一种基于聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列的黄酒酒龄鉴别方法与流程

本发明属于酒类检测技术方法，具体涉及到一种基于聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列的黄酒酒龄鉴别方法。

背景技术：

黄酒酒龄是指发酵后的成品原酒在酒坛中贮存的年限，gb/t13662-2008《黄酒》国标规定销售包装标签上的酒龄为标注酒龄，按照勾兑酒的酒龄加权平均方法来计算，勾兑的黄酒中至少要有50％的基酒达到产品所标注的酒龄，实际操作中酒厂使用数种不同酒龄的酒勾兑，使其平均酒龄达到产品所标注的标准。绍兴黄酒的年份不仅蕴含着丰富的历史积淀，还代表着香醇浓郁的口感，越陈越香，越陈越贵，但通过这种方法勾兑的黄酒，其酒龄的真实性主要还是依靠企业的信誉及行业自律来保证。

目前黄酒的酒龄鉴别标准主要包括感官评价、品质理化指标测定和精密仪器检测三种方式。感官评价往往受到评价者主观因素和外界环境条件的影响，结果存在一定的模糊性；品质理化指标测定对操作人员要求较高，样品预处理繁琐耗时，不能满足工业化生产的要求；精密仪器检测只是对呈味物质的含量进行了检测，并没有考虑多种呈味物质之间的协同增效作用，另外设备购买及维护费用昂贵。也有研究将裸电极阵列应用到黄酒酒龄鉴别中，但因黄酒中的特征呈味物质主要是糖类、酸类、酚类和氨基酸等有机物质，而有机物多为非电解质或弱电解质，在溶液中的电解率非常低，基于裸电极阵列检测时呈味物质能够发生的氧化还原反应非常微弱，这说明裸电极也存在一定的局限性。综上，寻找一种可靠便捷的检测方法显得尤为迫切，本研究制备的聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列克服了裸电极阵列化学性质不够活泼的缺点，对黄酒中某些呈味物质有较佳响应，能够可靠实现黄酒酒龄的预测。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列的黄酒酒龄鉴别方法。本发明制备的修饰电极阵列响应信号大，灵敏度高，稳定性好，能够可靠实现黄酒酒龄的预测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列的黄酒酒龄鉴别方法，该方法包括如下步骤：

(1)将pacbk/au/gce、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三组修饰电极组成的电极阵列作为工作电极，银/氯化银电极作为参比电极，铂柱电极作为辅助电极。

(2)取不同酒龄的黄酒样品，每种酒龄的黄酒样品随机取2n(n大于等于35小于等于50)个作为测试样品，将缓冲液和每个测试样品按体积比为1：4-1：5进行混合并放入不同的电解池中，在电化学工作站多频扫描信号的激励下采集测试样品在工作电极上的电化学响应信号，并获得响应电流曲线；其中，利用pacbk/au/gce和pabsa/au/gce检测时，缓冲液采用浓度为0.1～0.2mol/l且ph值为2～2.5的磷酸盐溶液或醋酸盐溶液；利用pasp/pt/gce检测时，缓冲液采用浓度为0.05～0.1mol/l的氢氧化钠溶液。

(3)采集一个测试样品后，将各电极插入盛有缓冲液的电解池中进行清洗，清洗时采用循环伏安法在80～140mv/s扫描速度下扫描3～5圈，清洗结束后再进行下一个测试样品的采集。

(4)以工作电极采集到的响应电流曲线与时间轴所围区域的面积值作为测试样品的特征值，以特征值为自变量，建立黄酒酒龄鉴别模型，将待测黄酒输入到模型中，完成对黄酒酒龄的鉴别。

进一步的，所述多频扫描信号的表现形式为：三角波、方波或梯形波作为扫描波形，选取1hz、10hz、100hz和1000hz中的一种或几种作为扫描频率，电位变化区间为0～1.5v。

进一步的，所述黄酒酒龄鉴别模型采用支持向量机、神经网络或极限学习机方法建立。

进一步的，所述极限学习机模型需在隐含层神经元个数为10-70范围内进行优化。

本发明的有益效果是：相较于感官评价、品质理化指标测定和精密仪器检测等传统方法，修饰电极阵列方法更加方便和客观；相较于裸电极阵列，聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列能够更有针对性、更准确地获取黄酒信息；相较于伏安法得到的电流电压曲线，多频扫描信号得到的响应电流曲线更加简洁，面积特征值较易获得；结合支持向量机、神经网络或极限学习机等模式识别方法能较好实现黄酒酒龄的预测。

