同步熒光光譜法鑒別山西老陳醋

毛立新，郭潔麗，楊小蘭

（山西大學生命科學學院，山西 太原 030006）

同步熒光光譜法鑒別山西老陳醋

毛立新，郭潔麗，楊小蘭

（山西大學生命科學學院，山西 太原 030006）

使用同步熒光光譜技術對不同品牌、不同年份山西老陳醋進行研究。結果表明：相同品牌、不同年份老陳醋的熒光吸收峰都在280 nm和360 nm波長附近出現，但熒光強度存在較大的差異，可據此對同一品牌老陳醋進行年份判定。不同品牌、相同年份老陳醋在熒光吸收峰位置和熒光強度上都存在較大的差異，故可根據熒光光譜圖進行判別。對所得的同步熒光光譜數據進行主成分分析，從得分圖可以直觀地鑒定各種醋。本研究建立一種運用同步熒光光譜法快速鑒別老陳醋的方法，具有重要的實踐意義和應用前景。

同步熒光光譜；老陳醋；主成分分析

山西制醋歷史悠久，山西老陳醋是我國最馳名的食醋，由于其風味獨特、品質優良、色香味俱佳而位列中國4大名醋之首。釀制過程中最關鍵的工藝為熏醅和陳釀。熏醅是山西食醋的獨特釀造工序，可使山西老陳醋的酯香、熏香、陳香有機結合[1]；同時熏醅也可使山西老陳醋獲得滿意的色澤，不需外加調色劑。陳釀是將淋好的新醋，經過夏伏曬、冬撈冰，使醋中的水分和揮發酸大量散失，醋的濃度和不揮發酸含量大大提高。經過長時間陽光照射，各種成分不斷進行化學反應（主要是酸類和醇類的酯化反應），使成品具有濃郁的芳香[1-2]。現在市面上的假冒醋一般都使用冰醋酸、色素和防腐劑等食品添加劑勾兌出來，和真正老陳醋在成分上存在很大的差異。

同步熒光光譜技術是以相同的掃描速率同時進行激發波長和發射波長的掃描，即激發波長和發射波長之間保持恒定的波長差（Δλ）。通過這種方式，可以增加光譜的選擇性，還可以更好地表達含多種熒光組分樣品的熒光光譜[3-7]。如橄欖油通過使用合適的波長間隔、縮小光譜波段和簡化光譜，可達到減少光譜重疊的目的[8]。熒光光譜法由于具有較高的靈敏性、良好的選擇性以及對樣品的無損壞性而廣泛用于物理、化學研究中[9]。

主成分分析（principle component analysis，PCA）是一種無監督分類過程。可減少較多的變量為較少的主成分（PCs）數據，覆蓋大多數數據中的方差，顯著減少了原數據的維數，實現有效的可視化[7]。主成分得分圖可直觀表現同步熒光光譜技術對不同樣品的區分效果。

目前，熒光技術多用于水體污染物[10-12]、原油[13-15]、中藥[16-17]、酸奶[18]、食用菌[19]、亞麻油[20]、茶葉[21]等方面的研究中。在食品研究領域，氨基酸、維生素等物質中熒光基團的存在引起了人們對熒光光譜技術的高度重視，近10年來人們對食品中自發熒光物質的研究也日益增多[22-25]。而其應用于老陳醋鑒別方面的研究至今還未見報道。由于真正的老陳醋中含有芳香族類物質及其衍生物（此類物質具有熒光吸收峰），因此本研究利用同步熒光光譜法對老陳醋進行鑒別。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

所有樣品（表1）購于太原市各大超市；實驗所用水為蒸餾水。

表1 樣品采集編號Table 1 Different brands of Shanxi mature vinegar with different maturation yeeaarrss

1.2 儀器與設備

RF-530熒光檢測計 日本島津公司；N3000色譜工作站 浙江大學智能信息研究所。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

由于老陳醋色澤等原因，使用原樣測定時會出現熒光碎滅現象，故采用梯度稀釋以確定熒光吸收峰表現最強時的稀釋倍數[18]。通過前期實驗確定樣品稀釋5倍時熒光強度最大，所以實驗中醋樣均用蒸餾水稀釋5倍后再進行測定。

1.3.2 熒光測量

燈源：75 W氛燈；單色器：閃耀式全息光柵；刻線：900條/mm；激發波長范圍：250～550 nm；波長精度：±1.5 nm；分辨率：0.1 nm；靈敏度：100；儀器靈敏度：H；輸出信號衰減：16；掃描速率：240 nm/min。儀器經過改裝，將激發單色儀和發射單色儀旋鈕連接至2臺步進電機，步進電機采用數控軟件自動控制電機運轉速率和停留位置，實現自動掃描。在不同激發波長和不同波長間隔（20～120 nm）范圍內同時進行掃描，每間隔10 nm在N3000色譜工作站進行1次數據采集。

