 （ 每次 1 个，品尝完后漱口） ，独立完成对样品各项指标的打 分。感官评价标准见表 2。
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES DOI： 10． 13995 / j． cnki． 11 － 1802 / ts． 201504030
基于电子鼻的白酒品质检测*
李静1，2 ，宋飞虎1，2 ，浦宏杰1，2 ，李臻峰1，2，3
1（ 江南大学 机械工程学院，江苏 无锡，214122） 2（ 江苏省食品先进制造装备重点实验室，江苏 无锡，214122） 3（ 绍兴县魁联机电科技有限公司，浙江 绍兴，312000）
烷烃进行测定，并提取标准图谱。表 1 中 6 种样品， 每种 17 个平行样，利用 zNoseTM 4200 电子鼻进行 3 次平行测量，应用系统软件 MicroSense 4. 0 绘制标准 指纹图谱，见图 1。比对汾酒样品与正构烷烃的图
谱，汾酒中大部分挥发物是在 C5 ～ C14 之间，处于 zNose TM 电子鼻检测范 围 内。指 纹 图 谱 中 的 横 坐 标 保 留时间（ retention time，RT） 为酒样挥发物中不同气味 化合物在色谱柱内的停留时间，峰面积 （ peak area， PA） 代表某一类气味化合物的量。