新疆薰衣草蜂蜜品质及挥发性成分分析

王桃红,祖铁红,侯小超,黄德满,贾光群,黄敬贤,崔宗岩*

1(秦皇岛海关技术中心,河北 秦皇岛,066004)

2(山东海能仪器股份有限公司,山东 济南,250000)

3(深圳和鲜食品科技有限公司,广东 深圳,518000)

薰衣草蜂蜜是以薰衣草(Lavendulaangustifolia)为主要蜜源植物酿造而成,多产自于法国、西班牙、葡萄牙[1]和中国的西北地区。中国的新疆伊犁州以逆温带的气候和适宜的水肥条件,适宜薰衣草植物大面积种植,被誉为中国薰衣草之乡[2],新疆伊犁河谷成为中国薰衣草蜂蜜的主要产区之一,连片种植的薰衣草是中国稀有的极具特色的蜜源植物。薰衣草蜂蜜一般流蜜季节为每年的6～7月或者8～9月,流蜜量大,呈淡黄色,薰衣草蜂蜜含有丰富的糖类、氨基酸、酚酸类和黄酮类等营养成分,同时具有抗菌[3]、抗氧化、镇静助眠功效,是一种极具研究和利用价值的蜂蜜。薰衣草蜂蜜的花粉粒极少,通过孢粉学分析很难对薰衣草蜂蜜进行花源鉴别[4]。

现有的对薰衣草蜂蜜品质与风味物质的研究多集中在国外产区的蜂蜜样品,GYERGYK等[1]发现木犀草素和没食子酸是匈牙利薰衣草蜂蜜的多酚标记物,ESCRICHE等[5]通过挥发性成分的测定和分析实现了对薰衣草蜂蜜的花源鉴别。西班牙薰衣草蜂蜜中主要挥发性成分为2,3-丁二醇、2-甲基-3-丁烯-2-醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、正己醇和2-甲基-2-丁烯-1-醇等醇类物质[6]。CASTRO-VZQUEZ等[4]进一步发现薰衣草蜂蜜的特征挥发性成分为正己醇。但是,国内对薰衣草蜂蜜品质与风味特性的研究较少。潘柳等[7]对新疆薰衣草蜂蜜中的还原糖含量、淀粉酶值、蛋白质含量和总酚酸含量进行测定,发现薰衣草蜂蜜对DPPH自由基有较强的清除能力,祝敏[8]研究了12批新疆产薰衣草蜂蜜的理化指标和挥发性成分,报道正己醇和和正庚醇为薰衣草蜂蜜的特征香气成分,但是其研究仅对比了枣花蜜等5种西北地区特色蜜种,本研究采集不同成熟度的薰衣草蜂蜜样品,样品数量多,且代表性较强,并在大量薰衣草蜂蜜样品分析基础上,与中国主要蜜源蜂蜜(洋槐蜜、油菜蜜、荆条蜜)的挥发性成分进行全面对比,更加明确了新疆特色薰衣草蜂蜜的特征挥发性成分,实现了对薰衣草蜂蜜品质和风味的系统和全面分析。

采用现有标准方法对中国新疆薰衣草蜜的理化指标(水分、酸度、淀粉酶值、5-羟甲基糠醛、还原糖、蔗糖)进行测定,采用顶空固相微萃取(headspace solid phase micro-extraction,HS-SPME)-气相色谱质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术对薰衣草蜂蜜的挥发性成分进行测定,对其理化指标和挥发性成分组成进行了系统分析,对其品质特征进行了综合评价,为新疆伊犁州的特色薰衣草蜂蜜的品质评价和进一步开发应用提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

研究所用21批薰衣草蜂蜜样品均是在薰衣草植物开花流蜜时节(7～8月)采自中国新疆伊犁地区,其中8份(No.1～No.8,序号对应表1,下同)采自2019年,13份(No.9～No.21)采自2020年,从一线蜂农手中采集后一直置于冰箱4 ℃条件下保存。

