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又快又准,A-TEEM技术让假葡萄酒无处遁形 | 用户访谈

HORIBA科学仪器事业部
2023.12.06

Rudy Kurniawan 自视为葡萄酒专家,他力争在葡萄酒界占有一席之地。这位二十来岁的葡萄酒收藏家一边大方地向其他葡萄酒爱好者分享年代久远的贵重葡萄酒,一边将所谓价值百万的“稀有葡萄酒”兜售给毫无疑心的收藏者。

直到2012年,他的谎言才被拆穿。联邦调查局(FBI)对 Kurniawan 的酒窖进行了突击搜查,结果令人心惊:他不过是将廉价的葡萄酒塞上旧软木塞、再贴上有年份的标签来冒充陈年佳酿销售。2018年 Rudy Kurniawan 被判处10年有期徒刑,成为美国首个因贩卖假酒而获罪的人。

Rudy Kurniawan并不是个例。2017年,葡萄酒领域的权威人士Maureen Downey估计,在全球的葡萄酒市场中,假酒所占的市场份额约为30亿美元。通常,人们通过葡萄酒的包装和标签来判断真假,但这并不是一种有效的鉴别方式。老奸巨猾的造假者们在包装及标签上的造假手段越来越难以识别,而他们由此却获得了动辄上万美金的高昂利润。

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葡萄酒鉴定

为了维护消费者权益,撕下葡萄酒年份的假面具,位于澳大利亚南部阿德莱德大学的一群研究人员打算利用开拓性仪器和化学计量学方法来鉴定葡萄酒的化学成份。

理科硕士 Ruchira Ranaweera 牵头了这个项目并将其作为博士课题的一部分。同样参与这个项目的还有 Dimitra L. Capone博士、Susan E Bastian博士、David W. Jeffery 博士 和 HORIBA 公司的应用科学家 Adam M. Gilmore 博士。

“葡萄酒的高价值让它变成了一种奢侈品,”阿德莱德大学葡萄酒科学副教授 David Jeffery 表示,“通常来说,任何高价值的食品都容易催生造假行为。不法分子通过销售假冒的高价值产品获得巨额利润,是一个全世界普遍存在的问题。”

”葡萄酒的化学成分十分复杂,因此很容易掺假”,Ranaweera说,“掺假葡萄酒的鉴别十分困难。从经济方面考虑,如果我们能鉴定出葡萄酒的产地,那么我们就能赋予该葡萄酒或该品牌的葡萄酒以更多价值。”

Ruchira Ranaweera

他们这项研究的标题为《借助多元统计模型,用荧光光谱和多元素分析技术鉴定澳大利亚赤霞珠(Cabernet Sauvignon)葡萄酒的产地》,他们希望借助于 HORIBA 公司专有的 A-TEEM 技术和多元算法经济有效地鉴定产自澳大利亚多个地区的数个葡萄酒样品。

A-TEEM 是 HORIBA 公司 Aqualog 同步吸收-三维荧光光谱仪和Duetta 荧光及吸收光谱仪的特有技术。它有独特的光路设计,可以迅速且同步地获取吸光度、透射率和荧光激发发射矩阵,同时其搭配的软件系统可以自动校正内滤效应。

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葡萄酒的成分

当我们研究葡萄酒,我们通常关注的是葡萄酒的元素组成、同位素、挥发性化合物和酚类物质。

“不同产区的葡萄酒由于成分不同会有不同的风味。”Jeffery 说道,“我们知道,酚类物质会影响葡萄酒的颜色、口感和味道。这些影响风味的芳香物质并非全部来源于浆果,也有少量芳香物质来源于酵母。这就表示即便使用同一品种的葡萄,各地酿造的葡萄酒由于酵母不同也会产生不同的风味。当然,除了对葡萄酒的真假进行鉴定之外,我们更想找到使葡萄酒真品为真的化学标志物。”

David Jeffery

研究人员已经发现了部分化学标志物。即便这些标志物还没有得到确证,他们已经迫不及待地想使用这些标志物来区分葡萄酒。

通常,化学家使用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)来分析葡萄酒中的元素组成。为了和经典方法进行对比,Jeffery 及其团队使用 ICP-M S与 A-TEEM 共同进行葡萄酒成分的检测。

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快速分子指纹提取

相对于经典的 ICP-MS,A-TEEM 技术的最大优势在于简单快速,这无疑对 Ranaweera 寻找葡萄酒的化学标志物非常有价值。

Ruchira Ranaweera 和 David Jeffery 在实验室使用HORIBA Aqualog。

David Jeffery友情提供

“我认为这项研究非常有意义,这种意义不仅体现在实验室里,还体现葡萄酒产业的供应链中,”Ranaweera 表示。“为了能在产业界中使用,这台检测设备需要具备快速、操作便捷等优势。”

ICP-MS 与 A-TEEM 都使用了 2015 年酿造的、产自澳大利亚的赤霞珠商业葡萄酒作为样本,以法国波尔多产区的葡萄酒作为研究基准。整个研究中,研究人员共对几十种葡萄酒进行了采样,并使用Aqualog 获取了上百个 EEM 数据。

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准确率高达 100% 的 A-TEEM 技术

上述研究结果证明,A-TEEM 方法在葡萄酒区分上异常准确,达到了研究人员的最高预期。正如Ranaweera所说:“有了Aqualog,我们能够区分出不同产地的葡萄酒,准确率高达100%。” 同时,Ranaweera 认为拥有 A-TEEM 技术的 Aqualog 比 ICP-MS 具有更多优势。

Ruchira Ranaweera 和 David Jeffery 将葡萄酒样品放入 Aqualog 中进行测试。

David Jeffery友情提供

“当我们比较用于葡萄酒分析的所有快速方法时,我们发现 A-TEEM 技术十分出色,因为它使得样品的吸收度、透射率以及激发发射矩阵都相互匹配”,她说道。“因此我们可以利用这一技术提取到葡萄酒的独特的分子指纹。”

采用 HORIBA 专利技术的 Aqualog 同步吸收-三维荧光光谱仪的优点还不止准确性,它的样品准备速度和荧光指纹图谱获取速度也同样名列前茅。Ranaweera 称,“相对于 HPLC 或 GC 等方法来说,A-TEEM 所需的分析前样本准备步骤更少(仅需要稀释),用户的学习成本更低,不用在样品制备上花费太多时间。”

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A-TEEM 结合多元算法或有望用于葡萄酒供应链

Ranaweera 和她的同事使用了多元算法 XGBoost(也被称为极端梯度提升判别分析法,XGBDA),在葡萄酒区分上实现了 100%的准确率。Ranaweera 称,XGBDA 这种机器学习技术,用于数据分析时能表现出优异的准确率,尤其在区分大量类别不均衡数据组时十分高效。

研究人员认为,A-TEEM 和 XGBDA 的结合在准确鉴定各类葡萄酒方面具有巨大潜力,未来可用在葡萄酒的供应链上,商家和消费者可以使用这项技术鉴别葡萄酒的原产地。

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未来计划

Ranaweera 将边读博边进行该项目研究。未来,她还将继续努力,致力于找到有助于区分真假葡萄酒的化学标志物。总的来说,葡萄酒制造商和消费者都将从 Ranaweera 项目团队的研究中获益良多。

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策划:Iris

润色:平儿

审核:Joanna、Lucy

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