基于二维红外光谱技术分析黄酒中酸对糖的影响

　　本课题组自制的近红外光谱仪在检测黄酒品质时，酒精度、 酸度检测精度均达到了国家检测标准，但糖度检测精度未达到要求。主要原因是由于黄酒中糖的组成成分复杂、糖度所含基团种类较多，容易受到其他物质的影响，且黄酒真值范围较宽，导致建模效果不好。黄酒中的酸以有机酸的形式存在，如饱和羧酸、不饱和羧酸、芳香族酸等，酸能有效增强黄酒的浓厚感，降低甜度，是黄酒的重要组成部分。对此，课题组成员想探讨酸对糖产生的影响。胡小邦通过 MPA傅立叶变换近红外光谱仪测定不同浓度梯度的糖、酸溶液光谱。采用差谱法分析得出糖度的特征波段主要集中于 1400～1480 nm、1520～1800 nm及2070～2350 nm处，酸的特征波段主要集中于1380～1818 nm及2070～2400nm处。说明糖、 酸光谱有些特征波段重合； 薛磊从绍兴黄酒检测中心提供的样品中以酸度为 4.7 g/L，糖浓度分别为18.5g/L、23.9 g/L、31.6 g/L的3个样品，分析其光谱，得出在1420nm和1460nm处都发生了轻微的光谱变形， 波峰位置发生了漂移， 说明糖对酸产生了影响。但该方法没有排除酒精度的影响。作者没有深入的研究酸对糖是如何影响的、哪些波长点受酸影响较大、以及酸对糖度模型的影响。从市场上的黄酒样品很难找出以酸度为单一变量的多个样品。因此，本实验按照黄酒中的糖、 酸成分及相互比例配制溶液， 模拟黄酒样品中酸对糖的影响分析研究。采用二维红外光谱技术分析酸对糖光谱的影响， 并采用PLS建模分析酸对糖度模型的影响。通过二维光谱技术探讨外界干扰对物质的影响已有广泛的研究。R.Giangiacomo在波长范围 1100～2400 nm处分析糖与水相互的影响。在低糖溶液中， 糖可破坏水形成水团簇， 在高糖溶液中， 糖促进水形成水团簇。袁波利用二阶导、 二维红外相关光谱法研究氢键对 O-H伸缩振动的影响， 研究结果表明， 氢键作用对多聚体甲醇的 O-H伸缩振动谱带的影响不大。谭擎天研究发现， 当胶原／透明质酸共混体系中透明质酸含量由 0 %增至 50 %时， 透明质酸的 OH与胶原分子的 C-O之间形成了氢键; 透明质酸含量从50 %增至 90 %时, 透明质酸的 C=O 与胶原分子的 N-H之间形成氢键。

 仪器设备： 美国 Nicolet公司的 Nexus870傅里叶变换红外光谱仪、 InGaAs探测器、 1mm光程石英比色皿。
　溶剂： 采用蒸馏水排除其他杂质对结果的影响。溶质： 葡萄糖、 麦芽糖、 异麦芽糖、 果糖、 蔗糖、 乳糖、 乙酸、 乳酸均为分析纯。

1.2 测定条件　　

　　以空气为参比， 选用光程为 1 mm的石英比色皿， 谱范围为800～2500 nm， 分辨率为 8 cm-1， 扫描次数为 64

2 结果与讨论
2.1 一维近红外吸收图谱分析
　　由于酸度浓度梯度变化较小， 光谱受其他因素的影响， 导致光谱不能明显的体现出光谱随酸度的变化情况，因此， 在 9个浓度中以 3 %、 5 %、 7 %与 0 %光谱做比较，其近红外光谱见图 1。

 从图 1可以看出，在 1650～1850 nm区间光谱有微小的变化，在1794 nm处的特征峰吸光度随酸度浓度的增加而增加。陈斌通过研究6%的醋酸、6%的葡萄糖、6%的醋酸和6%的葡萄糖的混合溶液的近红外光谱分析，发现醋酸和葡萄糖的混合溶液的光谱曲线并不是理论上的两条原溶液的叠加，与原溶液相比在 1250～1850 nm的峰和谷的形状都发生了较为明显的变化。为了排除水在 1450 nm处对糖的强烈影响，因此，选择1650～1850 nm波段作为分析对象。

2.2 二阶导数近红外谱图分析
　　由于原始近红外光谱分辨率太低，很难通过光谱了解酸度对混合糖度的影响。因此计算其光谱的二阶导数，从而增强光谱的分辨率。通过波段分析酸对糖的影响，结果见图2

　　在图 3（a）中出现了 1818 nm、 1823 nm、1834 nm、1839 nm、1845 nm 较强的自相关峰，其大小表明该波长处吸收强度随酸度变化的敏感程度。这与在二阶导数中分析的结论是一致的。在 ϕ（1845， 1839）、 ϕ（1845，1823）、 ϕ （1834， 1827）、 ϕ （1827， 1823）、 ϕ （1837， 1818） 处出现较强的正交叉峰； 在ϕ （1843， 1839）、 ϕ （1837， 1834）处出现较强的负交叉峰。由于1823 nm、 1834 nm、 1845 nm归属于糖。根据近红外光谱解析实用指南[12]可知： 1839 nm、1827 nm、 1823 nm、 1834 nm、 1845 nm归属于糖中的 O-H伸缩振动和 C-O伸缩振动的组合频， 1843 nm、 1837 nm、1818 nm 吸收峰归属于酸中的 O-H 伸缩振动和 C-O 伸缩振动的组合频。