基于浓度三维荧光光谱的食醋鉴别方法研究

单奕 李丹 王萱

摘 要：实验测定了18种不同类型和不同品牌食醋的三维荧光光谱，通过提取其三维投影图和等高线图的基本特征信息，对不同种类的食醋进行了分类识别。结果表明：借助三维荧光光谱可以很好地反映各食醋样品在原料、工艺上的相似程度，此方法可以实现对食醋种类的分类，为食醋种类鉴别提供了一种方便、快捷的新思路，具有重要的实践意义和应用前景。

关键词：食醋；陈醋；三维浓度荧光光谱；主成分分析

引言

食醋是中国各大菜系中传统的调味品，它具有酸味柔和，口感醇厚等优良品质[1]。它通过自然固态制曲、液态发酵等传统酿造工艺进行生产[2]，不仅是调味剂，还有多种保健功能[3][4]。目前，市场上的食醋种类繁多，但品质不一，良莠不齐，缺乏有效的鉴别方法，仅凭一些简单的理化指标以及色、香、味、体等感官指标评判酿造食醋的真伪、陈酿年份及品质优劣，使评价结果具有较大片面性与主观性[5]。

自2000年起，国家相继出台了食醋鉴定方面的标准[6]。目前，对食醋质量的鉴别方法包括同位素分析[7]、核磁共振法[8]、近红外光谱[9][10]、气相色谱和质谱技术等[11][12]。郑彦婕等采用气相色谱-质谱法对食醋进行测定，但样品处理复杂，此种方法能耗高且耗时。解华东等通过扫描33种食醋样品的紫外光谱，发现它们的紫外吸收光谱有着十分明显的差异，但该种方法在识别食醋质量和掺假中的应用价值尚不明确[13]；陈斌等采用近红外光谱透射法测定食醋总酸和还原糖，此种方法具有快速、样本无需预处理、无需化学试剂、无检测成本等优点，但是这种方法只能分析醋中的一部分成分，而不能对食醋进行整体有效的分析；宋海燕等[14]采用可见-近红外光谱技术，结合化学计量学方法，开展山西老陈醋产地的判别分类工作，该种方法的实现存在两方面困难，一方面，建立模型所需要的数据需真实可靠且具有代表性和统计意义，另一方面，在模型的建立及数据处理上存在许多人为主观因素导致的结果差异[15]。由于食醋的微量成份未被全部阐明，而且各成份之间协同交互作用复杂，应用现有的分析方法，仅对某些成份进行定性、定量分析，亦不能有效鉴别食醋。因此，研究新型、可靠的食醋鉴别分类方法，实现对食醋质量的有效监控具有深远的社会意义。

荧光光谱技术由于具有灵敏度高、选择性好、费用低、试样量少、分析结果快速等优点而得到广泛应用，三维荧光光谱能够涵盖比较全面的物质荧光特性，从宏观上对物质进行认知，具有更好的整体性[16][17]。近几年，荧光光谱法在环境监测、肿瘤诊断、鉴别酒的真假和品牌等方面有很多应用[18]。在食醋的鉴定方面，荧光光谱的应用尚属少数，毛立新等用同步荧光光谱法鉴别了山西老陈醋[19][20]，但仅研究了山西老陈醋的鉴别方法，未能提供一套完整的、可用以鉴别所有醋类的方案。目前，这种技术仅限于对不同食醋类型的指纹鉴定，对于相似的食醋样品鉴别能力有限，如需要更有效的指纹鉴别手段还需要在识别能力上有所的提高[21][22]。

文章通过提取、分析不同种类食醋的三维荧光光谱，并结合主成分分析法，以达到精确区分不同种类食醋的目的，同时为相似食醋样品的指纹鉴定提供一套可行的方案。

1 实验仪器和方法

1.1 实验装置和方法

实验中采用的是英国Edinburgh Instruments Inc.生产的FLS920型稳态和时间分辨荧光光谱仪。其中稳态光谱测量的光源功率为450W的氙灯，其波长在200-900nm范围内连续可调。实验仪器的设置参数为：激发光和发射光的狭缝宽度为3nm，激发光谱和发射光谱的扫描间隔均为1nm，在每个波长处的扫描时间为0.2s。

实验中使用的是无荧光石英比色皿，荧光扫描时用该比色皿盛装被测样品3ml并放置于光谱仪的样品池中。每一样品扫描一次，每一次测试前均进行摇动以保证溶液的均匀性。所有的荧光光谱检测过程均在室温下进行。

