中国和美国赤霞珠干红葡萄酒产地鉴别模型构建的应用研究.pdf

中国酿造 2014 年 第 33 卷 第 12 期 总第 274 期 收稿日期： 2014-10-22 基金项目： 国家质检总局科技计划项目 （2014IK272 ） ； 国家质检总局科技计划项目 （2012IK144 ） ； 北京检验检疫局科技计划项目 （2013BK002 ） 作者简介： 梁娜娜 （1986- ） ， 女， 博士， 研究方向为葡萄酒化学与酿造。 *通讯作者： 韩深 （1981- ） ， 男， 高级工程师， 本科， 研究方向为食品检验。 随着人们生活水平的提高和生活习惯的改变， 葡萄 酒受到了人们的热捧。我国作为葡萄酒新兴产业国家， 其 生产量和消费量呈现快速增长的趋势， 成为同类饮料行 业中成长速度最快的子行业， 而日益严重的葡萄酒真酒 假标等不良现象已成为妨碍我国葡萄酒产业健康发展的 关键问题。因此为了提高葡萄酒的质量， 保障消费者买到 货真价实的葡萄酒， 需要建立完善的葡萄酒质量保护和 监督体系， 对葡萄酒进行原产地的保护， 为葡萄酒真伪鉴 别提供技术支撑。葡萄酒是在一定的气候、 土壤等生态条 件下并通过相应的工艺进行酿造的结果。葡萄中重要的 风味物质在酿酒过程中由果皮浸渍转移到酒中， 决定着葡 萄酒的口感、 香味及色泽， 而原产地气候环境、 地质情况、 土壤条件等环境因素极大地影响着葡萄酒的风味物质， 进而影响葡萄酒的质量和风格， 因此可通过分析这些风味 物质来对不同产地葡萄酒进行鉴别1-2。近年来利用风味 物质进行葡萄酒真伪鉴别系统的研究在国外迅速兴起3-6， 建立的鉴别系统大多数只适用于某地区或某些品种葡 萄酒， 与地区或企业对自身产品的保护、 质量监督有关7-8。 SERRANO-LOURIDO D等3对西班牙佩内德斯 （Penedes ） 、 杜埃罗河岸 （Ribera del Duero ） 和里奥哈 （Rioja ） 三个重要 的葡萄酒主产区的90款葡萄酒进行了产地分析与鉴别， 并 根据酚类物质进行了偏最小二乘法判别分析 （partial least 中国和美国赤霞珠干红葡萄酒产地鉴别模型构建的应用研究 梁娜娜1， 刘萤1， 王琳丽1， 王珮玥1， 吕美玲2， 王金花1， 张朝晖1， 韩深1* （1.北京出入境检验检疫局 检验检疫技术中心， 北京 100026； 2.安捷伦科技中国有限公司， 北京 100102 ） 摘要： 采用液相色谱串联四极杆飞行时间高分辨率质谱进行了中国三个葡萄酒主产区、 美国两个酒庄的赤霞珠干红葡萄酒风味物 质的检测分析， 应用化学计量学工具对数据进行筛选、 主成分分析和产地鉴别模型的构建， 并通过模型判别准确率和置信度的比较， 对构建模型所采用的偏最小二乘法判别分析 （PLS-DA ） 、 反向传播人工神经网络 （BP-ANN ） 和朴素贝叶斯算法 （NBM ） 三种算法进行 了评价。结果表明， 朴素贝叶斯算法 （NBM ） 构建的模型适用于中国和美国赤霞珠干红葡萄酒的产地溯源， 反向传播人工神经网络构 建的模型适用于中国三个主产区的产地溯源。利用构建的模型进行了样品预测， 准确率达86.7%， 将为葡萄酒的产地溯源工作提供 一定的思路。 关键词： 葡萄酒； 产地溯源； 模型构建； 化学计量学； 颜色 中图分类号： O657.6文献标识码： A文章编号： 0254-5071 （2014 ） 12-0023-06 doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2014.12.005 Application of chemometric determination model building of Cabernet Sauvignon wines from China and USA for geographical origin traceability LIANG Nana1, LIU Ying1, Wang Linli1, WANG Peiyue1, LV Meiling2, WANG Jinhua1, ZHANG Zhaohui1, HAN Shen1* (1.Inspection and Quarantine Testing Center, Beijing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Beijing 100026, China; 2.Agilent Technologies China Co., Ltd., Beijing 100102, China) Abstract:The flavor compositions of Cabernet Sauvignon wines (V. viniferaL.cv.) from three main regions in China and two wineries in USA were analyzed by ultra-performance liquid chromatography-quadrupole-time of flight mass spectrometer (UPLC-QTOF-MS). Chemical metrology software was used for data filtering, principal component analysis and origin identification model establishment. The models for region authentication were es- tablished by partial least squares discriminant analysis, back-propagation artificial neural network (BP-ANN) and naive bayes model (NBM) algo- rithms and they were