本發(fā)明屬于酒類檢測技術方法，具體涉及到一種基于金屬納米復合材料修飾電極陣列的黃酒地域鑒別方法。

背景技術：

黃酒產地較廣，種類很多，較為著名的有紹興黃酒、山東即墨老酒、江蘇丹陽封缸酒、張家港沙洲優(yōu)黃和廣東客家娘酒等，不同產地黃酒中的營養(yǎng)成分有著一定的地域差異性，比如紹興黃酒中的游離氨基酸含量、總酚含量和大多數礦物質元素含量均要高于江蘇黃酒和上海黃酒。紹興黃酒取自鑒湖水源，原料精良且釀造工藝精湛，根據gb/t17946-2008規(guī)定，紹興酒屬于地理標志產品，而且憑借其源遠流長的地域文化為人所熟知，但近年來出現的一些冒充原產地域保護產品紹興酒進行銷售的現象嚴重沖擊了黃酒市場的正常秩序，黃酒的原產地保護十分重要，產地鑒別具有較高的研究價值。

目前，感官評價、品質理化指標測定和精密儀器檢測三種方法在黃酒地域鑒別中使用較多，感官評價容易受到評價者主觀因素及外界環(huán)境的影響，結果存在一定的模糊性；品質理化指標測定過程繁瑣耗時，效率很低；精密儀器檢測只能定量檢測某些呈味物質的含量，忽略了多種呈味物質之間的協同增效作用，儀器購買及維護費用也很昂貴。近來也有研究將稀貴金屬裸電極陣列應用于黃酒地域的鑒別，但由于裸電極化學性質不夠活潑，不能特定地對某一種物質產生催化響應，導致那些最能代表酒類間差異的呈味物質無法發(fā)生反應，檢測缺乏目的性和基本的原理解釋，進而使得黃酒的地域鑒別效果一般，所以急需尋找一種更加準確便捷的方法。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種基于金屬納米復合材料修飾電極陣列的黃酒地域鑒別方法。本發(fā)明制備的修飾電極陣列靈敏度高，可靠性好，能較好實現黃酒地域的預測。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于金屬納米復合材料修飾電極陣列的黃酒地域鑒別方法，包括如下步驟：

(1)將smwcnt/au/gce、pabsa/au/gce和pga/cu/gce三組修飾電極組成的電極陣列作為工作電極，以鉑柱電極為輔助電極，以銀/氯化銀電極為參比電極。

(2)取不同地域的黃酒樣品，每種地域的黃酒樣品隨機取n(n大于等于30小于等于45)個作為測試樣品，將緩沖液和每個測試樣品按體積比為1：3-1：5進行混合并放入不同的電解池中，在電化學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響應信號，并獲得響應電流曲線；其中，緩沖液為濃度為0.1～0.2mol/l且ph值為2.5～3的磷酸鹽溶液或br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行清洗，清洗時采用循環(huán)伏安法在60～120mv/s掃描速度下掃描3～7圈，清洗結束后再進行下一個測試樣品的采集。

(4)以工作電極采集到的響應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，建立黃酒地域鑒別模型，將待測黃酒輸入到模型中，完成對黃酒地域的鑒別。

進一步的，所述多頻掃描信號的表現形式為：選取三角波、方波或梯形波作為掃描波形，選取1hz、10hz和100hz中的一種或幾種作為掃描頻率，電位變化區(qū)間為0～1.5v。

進一步的，所述黃酒地域鑒別模型采用支持向量機、極限學習機或神經網絡方法建立。

進一步的，所述極限學習機模型需在隱含層神經元個數為10-80范圍內進行優(yōu)化。

本發(fā)明的有益效果是：相較于感官評價、品質理化指標測定和精密儀器檢測等常用方法，修飾電極陣列方法更加客觀、便捷和準確；相較于裸電極，金屬納米復合材料修飾電極陣列因其優(yōu)良的化學性質而能夠捕捉更多代表黃酒差異的特征信號，結合支持向量機、極限學習機或神經網絡等模式識別方法能夠準確實現黃酒地域的鑒別。

