中国白酒作为一种著名的蒸馏酒且具有悠久历史，白酒主要可以分为清香、浓香、酱香、米香和其他香型[1]，在人们日常生活、社交和传统节假日中有着重要地位。每种白酒都具独特的风格、口感和风味，特别是一些质量优良的白酒在市场上广受消费者喜爱，然而随着白酒市场份额的不断增加，在当前市场上开始充斥各种假酒，不仅侵犯了消费者权益，而且严重伤害产品品牌形象，影响白酒市场的健康发展。因此通过科学技术手段建立一种简便快速的真假酒鉴别方法，对维护产品的品牌形象，保障消费者的安全与权益，规范白酒行业与市场发展具有重要意义。目前常用的真假酒鉴别分析方法主要采用产品包装上的防伪标识以及感官品评方式，但是随着作假技术的不断提高，防伪标识已无法达到防假的目的，而感官品评存在很多主观因素，无法给消费者提供确凿的证据。
随着科学技术的快速发展，人们也一直在探索的可以用于酒产品真伪鉴别新方法。谢建军[2]利用中药色谱图分析和数据管理系统软件对葡萄酒进行识别分析，建立红葡萄酒的气相色谱指纹图谱法，可以快速有效地鉴别葡萄酒真假。孙细珍等[3]利用毛细管柱气相色谱对白酒进行成分分析，并运用指纹图谱相似度计算软件建立标准指纹图谱，从而有效地对白酒进行辨别。巴特尔达赖等[4]利用电子舌技术结合多元统计分析建立预测模型，发现真酒和假酒在鲜味上存在明显的差异。张世明等[5]利用控温式水平衰减全反射（HATR）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合，成功实现了茅台酒的快速检测，为客观评价酒类产品的质量提供了新方法。刘嘉飞等[6]运用超高效液相色谱-串联高分辨质谱、紫外可见分光光度计，并结合PCA探索了两种简单、准确且快速的非靶向检测方法，为鉴别真假茅台提供了更多技术支持。李操等[7,8]利用单光子电离飞行时间质谱并结合PCA，建立了一种快速准确鉴别白酒和劲酒真假的方法，对于快速筛查伪劣酒产品具有重要应用价值。姜东明等[9]利用HS-SPME结合GC-MS技术并利用单向多元方差分析方法进行数据处理，为衡水老白干建立了共有指纹图谱，对打击高仿假酒提供了科学依据。白酒真伪辨别上的技术还有光谱法，如李娜等[10]利用紫外可见分析光谱，结合其相似度等对金种子白酒进行鉴别分析。光谱法虽然方法简单，仪器成本低，但缺乏准确的定性能力。气相色谱法作为常规分析方法，操作简单方便，可以满足大批量样品快速检测的需求。
本文以X型白酒为研究对象，无需进行样品前处理，采用毛细管气相色谱技术，对X型白酒的微量成分进行定量分析，采用PCA方法建立了一种快速、准确地鉴别X型白酒真假酒的新方法；进一步采用PLS-DA区别真假酒间的差异性成分，提供了一种实现真假酒鉴别分析的技术思路与方法。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 主要仪器和设备
气相色谱仪-氢火焰离子化检测器（flame ionization detector,FID),CP-Wax 57CB毛细管色谱柱（柱长50m，内径0.25mm，膜厚0.25μm）美国安捷伦科技有限公司；AB135-S十万分之一电子分析天平，美国Mettler-Toledo公司；FA2004万分之一天平，上海精密科学仪器有限公司。
1.1.2 标准品与试剂
乙缩醛、正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、正戊醇、乙醛、异丁醛、丁酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、癸酸乙酯、乙酸、2-丁酮、2-戊酮、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷、1,1-二乙氧基异戊烷、乙酸正戊酯、戊酸乙酯、仲丁醇、2-戊醇、己酸乙酯、正己醇、壬酸乙酯、3-羟基-2-丁酮、己酸丁酯、辛酸乙酯、苯乙酸乙酯、β-苯乙醇、2,3-丁二醇、糠醛、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、2-乙基己醇、叔戊醇、C7～C30正构烷烃(均为色谱纯，纯度>98%），美国Sigma-Aldrich上海分公司；甲酸乙酯(纯度>95%)上海安谱实验科技股份有限公司；乙酸乙酯、乳酸乙酯(均为色谱纯，纯度>98%），国药集团化学试剂有限公司；乙醛（纯度>40%），西亚化学科技（山东）有限公司。无水乙醇（色谱纯），美国TEDIA公司；本实验中所用水均为GB/T 6682规定的一级水。
