拉曼散射即光映射于物质上生成的非弹性散射,拉曼散射有斯托克斯散射与反斯托克斯散射,一般监测到的是斯托克斯散射。每种物质具有特征拉曼光谱,其拉曼谱线个数、位移值高低与谱带强度与分子振动相关,可以此为依据对物质进行鉴别。白酒质量控制中拉曼光谱主要应用于白酒香型鉴别、食品安全指标检测等方面的在线实时检测。白酒中食品安全控制常采用表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman spectroscopy,SERS)技术。主要过程为已知组分白酒样品光谱的采集,光谱与样品组分建标,验证优化获得模型,未知样品代入模型验证。
一. 白酒中酒精勾兑的检测
乙醇的拉曼光谱谱峰强度与乙醇浓度成正比,且不同浓度乙醇溶液微观结构不同,拉曼光谱谱峰位置也不同。利用乙醇的 C-C-O 伸缩振动谱峰强度和谱峰位置的关联进行测量乙醇浓度。有学者利用绝对拉曼差谱呈现出不同乙醇浓度下的 C-C-O 伸缩振动拉曼谱峰差别,计算光谱偏移量,通过偏移量和乙醇浓度的关系确定样品中乙醇含量。除乙醇含量测定外,由于粮食发酵酒与乙醇的拉曼光谱特征峰大致相同,有 1~10 cm−1 偏移,由此拉曼光谱技术还可用于鉴别粮食发酵酒与酒精勾兑酒。
二. 白酒中农药残留的检测
酿酒原料在种植过程中受环境影响,将部分克百威、乐果和敌敌畏农药残留带入白酒。目前,常用的农残检测方法和技术主要是气相色谱和液相色谱技术。利用拉曼光谱技术检测农药残留的报道较少,有学者建立了 SERS 技术对白酒中农药残留——克百威的定性检测方法,能检出白酒中微量的克百威。现有白酒中农药残留检测的方法多需要进行萃取等前处理,拉曼光谱具有操作简便省时等优势,认为拉曼光谱在白酒中农药残留检测的应用具有较大潜力。
三. 白酒中食品添加剂的检测
糖精钠、西地那非作为白酒中常见的非法添加剂,其副作用威胁着人类的健康。因此,准确检测和识别白酒中糖精钠、西地那非具有重要意义。学者建立了基于新型核壳纳米粒子的 SERS 技术检测白酒中糖精钠的方法。在检测模型建模过程中为获得较强的拉曼信号,常制备金溶胶进行增强基底优化。学者基于溶剂萃取法,利用二氯甲烷提取白酒中的糖精钠,制备金溶胶并浓缩,进行增强底优化,以获得最佳拉曼信号实现白酒中糖精钠的快速检测,其检出限为 0.5 mg/L。有学者将 OptoTraceRaman202 作为 SERS 的金溶胶,准确检测白酒等酒精饮料中的西地那非含量。拉曼光谱应用于白酒中非法添加剂的检测为有关检测部门以及白酒生产过程中质量安全监测提供了有效的手段。
四. 白酒中内源性污染物的检测
白酒中的内源性污染物已检测出生物胺(Biogenic Amines,BAs)、氨基甲酸甲酯(methyl carbamate,MC)和氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,EC)等。白酒中的 BAs 来自于乳酸菌代谢或氨基酸脱羧形成;MC 和 EC 在粮食发酵酒中以尿素和氰酸盐等氰化物为前体物质,与乙醇反应生成。三者均为致癌物质,其含量检测对白酒产品的食品安全有重要意义。2015 年,SERS 开始被应用于在食品 BAs 检测,且前多集中在鱼类中组胺的检测,在白酒中的应用研究尚未见报道。基于 SERS 的 BAs 检测在食品分析中的主要局限性在于拉曼光谱仪的价格昂贵,以及进行定量需要贵金属纳米颗粒。徐晨曦等[62−63] 基于激光拉曼光谱技术,建立 MC 和 EC 标准样品激光拉曼光谱数据库,使用拉曼增敏试剂使样品信号增强,从而实现白酒中 MC、EC 残留的定性定量。拉曼光谱技术应用于白酒中食品安全的研究与应用多聚焦在成品酒各项指标的测定,针对生产过程中内源性污染物溯源与追踪研究较少,进一步可探讨拉曼光谱技术在白酒酿造过程内源性污染物测定与追踪的应用。
拉曼光谱在酿酒领域中有多种应用,可以提供关于酿酒过程和酿酒产品的重要信息。以下是一些典型的应用场景:
1. 原料分析:拉曼光谱可以用于原料的分析和鉴别。通过对葡萄、大麦、酵母等酿酒原料进行拉曼光谱扫描,可以确定其组成和质量特征,包括糖类、蛋白质、有机酸等成分。这有助于酿酒师评估原料的品质和适用性,选择最佳原料进行酿造。
2. 发酵过程监控:拉曼光谱可以实时监测酵母发酵过程中的代谢活动和产物积累。通过对发酵液中的拉曼光谱进行采集和分析,可以获得有关酵母生长、糖类利用、酒精生成等信息。这对于控制发酵过程的温度、pH值和营养条件,以及调整酿造策略具有指导意义。
3. 酿酒产品分析:拉曼光谱可以用于酿酒产品的分析和质量控制。通过对葡萄酒、啤酒等样品进行拉曼光谱扫描,可以检测和鉴定其中的成分,如酒精、糖类、酸度、多酚等。这有助于评估酒的质量、风味特征和健康安全性,并进行质量控制和品牌保护。
