本發(fā)明屬于酒類檢測技術(shù)方法，具體涉及到一種基于聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極陣列的黃酒酒齡鑒別方法。

背景技術(shù)：

黃酒酒齡是指發(fā)酵后的成品原酒在酒壇中貯存的年限，gb/t13662-2008《黃酒》國標(biāo)規(guī)定銷售包裝標(biāo)簽上的酒齡為標(biāo)注酒齡，按照勾兌酒的酒齡加權(quán)平均方法來計(jì)算，勾兌的黃酒中至少要有50％的基酒達(dá)到產(chǎn)品所標(biāo)注的酒齡，實(shí)際操作中酒廠使用數(shù)種不同酒齡的酒勾兌，使其平均酒齡達(dá)到產(chǎn)品所標(biāo)注的標(biāo)準(zhǔn)。紹興黃酒的年份不僅蘊(yùn)含著豐富的歷史積淀，還代表著香醇濃郁的口感，越陳越香，越陳越貴，但通過這種方法勾兌的黃酒，其酒齡的真實(shí)性主要還是依靠企業(yè)的信譽(yù)及行業(yè)自律來保證。

目前黃酒的酒齡鑒別標(biāo)準(zhǔn)主要包括感官評價、品質(zhì)理化指標(biāo)測定和精密儀器檢測三種方式。感官評價往往受到評價者主觀因素和外界環(huán)境條件的影響，結(jié)果存在一定的模糊性；品質(zhì)理化指標(biāo)測定對操作人員要求較高，樣品預(yù)處理繁瑣耗時，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求；精密儀器檢測只是對呈味物質(zhì)的含量進(jìn)行了檢測，并沒有考慮多種呈味物質(zhì)之間的協(xié)同增效作用，另外設(shè)備購買及維護(hù)費(fèi)用昂貴。也有研究將裸電極陣列應(yīng)用到黃酒酒齡鑒別中，但因黃酒中的特征呈味物質(zhì)主要是糖類、酸類、酚類和氨基酸等有機(jī)物質(zhì)，而有機(jī)物多為非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)，在溶液中的電解率非常低，基于裸電極陣列檢測時呈味物質(zhì)能夠發(fā)生的氧化還原反應(yīng)非常微弱，這說明裸電極也存在一定的局限性。綜上，尋找一種可靠便捷的檢測方法顯得尤為迫切，本研究制備的聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極陣列克服了裸電極陣列化學(xué)性質(zhì)不夠活潑的缺點(diǎn)，對黃酒中某些呈味物質(zhì)有較佳響應(yīng)，能夠可靠實(shí)現(xiàn)黃酒酒齡的預(yù)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極陣列的黃酒酒齡鑒別方法。本發(fā)明制備的修飾電極陣列響應(yīng)信號大，靈敏度高，穩(wěn)定性好，能夠可靠實(shí)現(xiàn)黃酒酒齡的預(yù)測。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極陣列的黃酒酒齡鑒別方法，該方法包括如下步驟：

(1)將pacbk/au/gce、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三組修飾電極組成的電極陣列作為工作電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，鉑柱電極作為輔助電極。

(2)取不同酒齡的黃酒樣品，每種酒齡的黃酒樣品隨機(jī)取2n(n大于等于35小于等于50)個作為測試樣品，將緩沖液和每個測試樣品按體積比為1：4-1：5進(jìn)行混合并放入不同的電解池中，在電化學(xué)工作站多頻掃描信號的激勵下采集測試樣品在工作電極上的電化學(xué)響應(yīng)信號，并獲得響應(yīng)電流曲線；其中，利用pacbk/au/gce和pabsa/au/gce檢測時，緩沖液采用濃度為0.1～0.2mol/l且ph值為2～2.5的磷酸鹽溶液或醋酸鹽溶液；利用pasp/pt/gce檢測時，緩沖液采用濃度為0.05～0.1mol/l的氫氧化鈉溶液。

(3)采集一個測試樣品后，將各電極插入盛有緩沖液的電解池中進(jìn)行清洗，清洗時采用循環(huán)伏安法在80～140mv/s掃描速度下掃描3～5圈，清洗結(jié)束后再進(jìn)行下一個測試樣品的采集。

(4)以工作電極采集到的響應(yīng)電流曲線與時間軸所圍區(qū)域的面積值作為測試樣品的特征值，以特征值為自變量，建立黃酒酒齡鑒別模型，將待測黃酒輸入到模型中，完成對黃酒酒齡的鑒別。

進(jìn)一步的，所述多頻掃描信號的表現(xiàn)形式為：三角波、方波或梯形波作為掃描波形，選取1hz、10hz、100hz和1000hz中的一種或幾種作為掃描頻率，電位變化區(qū)間為0～1.5v。

進(jìn)一步的，所述黃酒酒齡鑒別模型采用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或極限學(xué)習(xí)機(jī)方法建立。

進(jìn)一步的，所述極限學(xué)習(xí)機(jī)模型需在隱含層神經(jīng)元個數(shù)為10-70范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化。