evaluated by comparing the discriminant accuracy and confidence. The results showed that NBM model was suitable for geo- graphical origin traceability of Cabernet Sauvignon dry red wines from three regions in China and two wineries in USA and BP-ANN model was ap- plied to region authentication for Cabernet Sauvignon wines from three main regions in China. The validation of the developed model was tested by samples with an accuracy of 86.7%, which will open a new way for geographical origin traceability of grape wines. Key words:wine; geographical origin traceability; model building; chemometrics methods; color 研究报告 23 China Brewing 2014 Vol.33 No12 Serial No274 squares-discriminant analysis， PLS-DA ）的模型构建， 判别 准确率高达90%以上， 而且利用质谱对模型鉴别的特征物 质进行了鉴定， 提出了每个产区的特征化合物。BELLO- MARINO S A等4利用主成分分析和线性判别技术对来自 澳大利亚吉朗 （Geelong ） 和库纳瓦拉 （Coonawarra ） 两个主 产区的赤霞珠葡萄酒成功进行了产区的鉴别分析， 准确率 高达91%4。SERAPINAS P等5采用电感耦合等离子体质 谱 （inductively coupled plasma-mass spectrometry， ICP-MS ） 对来自智利、 保加利亚、 法国、 匈牙利、 意大利、 西班牙、 美 国共7个国家的 103款葡萄酒进行了矿质元素的检测分析， 应用主成分分析发现， 部分矿质元素可有效对不同国家 的葡萄酒进行区分， 准确率可达90%。KALLITHRAKA S 等6基于风味物质结合感官分析结果， 采用主成分分析技 术成功鉴别了希腊北部和南部两个原产地。 目前大部分研究人员集中探究葡萄酒成分的检测分 析， 忽略了葡萄酒的颜色评价。颜色特征是葡萄酒的重要 指标之一， 常采用国际葡萄与葡萄酒组织 （International Vine and Wine Organization， OIV ） 推荐的CIELab法进行葡 萄酒颜色的检测分析， 引入葡萄酒的亮度 （L* ） 、 红/绿颜色 参数 （a* ） 和黄/蓝颜色参数 （b* ） ， 通过视觉感知特定品质 属性色调 （Tonality ） 、 亮度 （Luminosity ）和色差 （Chmma- tism ） 来客观评价葡萄酒的颜色9。本文采用高分辨率质 谱进行葡萄酒代谢物轮廓分析， 应用化学计量学工具和 高级数据挖掘系统进行数据的筛选， 分析了中国三个葡萄 酒主产区和美国两个酒庄的赤霞珠干红葡萄酒， 结合葡 萄酒颜色评价有效进行了葡萄酒产区的鉴别， 这将为葡 萄酒的产地溯源提供思路。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 来自中国三个主产区的赤霞珠 （V. viniferaL. cv. Cabernet Sauvignon ） 干红葡萄酒样品共70支， 分别是来自 山东产区 （CN-SD ） 20支酒、 河北怀来产区 （CN-HBHL ） 24 支酒、 河北昌黎产区 （CN-HBCL ） 26支酒， 这些酒样由中 粮葡萄酒有限公司、 中国农业大学食品科学与营养工程 学院提供。来自美国纳帕峡谷 （Napa valley， US ） 的两个知 名酒庄的赤霞珠干红葡萄酒， 分别是Robert Mondavi酒庄 （US-RM ） 20支酒和V. Sattui酒庄 （US-V.S ） 23支酒， 这些酒 样由北京出入境检验检疫局提供。以上样品对于原产地 的信息有足够的代表性和真实性， 置于酒柜冷藏待用。 甲醇、 乙腈、 乙酸铵均为色谱纯： 美国Fisher公司； 甲酸 （色谱纯 ） ： 美国Tedia公司； 实验用水是经Milli-Q净化系统 过滤的超纯水 （电阻率18.2 M ） 。 1.2 仪器与设备 Agilent1290系列超高压液相色谱-Agilent 6530高分辨 飞行时间质谱联用仪 （ultra performance liquid chromatog- raphy-quadrupole-time of flight mass spectra， UPLC- QTOF- MS ） ： 美国安捷伦科技公司； Sartorius 1-14离心机： 美国 Sigma公司； Milli-Q净化系统： 美国Millipore公司； 0.45 m 微孔滤膜： 英国Whatman公司； UV-1800紫外分光光度计： 日本岛津公司。 1.3 实验方法 1.3.1 CIELab法测定葡萄酒颜色 用蒸馏水作为参比， 采用0.2 cm光程， 取过滤后的葡萄 酒样品用分光光度计分别于波长440 nm、 530 nm、 600 nm 处测定透光率并计算L*、 a*和b*值10， 样品重复分析3次。 1.3.2 液相色谱质谱 葡萄酒样品12 000 r/min离心10 min后经0.45 m滤膜 过滤， 直接进入Agilent 1290 UPLC-QTOF-MS仪器检测。 色谱柱： ZORBAXEclipsePlusC18柱 （2.1mm