1.1.3 实验样品
本实验用样品共40批，其中X型白酒真酒共18批，编号分别为XLT-1、XLT-2、XLT-3、……、XLT-18，在超市购买得到；X型白酒假酒共18批，编号依次为XLF-1、XLF-2、XLF-3、……、XLF-18，在市场上查处得到；X型白酒验证样品共4批，盲样（未提前告知真假酒信息），编号分别为XLY-1、XLY-2、XLY-3、XLY-4，在市场上购买得到。
1.1.4 标准溶液的配制
1.1.4. 1 标准使用液的配制
分别准确称取1.1.2中的标准品适量（精确到0.00001）于10m L容量瓶中，用无水乙醇溶解并定容至刻度，混匀，得标准储备液；再用40%vol乙醇溶液将标准储备液进行稀释，混匀，得3个不同浓度梯度的标准使用液，标识为C1、C2、C3（具体浓度见表1），用于微量成分定性分析与相对校正因子（Relative correction factor，覼i）的计算。
1.1.4. 2 内标使用液的配制
分别准确称取0.02g（精确到0.0001）叔戊醇(内标a)、乙酸正戊酯(内标b)、2-乙基己醇(内标c)标准品于10m L容量瓶中，用无水乙醇定容至刻度，混匀，即得内标使用液。
1.2 方法
1.2.1 样品处理方法
参照国家标准[11]并稍作改进，准确移取1m L酒样于2m L样品瓶中，加入10μL内标使用液，盖上瓶盖，摇匀，供气相色谱分析，进样量为1μL，每个样品平行测定3次。
1.2.2 气相色谱参考条件
载气为高纯氮气（纯度≥99.999%），恒流模式，柱流速为1.0m L/min；进样口：温度为250℃，分流进样，分流比为20∶1；升温程序：初温35℃，保持1min，以3.5℃/min升至100℃，保持10min，再以8℃/min升至190℃，保持15min;FID温度为260℃，氢气流速为30m L/min，空气流速为350m L/min，尾吹气流速为25m L/min。
1.2.3 微量成分的定性
将样品溶液、标准使用液、C7～C30正构烷烃按照1.2.2方法进行分析，采用保留指数(Retention index,RI)[12]和标准品对照法进行定性分析，各化合物与相应标准品的RI按式(1)计算得到，若差值小于20，则认为该化合物被确认。
式中：Rt(x)、Rt(n)及Rt(n+1)分别为待测挥发物、碳原子数n及碳原子数（n+1）正构烷烃的保留时间（min）。
1.2.4 相对校正因子的计算
将3个浓度的标准使用液按1.2.1和1.2.2处理后，得到各微量成分与相应内标物的色谱峰面积，分别按式(2)计算各微量成分的相对校正因子覼i[13]，求平均值；其中未定性组分（标识为未知物）相对校正因子设为1。
式中：A0为相应内标物峰面积；Ai为微量成分i的峰面积；C0为内标物浓度；Ci为微量成分i浓度。
1.2.5 样品测定与数据库建立方法
将1.1.3中的18个X型白酒真酒样品和18个假酒样品按照1.2.1和1.2.2中方法进行分析，得到微量成分与内标物的色谱峰面积，采用1.2.4中得到的相对校正因子覼i计算各微量成分的含量，获得X型白酒真假酒样品的数据结果，建立X型白酒真假酒数据库。将1.1.3中4个验证样品同步骤操作获得微量组分的定量结果。
1.3 数据统计与分析
采用Open Lab Chem Station软件（安捷伦科技有限公司，美国）处理色谱数据；实验数据经Excel2017（微软公司，美国）统计，采用SIMCA 13.0统计软件（Umetrics公司，瑞典）进行主成分分析（PCA）与偏最小二乘判别分析（PLS-DA）。