本發(fā)明的有益效果是：相較于感官評價、品質(zhì)理化指標(biāo)測定和精密儀器檢測等傳統(tǒng)方法，修飾電極陣列方法更加方便和客觀；相較于裸電極陣列，聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極陣列能夠更有針對性、更準(zhǔn)確地獲取黃酒信息；相較于伏安法得到的電流電壓曲線，多頻掃描信號得到的響應(yīng)電流曲線更加簡潔，面積特征值較易獲得；結(jié)合支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或極限學(xué)習(xí)機(jī)等模式識別方法能較好實(shí)現(xiàn)黃酒酒齡的預(yù)測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中采用的方波多頻掃描信號波形圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中采用的梯形波多頻掃描信號波形圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中電極在方波多頻掃描信號下獲得的響應(yīng)電流曲線圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中電極在梯形波多頻掃描信號下獲得的響應(yīng)電流曲線圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中l(wèi)ssvm訓(xùn)練集回歸模型對6種酒齡黃酒的預(yù)測圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中l(wèi)ssvm測試集回歸模型對6種酒齡黃酒的預(yù)測圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中l(wèi)ibsvm訓(xùn)練集回歸模型對6種酒齡黃酒的預(yù)測圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中l(wèi)ibsvm測試集回歸模型對6種酒齡黃酒的預(yù)測圖。

具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施實(shí)例可以使本專業(yè)普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于此。

實(shí)施例1：

采用聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極陣列對6種酒齡的紹興古越龍山黃酒(3年陳、5年陳、8年陳、10年陳、15年陳和20年陳)進(jìn)行預(yù)測，過程如下：

(1)首先進(jìn)行修飾電極的制備：

a聚酸性鉻藍(lán)k/金納米復(fù)合材料修飾電極(pacbk/au/gce)：玻碳電極置于1.2mmol/l氯金酸(含有0.1mol/l硝酸鉀)溶液中，采用電流時間法在-0.2v恒電位下沉積240s，制得au/gce；au/gce置于0.5mmol/l酸性鉻藍(lán)k(用濃度為0.1mol/l且ph值為6的磷酸鹽緩沖液配制)溶液中，采用循環(huán)伏安法在-1.6～2v電位區(qū)間內(nèi)，以100mv/s的掃描速度掃描26圈，制得pacbk/au/gce。

b聚對氨基苯磺酸/金納米復(fù)合材料修飾電極(pabsa/au/gce)：au/gce制備過程同上；au/gce置于2mmol/l對氨基苯磺酸(用濃度為0.1mol/l且ph值為7的磷酸鹽緩沖液配制)溶液中，采用循環(huán)伏安法在-1.5～2.5v電位區(qū)間內(nèi)，以100mv/s的掃描速度掃描12圈，制得pabsa/au/gce。

c聚天冬氨酸/鉑納米復(fù)合材料修飾電極(pasp/pt/gce)：玻碳電極置于2mmol/l天冬氨酸(用濃度為0.1mol/l且ph值為6的磷酸鹽緩沖液)溶液中，采用循環(huán)伏安法在-1.2～2v電位區(qū)間內(nèi)，以100mv/s的掃描速度掃描15圈，制得pasp/gce；pasp/gce置于8mmol/l氯鉑酸(用0.5mol/l稀硫酸配制)溶液中，采用循環(huán)伏安法在-0.25～0.4v電位區(qū)間內(nèi)，以50mv/s的掃描速度掃描24圈，制得pasp/pt/gce。

(2)黃酒酒齡鑒別實(shí)驗(yàn)在電化學(xué)工作站上進(jìn)行，采用常規(guī)三電極體系，以pacbk/au/gce)、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三種聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極組成的電極陣列作為工作電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，鉑柱電極作為輔助電極。將各電極插入盛有緩沖液和黃酒樣品(體積比為1:4)的電解池中，在配套軟件上選擇方波和梯形波兩種多頻掃描信號施加于電極陣列進(jìn)行檢測，如圖1和圖2所示，具體參數(shù)如下：本實(shí)施例中頻率為1hz、10hz和100hz，實(shí)際上對1hz、10hz、100hz、1000hz這四種頻率的至少兩種進(jìn)行組合，均可能達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)要求，這里不再進(jìn)行一一舉例贅述；電位范圍0～1.5v，電位階躍增量0.3v，采樣間隔設(shè)為0.002s。下面以3年陳古越龍山黃酒為例進(jìn)行具體過程說明，其他酒齡黃酒檢測過程類推即可。首先準(zhǔn)備80杯3年陳古越龍山黃酒樣品，標(biāo)號1～80，每個樣品包含40ml黃酒(對于pacbk/au/gce和pabsa/au/gce，還需加入10mlph為2濃度為0.1mol/l的磷酸鹽緩沖液；對于pasp/pt/gce，則需加入10ml0.05mol/l氫氧化鈉溶液，用以調(diào)節(jié)ph值)；然后對于1號樣品，在三電極體系下進(jìn)行檢測，最后在磷酸鹽緩沖液中采用循環(huán)伏安法以80mv/s掃速掃描3圈對電極進(jìn)行清洗，2～80號樣品以同樣方式檢測后即完成3年陳古越龍山黃酒的檢測。

