近红外光谱法快速检测黄酒酒精度及密度的研究_唐慰祖.pdf

DOI：10.13746/j.njkj.2022189作者简介：唐慰祖（1988-），男，上海金山人，本科，黄酒酿酒师，研究方向为黄酒检测及发酵工程，E-mail：。近红外光谱法快速检测黄酒酒精度及密度的研究唐慰祖1，2，李丽2，3，张辉1，2（1.上海金枫酒业股份有限公司，上海 201501；2.上海黄酒工程技术研究中心，上海 201501；3.上海石库门酿酒有限公司，上海 201501）摘要：与GB 5009.2252016 食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定1酒精度检测方法，以及GB5009.22016 食品安全国家标准 食品相对密度的测定2密度检测方法相比较，研究了近红外光谱法快速测定黄酒酒精度和密度方法的准确性和稳定性。结果表明，近红外光谱法操作简单快速，检测结果准确度和稳定性均较高，可作为快速检测黄酒酒精度和密度的一种方法。关键词：近红外光谱；酒精度；密度中图分类号：TS261.7；TS262.4文献标识码：A文章编号：1001-9286（2023）04-0121-05Rapid Detection of Alcohol Content and Densityof Huangjiu by Near-Infrared SpectroscopyTANG Weizu1,2,LI Li2,3and ZHANG Hui1,2(1.Shanghai Jinfeng Winery Co.Ltd.,Shanghai 201501;2.Shanghai Engineering Research Center of Huangjiu,Shanghai 201501;3.Shanghai Shikumen Winery Co.Ltd.,Shanghai 201501,China）Abstract:Compared with the alcohol content detection method provided in national standard GB 5009.225-2016,and the density de-tection method provided in national standard GB 5009.2-2016,this paper studies the accuracy and stability of the near-infrared spec-troscopy method for the rapid detection of alcohol content and density of Huangjiu.The results show that the near-infrared spectrosco-py is simple and fast to operate,and the detection results have high accuracy and stability,which can be used for the rapid detectionof alcohol content and density of Huangjiu.Key words:near-infrared spectroscopy;alcohol content;density黄酒是世界上最古老酒类之一，黄酒酒精度、密度指标是黄酒品质的重要参数，与黄酒的风味和口感息息相关。目前，国内黄酒酒精度的测定一般采用GB 5009.2252016 食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定 酒精计法，需要加热蒸馏，用精密酒精计读取酒精体积分数示值（酒精计法测定结果一般作为与其他测定方法对比的标准值）；密度采用GB 5009.22016 食品安全国家标准 食品相对密度的测定 密度瓶法，在一定温度下，用同一密度瓶分别称量等体积的样品溶液和蒸馏水的质量，两者之比即为该样品溶液的相对密度。上述方法都需要对样品进行前处理，且样品体积多、检测速度慢、检测结果受人为误差影响，这些缺点无法满足现代黄酒生产对黄酒品质快速分析的需求3。近红外光谱法，是一种快速分析检测方法，样品无需前处理，通过对物质的透射或反射谱分析其分子结构特点及化学组成，已广泛应用于食品4-5、纺织、制药、石化等6-9。本研究通过酒精计法、密度瓶法与近红外光谱法对比测试，旨在为黄酒企业建立一套完整、快速、便捷且准确的检测方法，实现酒精度与密度的快速检测。1材料与方法1.1材料、仪器酿酒科技2023年第4期（总第346期）LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.4(Tol.346)121121酿酒科技2023年第4期（总第346期）LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.4(Tol.346)黄酒样品：上海金枫酒业股份有限公司提供。仪器设备：酒精计，上海华辰医用仪表有限公司，分度值0.1%vol；全玻璃蒸馏器，上海申玻仪器公司，500 mL；密度瓶，江苏垒硕实验器材有限公司，50 mL；磁力搅拌水浴锅，常州市同创实验仪器厂；电子天平，METTLER TOLEDO；DMA 4100M数字式密度计，奥地利 Anton Paar 公司；AlcolyzerME酒精测量模块，奥地利Anton Paar公司。1.2实验方法（1）酒精度测定方法参考 GB 5009.2252016食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定 中酒精计法。（2）密度测定方法参考GB 5009.22016 食品安全国家标准 食品相对密度的测定 中密度瓶法。（3）近红外光谱法。采用基于近红外光谱技术的酒精分析仪，选择酒精度测量模式，按照仪器操作程序，进行设备校正。将样品注入酒精分析仪的测量管中，待仪器稳定后，示值为仪器换算出的20 下样液的酒精度测定值（%vol），同时测定密度值。