表1 新疆薰衣草蜂蜜主要理化指标

标准物质:5-羟甲基糠醛(纯度≥99%),美国Sigma-Aldrich Supelco公司;蔗糖(纯度≥99%),国药集团化学试剂有限公司;葡萄糖(纯度≥99.5%)、果糖(纯度≥99%)、麦芽糖(纯度≥98.0%),上海阿拉丁公司;碘(分析纯,纯度≥99%)、氯化钠(分析纯,纯度≥99.5%)、碘化钾(分析纯,纯度≥99%)、乙酸钠(分析纯,纯度≥99%)、可溶性淀粉(分析纯),天津永晟精细化工有限公司;冰乙酸(色谱纯,纯度≥99.7%),美国Tedia有限公司;乙腈(色谱纯,纯度≥99.9%)、甲醇(色谱纯,纯度≥99.9%),北京迪科马科技有限公司;实验用水为超纯水。

1.2 仪器与设备

ARIAS500阿贝折光计,美国REICHERT公司;UV-2600紫外分光光度计,日本岛津公司;ACQUITY超高压液相色谱仪(配紫外检测器)、S2690液相色谱仪(配置示差检测器),美国waters公司;7890B-5977B型气相色谱-质谱联用仪(配置分流/不分流进样口和固相微萃取专用衬管),美国Agilent公司;MPS多功能样品前处理平台(配置自动化顶空固相微萃取手柄),德国Gerstel公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取纤维(实验前在270 ℃条件下,老化30 min),美国Sigma-Aldrich Supelco公司;DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),美国Agilent公司;HP-C18色谱柱(150 mm×4.6 mm×5 μm),美国Sepax Technologies公司;XBridge BEH Amide 色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),美国Waters 公司;20 mL顶空瓶(配制硅胶/聚四氟乙烯隔垫和20 mm铁盖),德国Gerstel公司;压盖器和启盖器,德国CNW公司。

1.3 实验方法

1.3.1 薰衣草蜂蜜理化指标的测定

水分含量测定:参照SN/T 0852—2012《进出口蜂蜜检验规程》附录A的方法,使用阿贝折光仪进行测定。

酸度含量测定:参照SN/T 0852—2012《进出口蜂蜜检验规程》附录B的方法,用标定的氢氧化钠滴定,计算蜂蜜样品的酸度。

果糖、葡萄糖和蔗糖含量测定:参照GB 5009.8—2016《食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》,利用高效液相色谱-示差折光检测器(high performance liquid chromatography-refractive index detection,HPLC-RI)进行测定。

淀粉酶值含量测定:参照GB/T 18932.16—2003《蜂蜜中淀粉酶值的测定方法 分光光度法》,利用分光光度计测定,换算出淀粉酶值。

5-羟甲基糠醛含量测定:参照GB/T 18932.18—2003《蜂蜜中羟甲基糠醛的测定方法 液相色谱紫外检测法》,利用高效液相色谱-紫外检测器(high performance liquid chromatography-ultraviolet detection,HPLC-UV)进行测定。

1.3.2 薰衣草蜂蜜样品挥发性成分测定

准确称取(2.0±0.1) g蜂蜜样品于20 mL顶空瓶中,密封后置于样品前处理平台上进行固相微萃取。

采用本实验室先前优化建立的顶空固相微萃取-气质联用技术的测定方法[9]:萃取纤维:50/30 μm DVB/CAR/PDMS纤维头;萃取时间:45 min;萃取温度:60 ℃;平衡时间:10 min;振荡速率:250 r/min;进样口解析时间:5 min。

GC-MS条件:色谱柱选用Agilent DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气:高纯氦,流量1.0 mL/min;进样口温度:270 ℃;进样方式:不分流进样;升温程序:初始温度40 ℃保持3 min,以3 ℃/min升温至160 ℃,然后以10 ℃/min升温至270 ℃,保持6 min,总运行时间为60 min。传输线温度:270 ℃;离子源温度:230 ℃;电离方式:EI电离源,能量为70 eV;全扫描模式,扫描范围:25～450m/z。

