CN102645464A - 一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速检测黄酒中氨基酸含量的方法，包括黄酒氨基酸模型的建立，黄酒氨基酸模型的验证，用电子舌系统采集待测黄酒样品味觉指纹信息后调入经过验证的黄酒氨基酸模型，得出待测黄酒样品中的氨基酸含量。该方法能快速检测出黄酒中异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、脯氨酸和赖氨酸等11种氨基酸的含量，具有操作简单，检测成本低，与传统的氨基酸自动分析仪法相比，黄酒样品的前处理不复杂、所需的检测条件简便、花费的检测时间较短。

Description

一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法
技术领域
    本发明属于食品分析领域，尤其涉及一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸含量的方法。
技术背景
黄酒是以稻米、黍米、玉米、小麦等为主要原料，经蒸煮、加曲、糖化、发酵、压榨、过滤、煎酒、贮存、勾兑而成的酿造酒。黄酒中含有丰富而复杂的成分，除乙醇和水外，还有氨基酸、糖类、有机酸、无机盐及微量元素等。
氨基酸不仅是黄酒的主要营养成分之一，也是黄酒的风味物质或风味前驱物质，对黄酒的风味有着重要的贡献。因此，准确、快速测定黄酒中氨基酸含量对黄酒的品质控制和勾兑配方确定具有重要的意义。
常用的氨基酸分析方法有氨基酸自动分析仪法、离子交换色谱法、高效液相色谱法、液相色谱-质谱联用法。以上分析方法预处理较为复杂、耗时，而且检测成本较高，不适宜用于生产企业的常规分析。
    20世纪90年代以来，电子舌系统逐渐被引入饮料酒质量评价和风味分析中。电子舌系统是利用低特异性、选择性、非交互敏感的多传感阵列感测液体样品的整体特征响应信号，通过信号模式识别处理或合适的多元统计分析方法，对样品进行定性和定量分析的新型分析仪器。它具有即时准确、可重复检测和不会因“疲劳”而产生误差等优点。
发明内容
    本发明的目的为了解决上述的技术问题而提供了一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸含量的方法，该方法具有操作简单、检测成本低等特点。
本发明的技术方案
一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，包括如下步骤：
（1）、黄酒氨基酸模型的建立
①、收集黄酒作为建立模型的建模集样品；
②、用电子舌系统采集建模集黄酒样品味觉指纹信息，得到建模集黄酒样品的雷达图；
③、采用氨基酸自动分析仪测定建模集黄酒样品的氨基酸含量；
④、建立步骤②中电子舌系统获得的建模集黄酒样品的味觉指纹信息的雷达图及步骤③中氨基酸自动分析仪获得的氨基酸含量之间的模型；
酪氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的模型采用偏最小二乘法建立；
天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和脯氨酸的模型采用支持向量机建立；
（2）、黄酒氨基酸模型的验证
①、收集黄酒作为验证模型的验证集样品；
②、用电子舌系统采集验证集黄酒样品味觉指纹信息，得到验证集黄酒样品的雷达图；
③、采用氨基酸自动分析仪测定验证集样品的氨基酸含量，即化学值                                               
Figure 2012101194325100002DEST_PATH_IMAGE002
；
④、将步骤②获得的验证集黄酒样品味觉指纹信息的雷达图调入步骤（1）中建立的黄酒氨基酸模型，得出验证集黄酒样品氨基酸含量，即预测值
Figure 2012101194325100002DEST_PATH_IMAGE004
；
⑤、通过对比验证集样品的化学值
Figure 102308DEST_PATH_IMAGE002
与预测值
Figure 326616DEST_PATH_IMAGE004
的相关系数r、预测标准差RMSEP和平均相对偏差MRE来衡量模型的性能，其中，r、RMSEP和MRE由以下公式计算：
              
