基于主成分分析判別不同等級醬香型白酒的研究

陸倫維，鐘 敏，馮小兵，程平言，張 健，徐 松

（貴州茅臺酒廠（集團）習酒有限責任公司，貴州習水 564622）

醬香型白酒是我國十二大白酒香型之一，以“微黃透明，醬香突出、優雅細膩，空杯留香，入口柔綿，回味悠長”的風格特點為人們所喜愛[1]。醬香型白酒生產具有“高溫制曲、高溫堆積、高溫發酵、高溫餾酒、多輪次取酒”等工藝特點，醬香型白酒風味成分眾多且香氣復雜[2-4]。

白酒中除了含有98%左右的乙醇和水，還含有2%的微量成分，主要包括醇類、酯類、醛類、酸類和酚類等物質，是決定白酒風味、口感和風格的關鍵成分[5-6]。當前，氣相色譜用于白酒成分的分析檢測方法較為成熟[7-8]，可以分析較多的風味成分，這些色譜成分可以真實反映白酒中實際組分的構成。

主成分分析法是一種通過降維技術將多個變量轉化為少數幾個主成分的實用統計分析方法，是解決存在多變量，且變量間存在一定聯系等相關問題的一種有效方法[9-10]。得到的主成分是原始變量的線性組合，能夠最大程度地反映原始變量所包含的信息，簡化原來的多維問題。胡國棟等[11]最早將主成分分析用于白酒香型的研究；吳天祥等[12]利用主成分分析法分析了16 種白酒，確定了白酒風格的主要骨架成分。主成分分析法被廣泛應用于酒類、茶葉和食品工藝等領域[13-16]。本研究主要是運用主成分分析法對白酒中的風味物質進行降維處理，對不同等級醬香型白酒進行判別，為醬香型白酒質量控制提供了一種參考方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：某廠不同等級53%vol 醬香型白酒5 個，記為Y1、Y2、Y3、Y4、Y5。

試劑：無水乙醇（色譜純）；乙酸正戊酯（內標）、叔戊醇（內標）、2-乙基丁酸（內標）；己酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸等38 種標準物質；均為色譜純且純度≥98.0%，天津市津科精細化工研究所。

儀器設備：Agilent 6890N 氣相色譜儀：帶7683B 自動進樣器、配FID 檢測器和Agilent 色譜工作站（美國安捷倫科技有限公司）；電子天平AR2130/C，奧豪斯上海公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品預處理

用色譜純乙醇和超純水配制體積分數為60%的乙醇溶液，以此為基體，配制體積分數分別為2%的叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸內標混合液。在10 mL 容量瓶中準確加入10 mL 酒樣，添加0.2 mL 內標混合液，搖勻，靜置10 min，取2 mL 進樣分析。

1.2.2 儀器分析條件

氣相色譜分析條件：色譜柱：CP97723 CPWAX 57CB 毛細管柱（50 m×0.25 mm×0.20 μm）；進樣口溫度230 ℃，載氣為氮氣、空氣和氫氣，分流比40∶1；升溫程序：起始40 ℃，保持3 min，以2 ℃/min升溫至80 ℃，不保持；再以7.5 ℃/min 升溫至215 ℃，保持24 min。

1.2.3 定性與定量

通過標準品比對進行定性，采用內標法進行定量。

1.2.4 數據處理

用軟件SPSS22.0 對5 個不同等級的醬香酒風味物質含量做主成分分析。

2 結果與分析

2.1 樣品揮發性風味成分檢測結果

將以上5 個樣品取樣、添加內標混合物后，取樣進氣相色譜儀分析，所得5 個樣品中揮發性風味成分測量結果如表1所示。

2.2 主成分分析結果

主成分分析法可以將多個變量指標歸納為少數幾個綜合指標，利于分析。采用軟件SPSS22.0對38 種揮發性風味成分（從乙醛到二乙氧基甲烷分別表示為X1 到X38）含量進行主成分分析，得到其主成分的特征值、方差貢獻率及累計貢獻率，如表2，主成分載荷矩陣及特征向量，見表3。