(3)圖3和圖4分別為pacbk/au/gce電極在方波和梯形波兩種多頻掃描信號下對應(yīng)獲得的響應(yīng)電流曲線，其他2個修飾電極的響應(yīng)電流曲線表現(xiàn)形式類似；以響應(yīng)電流曲線與時間軸所圍區(qū)域的面積值作為特征值，圖中陰影部分即代表一個面積特征值?；诿娣e特征值，計(jì)算出pacbk/au/gce、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三種電極在6種酒齡黃酒中的平均變異系數(shù)分別為5.61％，10.75％和2.23％，均小于15％，說明修飾電極穩(wěn)定性符合要求；pacbk/au/gce和pabsa/au/gce相關(guān)系數(shù)為0.4619，呈正的中等程度相關(guān)(0.4～0.6)，pacbk/au/gce和pasp/pt/gce相關(guān)系數(shù)為-0.3063，呈負(fù)的弱相關(guān)(0.2～0.4)，pabsa/au/gce和pasp/pt/gce相關(guān)系數(shù)為-0.1042，呈負(fù)的極弱相關(guān)(0～0.2)，由上可知3種電極間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)都不大，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

(4)采用lssvm和libsvm兩種支持向量機(jī)算法預(yù)測黃酒酒齡，從480個樣本數(shù)據(jù)(6種酒齡黃酒，每種酒80個樣品)中選取300個樣本(每種酒50個)作為訓(xùn)練集，180個樣本(每種酒30個)作為測試集，選取rbf函數(shù)作為核函數(shù)，分別在[-3,7]和[-10,10]兩個區(qū)間內(nèi)以采樣間隔2.5進(jìn)行網(wǎng)格搜索確定最佳組合的懲罰因子與核函數(shù)參數(shù)作為lssvm和libsvm模型的最終參數(shù)，lssvm兩個參數(shù)分別為γ＝523.95和σ²＝92.75，libsvm兩個參數(shù)分別為c＝1024和g＝0.0055。lssvm回歸模型訓(xùn)練集和預(yù)測集對應(yīng)的預(yù)測結(jié)果見圖5和圖6，其中訓(xùn)練集r²＝0.9769，mse＝0.7417，測試集r²＝0.9737，mse＝0.8259，測試集效果略好于訓(xùn)練集。libsvm回歸模型訓(xùn)練集和預(yù)測集對應(yīng)的預(yù)測結(jié)果見圖7和圖8，其中訓(xùn)練集r²＝0.9999，mse＝0.0044，測試集r²＝0.9998，mse＝0.0064。對比兩種模型預(yù)測效果，libsvm要優(yōu)于lssvm，特別是均方差mse更小。

實(shí)施例2：

(1)3組修飾電極的制備和實(shí)施例1相同；

(2)黃酒酒齡鑒別實(shí)驗(yàn)在電化學(xué)工作站上進(jìn)行，采用常規(guī)三電極體系，以pacbk/au/gce)、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三種聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極組成的電極陣列作為工作電極，銀/氯化銀電極作為參比電極，鉑柱電極作為輔助電極。將各電極插入盛有緩沖液和黃酒樣品(體積比為1:5)的電解池中，在配套軟件上選擇方波和梯形波兩種多頻掃描信號施加于電極陣列進(jìn)行檢測，具體參數(shù)如下：頻率設(shè)為1hz，10hz，100hz三種，電位范圍0～1.5v，電位階躍增量0.3v，采樣間隔設(shè)為0.002s。下面以3年陳古越龍山黃酒為例進(jìn)行具體過程說明，其他酒齡黃酒檢測過程類推即可。首先準(zhǔn)備80杯3年陳古越龍山黃酒樣品，標(biāo)號1～80，每個樣品包含50ml黃酒(對于pacbk/au/gce和pabsa/au/gce，還需加入10mlph為2.5濃度為0.2mol/l的磷酸鹽緩沖液；對于pasp/pt/gce，則需加入10ml0.1mol/l氫氧化鈉溶液，用以調(diào)節(jié)ph值)；然后對于1號樣品，在三電極體系下進(jìn)行檢測，最后在磷酸鹽緩沖液中采用循環(huán)伏安法以140mv/s掃速掃描5圈對電極進(jìn)行清洗，2～80號樣品以同樣方式檢測后即完成3年陳古越龍山黃酒的檢測。

接下來的步驟和實(shí)施例1相同，這里不再贅述。

上述對6種紹興古越龍山黃酒酒齡的預(yù)測結(jié)果表明，聚合物/金屬納米復(fù)合材料修飾電極陣列能夠作為一種可靠的方法應(yīng)用在黃酒以及飲料、牛奶等液體食品的質(zhì)量鑒別檢測。

上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。