每个样品重复测定3次。2结果与分析2.1成品样品酒精度测定采用近红外光谱法和酒精计法分别对30组成品样品进行检测，见表1。由表1可知，近红外光谱法和酒精计法，两者的检测数据误差满足方法间偏差0.75%vol，且酒精计法检测数据均低于近红外光谱法，偏差平均值为 0.349%vol。可通过对近红外光谱法测定的数据进行修正，减少两组的误差，提高近红外光谱法的准确度。2.2近红外光谱法酒精度分析模型的建立设修正系数f，酒精计法检测数据为A，近红外光谱法检测数据为B，可得f=A/B，对表1的30组数据进行修正，修正系数平均值为0.9756，对近红外光谱法检测数据修正后为C，C=B0.9756，近红外光谱法修正后的数据见表2。由表2可知，近红外光谱法修正后的数据和酒精计法，两者的数据误差满足方法间偏差0.75%vol，相比于修正前，修正后的偏差更小，修正后的偏差平均值为0.11%，提高了准确性。2.3成品样品密度测定近红外测定成品酒精度的同时测定密度，以及采用密度瓶法的数据，见表3。由表3可知，近红外光谱法和密度瓶法，密度瓶法检测数据均低于近红外光谱法，偏差平均值为0.0064 g/cm3。可通过对近红外光谱法测定的数据进行修正，减少两组的误差，提高近红外光谱法的准确度。2.4近红外光谱法密度分析模型的建立设修正系数f，密度瓶法检测数据为A，近红外表1近红外光谱法和酒精计法成品黄酒酒精度的对比样品编号123456789101112131415161718192021222324252627282930近红外光谱法(%vol)14.2613.5313.5213.9410.5617.0614.0117.7117.3610.6417.1617.7313.5516.2914.2313.7915.6515.5313.916.5414.5416.4513.7614.2515.2514.3414.3911.9312.8712.34酒精计法(%vol)13.913.213.213.710.116.713.517.417.110.116.517.313.416.113.813.615.315.213.516.113.916.113.413.8151414.111.812.712.1偏差(%)0.360.330.320.240.460.360.510.310.260.540.660.430.150.190.430.190.350.330.40.440.640.350.360.450.250.340.290.130.170.24122122光谱法检测数据为B，可得f=A/B，对表3的30组数据进行修正，修正系数平均值为0.9935，对近红外光谱法检测数据修正后为C，C=B0.9935，近红外光谱法修正后的数据见表4。由表4可知，近红外光谱法修正后的数据和密度瓶法，修正后的偏差更小，修正后的偏差平均值为0.0013 g/cm3，提高了准确性。2.5验证模型的准确性为了验证近红外光谱法对公司成品黄酒酒精度和密度测定的准确性，随机选取10个不同成品黄酒样品，分别采用酒精计法、密度瓶法和近红外光谱法同步测定酒精度和密度，分析测定结果的准确性，结果见表5、表6。由表5、表6可知，酒精计法和Anton Paar酒精分析仪对不同酒精度黄酒样品的测定结果一致，二者无差异性（P0.05），均值的绝对差值均0.1%vol。酒精分析仪的结果稳定性（SD为0.03%vol）优于酒精计法（SD为0.04%vol）。因此，基于近红外光谱原理的酒精分析仪对黄酒成品酒精度的快速测定精确度满足检测要求。酒精分析仪对酒精度的测定无需进行前处理10，样品体积少，检测速度快，不受人为误差影响，提高了测定结果的准确性和稳定性11。表3近红外光谱法和密度瓶法成品黄酒密度的对比样品编号123456789101112131415161718192021222324252627282930近红外光谱法（g/cm3）1.01431.01221.01741.01341.01151.00561.01141.00571.01851.01121.00521.02051.01041.00851.01421.01081.01021.00821.00861.01321.01051.00451.01171.01111.00541.01210.99501.01451.00840.9981密度瓶法(g/cm3)1.00701.00441.00931.00451.00480.99991.00450.99911.01021.00480.99971.01331.00451.00081.00571.00451.00331.00331.00451.00041.00481.00041.00451.00570.99781.00630.99081.00811.00400.9951偏差(g/cm3)0.00730.00780.00810.00890.00670.00570.00690.00660.00830.00640.00550.00720.00590.00770.00850.00630.00690.00490.00410.00880.00570.00410.00720.00540.00760.00580.00420.00640.00440.0030表2近红外光谱法修正后和酒精计法成品黄酒酒精度的对比样品编号123456789101112131415161718192021222324252627282930近红外光谱法修正后结果(%vol)13.9113.2013.1913.6010.3016.6413.6717.2816.9410.3816.7417.3013.2215.8913.8813.4515.2715.1513.5616.1414.1916.0513.4213.9014.8813.9914.0411.6412.5612.04酒精计法(%vol)13.913.213.213.710.116.713.517.417.110.116.517.313.416.113.813.615.315.213.516.113.916.113.413.815.014.01