              
Figure 2012101194325100002DEST_PATH_IMAGE008
              
Figure 2012101194325100002DEST_PATH_IMAGE010
    式中，n——验证集样品数；
          
Figure 762015DEST_PATH_IMAGE002
——验证集第i个样品的化学值，即基于氨基酸自动分析仪法的氨基酸含量；
         
Figure 2012101194325100002DEST_PATH_IMAGE012
——验证集样品化学值的平均值，即基于氨基酸自动分析仪法的氨基酸含量的平均值；
         
Figure 921732DEST_PATH_IMAGE004
——验证集中第i个样品的预测值，即基于电子舌系统快速预测的氨基酸含量；
（3）、用电子舌系统采集待测黄酒样品味觉指纹信息，得到待测黄酒样品的雷达图；
（4）、将步骤（3）获得的待测黄酒样品味觉指纹信息的雷达图调入步骤（2）中经过验证的黄酒氨基酸模型，得出待测黄酒样品氨基酸含量。
上述的一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，其中黄酒中的氨基酸是指异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、脯氨酸和赖氨酸等11种氨基酸。
   本发明的有益效果
本发明的一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，由于采用了电子舌系统技术，相比与传统的氨基酸自动分析仪法，方法操作简单、检测成本低、样品前处理不复杂、所需的检测条件简便、花费的检测时间较短，能够快速检测出黄酒中的异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、脯氨酸和赖氨酸等11种氨基酸，是黄酒的品质控制和勾兑技术中的一种风味物质快速检测新方法。
附图说明
图1、为建模集黄酒样品的雷达图；
图2、为建模集黄酒样品的氨基酸色谱图；
图3、为天冬氨酸支持向量机模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图4、为谷氨酸支持向量机模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图5、为丙氨酸支持向量机模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图6、为酪氨酸偏最小二乘模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图7、为半胱氨酸偏最小二乘模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图8、为缬氨酸偏最小二乘模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图9、为苯丙氨酸偏最小二乘模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图10、为异亮氨酸支持向量机模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图11、为亮氨酸支持向量机模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图12、为赖氨酸偏最小二乘模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图13、为脯氨酸支持向量机模型的化学值和预测值之间的相关关系；
图14、为实施例1中待测黄酒样品的雷达图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明所用的电子舌系统为法国Alpha M.O.S.公司的α-Astree电子舌系统系统。该电子舌系统由传感器阵列、自动进样器、数据采集系统和数据分析软件组成。其中传感器阵列由7根电化学传感器和1根Ag/AgCl参比电极组成。7根电化学传感器分别为酸(SRS)、甜(SWS)、苦(BRS)、咸(STS)、鲜(UMS)以及2根复合传感器1(GPS)和复合传感器2（SPS)，7根传感器具有不同的分子膜，其分别对不同的味道选择性地吸附。测定的数据即为电化学传感器和参比电极Ag/AgCl之间产生的电势差，参比电极的电压是恒定的，由此7根传感器可以将化学试剂和离子的变化转化成电信号，这些电信号传输到数据采集系统。数据分析软件可设置测定样品的工作参数，并进行数据处理，如模式识别或多元统计分析。