1.2 实验样品

本次试验选取山西陈醋（1年，3年，8年，共3种），紫林陈醋，恒顺香醋（瓶装，155ml），苦荞保健醋，宴会用恒顺香醋，恒顺香醋（瓶装，500ml），镇江香醋（袋装），北固山康乐醋，鼎丰白醋，来福山西陈醋，宝鼎陈酿米醋，恒顺香醋（袋装），镇江香醋（袋装），万通白米醋，唯加白醋，恒顺白醋共18种常用的食醋。

食醋溶液的配制：将食醋和水采用体积混合比配制溶液，配制浓度为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%的共3ml的溶液，溶剂为去离子水。为保证测试的准确性，每一次测试前均进行摇动以保证溶液的均匀性。

2 实验部分

图1是浓度从1%到10%食醋溶液的浓度三维荧光光谱，实验中激发波长为360nm，发射波长范围为400-700nm。

從三维投影图和等高线图可以得知每一种醋的基本荧光图谱信息：最佳激发波长、荧光发射波范围、峰值位置、荧光强度等。如图1所示的1年山西陈醋的浓度三维荧光光谱，可知它的荧光发射波长范围为380-670nm，浓度三维荧光光谱峰值位置分别处于443nm和469nm，所对应的荧光强度分别是407200和504100。将18种醋的图谱特征提取，得表1所示信息。

从表1数据得出以下结论：

（1）观察6种陈醋的荧光强度范围，可以发现它们高峰位置的荧光强度均为360000以上，低峰位置的荧光强度在260000以上。

（2）观察1，3，8年山西陈醋的荧光强度可以发现，它们的荧光发射波长范围为380-670nm，且它们的荧光强度整体呈下降趋势，即荧光强度随着年份的增加而逐渐减小。另外两种陈醋，紫林陈醋和来福山西陈醋，它们的荧光发射波长范围为360-670nm，通过这一点可以将它们同1，3，8年山西陈醋区分开来。

（3）香醋的最佳激发波长、荧光发射波范围、峰值位置和陈醋相似，不同之处在于，香醋两个荧光峰的差值范围在78600-84600，而陈醋两个荧光峰差值的范围在92700-103800，通过这一点可以区分香醋和陈醋。

（4）两种米醋的最优浓度均为10%，可以此为判据区分米醋和其他食醋。

（5）白醋的荧光强度与前两者相比明显较低，且白醋较高峰值位置对应较低的发射波长，这一点和其他食醋不同，因此可以很容易地将白醋区分出来。

3 分析与讨论

（1）各类食醋在380nm的激发波长下可以吸收光子发射出的荧光，查阅食醋的主要成分可知，它们是乙酸和一些醇类物质，含有基团 。图中除了主峰以外，还有一个次峰位，它的存在说明

食醋溶液中有至少两种荧光生色基团。米醋，白醋两类醋的荧光光谱和陈醋、米醋区分非常明显，米醋在570-650nm之间出现一系列小峰，白醋在550-650nm之间出现一系列小峰。这些小峰的出现和米醋白醋的原料有关。

（2）同一品牌、不同年份的陈醋的荧光特征峰出现的位置一致，均在波长470nm和443nm附近。1，3，8年山西陈醋的荧光强度随着年份的增加而逐渐减小，说明随着陈酿时间的延长，陈醋中荧光物质的成分和浓度会发生变化，不同年份陈醋荧光峰的吸收强度不同。因此，荧光峰的吸收强度可以来区分不同年份的陈醋。

（3）实验结果说明荧光发射强度与溶液的浓度不成线性关系，当浓度增加到一定值时，荧光强度会随着其浓度的增加而下降，这就是物质荧光的一种自身猝灭形式-浓度猝灭。其主要原因是由于发光物质的溶液浓度较大，激发态溶质与溶质间可以进行相互作用，从而形成激发二聚体或激发络合物使荧光猝灭。此外，由于能量共振转移的结果，在浓溶液中，受激分子可通过共振转移的方式，把激发能转移给相邻的不发荧光的分子也导致了荧光猝灭。

4 结束语

通过分析和讨论食醋三维荧光光谱和主成分分析结果，得知：

（1）通过扫描18种食醋、香醋、米醋、白醋的三维荧光光谱，可以定性地比较光谱差异，以区分各种食醋。

（2）随着陈酿时间的延长，陈醋特征峰的荧光强度会减小，这是因为陈酿时间越久，陈醋中荧光物质的成分和浓度会发生变化。

（3）基于一定浓度三维荧光光谱具有实时、快速的特点，易于实现食醋种类鉴别，有望发展成为快速高效的食醋指纹鉴别技术。

参考文献

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作者简介：单奕（1993-），女，江苏省徐州市人，江苏师范大学在读，研究方向：光学。