稳定同位素和矿质元素指纹在蜂蜜产地溯源中的发展与应用

2023-08-01王静娴

食品安全导刊 2023年13期

王静娴，张昂

（1.宁夏大学食品与葡萄酒学院，宁夏银川 750021；2.秦皇岛海关技术中心，河北秦皇岛 066000）

1 蜂蜜产地溯源概述

蜂蜜产地溯源技术的研发目的是对蜂蜜的生产、加工、品质与安全等信息进行管理和跟踪，从而为消费者提供可靠的蜂蜜来源信息以及相应的品质保障。随着现代科技的不断发展，蜂蜜产地溯源研究从早期单一的简单仪器分析不断向高灵敏度和高准确度的高端仪器发展[1]。当前我国蜂蜜产地溯源技术的类型主要包括以下几种。①基于蜂蜜的物理特征进行产地溯源，通过显微镜观察和分析蜂蜜中的花粉类型和数量，辅助判断蜂蜜的产地。②基于矿质元素指纹技术的产地溯源，测定蜂蜜中的化学成分，如糖类、氨基酸、元素等，结合电子耦合等离子体质谱法等仪器分析，构建蜂蜜矿质元素指纹图谱，为蜂蜜产地溯源提供依据[2]。③基于稳定同位素技术的产地溯源，测定蜂蜜中的碳、氢、氧等稳定同位素比值，结合仪器分析，判断蜂蜜的产地[3]。此外，蜂蜜产地溯源技术还包括生物标记技术、生物仿真技术等，但其运用的普及率和稳定性还有待验证。现阶段仍以理化参数分析、矿质元素指纹以及稳定同位素技术为蜂蜜产地溯源的主流技术。本文围绕稳定同位素和矿质元素指纹在蜂蜜产地溯源中的发展与应用进行讨论，以期为我国蜂蜜品质与产地溯源提供参考。

2 基于稳定同位素的蜂蜜产地溯源

2.1 稳定同位素技术

稳定同位素是指在自然界中不发生放射性衰变的同位素，如碳同位素（δ13C）、氮同位素（δ15N）、氢同位素（δ2H）等。这些稳定同位素有明显的分馏效应，因此可以作为生态环境、地理位置等方面的指示物质。稳定同位素技术是一种基于自然界中存在的稳定同位素比例差异进行分析的科学技术，其通过测定和比较样品中稳定同位素的相对丰度，为生物体来源、地理位置、生态过程等研究提供重要信息。稳定同位素技术具有较高的客观性与稳定性，并且对于蜂蜜品质的检验不受蜜源植物种类的限制。但该技术也存在需要依靠大量样品数据支撑才能更准确地进行产地判断的限制，并且在蜂蜜掺假方面的错检率较高。如高品质蜂蜜混合低品质蜂蜜，可能导致稳定同位素比值出现偏差[4]。

2.2 稳定同位素技术的产地溯源准确率

在针对蜂蜜产地鉴别的技术中，稳定同位素检测技术作为一种常见的鉴别手段，在蜂蜜溯源检验领域发挥着十分重要的作用。SCHELLENBERG等[5]从欧洲20个地区采集516份蜂蜜样品，测定蜂蜜蛋白中的δ13C、δ13C、δ2H、δ34S的值，发现δ13C与蜂蜜产地的环境气候有关，δ2H与产地的降水及地下水有关，而δ34S则和产地的地质背景有关，利用4种同位素对蜂蜜产地进行鉴别研究，整体鉴别准确率为60.2%。CHESSON等[6]通过稳定同位素技术测定蜂蜜和蜂蜡的δ2H值来判定蜂蜜的地理来源，从而实现蜂蜜的产地鉴别。KROPF等[7]采集斯洛文尼亚4个地区7个种类271份蜂蜜样品，测定蜂蜜样品中δ13C、δ15N以及蜂蜜蛋白中的δ13C值，发现不同蜂蜜种类之间的稳定同位素值差异较小，仅黑刺槐蜜具有较高的δ13C值；不同年际间蜂蜜同位素存在差异；不同地域间蜂蜜中同位素具有显著差异。线性判别分析结果表明，整体正确判别率为55%。可以看出，基于稳定同位素分析技术能够实现蜂蜜的产地鉴别，但单一运用稳定同位素技术鉴别蜂蜜产地还存在一定缺陷。