本发明所用的基于氨基酸自动分析仪的黄酒中氨基酸含量测定方法为：采用Hitachi 835-50氨基酸自动分析仪对建模集和验证集黄酒样品中的11种游离氨基酸（异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、脯氨酸和赖氨酸）进行分析。
Hitachi 835-50氨基酸自动分析仪的色谱条件：离子交换柱（2.6×150 mm），衍生剂为茚三酮，柱温53℃，流速0.3mL/min，进样量5μL。
本发明实施例所用的衍生剂茚三酮购自国药集团化学试剂有限公司。
本发明实施例所用的建模集样品选自上海金枫酒业股份有限公司生产的不同批次的同品种黄酒，每个氨基酸指标选用26个黄酒样品。
验证集样品选自上海金枫酒业股份有限公司生产的不同批次的同品种黄酒，共计6个样品。
本发明实施例中所用的待测黄酒样品为上海金枫酒业股份有限公司生产。
实施例1
一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，包括如下步骤：
（1）、黄酒氨基酸模型建立
①、建模集黄酒样品的味觉指纹信息
             利用电子舌系统采集建模集黄酒样品的味觉指纹信息，得到了清晰的雷达图如图1所示，从图1中可以看出：样品在咸(STS)、复合传感器1(GPS)、苦(BRS)和复合传感器2(SPS)的味觉指纹信息差异较小，在酸(SRS)、甜(SWS)和鲜(UMS)的味觉指纹信息有一定的差异；
②、建模集黄酒样品的氨基酸含量
利用氨基酸自动分析仪测定了建模集黄酒样品氨基酸含量，取黄酒样品1mL与1mL 10%的茚三酮水溶液混合，待混合液沉淀后进行离心分离，取上清液进样于氨基酸自动分析仪中，其色谱图如图2所示，从图2中可以得出：采用的基于氨基酸自动分析仪的黄酒中氨基酸含量测定方法可较好的将建模集黄酒样品中的异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、脯氨酸和赖氨酸分离并检测；
③、黄酒氨基酸模型建立
             分别利用步骤①所得的建模集黄酒样品的味觉指纹信息的雷达图和步骤②所得的建模集黄酒样品中氨基酸的化学值采用偏最小二乘法分别建立酪氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的模型，该模型的化学值和预测值之间的相关关系分别如图6、7、8、9和12所示；
由图6、7、8、9和12可以看出，所得的酪氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的模型，由于化学值与预测值
Figure 798476DEST_PATH_IMAGE004
有较好的线性关系，因而模型性能稳定、准确可靠； 
分别利用步骤①所得的建模集黄酒样品味觉指纹信息的雷达图和步骤②所得的建模集黄酒样品中氨基酸的化学值采用支持向量机分别建立天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和脯氨酸的模型，该模型的化学值和预测值之间的相关关系分别如图3、4、5、10、11和13所示；
由图3、4、5、10、11和13可以看出，所得的天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和脯氨酸的模型，由于化学值
Figure 980058DEST_PATH_IMAGE002
与预测值
Figure 107414DEST_PATH_IMAGE004
有较好的线性关系，因而模型性能稳定、准确可靠；
（2）、黄酒氨基酸模型验证
①、用电子舌系统采集验证集黄酒样品味觉指纹信息，得到验证集黄酒样品雷达图；
②、采用氨基酸自动分析仪测定验证集样品的氨基酸含量，即化学值
Figure 7237DEST_PATH_IMAGE002
；
③、将步骤②获得的验证集黄酒样品味觉指纹信息的雷达图调入步骤（1）中建立的黄酒氨基酸模型，得出验证集黄酒样品氨基酸含量，即预测值
Figure 511031DEST_PATH_IMAGE004
。
④、计算验证集样品的氨基酸自动分析仪所测化学值
Figure 750382DEST_PATH_IMAGE002
与电子舌系统预测值
Figure 110956DEST_PATH_IMAGE004
的相关系数r、预测标准差RMSEP和平均相对偏差MRE，结果见表1；
另外，从表1也可以看出，预测模型的相关系数r高于0.7，电子舌系统预测结果与氨基酸自动分析仪所测结果的相对标准偏差MRE均小于10%，表明所建立的氨基酸模型应用于黄酒氨基酸含量的预测是准确可靠的。
表1、 黄酒中氨基酸模型的相关系数r、预测标准差RMSEP和平均相对偏差MRE
氨基酸 r RMSEP(mg/L) MRE（%）
天冬氨酸Asp 0.78 9.96 4.04
谷氨酸Glu 0.78 23.03 7.32
丙氨酸Ala 0.87 19.49 3.21
酪氨酸Tyr 0.83 11.90 5.10
半胱氨酸Cys 0.77 2.19 8.96
缬氨酸Val 0.92 12.90 6.36
