薛洁    中国食品发酵工业研究院

摘要：文章综述了同位素分析技术的原理、发展历程以及在酒类产品质量评价中的应用，结合我国黄酒的发展现状，提出了同位素分析技术在黄酒质量评价中的应用前景。

前言：

黄酒是我国特有的酒种，也是我国长三角经济发达地区人们普遍喜爱的传统饮料酒。随着人们生活质量不断改善，消费理念不断成熟，黄酒特有的低度、营养、绿色、保健优势正逐步显现，呈现出快速发展的趋势。但是我国黄酒的质量良莠不齐，两级分化严重，近几年黄酒市场上又出现了各种年份酒产品，但是对年份酒的检测国内目前仍无有效的检测方法，那么黄酒质量监督部门如何去实施有效监管，消费者又如何去证实产品标注内容的真实性，都是当前黄酒研究部门要解决的当务之急。

天然同位素分析技术是一种国际通用的酒类产品分析方法，在葡萄酒及蒸馏酒中普遍应用，该技术通过分析酒中D/H、C¹³/C¹²和O¹⁸/O¹⁶同位素的差异，来鉴别酿造酒原料种类及生产年份，以及判断在酒的生产过程中是否人为进行了加糖、调酒度等不允许的操作。目前同位素分析技术已被法国和欧洲许多国家应用于葡萄酒及白兰地等酒的检测中。本文介绍了同位素分析技术在酒类产品分析中的应用现状，对该技术在黄酒质量检测中的应用前景进行了展望，以便实现我国黄酒行业的有效监管、促进黄酒生产和市场向规范化发展具有重要意义。

在人工、天然和生物合成过程中，产物分子会具有特殊的同位素比例，即所谓的“同位素签字”。在生命科学领域，研究的重要同位素有¹³C/¹²C、¹⁸O/¹⁶O、²H/¹H、¹⁵N/¹⁴N、³⁴S/³²S，这些稳定同位素的比例受土壤、空气、水、纬度、气候、温度、湿度、降雨等因素的影响。另外植物在光合作用过程中，因其新陈代谢的差异，也会影响物种的同位素签字，因此，可以用同位素比值来示踪产品的原产地和鉴别具有相同化学成分而来源不同的物质。

对同位素比值的检测，目前国际上通用的有两种技术：点特异性天然同位素分馏核磁共振技术（SNIF-NMR）以及同位素比值谱仪法（IRMS）。同位素比质谱仪技术，是以气体分子形式作为分析成分，这些气体是在生物燃烧过程或高温分解或平衡过程中产生的，然后导入到MS中分离出一个给定元素的同位素形式（¹³C和¹²C,²H和¹H,¹⁸O和¹⁶O等）。同位素比值谱仪可以进行少量样品的同位素测定和区分，精确测量同位素含量；而点特异性核磁共振技术可以确定同位素在分子中的具体位置。这两种技术的联合使用可以获得多元素多方位的信息，从而解决更复杂的掺假问题。

目前，国际上已利用点特异性天然同位素蒸馏核磁共振技术和同位素比值谱仪检测方法来研究葡萄酒加糖、加酒精以及原产地等问题，并同时结合多种化学分析方法和数据统计技术，进行更多更复杂的掺杂掺假问题的检测。

2、同位素分析技术在检测发酵乙醇来源方面的应用

根据光合作用途径的不同，植物被分成了C₃和C₄两大类，大多植物，包括葡萄、甜菜橘子、大米等都属于C₃植物，它们固定大气中的CO₂通过1，5-二磷酸核酮糖的羧基连接两分子的磷酸核酮糖，该过程伴随着很强的同位素作用。另外一类就是所说的C₄植物，包括甘蔗和玉米，通过固定磷酸烯醇式丙酮酸的羧基，生成草酸，在这个过程中，几乎没有同位素变化。这种不同植物来源的糖可影响发酵后酒精和水分子中氘的分布，氘同位素会在以下四个位置重新分布：甲基位（CH₂DCH₂OH）、次甲基（CH₃CHDOH）、羟基位（CH₃CH₂OD）和水分子（HOD），这种分布特点被称为点特异性同位素分布，研究表明，酒乙醇分子中甲基位(D/H)_Ⅰ含量在很大程度上取决于发酵糖的氘含量，它代表着糖的植物来源，因此利用核磁共振技术分析乙醇分子中不同位点的²H含量，可鉴别原料种类以及酒在发酵前是否添加了外源物质（如甜菜糖，甘蔗糖，玉米糖等）。