由表2 可知，第一主成分（PC1）貢獻率為72.231%，第二主成分（PC2）貢獻率為11.996%，第三主成分（PC3）貢獻率為70.862%，第四主成分（PC4）貢獻率為5.010%。根據主成分貢獻率累計超過85%時，可以用主成分代表原始數據，因此選前3 個主成分（累計貢獻率94.990%）代替原來的38 個揮發性風味成分進行分析，達到了降維的目的。

以38 種風味物質的第一主成分載荷值為橫坐標、第二主成分載荷值為縱坐標作散點圖得圖1。

變量的載荷系數反映了白酒中揮發性風味成分對各主成分的影響程度，載荷系數絕對值越大，表明該變量對主成分的貢獻也越大。結合表3 和圖1 可知，PC1 中異戊醛（X5）、異戊醇（X14）、活性戊醇（X13）、異丁醇（X10）、乙酸（X21）、仲丁醇（X7）、甲醇（X6）、乳酸乙酯（X18）、戊醇（X16）、己醇（X19）、異丁醛（X37）、丁醇（X12）、苯乙酸乙酯（X30）、糠醛（X22）、異戊酸乙酯（X35）、辛酸乙酯（X20）、二乙氧基甲烷（X38）、己酸乙酯（X15）、乙縮醛（X4）、戊酸（X27）、丁酸（X24）等21 個變量載荷系數較高，說明了相應的21 種風味成分對PC1成分體現的風味信息影響較大，PC1 可單獨解釋風味物質方差信息量的72.23%；PC2 中苯乙醇（X32）、2,3-丁二醇（X29）、異丁酸（X25）等變量載荷系數較高，在PC2 的風味信息中起主要作用，可解釋風味物質方差信息量的12.00%；PC3 中1,2-丙二醇（X28）、己酸（X31）、丁酸乙酯（X8）等變量載荷系數較高，在PC3 成分風味信息中代表性較強。各成分中的代表性物質在評價醬香型白酒的風味成分中有重要的作用。

表1 5個樣品中揮發性成分檢測結果 (mg/L)

本研究利用主成分分析建立醬香型白酒質量評價模型，結合感官評價法期望能夠找到醬香型白酒等級劃分更為客觀的評價方法。由表2、表3 可以建立PC1、PC2、PC3 3 個主成分的線性回歸方程：即

表2 主成分的特征值及其貢獻率

表3 主成分載荷矩陣及特征向量

以每個主成分所對應的的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重計算主成分綜合得分模型：

式中，α1、α2、α3 分別代表第一主成分、第二主成分、第三主成分的特征值。

根據上述主成分特征值可知，5 個不同等級的醬香型白酒質量評價模型為：F=0.7604PC1+0.1263PC2+0.1133PC3

根據評價模型可以計算出5 個不同等級醬香型白酒各主成分得分及綜合得分，見表4。

表4 不同樣品主成分得分

由表4 可以看出，綜合排名第一位的是Y2 酒樣，依次為Y3、Y1、Y4、Y5。與感官評價結果相同，說明建立該模型有實際意義，能夠將不同等級的醬香型酒樣判別出來。

主成分分析法作為一種多元分析法還可以運用于產品類型的判別。楊婧等[17]利用主成分分析法分析不同香型白酒，指出主成分分析法可以識別不同香型白酒。以表4 中5 個不同等級醬香型白酒的第一主成分分值為橫坐標、第二主成分分值為縱坐標作散點圖得圖2。由圖2 可知，5 個不同等級醬香型白酒均位于第四象限且較為接近，主要原因是5 個酒樣均為同一廠家生產，酒樣中的風味物質及其含量具有較高的相似性。

3 結論

利用氣相色譜法測定5 個不同等級醬香型白酒中的揮發性風味物質，共檢測了38 種風味物質。利用軟件SPSS22.0 對所測的風味物質進行主成分分析，找到了3 個主成分包含了94%以上的信息。通過主成分分析建立質量評價模型計算5 個酒樣的風味評分，分值順序為Y2＞Y3＞Y1＞Y4＞Y5，與感官評價結果相同。5 個酒樣在PC1 和PC2的主成分散點圖均分布在第四象限，表明同一廠家生產的醬香型白酒在風味物質上具有較高的相似性。

綜上所述，通過對醬香型白酒的風味物質含量進行主成分分析，可以判別出酒樣的質量等級，為醬香型白酒質量控制和假酒鑒定提供新的思路和方法。