定性定量方法:将目标色谱峰的质谱图扣除背景空白后,经过NIST14谱库检索,选取正相和反相匹配度均在800以上,且相似度得分值最高的化合物认定为目标物。结合保留指数(retention index,RI)值、标准品验证等进行辅助定性。未准确定性的物质标记为未知峰,因色谱柱固定相流失带来的硅氧烷类化合物,不计在内。挥发性物质的相对含量采用面积归一化法进行计算。

2 结果与分析

2.1 新疆薰衣草蜂蜜的主要理化指标

利用现有标准方法测定薰衣草蜂蜜的理化指标(水分、酸度、淀粉酶值、5-羟甲基糠醛、还原糖、蔗糖)。结果如表1所示。

蜂蜜中水分含量的高低直接影响蜂蜜的品质。在加工和贮藏过程中,水分含量过高,蜂蜜会产生一定程度的发酵,进而影响蜂蜜的原有风味和口感。另外,蜂蜜中含水量是评价蜂蜜自然成熟度的重要指标[10],一般成熟蜂蜜的含水量在20%以下。由表1知,新疆产区薰衣草蜂蜜的水分含量为14.4%～20.7%,平均含水量为16.7%。表明除No.7蜂蜜样品成熟度稍差一些外,其余20批薰衣草蜂蜜均小于20%,达到现行行业标准GH/T 18796—2012《蜂蜜》规定一级蜂蜜的水分含量要求。

蜂蜜中酸度是评价蜂蜜品质的重要指标。当蜂蜜产生一定程度的发酵时,葡萄糖发酵氧化产生游离酸,致使蜂蜜酸度升高[11]。GH/T 18796—2012中明确规定蜂蜜的酸度小于40 mL/kg。由表1可知,薰衣草蜂蜜的酸度为11.4～39.3 mL/kg,均符合GH/T 18796—2012要求。

淀粉酶由工蜂下颚腺分泌,在采集和酿造过程中与花蜜混合,是蜂蜜中天然存在的特有成分。该酶与蜂蜜中糖类的转化密切相关[12],其含量会随蜂蜜的成熟而增加。淀粉酶对热极敏感,加热蜂蜜会造成淀粉酶的降解,因此淀粉酶是反映蜂蜜新鲜度及过度热加工的重要质量指标。GH/T 18796—2012中规定淀粉酶值≥4 mL/(g·h)。由表1可知,薰衣草蜂蜜的淀粉酶值为4.2～27.7 mL/(g·h),符合GH/T 18796—2012要求。

5-羟甲基糠醛也是一项评价蜂蜜新鲜度及过度热加工的重要指标。5-羟甲基糠醛主要来源于蜂蜜还原性糖与部分氨基酸或蛋白质发生的美拉德反应[12],一旦蜂蜜经过长期贮存或加热处理都会造成5-羟甲基糠醛含量升高。GH/T 18796—2012中明确规定蜂蜜中的5-羟甲基糠醛含量小于40 mg/kg。由表1可知,薰衣草蜂蜜中的5-羟甲基糠醛含量为1.6～12 mg/kg,平均含量为5.7 mg/kg,远低于行业标准GH/T 18796—2012的最低限量。

还原糖是蜂蜜中含量占比最高的物质,主要包括果糖和葡萄糖。果糖和葡萄糖的含量是评价蜂蜜质量的重要指标。GH/T 18796—2012和GB 14963—2011《食品安全国家标准 蜂蜜》均规定中蜂蜜的果糖和葡萄糖总含量不低于60%。由表1可知,薰衣草蜂蜜中的果糖含量为35.3%～40.3%,平均值为37.4%,葡萄糖的含量为34.8%～30.2%,平均值为32.2%,葡萄糖和果糖的总含量为65%～75%,平均值为69.6%,符合行业和国家标准要求。与文献报道的大宗蜜源植物蜂蜜例如荆条蜜中还原糖相当(69.4%)[13],显著高于枣花蜜(62.9%)和洋槐蜜(62.0%)[14],以及小蜜种蜂蜜如野桂花蜜(61.9%)[15]、茴香蜜(61.0%)[16]和蓝莓蜂蜜(65.2%)[17]的还原糖含量。