             图1   酒类产品中乙醇分子 H-NMR分析图谱

图1中不同峰代表乙醇分子中不同位点D/H的比值，由于乙醇分子羟基和水分子羟基在核磁共振检测中易发生重叠，且含量很小，通常可以忽略不计。分析时添加一个已知D/H含量的内标物质，从而计算出酒中乙醇分子各位点的D/H含量^〕。

3、同位素分析技术在原产地鉴定方面的应用

植物中同位素的分布与植株吸收的水分和地理气候位置以及植物生物化学过程有着密切联系，因此，不同产区植物含有不同的同位素含量，在其被发酵之后，酒中乙醇分子和水分析中的同位素含量会发生相应变化。据研究报道乙醇分子中甲基位的氘含量在很大程度上取决于发酵糖的地理和生物起源，而次甲基位(D/H)_Ⅱ含量更多地取决于发酵基质的氘含量，受葡萄生产地的气候情况（如降雨量、光照强度等）影响，因此在某些情况下，利用SNIF-NMR技术可检测出酿酒原料的地理起源。

4、同位素分析技术在鉴定水来源方面的应用

与外源水相比，植物自身水分子中0¹⁸含量相对比较高，如自然界水中O¹⁸/O¹⁶的比值一般在-8左右，而白葡萄酒中O¹⁸/O¹⁶在-1.5左右，如果在酿造期间外加水，则O¹⁸/O¹⁶的比值会降低，因此通过测定葡萄酒中水分子O¹⁸/O¹⁶的比值，可鉴别葡萄酒在生产过程中是否添加了外源水。目前测定O¹⁸/O¹⁶的比值主要利用IRMS技术，IRMS技术是一种快速精确度非常高的检测同位素方法。

5、同位素分析技术在年份酒鉴定方面的应用

年份酒的鉴定原理是根据不同年份由于气候因素的差异，因此会影响到葡萄酒中乙醇和水中同位素的变化，例如如果某年雨量比较大，则植物自身含有的水分中O¹⁸含量相对就比较低。因此通过分析不同年份样品中同位素的含量，即可判断该样品的生产年份。

同位素分析技术在年份酒鉴定方面的应用主要在葡萄酒领域，从1990年起就被国际葡萄与葡萄酒组织（O.I.V）作为一种国际通用的葡萄酒分析方法，欧共体（EC）在1990年第2676号法规中也介绍了这种方法，经过几年的研究，欧盟国家建立了一个“葡萄酒数据银行”，记录了不同年份、不同地区、不同品种的葡萄酒同位素信息，通过分析酒样中各同位素的含量，然后与数据银行中的数据进行比对，即可判断出该酒样的生产年份。

6、同位素分析技术在黄酒质量评价方面的应用展望

黄酒是我国的民族特产，近年来被国家列为重点扶植和发展的饮料酒之一，近几年来，我国黄酒产量以年平均16%的幅度快速地发展，但是在快速发展的同时，黄酒业也陷入了一个新的“质量困境”。一方面是具备陈年窖藏条件的企业开发年份酒，遭遇市场上的鱼目混珠攻击，使“陈年酒”的价值大打折扣；另一方面是年份酒、原产地酒等新颖概念，使原本就不完全健康和理性的黄酒市场，再次面临新的混乱考验，造成这种现象的原因一方面是由于我国还没有针对这类产品的统一标准，另一方面即为质量监督部门还没有有效的监管手段。同位素分析技术作为欧盟在葡萄酒分析领域的一种官方方法，在葡萄酒原产地、年份酒以及搀假鉴定方面已进行了大量的研究报道，如果将这些高新技术应用于我国黄酒的质量评价中，必将对促进黄酒市场的健康发展、推进黄酒产业的国际化进程具有重要意义。充分吸收国际上相关鉴别检验技术成果，通过不同学术科技人员协力攻关，必将在该领域里取得突破性进展。