附圖說明

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

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

圖5為本發(fā)明實施例1中極限學習機訓練集回歸模型對5種地域黃酒的預測圖；

圖6為本發(fā)明實施例1中極限學習機測試集回歸模型對5種地域黃酒的預測圖；

圖7為本發(fā)明實施例1中支持向量機訓練集回歸模型對5種地域黃酒的預測圖；

圖8為本發(fā)明實施例1中支持向量機測試集回歸模型對5種地域黃酒的預測圖。

具體實施方式

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

實施例1：

采用金屬納米復合材料修飾電極陣列對產自鎮(zhèn)江、青島、嘉興、臺州和紹興5種地域的黃酒(江蘇丹陽、青島即墨、浙江汾湖、浙江同康和紹興古越龍山，酒齡均為5年陳)進行鑒別，過程如下：

(1)首先進行修飾電極的制備：

a、羧基化多壁碳納米管/金納米復合材料修飾電極(smwcnt/au/gce)；將5mgsmwcnt加入5mldmf分散劑中，超聲50min，得到分散混合均勻的黑色懸浮液，并取10μl滴涂在au/gce表面，紅外燈下12cm烤70min晾干即得smwcnt/gce；將smwcnt/gce置于1.2mmol/l氯金酸(含有0.1mol/l硝酸鉀)溶液中，在電化學配套軟件上選擇電流時間法于-0.2v恒電位下沉積240s，制得smwcnt/au/gce。

b、聚對氨基苯磺酸/金納米復合材料修飾電極(pabsa/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，以100mv/s的掃描速度掃描12圈，制得pabsa/au/gce。

c、聚谷氨酸/銅納米復合材料修飾電極(pga/cu/gce)：玻碳電極置于0.01mol/l硫酸銅溶液(含有0.1mol/l硫酸鈉)中，采用循環(huán)伏安法在-1.5～0v電位區(qū)間內，以20mv/s的掃描速度掃描10圈，制得cu/gce；cu/gce置于0.01mol/l谷氨酸(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-0.8～2v電位區(qū)間內，以100mv/s的掃描速度掃描12圈，制得cu/pga/gce。

(2)在電化學工作站上采用常規(guī)三電極體系對黃酒地域進行鑒別，以smwcnt/au/gce、pabsa/au/gce和pga/cu/gce三種金屬納米復合材料修飾電極組成的電極陣列為工作電極，鉑柱電極為輔助電極，銀/氯化銀電極為參比電極。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，多頻掃描信號施加于三電極系統，如圖1和圖2所示，具體參數如下：電位范圍0～1.5v，階躍增量0.3v，本實施例中頻率為1hz、10hz和100hz，實際上對1hz、10hz、100hz這三種頻率的組合，均可能達到本發(fā)明的技術要求，這里不再進行一一舉例贅述；采樣間隔設為0.002s。下面以江蘇丹陽黃酒為例進行實驗過程說明，其他地域黃酒檢測過程類推即可。首先準備40杯江蘇丹陽黃酒樣品，標號1～40，每個樣品包含50ml黃酒(另外還需加入10mlph為2.5濃度為0.1mol/l的磷酸鹽緩沖液，用來調節(jié)黃酒ph值達到電極的較佳檢測條件)；然后對于1號樣品，在三電極體系下進行兩種波形的檢測，最后在磷酸鹽緩沖液中采用循環(huán)伏安法以120mv/s掃速掃描7圈對電極進行清洗，2～40號樣品以同樣方式檢測后即完成江蘇丹陽黃酒的檢測，其它地域黃酒檢測方法一致。