果葡比(果糖/葡萄糖,F/G)直接影响蜂蜜的结晶速率。因为葡萄糖的水溶性较差,当F/G>1.33时,则蜂蜜长时间不易结晶,当F/G<1.11时,则蜂蜜极易结晶[18]。由表1可知,薰衣草蜂蜜的F/G为1.11～1.18,平均值为1.16。其数值高于油菜蜜0.95[19],但低于枣花蜜1.22[8]和荆条蜜1.31[14]和洋槐蜜1.43[20],说明薰衣草蜂蜜随着贮藏时间的延长,易形成结晶,结论与已有研究[9]一致。

蜂蜜在酿造成熟过程中,蔗糖在蔗糖转化酶的作用下转化为果糖和葡糖糖,蔗糖含量降低,因此蔗糖可以作为蜂蜜成熟度的指标[21]。由表1可知,大多数薰衣草蜂蜜样品达到GB 14963—2011中规定的蜂蜜蔗糖含量(≤5%)要求,含量为0.1%～3.7%,平均值为1.5%。但其中4批次样品(No.14～No.17)蔗糖含量为5.6%～5.8%,超过GB 14963—2011的要求,但符合国际法典委员会CODEX STAN 12-1981蜂蜜标准中规定的薰衣草蜂蜜中蔗糖含量(≤15%)要求。本研究结果表明作为一个小蜜种,薰衣草蜂蜜的蔗糖含量有超过国标5%要求的情况,现有文献也报道过类似结果[22],因而建议国标修订过程中考虑将薰衣草蜂蜜蔗糖限量提高,与国际标准一致。

2.2 挥发性成分测定结果与分析

采用顶空固相微萃取-气质联用技术测定中国新疆地区薰衣草蜂蜜挥发性成分,代表性样品总离子流色谱图如图1所示。结果表明,薰衣草蜂蜜中共检测出75种挥发性成分,其中醇类22种、芳香类3种、醛类13种、酸类11种、萜烯类2种、酮类6种、烷烃类7种、酯类4种、醚类1种等。薰衣草蜂蜜的挥发性成分种类和数量对比见图2,可见其挥发性成分数量较多、含量较高的均为醇类、醛类和酸类物质,醇类(54.2%),醛类(32.5%)和酸类(6.1%)总含量高达92.9%。该结果与祝敏[8]报道的醇类是薰衣草蜂蜜主要挥发性物质的结论基本一致。

1-4-甲基-2-戊醇;2-4-甲基-3-戊烯-2-酮;3-正己醛;4-糠醛;5-正己醇;6-庚醛;7-苯甲醛;8-正庚醇;9-辛醛;10-苯乙醛;11-顺式芳樟醇氧化物;12-芳樟醇;13-二氢芳樟醇;14-橙花醚;15-正癸醛;16-乙酸苯乙酯;17-柏木脑

图2 新疆产区薰衣草蜂蜜中不同类型挥发性成分的数量和相对含量

通过对中国新疆产区薰衣草蜂蜜中单体挥发性成分进行分析,由图3可知,相对含量较高的物质分别为正己醇(26.0%)、苯乙醛(20.0%)、正庚醇(13.1%)、甘油(3.8%)、庚醛(3.4%)、己醛(3.2%)和脱氢芳樟醇(2.8%)等,前3种物质总含量占比可达59.1%,苯乙醛在所有薰衣草蜂蜜样品中均有检出,且含量较高,是中国新疆薰衣草蜂蜜中主要的醛类挥发性物质,与SIEGMUND等[23]报道的苯乙醛为克罗地亚的薰衣草蜂蜜中含量最高的挥发性成分一致。正己醇和正庚醇是中国薰衣草蜂蜜中含量最高的醇类物质。葡萄牙薰衣草样品中主要的醇类物质为乙醇、2-甲基丙醇、3-甲基丁醇、3-甲基-3-丁烯醇、3,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇和糠醇[24]。土耳其薰衣草蜂蜜中主要的醇类物质为乙醇、甲醇、异戊基乙醇、柠檬酚和2-丁醇[25]。结果表明,不同地域的薰衣草挥发性成分存在一定差异。此外,薰衣草蜂蜜中还含有少量酸类物质,如乙酸(2.24%)、壬酸(1.01%)和己酸(0.98%)等。

