穩定同位素和礦質元素指紋在蜂蜜產地溯源中的發展與應用

王靜嫻，張 昂

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

1 蜂蜜產地溯源概述

蜂蜜產地溯源技術的研發目的是對蜂蜜的生產、加工、品質與安全等信息進行管理和跟蹤，從而為消費者提供可靠的蜂蜜來源信息以及相應的品質保障。隨著現代科技的不斷發展，蜂蜜產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確度的高端儀器發展[1]。當前我國蜂蜜產地溯源技術的類型主要包括以下幾種。①基于蜂蜜的物理特征進行產地溯源，通過顯微鏡觀察和分析蜂蜜中的花粉類型和數量，輔助判斷蜂蜜的產地。②基于礦質元素指紋技術的產地溯源，測定蜂蜜中的化學成分，如糖類、氨基酸、元素等，結合電子耦合等離子體質譜法等儀器分析，構建蜂蜜礦質元素指紋圖譜，為蜂蜜產地溯源提供依據[2]。③基于穩定同位素技術的產地溯源，測定蜂蜜中的碳、氫、氧等穩定同位素比值，結合儀器分析，判斷蜂蜜的產地[3]。此外，蜂蜜產地溯源技術還包括生物標記技術、生物仿真技術等，但其運用的普及率和穩定性還有待驗證。現階段仍以理化參數分析、礦質元素指紋以及穩定同位素技術為蜂蜜產地溯源的主流技術。本文圍繞穩定同位素和礦質元素指紋在蜂蜜產地溯源中的發展與應用進行討論，以期為我國蜂蜜品質與產地溯源提供參考。

2 基于穩定同位素的蜂蜜產地溯源

2.1 穩定同位素技術

穩定同位素是指在自然界中不發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。這些穩定同位素有明顯的分餾效應，因此可以作為生態環境、地理位置等方面的指示物質。穩定同位素技術是一種基于自然界中存在的穩定同位素比例差異進行分析的科學技術，其通過測定和比較樣品中穩定同位素的相對豐度，為生物體來源、地理位置、生態過程等研究提供重要信息。穩定同位素技術具有較高的客觀性與穩定性，并且對于蜂蜜品質的檢驗不受蜜源植物種類的限制。但該技術也存在需要依靠大量樣品數據支撐才能更準確地進行產地判斷的限制，并且在蜂蜜摻假方面的錯檢率較高。如高品質蜂蜜混合低品質蜂蜜，可能導致穩定同位素比值出現偏差[4]。

2.2 穩定同位素技術的產地溯源準確率

在針對蜂蜜產地鑒別的技術中，穩定同位素檢測技術作為一種常見的鑒別手段，在蜂蜜溯源檢驗領域發揮著十分重要的作用。SCHELLENBERG等[5]從歐洲20個地區采集516份蜂蜜樣品，測定蜂蜜蛋白中的δ13C、δ13C、δ2H、δ34S的值，發現δ13C與蜂蜜產地的環境氣候有關，δ2H與產地的降水及地下水有關，而δ34S則和產地的地質背景有關，利用4種同位素對蜂蜜產地進行鑒別研究，整體鑒別準確率為60.2%。CHESSON等[6]通過穩定同位素技術測定蜂蜜和蜂蠟的δ2H值來判定蜂蜜的地理來源，從而實現蜂蜜的產地鑒別。KROPF等[7]采集斯洛文尼亞4個地區7個種類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，發現不同蜂蜜種類之間的穩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。線性判別分析結果表明，整體正確判別率為55%。可以看出，基于穩定同位素分析技術能夠實現蜂蜜的產地鑒別，但單一運用穩定同位素技術鑒別蜂蜜產地還存在一定缺陷。

3 基于礦質元素指紋的蜂蜜產地溯源

3.1 礦質元素指紋鑒別技術

礦質元素指紋技術主要對蜂蜜中的礦物質元素含量進行分析，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%，不同產地蜂蜜中的礦質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，通過對礦質元素含量的分析對比，構建基于礦質元素指紋蜂蜜產地鑒別圖譜，從而實現對蜂蜜樣品產地判別。運用礦質元素指紋鑒別蜂蜜產地的技術目前主要有3種，分別是原子吸收光譜、電感耦合等離子體原子發射光譜以及電感耦合等離子體質譜，也有學者運用其他技術來分析蜂蜜中的礦質元素差異，但效果仍以上述3種為佳。

3.2 礦質元素指紋技術的產地溯源準確率

原子吸收光譜因其儀器簡單、操作簡便等優點，被廣泛地運用在化工、醫藥和食品衛生等各個領域[8]。ALDA-GARCILOPE等[9]應用原子吸收光譜儀測定了西班牙原產地保護產品“Miel de Granada”蜂蜜中的7種礦質元素含量，結合化學計量學方法實現了對蜂蜜產地的鑒別研究。但該技術存在只能用于單一元素的檢測，不能同時對多種元素進行檢測等不足，故很快就被其他技術所取代。

電感耦合等離子體原子發射光譜具有線性動態范圍寬、分析度快以及具備多元素同時分析能力等優勢，其相較于原子吸收光譜可以有效消除化學干擾，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地特征，其準確率達到了90%。

電感耦合等離子體質譜具有譜線簡單、干擾少、分析精度高等多種優勢，能夠同時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個蜂蜜樣品，通過電感耦合等離子體質譜技術建立了蜂蜜中44種微量元素的測定方法，結合主成分分析（PCA）、偏最小二乘法判別分析（Partial Least Squares Regression，PLSDA）等方法建立蜂蜜產地鑒別模型，鑒別準確率超90%。

從當前學者對于礦質元素指紋技術運用的情況來看，相較于穩定同位素技術，其優勢在于可以同時分析多種成分，在大規模的樣品分析上表現良好，但其限制也十分明顯，特別是準確鑒別要建立在大量的標準樣品庫的基礎上才能開展樣品間的比較。同時，蜂蜜中的某些成分可能會受到環境因素和季節性變化的影響，從而導致分析結果的不穩定性。因此，將穩定同位素技術與礦質元素指紋技術結合進行蜂蜜產地溯源的研究也在不斷增加。

4 礦質元素指紋和穩定同位素溯源技術的聯合運用

穩定同位素技術對于蜂蜜C4或C3糖源檢測具有天然優勢，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，礦質元素的測定能夠很好地彌補這一不足。結合我國當前檢測機構的現狀來看，以礦質元素檢測與穩定同位素檢測結合的方式來對蜂蜜進行產地溯源更具可行性，能夠同時較好地保障蜂蜜的品質和產地來源，許多學者在結合運用這兩個方法進行蜂蜜產地溯源的研究中也得出了其具備極高準確率的結論。如陳輝[11]將穩定同位素質譜技術和電子耦合等離子質譜技術聯用，測定分析黑龍江、河北油菜蜜的253個蜂蜜樣品中44種元素含量與C、N、H、O、S 5個穩定同位素特征，溯源準確率超過90%。

5 結語

經過近年來許多學者的探索，發現礦質元素和穩定同位素分析方法的結合能夠提供更加準確、可靠的溯源信息，而我國當前不同產地蜂蜜的地理信息被廣泛收錄，未來通過結合運用穩定同位素和礦質元素指紋鑒別方法來對蜂蜜進行產地溯源的方式也將變得更加可行與有效。