苯丙氨酸Phe 0.78 6.79 3.40
异亮氨酸Ile 0.92 5.12 3.31
亮氨酸Leu 0.90 14.50 4.74
赖氨酸Lys 0.74 13.20 5.26
脯氨酸Pro 0.74 11.24 2.16
（3）、用电子舌系统采集待测黄酒样品味觉指纹信息，得到待测黄酒样品雷达图如图14所示；
（4）、将步骤（3）中利用电子舌系统获得的待测黄酒样品味觉指纹信息的雷达图调入步骤（2）中经过验证的黄酒氨基酸模型，得出待测黄酒样品氨基酸含量，结果见表2：
表2、 待测黄酒中氨基酸的含量 
氨基酸 含量（mg/L)
天冬氨酸Asp 211.76
谷氨酸Glu 319.44
丙氨酸Ala 507.86
酪氨酸Tyr 144.08
半胱氨酸Cys 24.46
缬氨酸Val 120.34
苯丙氨酸Phe 196.76
异亮氨酸Ile 104.17
亮氨酸Leu 205.86
赖氨酸Lys 205.86
脯氨酸Pro 274.65
综上所述，本发明的一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，其操作简单，检测成本低，与传统的氨基酸自动分析仪法相比，样品前处理不复杂，所需的检测条件简便，花费的检测时间较短，是黄酒的品质控制和勾兑技术中的一种风味物质快速检测新方法。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）、黄酒氨基酸模型的建立
①、收集黄酒作为建立模型的建模集样品；
②、用电子舌系统采集建模集黄酒样品味觉指纹信息，得到建模集黄酒样品的雷达图；
③、采用氨基酸自动分析仪测定建模集黄酒样品的氨基酸含量；
④、建立步骤②中电子舌系统获得的建模集黄酒样品的味觉指纹信息的雷达图及步骤③中氨基酸自动分析仪获得的氨基酸含量之间的模型；
酪氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的模型采用偏最小二乘法建立；
天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和脯氨酸的模型采用支持向量机建立；
（2）、黄酒氨基酸模型的验证
①、收集黄酒作为验证模型的验证集样品；
②、用电子舌系统采集验证集黄酒样品味觉指纹信息，得到验证集黄酒样品的雷达图；
③、采用氨基酸自动分析仪测定验证集样品的氨基酸含量，即化学值                                               
Figure 2012101194325100001DEST_PATH_IMAGE002
；
④、将步骤②获得的验证集黄酒样品味觉指纹信息的雷达图调入步骤（1）中建立的黄酒氨基酸模型，得出验证集黄酒样品氨基酸含量，即预测值
Figure 2012101194325100001DEST_PATH_IMAGE004
；
⑤、通过对比验证集样品的化学值与预测值
Figure 246637DEST_PATH_IMAGE004
的相关系数r、预测标准差RMSEP和平均相对偏差MRE来衡量模型的性能，其中，r、RMSEP和MRE由以下公式计算：
              
Figure 2012101194325100001DEST_PATH_IMAGE006
              
              
Figure 2012101194325100001DEST_PATH_IMAGE010
    式中，n——验证集样品数；
          ——验证集第i个样品的化学值，即基于氨基酸自动分析仪法的氨基酸含量；
         
Figure 2012101194325100001DEST_PATH_IMAGE012
——验证集样品化学值的平均值，即基于氨基酸自动分析仪法的氨基酸含量的平均值；
         
Figure 144241DEST_PATH_IMAGE004
——验证集中第i个样品的预测值，即基于电子舌系统快速预测的氨基酸含量；
（3）、用电子舌系统采集待测黄酒样品味觉指纹信息，得到待测黄酒样品的雷达图；
（4）、将步骤（3）获得的待测黄酒样品味觉指纹信息的雷达图调入步骤（2）中经过验证的黄酒氨基酸模型，得出待测黄酒样品氨基酸含量。
2.如权利要求1所述的一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，其特征在于所述黄酒氨基酸为异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、脯氨酸和赖氨酸。
3.如权利要求1或2所述的一种利用电子舌系统快速检测黄酒中氨基酸的方法，其特征在于所述的电子舌系统为法国Alpha M.O.S.公司的α-Astree电子舌系统。
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