穩(wěn)定同位素和礦質(zhì)元素指紋在蜂蜜產(chǎn)地溯源中的發(fā)展與應(yīng)用

王靜嫻，張 昂

（1.寧夏大學(xué) 食品與葡萄酒學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.秦皇島海關(guān)技術(shù)中心，河北秦皇島 066000）

1 蜂蜜產(chǎn)地溯源概述

蜂蜜產(chǎn)地溯源技術(shù)的研發(fā)目的是對蜂蜜的生產(chǎn)、加工、品質(zhì)與安全等信息進(jìn)行管理和跟蹤，從而為消費(fèi)者提供可靠的蜂蜜來源信息以及相應(yīng)的品質(zhì)保障。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，蜂蜜產(chǎn)地溯源研究從早期單一的簡單儀器分析不斷向高靈敏度和高準(zhǔn)確度的高端儀器發(fā)展[1]。當(dāng)前我國蜂蜜產(chǎn)地溯源技術(shù)的類型主要包括以下幾種。①基于蜂蜜的物理特征進(jìn)行產(chǎn)地溯源，通過顯微鏡觀察和分析蜂蜜中的花粉類型和數(shù)量，輔助判斷蜂蜜的產(chǎn)地。②基于礦質(zhì)元素指紋技術(shù)的產(chǎn)地溯源，測定蜂蜜中的化學(xué)成分，如糖類、氨基酸、元素等，結(jié)合電子耦合等離子體質(zhì)譜法等儀器分析，構(gòu)建蜂蜜礦質(zhì)元素指紋圖譜，為蜂蜜產(chǎn)地溯源提供依據(jù)[2]。③基于穩(wěn)定同位素技術(shù)的產(chǎn)地溯源，測定蜂蜜中的碳、氫、氧等穩(wěn)定同位素比值，結(jié)合儀器分析，判斷蜂蜜的產(chǎn)地[3]。此外，蜂蜜產(chǎn)地溯源技術(shù)還包括生物標(biāo)記技術(shù)、生物仿真技術(shù)等，但其運(yùn)用的普及率和穩(wěn)定性還有待驗(yàn)證?，F(xiàn)階段仍以理化參數(shù)分析、礦質(zhì)元素指紋以及穩(wěn)定同位素技術(shù)為蜂蜜產(chǎn)地溯源的主流技術(shù)。本文圍繞穩(wěn)定同位素和礦質(zhì)元素指紋在蜂蜜產(chǎn)地溯源中的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行討論，以期為我國蜂蜜品質(zhì)與產(chǎn)地溯源提供參考。

2 基于穩(wěn)定同位素的蜂蜜產(chǎn)地溯源

2.1 穩(wěn)定同位素技術(shù)

穩(wěn)定同位素是指在自然界中不發(fā)生放射性衰變的同位素，如碳同位素（δ13C）、氮同位素（δ15N）、氫同位素（δ2H）等。這些穩(wěn)定同位素有明顯的分餾效應(yīng)，因此可以作為生態(tài)環(huán)境、地理位置等方面的指示物質(zhì)。穩(wěn)定同位素技術(shù)是一種基于自然界中存在的穩(wěn)定同位素比例差異進(jìn)行分析的科學(xué)技術(shù)，其通過測定和比較樣品中穩(wěn)定同位素的相對豐度，為生物體來源、地理位置、生態(tài)過程等研究提供重要信息。穩(wěn)定同位素技術(shù)具有較高的客觀性與穩(wěn)定性，并且對于蜂蜜品質(zhì)的檢驗(yàn)不受蜜源植物種類的限制。但該技術(shù)也存在需要依靠大量樣品數(shù)據(jù)支撐才能更準(zhǔn)確地進(jìn)行產(chǎn)地判斷的限制，并且在蜂蜜摻假方面的錯(cuò)檢率較高。如高品質(zhì)蜂蜜混合低品質(zhì)蜂蜜，可能導(dǎo)致穩(wěn)定同位素比值出現(xiàn)偏差[4]。

