应用三维荧光光谱检测不同红酒品质*

张泽玮，邱 笛，赖吉龙，陈珊珊，吴婉婷，文桂胶，崔琴琴，谭 超

(宜宾学院，过程分析与控制四川省高校重点实验室，四川 宜宾 644000)

伴随着经济文化的繁荣，酒文化也逐渐成为一种潮流。其中红酒备受人们青睐，红酒中包含几百种不同浓度组分的复杂混合物，是一种对人体十分有益且时尚健康的酒精类饮品。它不仅酒精含量较低，还具有能够有效调节人体新陈代谢、控制胆固醇水平及美容养颜等功效[1]，但如今有许多不法商贩以次充好，用假冒伪劣产品欺骗消费者，导致红酒来源良莠不齐，很难保证质量问题。然而目前市场上对于葡萄酒产品类型在标准上又缺乏有效识别手段，故红酒品质的定性定量鉴别对于规范市场，对红酒地理标志产品保护有极大的帮助。而红酒中的酚类物质、氨基酸、花青素、均二苯代乙烯等类黄酮类化合物，均含有荧光基团[2]，因此可借助三维荧光光谱指纹技术结合化学计量学方法对红酒品质进行定性定量分析。

目前红酒鉴定的方法主要有三大类：(1)感官判定法；(2)化学反应分析法：由于葡萄汁中存在花色苷[3]，真红酒中加入少量小苏打颜色会发生改变，而通过人工合成色素进行勾兑出来的红酒不会发生化学反应，故不存在变色现象；(3)仪器分析法：高效液相色谱法[4-5]、气相色谱与质谱联用[6-7]、近红外光谱法[8-9]、紫外-可见光谱吸收法、毛细管电泳法、薄层色谱法等，而紫外-可见光谱吸收法，毛细管电泳法，薄层色谱法由于其分析时间长，操作过程复杂，结果不够直观、准确等原因，不能用于大批量葡萄酒定性定量检测。

目前发表的有关葡萄酒研究的文献中，杨东伟等[10]采用反相高效液相色谱-二极管阵列检测法同时测定市售红酒中的草酸、酒石酸、柠檬酸等11种有机酸的含量，平均回收率为85.5%～99.5%检测限在0.3～2.5 mg/L，该检测方法快捷灵敏且准确；卢汝梅等[11]测定国产15种葡萄酒中的白藜芦醇含量，采用高效液相法得出白藜芦醇含量，在通化干红葡萄酒的最高为5.6 mg/L，该方法重现性好，应用前景很大；樊双喜等[12]把GC/MS用来检测葡萄酒所含TCA的含量，葡萄酒中TCA的含量测定用此方法，展开了另一种思路。检测葡萄酒香气成分时，GC/MS扮演了重要的角色，是目前大多数研究者应用的技术方法；张树明等[13]在对葡萄酒发酵生产过程中酒精度研究中，应用近红外光谱技术测定酒精度的含量。通过化学计量学方法中的主成分回归和最小二乘法对葡萄酒酒精度进行预测和判断；郭海霞等[14]建立了一个三层人工神经网络的识别模型，红酒样品的预测识别率达100%，结果表明近红外光谱技术结合BP神经网络模型能无损快捷判别红酒真伪。

由于三维荧光可以比较直观地看出物质的荧光特点，因此三维荧光光谱技术目前正广泛应用于各种食品安全检测中[15-16]，笔者参照马晨光等[17]的实验研究，借助三维荧光光谱指纹技术结合化学计量学方法对不同品牌干红葡萄酒及同种品牌不同等级干红葡萄酒的指纹峰进行研究，分析各种干红葡萄酒三维荧光光谱的特征参量，对于保证红酒品质有重要的实际意义。

1 实 验

1.1 主要仪器与试剂

FL8500型荧光分光光度计，美国珀金埃尔默股份有限公司;智利进口红酒牧羊人赤霞珠美乐红葡萄酒(A,750 mL/瓶)，中央山谷酒庄;长城红酒特选7年橡木桶解百纳干红葡萄酒(B,750 mL/瓶)，中粮集团有限公司;张裕红酒贵馥晚采甜红葡萄酒(C,750 mL/瓶)，烟台张裕集团有限公司;长城红酒耀世经典干红葡萄酒(D,750 mL/瓶)，中粮集团有限公司;张裕红酒第九代特选级解百纳干红葡萄酒(E,750 mL/瓶)，烟台张裕集团有限公司;怡宝矿泉水(555 mL/瓶)，华润怡宝饮料(中国)有限公司。

1.2 实验参数设置

激发扫描速率：2400 nm/min；设置扫描的激发波长：250～400 nm，狭缝宽度：10 nm；激发波长：300～500 nm，间隔10 nm；发射狭缝宽度：10 nm。