1.4 真假酒鉴别分析
将18个X型白酒真酒（XLT-1～18）和18个X型白酒假酒（XLF-1～18）数据库导入SIMCA 13.0统计分析软件建立数据模型，基于PCA与PLS-DA判别X型白酒真假酒的差异性，从而实现X型白酒的真实性鉴别分析。
1.5 鉴别结果验证
1.5.1 X型白酒真假酒数据分析验证
将4个X型白酒验证样品定量结果导入数据模型，进一步采用PLS-DA预测其真实性，明确X型白酒真假酒间的差异性微量成分，并采用盲样作为预测集对1.4中X型白酒真假酒鉴别分析结果进行验证。
1.5.2 X型白酒真假酒感官描述验证
参考国家标准[14]并稍作修改对样品进行感官评价，将4个X型白酒验证样品全部打乱，组织5个以上国家评委作为感官评价员进行盲评，根据筛选出的X型白酒复合香、酱香、窖香、水果香、糟香、甜香和绵柔共7个感官特征描述词，以5分制描述感受到的香气强度，将评价结果加权汇总后取平均值分别绘制X型白酒真假酒的风味剖面轮廓图，进一步对1.4中X型白酒真假酒鉴别分析结果进行验证。
2 结果与讨论
2.1 X型白酒定性分析
对X型白酒真假酒分别采用毛细管气相色谱法进行分析，气相色谱图如图1和图2所示。
2.2 校正因子的计算结果
采用毛细管色谱柱-气相色谱法对标准溶液进行分析获得峰面积，以内标法计算相对68种微量成分的校正因子覼i，结果如表1所示。
图1 X型白酒真酒气相色谱图
图2 X型白酒假酒气相色谱图
表1 46种微量成分相对校正因子计算结果 下载原表
下载原表
注：1.a指叔戊醇；2.b指乙酸正戊酯；3.c指2-乙基己醇；4.-指未配制该标准溶液；5.RI指保留指数。
2.3 X型白酒真假酒微量成分定量结果
采用气相色谱内标法对18批X型白酒真酒（编号为XLT-1～18）、18批X型白酒假酒（编号为XLF-1～18）和4批X型白酒验证样品（编号为XLY-1～4）中68种微量成分进行定量测定，结果如表2所示。
表2 X型白酒真假酒微量成分定量结果 下载原表
下载原表
表2 X型白酒真假酒微量成分定量结果
注：1.N.D指未检出；2.定量结果以平均值计。
2.4 X型白酒真假酒主成分分析
由于白酒微量成分众多，而且不同香型白酒中微量成分的含量和比例存在很大的差异，因此很难通过简单的数据分析获得有效的变量[15]。多元统计分析手段能够在多个对象和多个指标互相关联的情况下分析目标样品的统计规律，其中PCA是常见的统计学分析手段[16,17,18]。本研究基于X型白酒真假酒中微量成分的定量结果建立了相应的PCA模型，如图3所示。
图3 X型白酒真假酒的PCA得分图
A:X型白酒假酒；B:X型白酒真酒
从图3可以看出，基于无监督的PCA,X型白酒真假酒模型中所有数据点均在95%置信区间内，表明模型没有异常点；得分图中，2个变量之间的距离说明两者之间的相关性：位置越接近，正相关性越强；两者在离圆心相反的位置，负相关性越强；两者越垂直，越不相关[8]。X型白酒真酒聚类分析中样品集中，说明X型白酒真酒质量较为稳定；X型白酒真假酒在微量成分指标差异上特征明显，采用PCA手段可以完全区分X型白酒真假酒。
2.5 X型白酒真假酒的判别分析
PLS-DA是一种用于判别分析的多变量统计分析方法，通过对观测样本和对照样本进行训练，形成训练集并验证训练集的可信度。该方法可以预先对所需的观察变量进行分组，然后根据级别性质对数据进行统计分析，从而可以精确获悉影响分组的关键变量[19]。本研究基于X型白酒真假酒微量成分的定量结果建立了相应的PLS-DA模型，如图4.a所示，通过该模型可成功区分X型白酒真假酒，且具有良好的拟合参数（R2Y(cum)为0.999,Q2(cum)为0.998，表明模型(M1)具有极高的解释能力和交叉有效性，样品真实性与解释变量存在明显的线性关系，证明了PLS-DA模型的合理与准确性。采用200次交叉验证法对PLS-DA模型进行评价，验证结果如图4.b所示，图中所有左边的Q2值低于最右边的原始点，所有左边的R2值低于右边的原始值，综上验证结果表明PLS-DA模型具有良好的解释能力和交叉有效性。
