拉曼光谱技术：葡萄酒苹果酸-乳酸发酵过程中乳酸浓度的实时监测新方法

为解决葡萄酒酿造过程中乳酸浓度离线检测耗时昂贵的问题，研究人员采用便携式拉曼光谱仪结合偏最小二乘回归（PLS）算法，实现了Nebbiolo葡萄酒苹果酸-乳酸发酵过程中乳酸浓度的实时监测。该模型验证集R2 =0.76、测试集R2 =0.94，预测误差低至0.11-0.22 g/L，结果与高效液相色谱（HPLC）相当，为酿酒厂提供了快速经济的质量控制工具。

　　

在葡萄酒酿造领域，苹果酸-乳酸发酵（MLF）是决定酒体风味与稳定性的关键步骤，而乳酸浓度变化直接反映发酵进程。传统检测依赖实验室高效液相色谱（HPLC），存在周期长、成本高的问题，导致酿酒厂难以及时调整工艺。这一瓶颈促使科学家寻求原位检测方案——拉曼光谱技术因其快速、无损的特性进入视野。

意大利研究人员以酿造Barolo葡萄酒的Nebbiolo葡萄为研究对象，使用便携式拉曼光谱仪采集发酵样本光谱数据，通过偏最小二乘回归（PLS）算法建立预测模型。技术路线包含三个核心环节：便携设备原位光谱采集、PLS算法建模（同时处理光谱干扰与浓度变量）、模型验证（对比HPLC金标准）。样本直接取自酿酒厂发酵罐，确保数据真实性。

模型构建与验证
研究团队通过PLS回归将拉曼光谱特征峰（如乳酸特征振动峰）与HPLC实测值关联，建立的模型在验证集R²
达0.76，测试集提升至0.94，预测均方根误差（RMSE）最低仅0.11 g/L。特别值得注意的是，模型在1.5-3.5 g/L高浓度区间表现优异，恰好覆盖MLF关键阈值。

与HPLC的一致性分析
盲测样本对比显示，拉曼预测值与HPLC结果线性相关系数达0.98，证实其可替代性。研究同时发现，葡萄酒中多酚类物质的光谱干扰可通过二阶导数预处理有效消除，这一发现为复杂基质分析提供了普适性方案。

实际应用优势
相较于HLC每次检测需6小时以上，拉曼技术将分析时间压缩至5分钟内，且无需样品前处理。研究团队在酿酒厂实地测试中，成功追踪到乳酸浓度24小时内的突变点，为工艺干预提供了48小时预警窗口。

这项发表于《Talanta Open》的研究证实，拉曼光谱-PLS联用技术突破了传统葡萄酒发酵监测的时空限制。其重要意义在于：首次实现酿酒厂场景下的乳酸动态追踪，模型精度满足欧盟葡萄酒质量标准（误差<5%），设备便携性更可扩展至其他发酵食品领域。未来通过扩大样本多样性（如不同葡萄品种、发酵阶段），有望建立通用型发酵监测数据库，推动智能酿造技术发展。