1.3.3 數據分析

使用Origin 7.0、以激發波長和波長間隔為橫、縱坐標軸，結合相對熒光強度繪制同步熒光等高線指紋光譜圖。使用Unscrambler 9.8軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同年份和不同品牌老陳醋組分與含量的差異分析

2.1.1 不同品牌和不同年份老陳醋的同步熒光等高線差異分析

圖1 不同品牌和不同年份的山西老陳醋的同步熒光等高線圖譜Fig.1 Synchronous fluorescence contours of different brands of Shanxi mature vinegar with different maturation years

東湖3 a、東湖5 a和東湖釀造的同步熒光等高線圖譜的激發波長區間分別分布在250～530、250～515 nm和250～520 nm，波長間隔區間都分布在20～120 nm。東湖3 a、東湖5 a和東湖釀造的等高線分別集中在激發波長區間375～415、380～410 nm和375～415 nm，波長間隔區間分別分布于50～90、42～82 nm和55～90 nm。

寧化府3 a、寧化府5 a、水塔5 a和水塔10 a的同步熒光等高線圖譜的激發波長區間都分布在250～550 nm，波長間隔區間都分布在20～120 nm。寧化府3 a的等高線集中在激發波長區間380～410 nm和波長間隔區域58～85 nm；寧化府5 a的等高線集中分布在激發波長區間380～410 nm和波長間隔區間55～92 nm；水塔5 a集中在激發波長區間370～415 nm和波長間隔50～95 nm；水塔10 a等高線集中在375～410 nm和波長間隔55～92 nm。

紫林1 a、紫林2 a、紫林3 a和紫林5 a的同步熒光等高線圖譜的激發波長區間分別分布在250～540、250～550、250～520 nm和250～515 nm，波長間隔區間都分布在20～120 nm。紫林1 a的等高線集中在激發波長區間340～380 nm和280～290 nm、波長間隔65～108 nm和68～92 nm；紫林2 a、紫林3 a和紫林5 a的等高線分別集中在激發波長區間340～375、340～370 nm和335～370 nm，波長間隔區間70～102、69～97 nm和67～102 nm。

從圖1可以看出，同一品牌、不同年份的老陳醋的等高線圖譜差異不明顯；不同品牌之間的老陳醋中，紫林陳醋和東湖、寧化府和水塔老陳醋的差異較大，而東湖、寧化府和水塔這3種老陳醋之間的差異不顯著。除紫林1 a外，其余種類的老陳醋在低波長區出現的熒光吸收峰（圖2、3）在同步熒光指紋圖譜（圖1）中都沒出現，可能因為該物質的信號強度較弱且出現的時間短暫，利用Origin 7.0進行平滑處理之后就不存在了。紫林1 a在激發波長280～290 nm和波長間隔68～92 nm處出現等高線，可能存在以下幾種原因：此種物質在陳釀1 a的陳醋中含量相對較高；此物質的吸收信號出現的時間相對較長；樣品中摻有其他雜質。

2.1.2 相同品牌、不同年份老陳醋組分與含量的差異分析

圖2 相同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光圖譜（Δλ=700 nnmm）Fig.2 Synchronous fluorescence spectra (Δλ = 70 nm) of the same brands with different maturation years

表2 相同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜特征值（Δλ=700 nnmm）Table 2 Synchronous fluorescence spectral data (Δλ = 70 nm) of the same brand with different maturation years

由圖2和表2可知，同一品牌、不同年份老陳醋的熒光特征峰出現位置一致，均在波長280 nm和360 nm附近。但隨著陳釀時間的延長，不同年份老陳醋熒光峰的吸收強度表現出差異。紫林1 a、紫林2 a和紫林3 a熒光峰A（λex‘280 nm）的熒光強度IA隨年份的增加而逐漸減小，說明這種熒光物質隨著陳釀時間的延長而逐漸分解；但熒光峰B（λex‘360 nm）的熒光強度IB逐年遞增，可能是這種熒光物質隨著釀制時間的延長而逐漸生成。紫林5 a熒光峰的吸收強度和紫林2 a的相似，可能有以下幾種原因：陳釀年份不夠；樣品稀釋倍數不夠精準。由圖2可知，隨著陳釀時間的延長，老陳醋中熒光物質的成分和濃度會發生變化，從而引起熒光強度的差異。因此可根據熒光峰的吸收強度來區分不同年份的老陳醋。

2.1.3 相同年份、不同品牌老陳醋組分與含量的差異分析

圖3 不同品牌、相同年份老陳醋的同步熒光光圖譜（Δλ=700 nnmm）Fig. 3 Synchronous fluorescence spectra (Δλ = 70 nm) of different brands with the same maturation year