3 基于矿质元素指纹的蜂蜜产地溯源

3.1 矿质元素指纹鉴别技术

矿质元素指纹技术主要对蜂蜜中的矿物质元素含量进行分析，蜂蜜中最常见的微量元素一般为Na、K、Mg、Zn、P等，占比大多在0.04%～0.20%，不同产地蜂蜜中的矿质元素含量通常受蜜源植物、气候条件、地理位置和土壤类型等因素的影响，通过对矿质元素含量的分析对比，构建基于矿质元素指纹蜂蜜产地鉴别图谱，从而实现对蜂蜜样品产地判别。运用矿质元素指纹鉴别蜂蜜产地的技术目前主要有3种，分别是原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱以及电感耦合等离子体质谱，也有学者运用其他技术来分析蜂蜜中的矿质元素差异，但效果仍以上述3种为佳。

3.2 矿质元素指纹技术的产地溯源准确率

原子吸收光谱因其仪器简单、操作简便等优点，被广泛地运用在化工、医药和食品卫生等各个领域[8]。ALDA-GARCILOPE等[9]应用原子吸收光谱仪测定了西班牙原产地保护产品“Miel de Granada”蜂蜜中的7种矿质元素含量，结合化学计量学方法实现了对蜂蜜产地的鉴别研究。但该技术存在只能用于单一元素的检测，不能同时对多种元素进行检测等不足，故很快就被其他技术所取代。

电感耦合等离子体原子发射光谱具有线性动态范围宽、分析度快以及具备多元素同时分析能力等优势，其相较于原子吸收光谱可以有效消除化学干扰，NALDA[10]检测了西班牙7种蜂蜜的15种微量元素，通过主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和判别分析（Discriminant Analysis，DA）来判断不同蜂蜜之间的产地特征，其中PCA能够有效鉴别帚石南蜜和石南花蜜，而DA则可以鉴别全部品种的产地特征，其准确率达到了90%。

电感耦合等离子体质谱具有谱线简单、干扰少、分析精度高等多种优势，能够同时测定多种微量元素的含量。陈辉[11]采集5种不同类型的蜂蜜共253个蜂蜜样品，通过电感耦合等离子体质谱技术建立了蜂蜜中44种微量元素的测定方法，结合主成分分析（PCA）、偏最小二乘法判别分析（Partial Least Squares Regression，PLSDA）等方法建立蜂蜜产地鉴别模型，鉴别准确率超90%。

从当前学者对于矿质元素指纹技术运用的情况来看，相较于稳定同位素技术，其优势在于可以同时分析多种成分，在大规模的样品分析上表现良好，但其限制也十分明显，特别是准确鉴别要建立在大量的标准样品库的基础上才能开展样品间的比较。同时，蜂蜜中的某些成分可能会受到环境因素和季节性变化的影响，从而导致分析结果的不稳定性。因此，将稳定同位素技术与矿质元素指纹技术结合进行蜂蜜产地溯源的研究也在不断增加。

4 矿质元素指纹和稳定同位素溯源技术的联合运用

稳定同位素技术对于蜂蜜C4或C3糖源检测具有天然优势，能够快速检测出样本蜂蜜是否存在掺假，然而正如前文所述，对于以次充好等花样翻新的制假造假类蜂蜜则存在较大误差，对此，矿质元素的测定能够很好地弥补这一不足。结合我国当前检测机构的现状来看，以矿质元素检测与稳定同位素检测结合的方式来对蜂蜜进行产地溯源更具可行性，能够同时较好地保障蜂蜜的品质和产地来源，许多学者在结合运用这两个方法进行蜂蜜产地溯源的研究中也得出了其具备极高准确率的结论。如陈辉[11]将稳定同位素质谱技术和电子耦合等离子质谱技术联用，测定分析黑龙江、河北油菜蜜的253个蜂蜜样品中44种元素含量与C、N、H、O、S 5个稳定同位素特征，溯源准确率超过90%。