附图说明

图1为本发明实施例1中采用的方波多频扫描信号波形图；

图2为本发明实施例1中采用的梯形波多频扫描信号波形图；

图3为本发明实施例1中电极在方波多频扫描信号下获得的响应电流曲线图；

图4为本发明实施例1中电极在梯形波多频扫描信号下获得的响应电流曲线图；

图5为本发明实施例1中lssvm训练集回归模型对6种酒龄黄酒的预测图；

图6为本发明实施例1中lssvm测试集回归模型对6种酒龄黄酒的预测图；

图7为本发明实施例1中libsvm训练集回归模型对6种酒龄黄酒的预测图；

图8为本发明实施例1中libsvm测试集回归模型对6种酒龄黄酒的预测图。

具体实施方式

下面的实施实例可以使本专业普通技术人员更全面地理解本发明，但是本发明并不局限于此。

实施例1：

采用聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列对6种酒龄的绍兴古越龙山黄酒(3年陈、5年陈、8年陈、10年陈、15年陈和20年陈)进行预测，过程如下：

(1)首先进行修饰电极的制备：

a聚酸性铬蓝k/金纳米复合材料修饰电极(pacbk/au/gce)：玻碳电极置于1.2mmol/l氯金酸(含有0.1mol/l硝酸钾)溶液中，采用电流时间法在-0.2v恒电位下沉积240s，制得au/gce；au/gce置于0.5mmol/l酸性铬蓝k(用浓度为0.1mol/l且ph值为6的磷酸盐缓冲液配制)溶液中，采用循环伏安法在-1.6～2v电位区间内，以100mv/s的扫描速度扫描26圈，制得pacbk/au/gce。

b聚对氨基苯磺酸/金纳米复合材料修饰电极(pabsa/au/gce)：au/gce制备过程同上；au/gce置于2mmol/l对氨基苯磺酸(用浓度为0.1mol/l且ph值为7的磷酸盐缓冲液配制)溶液中，采用循环伏安法在-1.5～2.5v电位区间内，以100mv/s的扫描速度扫描12圈，制得pabsa/au/gce。

c聚天冬氨酸/铂纳米复合材料修饰电极(pasp/pt/gce)：玻碳电极置于2mmol/l天冬氨酸(用浓度为0.1mol/l且ph值为6的磷酸盐缓冲液)溶液中，采用循环伏安法在-1.2～2v电位区间内，以100mv/s的扫描速度扫描15圈，制得pasp/gce；pasp/gce置于8mmol/l氯铂酸(用0.5mol/l稀硫酸配制)溶液中，采用循环伏安法在-0.25～0.4v电位区间内，以50mv/s的扫描速度扫描24圈，制得pasp/pt/gce。

(2)黄酒酒龄鉴别实验在电化学工作站上进行，采用常规三电极体系，以pacbk/au/gce)、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三种聚合物/金属纳米复合材料修饰电极组成的电极阵列作为工作电极，银/氯化银电极作为参比电极，铂柱电极作为辅助电极。将各电极插入盛有缓冲液和黄酒样品(体积比为1:4)的电解池中，在配套软件上选择方波和梯形波两种多频扫描信号施加于电极阵列进行检测，如图1和图2所示，具体参数如下：本实施例中频率为1hz、10hz和100hz，实际上对1hz、10hz、100hz、1000hz这四种频率的至少两种进行组合，均可能达到本发明的技术要求，这里不再进行一一举例赘述；电位范围0～1.5v，电位阶跃增量0.3v，采样间隔设为0.002s。下面以3年陈古越龙山黄酒为例进行具体过程说明，其他酒龄黄酒检测过程类推即可。首先准备80杯3年陈古越龙山黄酒样品，标号1～80，每个样品包含40ml黄酒(对于pacbk/au/gce和pabsa/au/gce，还需加入10mlph为2浓度为0.1mol/l的磷酸盐缓冲液；对于pasp/pt/gce，则需加入10ml0.05mol/l氢氧化钠溶液，用以调节ph值)；然后对于1号样品，在三电极体系下进行检测，最后在磷酸盐缓冲液中采用循环伏安法以80mv/s扫速扫描3圈对电极进行清洗，2～80号样品以同样方式检测后即完成3年陈古越龙山黄酒的检测。