2.2 穩(wěn)定同位素技術(shù)的產(chǎn)地溯源準(zhǔn)確率

在針對蜂蜜產(chǎn)地鑒別的技術(shù)中，穩(wěn)定同位素檢測技術(shù)作為一種常見的鑒別手段，在蜂蜜溯源檢驗(yàn)領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。SCHELLENBERG等[5]從歐洲20個(gè)地區(qū)采集516份蜂蜜樣品，測定蜂蜜蛋白中的δ13C、δ13C、δ2H、δ34S的值，發(fā)現(xiàn)δ13C與蜂蜜產(chǎn)地的環(huán)境氣候有關(guān)，δ2H與產(chǎn)地的降水及地下水有關(guān)，而δ34S則和產(chǎn)地的地質(zhì)背景有關(guān)，利用4種同位素對蜂蜜產(chǎn)地進(jìn)行鑒別研究，整體鑒別準(zhǔn)確率為60.2%。CHESSON等[6]通過穩(wěn)定同位素技術(shù)測定蜂蜜和蜂蠟的δ2H值來判定蜂蜜的地理來源，從而實(shí)現(xiàn)蜂蜜的產(chǎn)地鑒別。KROPF等[7]采集斯洛文尼亞4個(gè)地區(qū)7個(gè)種類271份蜂蜜樣品，測定蜂蜜樣品中δ13C、δ15N以及蜂蜜蛋白中的δ13C值，發(fā)現(xiàn)不同蜂蜜種類之間的穩(wěn)定同位素值差異較小，僅黑刺槐蜜具有較高的δ13C值；不同年際間蜂蜜同位素存在差異；不同地域間蜂蜜中同位素具有顯著差異。線性判別分析結(jié)果表明，整體正確判別率為55%?？梢钥闯?，基于穩(wěn)定同位素分析技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)蜂蜜的產(chǎn)地鑒別，但單一運(yùn)用穩(wěn)定同位素技術(shù)鑒別蜂蜜產(chǎn)地還存在一定缺陷。

3 基于礦質(zhì)元素指紋的蜂蜜產(chǎn)地溯源

3.1 礦質(zhì)元素指紋鑒別技術(shù)

礦質(zhì)元素指紋技術(shù)主要對蜂蜜中的礦物質(zhì)元素含量進(jìn)行分析，蜂蜜中最常見的微量元素一般為Na、K、Mg、Zn、P等，占比大多在0.04%～0.20%，不同產(chǎn)地蜂蜜中的礦質(zhì)元素含量通常受蜜源植物、氣候條件、地理位置和土壤類型等因素的影響，通過對礦質(zhì)元素含量的分析對比，構(gòu)建基于礦質(zhì)元素指紋蜂蜜產(chǎn)地鑒別圖譜，從而實(shí)現(xiàn)對蜂蜜樣品產(chǎn)地判別。運(yùn)用礦質(zhì)元素指紋鑒別蜂蜜產(chǎn)地的技術(shù)目前主要有3種，分別是原子吸收光譜、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜以及電感耦合等離子體質(zhì)譜，也有學(xué)者運(yùn)用其他技術(shù)來分析蜂蜜中的礦質(zhì)元素差異，但效果仍以上述3種為佳。

3.2 礦質(zhì)元素指紋技術(shù)的產(chǎn)地溯源準(zhǔn)確率

原子吸收光譜因其儀器簡單、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地運(yùn)用在化工、醫(yī)藥和食品衛(wèi)生等各個(gè)領(lǐng)域[8]。ALDA-GARCILOPE等[9]應(yīng)用原子吸收光譜儀測定了西班牙原產(chǎn)地保護(hù)產(chǎn)品“Miel de Granada”蜂蜜中的7種礦質(zhì)元素含量，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了對蜂蜜產(chǎn)地的鑒別研究。但該技術(shù)存在只能用于單一元素的檢測，不能同時(shí)對多種元素進(jìn)行檢測等不足，故很快就被其他技術(shù)所取代。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜具有線性動(dòng)態(tài)范圍寬、分析度快以及具備多元素同時(shí)分析能力等優(yōu)勢，其相較于原子吸收光譜可以有效消除化學(xué)干擾，NALDA[10]檢測了西班牙7種蜂蜜的15種微量元素，通過主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和判別分析（Discriminant Analysis，DA）來判斷不同蜂蜜之間的產(chǎn)地特征，其中PCA能夠有效鑒別帚石南蜜和石南花蜜，而DA則可以鑒別全部品種的產(chǎn)地特征，其準(zhǔn)確率達(dá)到了90%。