(3)圖3和圖4分別為pabsa/au/gce在方波和梯形波兩種多頻掃描信號下對應獲得的響應電流曲線，其他2個修飾電極的響應電流曲線表現形式類似；以響應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，計算出smwcnt/au/gce、pabsa/au/gce和pga/cu/gce工作電極在5種地域黃酒中平均變異系數分別為4.14％，9.19％和5.61％，均小于15％，說明修飾電極穩(wěn)定性較好；smwcnt/au/gce和pabsa/au/gce相關系數為0.4882，呈正的中等程度相關(0.4～0.6)；smwcnt/au/gce和pga/cu/gce相關系數為0.2495，呈正的弱相關(0.2～0.4)；pabsa/au/gce和pga/cu/gce相關系數為0.5123，呈正的中等程度相關(0.4～0.6)，3組修飾電極間的相關系數基本滿足實驗要求。

(4)本實施例分別采用極限學習機(elm)和支持向量機(libsvm)兩種模式識別方法對上述5種黃酒的地域進行預測。標記江蘇丹陽黃酒為1，青島即墨黃酒為2，浙江汾湖黃酒為3，浙江同康黃酒為4，古越龍山黃酒為5，從200(40×5＝200)個樣本數據中隨機選取125(25×5＝125)個樣本作為訓練集，75(15×5＝75)個樣本作為測試集，模型的好壞用r²和rmse評價。elm模型選取rbf函數為核函數，在10-80范圍內經過多個數值的驗證，最終確定隱含層神經元個數為50，此時，基于elm對5種黃酒地域的預測效果如圖5和圖6所示，訓練集r²達到了0.9647，rmse為0.2650，測試集r²為0.9436，rmse為0.3667。

libsvm模型同樣選取rbf函數為核函數，對懲罰因子c和核函數的參數g進行優(yōu)化后確定為c＝32，g＝1，libsvm回歸模型對5種地域的黃酒預測效果如圖7和8所示，其中訓練集r²為0.9686，rmse為0.2006，測試集r²為0.9200，rmse為0.3761。

對比elm和libsvm兩種算法的預測效果，libsvm預測模型要稍微優(yōu)于elm模型，雖然兩者測試集的rmse都稍微偏大，但總體來說預測效果還是比較理想，特別是決定系數r²較大。

實施例2：

(1)3組修飾電極的制備和實施例1相同；

(2)在電化學工作站上采用常規(guī)三電極體系對黃酒地域進行鑒別，以smwcnt/au/gce、pabsa/au/gce和pga/cu/gce三種金屬納米復合材料修飾電極組成的電極陣列為工作電極，鉑柱電極為輔助電極，銀/氯化銀電極為參比電極。將各電極插入盛有緩沖液和黃酒樣品(體積比為1：3)的電解池中，多頻掃描信號施加于三電極系統，具體參數如下：電位范圍0～1.5v，階躍增量0.3v，頻率設為1hz，10hz，100hz三種，采樣間隔設為0.001s。下面以江蘇丹陽黃酒為例進行實驗過程說明，其他地域黃酒檢測過程類推即可。首先準備40杯江蘇丹陽黃酒樣品，標號1～40，每個樣品包含30ml黃酒(另外還需加入10mlph為3濃度為0.2mol/l的磷酸鹽緩沖液，用來調節(jié)黃酒ph值達到電極的較佳檢測條件)；然后對于1號樣品，在三電極體系下進行兩種波形的檢測，最后在磷酸鹽緩沖液中采用循環(huán)伏安法以60mv/s掃速掃描3圈對電極進行清洗，2～40號樣品以同樣方式檢測后即完成江蘇丹陽黃酒的檢測，其它地域黃酒檢測方法一致。

接下來的步驟和實施例1相同，這里不再贅述。

上述對5種地域黃酒的鑒別結果表明，金屬納米復合材料修飾電極陣列能夠作為一種可靠的方法應用在黃酒以及飲料、牛奶等液體食品的質量鑒別檢測。

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