同步荧光光谱法鉴别山西老陈醋

毛立新，郭洁丽，杨小兰

（山西大学生命科学学院，山西 太原 030006）

摘 要：使用同步荧光光谱技术对不同品牌、不同年份山西老陈醋进行研究。结果表明：相同品牌、不同年份老陈醋的荧光吸收峰都在280nm和360nm波长附近出现，但荧光强度存在较大的差异，可据此对同一品牌老陈醋进行年份判定。不同品牌、相同年份老陈醋在荧光吸收峰位置和荧光强度上都存在较大的差异，故可根据荧光光谱图进行判别。对所得的同步荧光光谱数据进行主成分分析，从得分图可以直观地鉴定各种醋。本研究建立一种运用同步荧光光谱法快速鉴别老陈醋的方法，具有重要的实践意义和应用前景。

关键词：同步荧光光谱；老陈醋；主成分分析

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)

Abstract: Different brands of Shanxi mature vinegars with different maturation years were analyzed by synchronous fluorescence spectroscopy (SFS). Samples with different maturation years from the same brands had fluorescence absorption peaks at both 280 and 360 nm, but a significant difference in fluorescence intensity was observed, by which the same brands could be distinguished among different maturation years. The fluorescence absorption peak position and fluorescence intensity differed significantly 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 identification of different vinegars. In conclusion, SFS is of great practical significance and has promising applications for rapid identification of Shanxi mature vinegars.

Key words: synchronous fluorescence spectroscopy; mature vinegar; principal component analysis

中图分类号：O657.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）04-0077-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201404016

山西制醋历史悠久，山西老陈醋是我国最驰名的食醋，由于其风味独特、品质优良、色香味俱佳而位列中国4大名醋之首。酿制过程中最关键的工艺为熏醅和陈酿。熏醅是山西食醋的独特酿造工序，可使山西老陈醋的酯香、熏香、陈香有机结合[1]；同时熏醅也可使山西老陈醋获得满意的色泽，不需外加调色剂。陈酿是将淋好的新醋，经过夏伏晒、冬捞冰，使醋中的水分和挥发酸大量散失，醋的浓度和不挥发酸含量大大提高。经过长时间阳光照射，各种成分不断进行化学反应（主要是酸类和醇类的酯化反应），使成品具有浓郁的芳香[1-2]。现在市面上的假冒醋一般都使用冰醋酸、色素和防腐剂等食品添加剂勾兑出来，和真正老陈醋在成分上存在很大的差异。

同步荧光光谱技术是以相同的扫描速率同时进行激发波长和发射波长的扫描，即激发波长和发射波长之间保持恒定的波长差（Δλ）。通过这种方式，可以增加光谱的选择性，还可以更好地表达含多种荧光组分样品的荧光光谱[3-7]。如橄榄油通过使用合适的波长间隔、缩小光谱波段和简化光谱，可达到减少光谱重叠的目的[8]。荧光光谱法由于具有较高的灵敏性、良好的选择性以及对样品的无损坏性而广泛用于物理、化学研究中[9]。

主成分分析（principle component analysis，PCA）是一种无监督分类过程。可减少较多的变量为较少的主成分（PCs）数据，覆盖大多数数据中的方差，显著减少了原数据的维数，实现有效的可视化[7]。主成分得分图可直观表现同步荧光光谱技术对不同样品的区分效果。

目前，荧光技术多用于水体污染物[10-12]、原油[13-15]、中药[16-17]、酸奶[18]、食用菌[19]、亚麻油[20]、茶叶[21]等方面的研究中。在食品研究领域，氨基酸、维生素等物质中荧光基团的存在引起了人们对荧光光谱技术的高度重视，近10年来人们对食品中自发荧光物质的研究也日益增多[22-25]。而其应用于老陈醋鉴别方面的研究至今还未见报道。由于真正的老陈醋中含有芳香族类物质及其衍生物（此类物质具有荧光吸收峰），因此本研究利用同步荧光光谱法对老陈醋进行鉴别。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

所有样品（表1）购于太原市各大超市；实验所用水为蒸馏水。

表 1 样品采集编号

Table 1 Different brands of Shanxi mature vinegar with different maturation years

注：—. 品牌上未标出。

1.2 仪器与设备

RF-530荧光检测计 日本岛津公司；N3000色谱工作站 浙江大学智能信息研究所。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

由于老陈醋色泽等原因，使用原样测定时会出现荧光碎灭现象，故采用梯度稀释以确定荧光吸收峰表现最强时的稀释倍数[18]。通过前期实验确定样品稀释5倍时荧光强度最大，所以实验中醋样均用蒸馏水稀释5倍后再进行测定。