電感耦合等離子體質(zhì)譜具有譜線簡單、干擾少、分析精度高等多種優(yōu)勢，能夠同時(shí)測定多種微量元素的含量。陳輝[11]采集5種不同類型的蜂蜜共253個(gè)蜂蜜樣品，通過電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)建立了蜂蜜中44種微量元素的測定方法，結(jié)合主成分分析（PCA）、偏最小二乘法判別分析（Partial Least Squares Regression，PLSDA）等方法建立蜂蜜產(chǎn)地鑒別模型，鑒別準(zhǔn)確率超90%。

從當(dāng)前學(xué)者對于礦質(zhì)元素指紋技術(shù)運(yùn)用的情況來看，相較于穩(wěn)定同位素技術(shù)，其優(yōu)勢在于可以同時(shí)分析多種成分，在大規(guī)模的樣品分析上表現(xiàn)良好，但其限制也十分明顯，特別是準(zhǔn)確鑒別要建立在大量的標(biāo)準(zhǔn)樣品庫的基礎(chǔ)上才能開展樣品間的比較。同時(shí)，蜂蜜中的某些成分可能會(huì)受到環(huán)境因素和季節(jié)性變化的影響，從而導(dǎo)致分析結(jié)果的不穩(wěn)定性。因此，將穩(wěn)定同位素技術(shù)與礦質(zhì)元素指紋技術(shù)結(jié)合進(jìn)行蜂蜜產(chǎn)地溯源的研究也在不斷增加。

4 礦質(zhì)元素指紋和穩(wěn)定同位素溯源技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用

穩(wěn)定同位素技術(shù)對于蜂蜜C4或C3糖源檢測具有天然優(yōu)勢，能夠快速檢測出樣本蜂蜜是否存在摻假，然而正如前文所述，對于以次充好等花樣翻新的制假造假類蜂蜜則存在較大誤差，對此，礦質(zhì)元素的測定能夠很好地彌補(bǔ)這一不足。結(jié)合我國當(dāng)前檢測機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀來看，以礦質(zhì)元素檢測與穩(wěn)定同位素檢測結(jié)合的方式來對蜂蜜進(jìn)行產(chǎn)地溯源更具可行性，能夠同時(shí)較好地保障蜂蜜的品質(zhì)和產(chǎn)地來源，許多學(xué)者在結(jié)合運(yùn)用這兩個(gè)方法進(jìn)行蜂蜜產(chǎn)地溯源的研究中也得出了其具備極高準(zhǔn)確率的結(jié)論。如陳輝[11]將穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)和電子耦合等離子質(zhì)譜技術(shù)聯(lián)用，測定分析黑龍江、河北油菜蜜的253個(gè)蜂蜜樣品中44種元素含量與C、N、H、O、S 5個(gè)穩(wěn)定同位素特征，溯源準(zhǔn)確率超過90%。

5 結(jié)語

經(jīng)過近年來許多學(xué)者的探索，發(fā)現(xiàn)礦質(zhì)元素和穩(wěn)定同位素分析方法的結(jié)合能夠提供更加準(zhǔn)確、可靠的溯源信息，而我國當(dāng)前不同產(chǎn)地蜂蜜的地理信息被廣泛收錄，未來通過結(jié)合運(yùn)用穩(wěn)定同位素和礦質(zhì)元素指紋鑒別方法來對蜂蜜進(jìn)行產(chǎn)地溯源的方式也將變得更加可行與有效。