(3)图3和图4分别为pacbk/au/gce电极在方波和梯形波两种多频扫描信号下对应获得的响应电流曲线，其他2个修饰电极的响应电流曲线表现形式类似；以响应电流曲线与时间轴所围区域的面积值作为特征值，图中阴影部分即代表一个面积特征值。基于面积特征值，计算出pacbk/au/gce、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三种电极在6种酒龄黄酒中的平均变异系数分别为5.61％，10.75％和2.23％，均小于15％，说明修饰电极稳定性符合要求；pacbk/au/gce和pabsa/au/gce相关系数为0.4619，呈正的中等程度相关(0.4～0.6)，pacbk/au/gce和pasp/pt/gce相关系数为-0.3063，呈负的弱相关(0.2～0.4)，pabsa/au/gce和pasp/pt/gce相关系数为-0.1042，呈负的极弱相关(0～0.2)，由上可知3种电极间的皮尔逊相关系数都不大，满足实验要求。

(4)采用lssvm和libsvm两种支持向量机算法预测黄酒酒龄，从480个样本数据(6种酒龄黄酒，每种酒80个样品)中选取300个样本(每种酒50个)作为训练集，180个样本(每种酒30个)作为测试集，选取rbf函数作为核函数，分别在[-3,7]和[-10,10]两个区间内以采样间隔2.5进行网格搜索确定最佳组合的惩罚因子与核函数参数作为lssvm和libsvm模型的最终参数，lssvm两个参数分别为γ＝523.95和σ²＝92.75，libsvm两个参数分别为c＝1024和g＝0.0055。lssvm回归模型训练集和预测集对应的预测结果见图5和图6，其中训练集r²＝0.9769，mse＝0.7417，测试集r²＝0.9737，mse＝0.8259，测试集效果略好于训练集。libsvm回归模型训练集和预测集对应的预测结果见图7和图8，其中训练集r²＝0.9999，mse＝0.0044，测试集r²＝0.9998，mse＝0.0064。对比两种模型预测效果，libsvm要优于lssvm，特别是均方差mse更小。

实施例2：

(1)3组修饰电极的制备和实施例1相同；

(2)黄酒酒龄鉴别实验在电化学工作站上进行，采用常规三电极体系，以pacbk/au/gce)、pabsa/au/gce和pasp/pt/gce三种聚合物/金属纳米复合材料修饰电极组成的电极阵列作为工作电极，银/氯化银电极作为参比电极，铂柱电极作为辅助电极。将各电极插入盛有缓冲液和黄酒样品(体积比为1:5)的电解池中，在配套软件上选择方波和梯形波两种多频扫描信号施加于电极阵列进行检测，具体参数如下：频率设为1hz，10hz，100hz三种，电位范围0～1.5v，电位阶跃增量0.3v，采样间隔设为0.002s。下面以3年陈古越龙山黄酒为例进行具体过程说明，其他酒龄黄酒检测过程类推即可。首先准备80杯3年陈古越龙山黄酒样品，标号1～80，每个样品包含50ml黄酒(对于pacbk/au/gce和pabsa/au/gce，还需加入10mlph为2.5浓度为0.2mol/l的磷酸盐缓冲液；对于pasp/pt/gce，则需加入10ml0.1mol/l氢氧化钠溶液，用以调节ph值)；然后对于1号样品，在三电极体系下进行检测，最后在磷酸盐缓冲液中采用循环伏安法以140mv/s扫速扫描5圈对电极进行清洗，2～80号样品以同样方式检测后即完成3年陈古越龙山黄酒的检测。

接下来的步骤和实施例1相同，这里不再赘述。

上述对6种绍兴古越龙山黄酒酒龄的预测结果表明，聚合物/金属纳米复合材料修饰电极阵列能够作为一种可靠的方法应用在黄酒以及饮料、牛奶等液体食品的质量鉴别检测。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。