拉曼散射即光映射于物质上生成的非弹性散射,拉曼散射有斯托克斯散射与反斯托克斯散射,一般监测到的是斯托克斯散射。每种物质具有特征拉曼光谱,其拉曼谱线个数、位移值高低与谱带强度与分子振动相关,可以此为依据对物质进行鉴别。白酒质量控制中拉曼光谱主要应用于白酒香型鉴别、食品安全指标检测等方面的在线实时检测。白酒中食品安全控制常采用表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman spectroscopy,SERS)技术。主要过程为已知组分白酒样品光谱的采集,光谱与样品组分建标,验证优化获得模型,未知样品代入模型验证。
一. 白酒中酒精勾兑的检测
乙醇的拉曼光谱谱峰强度与乙醇浓度成正比,且不同浓度乙醇溶液微观结构不同,拉曼光谱谱峰位置也不同。利用乙醇的 C-C-O 伸缩振动谱峰强度和谱峰位置的关联进行测量乙醇浓度。有学者利用绝对拉曼差谱呈现出不同乙醇浓度下的 C-C-O 伸缩振动拉曼谱峰差别,计算光谱偏移量,通过偏移量和乙醇浓度的关系确定样品中乙醇含量。除乙醇含量测定外,由于粮食发酵酒与乙醇的拉曼光谱特征峰大致相同,有 1~10 cm−1 偏移,由此拉曼光谱技术还可用于鉴别粮食发酵酒与酒精勾兑酒。
二. 白酒中农药残留的检测
酿酒原料在种植过程中受环境影响,将部分克百威、乐果和敌敌畏农药残留带入白酒。目前,常用的农残检测方法和技术主要是气相色谱和液相色谱技术。利用拉曼光谱技术检测农药残留的报道较少,有学者建立了 SERS 技术对白酒中农药残留——克百威的定性检测方法,能检出白酒中微量的克百威。现有白酒中农药残留检测的方法多需要进行萃取等前处理,拉曼光谱具有操作简便省时等优势,认为拉曼光谱在白酒中农药残留检测的应用具有较大潜力。
三. 白酒中食品添加剂的检测
糖精钠、西地那非作为白酒中常见的非法添加剂,其副作用威胁着人类的健康。因此,准确检测和识别白酒中糖精钠、西地那非具有重要意义。学者建立了基于新型核壳纳米粒子的 SERS 技术检测白酒中糖精钠的方法。在检测模型建模过程中为获得较强的拉曼信号,常制备金溶胶进行增强基底优化。学者基于溶剂萃取法,利用二氯甲烷提取白酒中的糖精钠,制备金溶胶并浓缩,进行增强底优化,以获得最佳拉曼信号实现白酒中糖精钠的快速检测,其检出限为 0.5 mg/L。有学者将 OptoTraceRaman202 作为 SERS 的金溶胶,准确检测白酒等酒精饮料中的西地那非含量。拉曼光谱应用于白酒中非法添加剂的检测为有关检测部门以及白酒生产过程中质量安全监测提供了有效的手段。
四. 白酒中内源性污染物的检测
白酒中的内源性污染物已检测出生物胺(Biogenic Amines,BAs)、氨基甲酸甲酯(methyl carbamate,MC)和氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,EC)等。白酒中的 BAs 来自于乳酸菌代谢或氨基酸脱羧形成;MC 和 EC 在粮食发酵酒中以尿素和氰酸盐等氰化物为前体物质,与乙醇反应生成。三者均为致癌物质,其含量检测对白酒产品的食品安全有重要意义。2015 年,SERS 开始被应用于在食品 BAs 检测,且前多集中在鱼类中组胺的检测,在白酒中的应用研究尚未见报道。基于 SERS 的 BAs 检测在食品分析中的主要局限性在于拉曼光谱仪的价格昂贵,以及进行定量需要贵金属纳米颗粒。徐晨曦等[62−63] 基于激光拉曼光谱技术,建立 MC 和 EC 标准样品激光拉曼光谱数据库,使用拉曼增敏试剂使样品信号增强,从而实现白酒中 MC、EC 残留的定性定量。拉曼光谱技术应用于白酒中食品安全的研究与应用多聚焦在成品酒各项指标的测定,针对生产过程中内源性污染物溯源与追踪研究较少,进一步可探讨拉曼光谱技术在白酒酿造过程内源性污染物测定与追踪的应用。
拉曼光谱在酿酒领域中有多种应用,可以提供关于酿酒过程和酿酒产品的重要信息。以下是一些典型的应用场景:
1. 原料分析:拉曼光谱可以用于原料的分析和鉴别。通过对葡萄、大麦、酵母等酿酒原料进行拉曼光谱扫描,可以确定其组成和质量特征,包括糖类、蛋白质、有机酸等成分。这有助于酿酒师评估原料的品质和适用性,选择最佳原料进行酿造。
2. 发酵过程监控:拉曼光谱可以实时监测酵母发酵过程中的代谢活动和产物积累。通过对发酵液中的拉曼光谱进行采集和分析,可以获得有关酵母生长、糖类利用、酒精生成等信息。这对于控制发酵过程的温度、pH值和营养条件,以及调整酿造策略具有指导意义。
3. 酿酒产品分析:拉曼光谱可以用于酿酒产品的分析和质量控制。通过对葡萄酒、啤酒等样品进行拉曼光谱扫描,可以检测和鉴定其中的成分,如酒精、糖类、酸度、多酚等。这有助于评估酒的质量、风味特征和健康安全性,并进行质量控制和品牌保护。