实验过程中尽可能避免一级瑞利散射；实验中通过加滤波片消除二级瑞利散射。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品预处理

由于纯品红酒的浓度过大、色泽较深，直接用于荧光测定会导致荧光猝灭，从而影响荧光效率甚至不出现荧光，因此需要对样本进行稀释处理，实验设置以5倍为间隔，从5倍稀释至40倍，如表1所示，从不同稀释倍数下观察红酒的荧光效率、峰位置、峰强度、峰走向等特征参量，以此得出最佳稀释倍数，在最佳稀释倍数下观察不同红酒的三维等高线图。

表1 不同品牌红酒稀释方式及倍数

1.3.2 光谱采集

对1.3.1所制备的样品进行测试并采集三维荧光光谱，三维荧光扫描方式是同步扫描，在波长范围间扫描25次，每个样品得到151×25个荧光光谱数据，将得到的不同红酒光谱数据用origin软件处理(归一化、平衡滤波)，重新绘制三维投影图及等高线图。

1.3.3 定量分析

对得到的三维投影图及等高线图进行定量分析。

2 结果与讨论

2.1 不同红酒稀释倍数下的三维荧光光谱

对稀释后的各组红酒的三维荧光光谱进行扫描，将得到的光谱数据采用origin软件进行处理，合成三维等高线图，提取三维荧光特征参数(荧光峰个数，最佳激发波长和荧光峰位置)。

在不同稀释倍数下，稀释倍数越高，葡萄酒的发射波长发生蓝移，随着葡萄酒掺水量的增加，在特征峰处的吸收深度逐渐增加，这一特征吸收谷即为葡萄酒对蒸馏水的一个典型吸收谷。从等高线图中可以得出稀释倍数为10倍时的荧光效果最佳，为最佳稀释倍数。

以稀释10倍的不同品种红酒的等高线图进行分析，从图2与图4中特征峰出现位置为(300,350)nm处，图3与图5所示的特征峰在(325,350)nm处，这两种品牌葡萄酒的特征峰个数都为一个，从图5的葡萄酒三维荧光等高线图中出现了明显的瑞利散射，产生的原因是能量不足的激发光照射物质，处于振动能级的能量稍高于基态，故物质受激发后释放能量回到其原态，将以与激发光能量相等的波长向各个方向发射出去。要达到将瑞利峰逐渐消去的目的，需找出与荧光不重叠的瑞利峰，获取瑞利峰数据R，将瑞利峰数据R消除随机误差和噪声后作为单位瑞利峰RD，自荧光与瑞利峰开始出现交叠的发射光谱处开始，逐步消除瑞利峰，直到所有重叠的瑞利峰被消除[18]。

图1 样品A等高线图

图2 样品B等高线图

图3 样品C等高线图

图4 样品D等高线图

图5 样品E等高线图

同种品牌葡萄酒不同等级的等高线图中可以看出特征峰出现个数及特征峰出现位置相同，但荧光强度不同，这可能是酿造时间及工艺不同导致葡萄酒中的荧光物质发生变化。

对比图2及图3可知不同品牌葡萄酒的特征峰出现位置、峰个数、峰强度不同，其中图1中智利红酒的峰强度最大，引起差异的原因可能是由于葡萄酒原产地不同，其荧光物质受气候、地质地貌影响。

2.2 智利红酒与长城红酒解百纳红酒的三维荧光图对比

从图6～图9中智利红酒与长城红酒的三维投影图和等高线图可以直观地看出对于不同品牌红酒，用相同的激发波长照射后所发射的发射波长不同，荧光强度不同，特征峰位置不同，而等高线图可以避免三维投影图中的峰重叠问题，为三维荧光应用于红酒的判别分析提供了可行性。

图6 智利红酒三维投影图

图7 智利红酒等高线图

图8 长城红酒三维投影图

图9 长城红酒等高线图

3 结 论

将三维荧光光谱和化学计量相结合的方法，为葡萄酒的检测和鉴别提供了一种新的检测手段。以5种红酒进行试验，分别研究了同种品牌不同等级的红酒以及不同品牌红酒的三维投影图和等高线图，将其进行对比分析，得出不同品牌红酒有自己的指纹峰，可以直观地从谱图中看出特征峰的位置、强度、个数不同；同种品牌红酒可以通过三维荧光特征峰的强度加以区分，其特征峰位置及个数相同。三维荧光光谱灵敏性和可靠性很高，且在检测红酒品质过程中简单快捷，对样品无损无破坏。该方法可以对红酒产地、外加人工合成色素进行定性定量检测，为红酒的品质检测提供实际意义。