图3 二十一批新疆薰衣草蜂蜜挥发性成分含量热图

通过对薰衣草蜂蜜中的主要挥发性成分与实验室已发表的洋槐蜜、荆条蜜和油菜蜜[26]挥发性成分数据进行对比分析,结果如图4所示,薰衣草蜂蜜中苯乙醛含量远高于洋槐蜜和油菜蜜,但是显著低于荆条蜜。正己醇和正庚醇仅在薰衣草蜂蜜中被检出,且含量较高。庚醛和己醛在薰衣草蜂蜜中的含量显著高于洋槐蜜等大宗蜜种蜂蜜,且在荞麦蜜[9]]和柑橘蜜[27]等小蜜种中仅有少量检出。对比结果表明,正己醇、正庚醇、庚醛和己醛是薰衣草蜂蜜特征性的挥发性成分,其中,庚醛和正己醇赋予了薰衣草蜂蜜独特的青草香气[8]。CASTRO-VZQUEZ等[27]研究发现脱氢芳樟醇为西班牙薰衣草蜂蜜的特征挥发性成分,但是本研究通过与大宗蜜种对比分析发现,薰衣草蜂蜜中脱氢芳樟醇含量显著低于荆条蜜中的含量,且在洋槐蜜也检测出含量相当的脱氢芳樟醇,推测可能是由于地域不同所致,薰衣草蜂蜜挥发性成分的测定可以作为一种潜在的产地区分判别技术手段。

图4 薰衣草蜂蜜与几种大宗蜂蜜[26]主要挥发性成分含量对比图

进一步对薰衣草蜂蜜理化指标与挥发性成分进行相关性分析,结果如图5和图6所示,研究发现α-松油醇与水分含量呈一定负相关。随着成熟度的增加,L-α-松油醇含量逐渐增加,α-松油醇可能是蜂蜜酿造过程中成熟度的潜在标志物。β-柏烯、柏木-8-烯和雪松醇与酸度呈一定正相关,随着酸度的增加,此3种物质的含量整体呈递增的趋势,因为酸度与蜂蜜的新鲜度有关,所以β-柏烯、柏木-8-烯和雪松醇有望成为蜂蜜新鲜度的潜在标志物。该结果表明,通过对薰衣草蜂蜜挥发性成分的测定与分析,可以为蜂蜜的品质评价提供一定的借鉴参考。

图5 L-α-松油醇与水分的相关性

a-β-柏烯;b-柏木-8-烯;c-雪松醇

3 结论

采用现有标准方法对新疆产区21批薰衣草的理化指标(水分、酸度、淀粉酶值、羟甲基糠醛、还原糖、蔗糖)进行测定。发现除部分样品的蔗糖含量超过GB 14963—2011中低于5%的规定外,其余各项指标均符合国标或行标要求。采用HS-SPME-GC-MS技术对薰衣草的挥发性成分进行检测,共检出挥发性物质75种,含量占比较高的物质为醇类、醛类和酸类物质,总含量高达92.9%。含量较高的挥发性成分为正己醇、苯乙醛、正庚醇、庚醛、己醛、甘油和脱氢芳樟醇等。通过与相关文献报道的大宗蜜源挥发性成分进行比对,发现正庚醇、正己醇、庚醛和己醛是新疆薰衣草蜂蜜的特征挥发性成分。本研究对中国新疆薰衣草蜂蜜的理化指标和挥发性成分进行了系统分析,为薰衣草蜂蜜的品质评价和进一步开发应用提供了理论依据和技术支持。