1.3.2 荧光测量

灯源：75W氛灯；单色器：闪耀式全息光栅；刻线：900条/mm；激发波长范围：250～550nm；波长精度：±1.5nm；分辨率：0.1nm；灵敏度：100；仪器灵敏度：H；输出信号衰减：16；扫描速率：240nm/min。仪器经过改装，将激发单色仪和发射单色仪旋钮连接至
2台步进电机，步进电机采用数控软件自动控制电机运转速率和停留位置，实现自动扫描。在不同激发波长和不同波长间隔（20～120nm）范围内同时进行扫描，每间隔10nm在N3000色谱工作站进行1次数据采集。

1.3.3 数据分析

使用Origin 7.0、以激发波长和波长间隔为横、纵坐标轴，结合相对荧光强度绘制同步荧光等高线指纹光谱图。使用Unscrambler 9.8软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同年份和不同品牌老陈醋组分与含量的差异分析

2.1.1 不同品牌和不同年份老陈醋的同步荧光等高线差异分析

A.宁化府3a

B.宁化府5a

C.水塔5a

D.水塔10a

E.紫林1a

F.紫林2a

G.紫林3a

H.紫林5a

I.东湖3a

J. 东湖5a

K. 东湖酿造

图 1 不同品牌和不同年份的山西老陈醋的同步荧光等高线图谱

Fig.1 Synchronous fluorescence contours of different brands of Shanxi mature vinegar with different maturation years

东湖3a、东湖5a和东湖酿造的同步荧光等高线图谱的激发波长区间分别分布在250～530、250～515nm和250～520nm，波长间隔区间都分布在20～120nm。东湖3a、东湖5a和东湖酿造的等高线分别集中在激发波长区间375～415、380～410nm和375～415nm，波长间隔区间分别分布于50～90、42～82nm和55～90nm。

宁化府3a、宁化府5a、水塔5a和水塔10a的同步荧光等高线图谱的激发波长区间都分布在250～550nm，波长间隔区间都分布在20～120nm。宁化府3a的等高线集中在激发波长区间380～410nm和波长间隔区域58～85nm；宁化府5a的等高线集中分布在激发波长区间380～410nm和波长间隔区间55～92nm；水塔5a集中在激发波长区间370～415nm和波长间隔50～95nm；水塔10a等高线集中在375～410nm和波长间隔55～92nm。

紫林1a、紫林2a、紫林3a和紫林5a的同步荧光等高线图谱的激发波长区间分别分布在250～540、250～550、250～520nm和250～515nm，波长间隔区间都分布在20～120nm。紫林1a的等高线集中在激发波长区间340～380nm和280～290nm、波长间隔65～108nm和68～92nm；紫林2a、紫林3a和紫林5a的等高线分别集中在激发波长区间340～375、340～370nm和335～370nm，波长间隔区间70～102、69～97nm和67～102nm。

从图1可以看出，同一品牌、不同年份的老陈醋的等高线图谱差异不明显；不同品牌之间的老陈醋中，紫林陈醋和东湖、宁化府和水塔老陈醋的差异较大，而东湖、宁化府和水塔这3种老陈醋之间的差异不显著。除紫林1a外，其余种类的老陈醋在低波长区出现的荧光吸收峰（图2、3）在同步荧光指纹图谱（图1）中都没出现，可能因为该物质的信号强度较弱且出现的时间短暂，利用Origin 7.0进行平滑处理之后就不存在了。紫林1a在激发波长280～290nm和波长间隔68～92nm处出现等高线，可能存在以下几种原因：此种物质在陈酿1a的陈醋中含量相对较高；此物质的吸收信号出现的时间相对较长；样品中掺有其他杂质。

2.1.2 相同品牌、不同年份老陈醋组分与含量的差异分析

1.紫林1a；2.紫林2a；3.紫林3a；4.紫林5a。

图 2 相同品牌、不同年份老陈醋的同步荧光光图谱（Δλ=70nm）

Fig.2 Synchronous fluorescence spectra (Δλ = 70 nm) of the same brands with different maturation years

表 2 相同品牌、不同年份老陈醋的同步荧光光谱特征值（Δλ=70nm）

Table 2 Synchronous fluorescence spectral data (Δλ = 70 nm) of the same brand with different maturation years