图4 X型白酒真假酒微量成分PLS-DA得分图及其验证模型
t:X型白酒真酒；f:X型白酒假酒a.PLS-DA得分图；b.PLS-DA验证模型；c.X型白酒真假酒差异性分析。
PLS-DA变量重要要因子（Variable importance in the projection,VIP）可以量化PLS-DA的每个变量对分类的贡献，VIP值越大，变量在不同季节间差异越显著，当VIP值大于1时，可界定对应的变量为该判别模型的关键变量[20]。如图4.c所示，本研究已建立的PLS-DA模型中，VIP大于1的化合物有24种，这些化合物是实现X型白酒真假酒鉴别分析的差异性化合物，如表3所示，这24个关键变量为异丁醇、异戊醇、癸酸乙酯、丁酸、乙缩醛、正丙醇、乙醛、β-苯乙醇、丁酸乙酯、1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷、2-丁醇、甲酸乙酯、乙酸、乙酸乙酯、3-羟基-2-丁酮、壬酸乙酯、2-戊酮、戊酸乙酯以及6个未定性组分。
表3 X型白酒真假酒差异性成分表（VIP>1) 下载原表
2.6 X型白酒真假酒鉴别验证分析
将4个X型白酒验证样品XLY-1、XLY-2、XLY-3、XLY-4导入PLS-DA模型进行真实性预测分析，预测结果得分图如图5所示。
图5 X型白酒验证样PCA得分图
4 个样品中XLY-1和XLY-3分布在第二、三象限，XLY-2和XLY-4分布在第一、四象限，XLY-1和XLY-3与X型白酒真酒聚类，XLY-2和XLY-4与X型白酒假酒聚类。
表4 4个随机白酒样品真假酒验证结果 下载原表
经5个国家级品酒委员对4个X型白酒真假酒验证样进行感官描述验证，结果如图6所示，4个验证样品中XLY-1和XLY-3（标为A组）风味特征一致，与X型白酒真酒吻合；XLY-2和XLY-4（标为B组）风味特征相近，A组和B组在复合香、酱香、窖香、水果香、糟香和绵柔等6个风味特征上具有显著性差异（p<0.05），因此可以判别XLY-1和XLY-3为X型白酒真酒，XLY-2和XLY-4为X型白酒假酒，感官评价结果与PCA和PLS-DA结果一致，进一步表明该方法在进行真假酒判别分析上的可靠性。
图6 X型白酒真假酒验证样品香气剖面分析图
3结论
本文以X型白酒为研究对象，运用毛细管气相色谱技术，建立了X型白酒微量成分含量数据库，并采用主成分分析（PCA）进行建模实现X型白酒真假酒鉴别分析。通过将市面上查处的X型白酒假酒在同等条件下进行气相色谱分析，将假酒的微量成分数据导入X型白酒PCA模型，基于无监督的PCA,X型白酒真假酒在微量成分指标差异上特征明显，利用PCA可以完全实现X型白酒真假酒的鉴别分析。进一步采用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）区别X型白酒真假酒间的差异性成分，X型白酒真假酒间VIP大于1的化合物有25种，这些化合物是实现X型白酒真假酒鉴别分析的差异性化合物。通过选取验证样，随机编码后进行色谱分析，将微量成分数据导入X型白酒PCA模型，对X型白酒真假酒鉴别模型进行验证，结果表明真假酒验证结果与随机样品一致；同时对随机编码的样品进行感官评价，选取特征风味关键词，加权统计风味强度，绘制感官风味剖面轮廓，X型白酒真假酒组的风味剖面轮廓存在显著性差异，进一步验证X型白酒真假酒鉴别分析结果，两种验证结果均表明本研究建立的真假酒鉴别方法准确可靠。
本方法可以有效实现X型白酒真假酒的鉴别分析，同样也适用于其它类型白酒的真实性鉴别，同时也适用于产品的稳定性分析与评价。但是对与真酒相似程度极为接近的假酒，需要采用更为先进的检测分析手段，如气相色谱-质谱技术，通过监控风味指标和现代统计分析手段鉴别分析白酒的真实性。