表3 不同品牌、相同年份老陳醋的同步熒光光譜特征值（Δλ=700 nnmm）Table 3 Synchronous fluorescence spectral data (Δλ = 70 nm) of different brands with the same maturation year

從圖3和表3可以看出，東湖5 a、寧化府5 a、水塔5 a熒光特征峰的出現位置相似，但其所對應的熒光強度有所差異。如表3所示，雖然寧化府5 a和水塔5 a老陳醋的最佳激發波長A和熒光強度都相似，但在最佳激發波長B處的熒光強度存在較大的差異，故可據此對這2種老陳醋進行鑒別。紫林5 a的熒光特征峰出現位置和其余3種存在明顯的差異，故比較容易進行區分。因此對不同品牌老陳醋可以通過熒光特征峰的熒光強度來加以區別，還可通過熒光特征峰的出現位置進行分類。

2.2 不同品牌和不同年份老陳醋的主成分分析

圖4 不同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜主成分得分圖（λexex=250～550 nm50 nmΔλ=70 nm）0 nmFig.4 Synchronous fluorescence spectral score plots for different brands and different maturation years (λex= 250-550 nm, Δλ = 70 nm)

對不同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜數據進行主成分分析，由圖4可得到主成分1、主成分2方差貢獻率分別為87%和11%，累計方差貢獻率為98%。可以較好地區分不同品牌、不同年份的老陳醋，其中A包括紫林1 a、紫林2 a、紫林3 a、紫林5 a；B中覆蓋了東湖3 a、東湖5 a和東湖釀造；水塔5 a、水塔10 a可從C中獲取。

同B（東湖）和C（水塔）相反，A（紫林）的得分在第1主成分中是正數，所以不同年份的紫林陳醋可以和其他幾種陳醋分離開來。此外，和B（東湖）相反，C（水塔）的得分在第2主成分中是負數，故據此可以區分不同年份的東湖（B）和水塔（C）陳醋。另外，寧化府3 a和寧化府5 a也可以由熒光光譜圖分開來。由此可以得出：采用同步熒光光譜法結合主成分分析法可用于區分不同年份、不同品牌的山西老陳醋。

3 結 論

相同品牌、不同年份老陳醋熒光特征峰的數量和位置相同，均在波長280 nm和360 nm附近出現，但特征峰的熒光強度變化較大。隨著陳釀時間的延長，老陳醋中熒光物質的成分和濃度會發生變化，引起熒光強度的差異。因此可根據熒光峰吸收強度的差異來區分同一品牌、不同年份的老陳醋。相同釀造年份、不同品牌老陳醋的同步熒光圖譜差異明顯，具有各自特異的指紋特征，因此可根據特征峰的數量和位置及熒光強度來區分不同品牌的老陳醋。

通過對不同品牌、不同年份老陳醋的同步熒光光譜數據進行特征參數的提取，再對最后確定的特征參數進行主成分分析，得到主成分1和主成分2的方差貢獻率分別為87%和11%，累計方差貢獻率為98%，基本可以區分不同品牌、不同年份的老陳醋。

同步熒光光譜技術是一種快速、有效的檢測手段，據此可建立老陳醋的同步熒光指紋圖譜。本研究利用同步熒光光譜法結合主成分分析法（多維化學計量學方法），建立了一種高效的識別方法，這對鑒別山西老陳醋具有非常重大的意義。

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Discrimination of Shanxi Mature Vinegar by Synchronous Fluorescence Spectroscopy

MAO Li-xin, GUO Jie-li, YANG Xiao-lan
(College of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

Different brands of Shanxi mature vinegars with different maturation years were analyzed by synchronous f uorescence spectroscopy (SFS). Samples with different maturation years from the same brands had f uorescence absorption peaks at both 280 and 360 nm, but a signif cant difference in f uorescence intensity was observed, by which the same brands could be distinguished among different maturation years. The fluorescence absorption peak position and fluorescence intensity differed signif cantly among different brands with the same maturation years, which could thus be distinguished from each other by their spectra. The score plots obtained from principal component analysis of the spectral data allowed visual identif cation of different vinegars. In conclusion, SFS is of great practical signif cance and has promising applications for rapid identif cation of Shanxi mature vinegars.

synchronous f uorescence spectroscopy; mature vinegar; principal component analysis

O657.3

A

1002-6630（2014）04-0077-05

10.7506/spkx1002-6630-201404016

2013-08-19

國家自然科學基金面上項目（31171748）；山西省科技攻關計劃項目（2006031085-01）

毛立新（1963—），男，高級工程師，碩士，研究方向為食品生物技術。E-mail：mlx1963@163.com