由图2和表2可知，同一品牌、不同年份老陈醋的荧光特征峰出现位置一致，均在波长280nm和360nm附近。但随着陈酿时间的延长，不同年份老陈醋荧光峰的吸收强度表现出差异。紫林1a、紫林2a和紫林3a荧光峰A（λex≈280nm）的荧光强度IA随年份的增加而逐渐减小，说明这种荧光物质随着陈酿时间的延长而逐渐分解；但荧光峰B（λex≈360nm）的荧光强度IB逐年递增，可能是这种荧光物质随着酿制时间的延长而逐渐生成。紫林5a荧光峰的吸收强度和紫林2a的相似，可能有以下几种原因：陈酿年份不够；样品稀释倍数不够精准。由图2可知，随着陈酿时间的延长，老陈醋中荧光物质的成分和浓度会发生变化，从而引起荧光强度的差异。因此可根据荧光峰的吸收强度来区分不同年份的老陈醋。

2.1.3 相同年份、不同品牌老陈醋组分与含量的差异分析

1.东湖5a；2.宁华府5a；水塔5a；4.紫林5a。

图 3 不同品牌、相同年份老陈醋的同步荧光光图谱（Δλ=70nm）

Fig. 3 Synchronous fluorescence spectra (Δλ = 70 nm) of different brands with the same maturation year

表 3 不同品牌、相同年份老陈醋的同步荧光光谱特征值（Δλ=70nm）

Table 3 Synchronous fluorescence spectral data (Δλ = 70 nm) of different brands with the same maturation year

从图3和表3可以看出，东湖5a、宁化府5a、水塔5a荧光特征峰的出现位置相似，但其所对应的荧光强度有所差异。如表3所示，虽然宁化府5a和水塔5a老陈醋的最佳激发波长A和荧光强度都相似，但在最佳激发波长B处的荧光强度存在较大的差异，故可据此对这2种老陈醋进行鉴别。紫林5a的荧光特征峰出现位置和其余3种存在明显的差异，故比较容易进行区分。因此对不同品牌老陈醋可以通过荧光特征峰的荧光强度来加以区别，还可通过荧光特征峰的出现位置进行分类。

2.2 不同品牌和不同年份老陈醋的主成分分析

图 4 不同品牌、不同年份老陈醋的同步荧光光谱主成分得分图（λex=250～550 nmΔλ=70 nm）

Fig.4 Synchronous fluorescence spectral score plots for different brands and different maturation years (λex = 250-550 nm, Δλ = 70 nm)

对不同品牌、不同年份老陈醋的同步荧光光谱数据进行主成分分析，由图4可得到主成分1、主成分2方差贡献率分别为87%和11%，累计方差贡献率为98%。可以较好地区分不同品牌、不同年份的老陈醋，其中A包括紫林1a、紫林2a、紫林3a、紫林5a；B中覆盖了东湖
3a、东湖5a和东湖酿造；水塔5a、水塔10a可从C中获取。

同B（东湖）和C（水塔）相反，A（紫林）的得分在第1主成分中是正数，所以不同年份的紫林陈醋可以和其他几种陈醋分离开来。此外，和B（东湖）相反，C（水塔）的得分在第2主成分中是负数，故据此可以区分不同年份的东湖（B）和水塔（C）陈醋。另外，宁化府3a和宁化府5a也可以由荧光光谱图分开来。由此可以得出：采用同步荧光光谱法结合主成分分析法可用于区分不同年份、不同品牌的山西老陈醋。

3 结 论

相同品牌、不同年份老陈醋荧光特征峰的数量和位置相同，均在波长280nm和360nm附近出现，但特征峰的荧光强度变化较大。随着陈酿时间的延长，老陈醋中荧光物质的成分和浓度会发生变化，引起荧光强度的差异。因此可根据荧光峰吸收强度的差异来区分同一品牌、不同年份的老陈醋。相同酿造年份、不同品牌老陈醋的同步荧光图谱差异明显，具有各自特异的指纹特征，因此可根据特征峰的数量和位置及荧光强度来区分不同品牌的老陈醋。

通过对不同品牌、不同年份老陈醋的同步荧光光谱数据进行特征参数的提取，再对最后确定的特征参数进行主成分分析，得到主成分1和主成分2的方差贡献率分别为87%和11%，累计方差贡献率为98%，基本可以区分不同品牌、不同年份的老陈醋。

同步荧光光谱技术是一种快速、有效的检测手段，据此可建立老陈醋的同步荧光指纹图谱。本研究利用同步荧光光谱法结合主成分分析法（多维化学计量学方法），建立了一种高效的识别方法，这对鉴别山西老陈醋具有非常重大的意义。

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